РАЗДЕЛ 2
ПРОЕКТИРОВАНИЕ АЛГОРИТМА УПРАВЛЕНИЯ МОМЕНТОМ И РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТЬЮ СТАТОРНОЙ
ЦЕПИ МДП
В данном разделе синтезирован алгоритм векторного управления моментом и
реактивной мощностью статора МДП. Материал изложен в следующей
последовательности:
теоретическое исследование качества регулирования момента при использовании
стандартных решений [72], [94] и анализ возможности регулирования реактивной
мощности на заданном уровне при их использовании;
теоретическое исследование качества регулирования момента при использовании
алгоритма [24], представленного в Приложении Б, в случае ненулевого задания для
реактивной мощности статора;
синтез и теоретическое исследование нового алгоритма регулирования момента и
реактивной мощности статора МДП;
исследование предложенного алгоритма управления моментом и реактивной мощностью
методом математического моделирования.
При ориентации оси d синхронно вращающейся системы координат (d-q) по вектору
напряжения сети, уравнения (1.6) запишутся в виде:
,
(2.1)
Математическая модель МДП, заданная нелинейными дифференциальными уравнениями
(2.1), описывает динамическое поведение обобщенного электромеханического
преобразователя энергии, имеющего два двухмерных управляющих воздействия и ,
прикладываемых соответственно к статору и ротору электрической машины. При
управлении МДП через роторный преобразователь, источник статорного напряжения
(ЭДС сети) является нерегулируемым управлением, имеющим постоянные амплитуду и
частоту .
В неподвижной системе координат, связанной со статором, вектор напряжения сети
определяется выражениями:
. (2.2)
Питающая статор сеть, в соответствии с допущением А1, рассматривается как
идеальный источник ЭДС бесконечной мощности.
Соотношения для токов статора, ротора и потокосцепления статора МДП в системе
координат (d-q) имеют вид (А.5)
(2.3)
Наличие источника возбуждения статора , с учетом управляющего роторного
напряжения, может рассматриваться как дополнительная степень свободы в
управлении электрической машиной по соотношению к АД с короткозамкнутым
ротором, имеющим один двумерный вектор управления. Избыточность в управлении
МДП дает возможность расширить цели управления, используя дополнительное
управляющее воздействие для оптимизации энергетической эффективности процесса
электромеханического преобразования энергии. В частности, благодаря свойству
избыточности МДП по управлению, становится возможным управление моментом
электрической машины с одновременным регулированием коэффициента мощности
статорной цепи.
2.1. Алгоритм с ориентацией по вектору потокосцепления статора
Первые решения [72] и [94] по созданию алгоритмов векторного управления МДП
используют общую концепцию ориентации управления по полю машины [22],
аналогично тому, как это осуществляется для АД с короткозамкнутым ротором. При
этом предполагается, что активным сопротивлением статора можно пренебречь в
силу его малости, роторная цепь питается от источника тока, а компоненты
потокосцепления статора доступны для измерения. В соответствии с этой
концепцией ось q, вращающейся системы координат (d-q), ориентируется по вектору
потокосцепления статора так, что
(2.4)
и, следовательно, момент, генерируемый МДП, определяется выражением
. (2.5)
При нулевых начальных условиях решение для четвертого и пятого уравнения в
(2.1), если принять , имеет вид
. (2.6)
Векторная диаграмма, соответствующая ориентации по вектору потокосцепления
статора при пренебрежении активным сопротивлением статора, имеет вид,
представленный на рис. 2.1. На рис. 2.1 угол определяет пространственное
положение вектора напряжения сети, а e - системы координат ротора (dr-qr)
относительно системы координат статора (a-b).
Рис. 2.1. Векторная диаграмма при ориентации по вектору потокосцепления статора
Исходя из (2.5) и (2.6) можно установить зависимость между моментом МДП и током
ротора
, (2.7)
откуда ток ротора равен
. (2.8)
Реактивная мощность статорной цепи МДП, исходя из рис. 2.1, определяется
выражением
. (2.9)
Из (2.3) с использованием (2.6) получим выражение:
, (2.10)
которое позволяет установить прямую зависимость между компонентой тока ротора и
реактивной компонентой тока статора
. (2.11)
Таким образом, основываясь на уравнениях (2.6), (2.8) и (2.11), авторы
утверждают о возможности независимого регулирования момента МДП (активной
мощности) и реактивной компоненты тока статора (реактивной мощности) статорной
цепи за счет управления компонентами тока ротора и .
Как следует из рассмотрения концепции управления моментом и реактивной
мощностью в соответствии с (2.6) – (2.11), условия ориентации по вектору
потокосцепления статора и вектору напряжения сети совпадают, если принять .
Поэтому, прямую ориентацию по вектору потокосцепления статора заменяют
управлением в системе координат, ориентированной по вектору напряжения сети.
Для анализа точности регулирования момента и реактивной мощности при
использовании подхода [72] и [94] определим ошибки регулирования потока в виде
, (2.12)
которые при ориентации по вектору потокосцепления статора в системе координат,
ориентированной по вектору напряжения сети, равны
. (2.13)
Из (2.2) и (2.13) уравнения динамики ошибок отработки компонент потокосцепления
статорной цепи в системе координат, вращающейся с постоянной угловой скоростью
, запишутся
. (2.14)
С учетом пренебрежения активным сопротивлением статора при , (2.14) приобретает
вид
. (2.15)
Решение (2.15) при нулевых начальных условиях , равно , т.е. при ориентация по
вектору потокосцепления статора д
- Київ+380960830922