Материал: Проектирование электропривода промышленных механизмов. Фролов Ю.М
встроенным в преобразователь. Его порог устанавливается немного ниже порога программного прерывания перегрузки по току (F002) и действует максимально быстро, таким образом, предотвращая ложные и нежелательные прерывания при внезапном приложении нагрузки или требуемом быстром ускорении.
Принципы векторного управления
Что такое векторное управление? Самым легким объяснением является сравнение с двигателем постоянного тока (ДС). В DC машине (рис. 8.12 (а)), возбуждение является отдельной обмоткой и, поэтому ток якоря и ток возбуждения могут управляться независимо. Независимое управление токами, создающими поток и момент, позволяет оптимизировать работу, например момент при нулевой скорости, быстрый отклик на изменение нагрузки и т. д.
а) |
б) |
Рис. 8.12 Схема DC (а) и AC (б) машин
В асинхронной машине (AC) (рис. 8.12 (б)) токи статорной обмотки устанавливают поток и момент; поэтому трудно управлять моментом и потоком отдельно. Управление амплитудой тока не дает независимого управления. Чтобы управлять моментом и потоком в AC,
необходимо ток статора управлять по амплитуде и фазе, то есть величину вектора.
Для того чтобы управлять фазой относительно ротора, его положение должно быть известно. Следовательно, для полного векторного управления должен использоваться датчик датчика положения ротора двигателя , чтобы сообщить преобразователю положение ротора.
Типовая структура приводов переменного тока с векторным управлением представлена на рис. 8.13.
Рис. 8.13. Структура привода переменного тока с векторным управлением
В качестве силового преобразователя используется инвертор на IGBT-ключах или интеллектуальных силовых модулях. Драйверы ключей инвертора подключены непосредственно к выходам ШИМ-генератора микроконтроллера (A, A/, B, B/, C, C/), работающего в
режиме широтно-импульсной модуляции базовых векторов (векторной ШИМ-модуляции), что обеспечивает максимально высокую степень использования напряжения звена постоянного тока и минимизацию динамических потерь в инверторе (ниже более подробно). Структура на рис. 8.13 предполагает использование импульсного датчика положения ротора двигателя. Сигналы с датчика вводятся непосредственно в контроллер и обрабатываются в блоке оценки положения, который может быть реализован на основе специального периферийного устройства таймера с "квадратурным" режимом работы. Код механического положения ротора программно преобразуется в код электрического положения ротора внутри полюсного деления машины. Для реализации блока оценки скорости могут применяться либо специальные периферийные устройства микроконтроллера, принцип действия которых основан на измерении временного интервала отработки двигателем заданного отрезка пути (эстиматоры скорости), либо периферийные устройства общего назначения, такие как процессоры событий или менеджеры событий. В последнем случае таймер, работающий в "квадратурном" режиме является базовым для одного из каналов сравнения. Как только двигатель отработает заданный отрезок пути, возникнет прерывание по сравнению. В процедуре обслуживания этого прерывания центральный процессор определит временной интервал с момента предыдущего прерывания и выполнит расчет
текущей скорости привода . |
|
|
|
|
|
Желательно, |
чтобы |
таймер, |
работающий |
в |
|
"квадратурном" |
режиме, |
допускал |
начальную |
||
инициализацию в соответствии с числом меток на оборот импульсного датчика положения, а также имел режим автоматической коррекции своего состояния по реперному датчику. Эстиматор скорости должен работать с регулируемым разрешением как по числу импульсов на периоде измерения скорости (от 1 до 255), так и с
регулируемым разрешением по времени (максимальное разрешение 50-100 нс при диапазоне регулирования разрешения 1:128). Если перечисленные выше требования к периферийным устройствам микроконтроллера будут выполнены, то окажется возможным измерение скорости в диапазоне, как минимум, 1:20000 с точностью, не хуже
0,1%.
Для измерения электрических переменных микроконтроллер должен иметь встроенный АЦП с разрешением не ниже 10-12 двоичных разрядов и временем преобразования не хуже 5-10 мкс. Как правило, восьми каналов АЦП достаточно для приема не только сигналов обратных связей по токам фаз (рис. 8.13), но и сигналов обратных связей по напряжению и току в звене постоянного тока, а также внешних задающих сигналов. Дополнительные аналоговые сигналы используются для реализации защит инвертора и двигателя. Работа АЦП будет более производительной, если микроконтроллер допускает режим автоматического сканирования и запуска процесса преобразования. Обычно это делается либо с помощью отдельного периферийного устройства процессора периферийных транзакций, либо с помощью режима автозапуска АЦП от процессора событий или генератора ШИМ-сигналов. Желательно, чтобы выборка как минимум двух аналоговых сигналов была одновременной.
Итак, на основе полученной информации о токах фаз ia и ib восстанавливается значение тока в фазе С (ic) и выполняется преобразование токов к неподвижной системе координат, связанной со статором. Переход от неподвижной системы координат к подвижной, связанной с текущим положением ротора, позволяет рассчитать компоненты результирующего вектора тока статора по осям d и q соответственно.
Известно, что момент синхронного двигателя с возбуждением от постоянных магнитов прямо пропорционален составляющей вектора тока статора по