Применение метода частотных характеристик для определения параметров регулятора скорости частотно-регулируемого асинхронного электропривода

Вестник технологического университета. 2016. Т. 19, №s23

УДК 621.316.718.5

Е. В. Тумаева, Р. Н. Ганиев

ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ РЕГУЛЯТОРА СКОРОСТИ ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМОГО АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Ключевые слова: электропривод, модульный оптимум, метод логарифмических частотных характеристик, регулятор скорости.

Исследованы статические и динамические показатели качества регулирования скорости в замкнутой системе скалярного управления частотно-регулируемого асинхронного электропривода. Показано, что использование параметров пропорционально-интегрального регулятора скорости, полученных в результате стандартной настройки на модульный оптимум, при практической наладке электропривода приводит к его неудовлетворительной работе. Предлагается использовать для определения параметров регулятора скорости метод логарифмических частотных характеристик, позволяющий получить требуемые показатели качества регулирования как при моделировании, так и при фактической работе электропривода.

Keywords: electromechanic, module optimum, method of logarithmic frequency descriptions, regulator of speed.

The static and dynamic indexes of quality of adjusting of speed are investigational in close system of scalar management of the frequency-managed asynchronous drive. It is shown that the use of the parameters ofpi-regulator of speed, got as a result of the standard tuning on a module optimum, at the practical adjusting of electromechanic results in his unsatisfactory work. It is suggested to use for determination of parameters of regulator of speed the method of logarithmic frequency descriptions, allowing to get the required indexes of adjusting quality both at a design and during actual work of electromechanic.

Электропривод (ЭП), построенный по системе «преобразователь частоты - асинхронный двигатель» (ПЧ-АД), на сегодняшний день является наиболее распространенным в нефтехимическом и нефтеперерабатывающем производстве. В связи с этим коллектив кафедры ЭТЭОП НХТИ уделяет значительное внимание вопросам теоретической и практической подготовки в области частотно-регулируемого ЭП. С помощью лабораторно-промышленного комплекса, состоящего из АД мощностью 2,2 кВт, ПЧ фирмы «SIEMENS» Simovert 6SE7016, нагрузочного двигателя постоянного тока типа ПБСТ-42, исследуются статические и динамические характеристики замкнутых систем регулирования скорости, обучаются наладке и эффективной эксплуатации ЭП студенты кафедры, а также слушатели курсов повышения квалификации.

Традиционно задачи обеспечения требуемых показателей качества регулирования (диапазон, точность, время регулирования, перерегулирование, колебательность) решаются путем синтеза замкнутых систем ЭП, охваченных отрицательной обратной связью, и определения типа и коэффициентов регулятора, последовательно включенного с объектом управления [1].

Широкое применение для ЭП, соответствующих обобщенной электромеханической системе с линеаризованной механической характеристикой, нашел динамический оптимум, так называемый Betragsoptimum - модульный оптимум (МО) [2], обеспечивающий приемлемые для

общепромышленных ЭП показатели качества регулирования. Используя стандартную настройку на МО замкнутой системы регулирования скорости (рис.1), получаем пропорционально-интегральный (ПИ) регулятор скорости с определенными

Рис. 1 - Модель замкнутой системы ПЧ-АД

коэффициентом усиления интегрирования Трс [3].

Кр<

и постоянной

Однако использование параметров регулятора, полученных при настройке на МО, при практической наладке ЭП приводит к его неудовлетворительной работе (затянутому пуску, неравномерности вращения ротора, повышенному шуму), что свидетельствует об ошибке при задании параметров регулятора скорости (РС). График переходных процессов в исследовательском лабораторно-промышленном комплексе, полученный при моделировании с параметрами РС при типовой настройке на МО, приведен на рис. 2.

Анализ переходных процессов в замкнутой системе ПЧ-АД (рис. 2) показывает, что статическая ошибка регулирования отсутствует, а динамические показатели качества регулирования неудовлетворительные: время переходного процесса ¿пп = 1,2 с, число колебаний скорости п = 30, максимальное перерегулирование с = 77 %.

В связи с этим предлагается использовать для определения параметров РС математический метод теории автоматического управления - метод логарифмических частотных характеристик (ЛЧХ).

Для того, чтобы после замыкания контура отрицательной обратной связью по регулируемой координате обеспечивалась требуемая точность и динамические показатели качества регулирования,

Вестник технологического университета. 2016. Т. 19, №23

желаемая ЛАЧХ разомкнутого контура должна иметь вполне определенный вид и параметры.

Рис. 2 - Переходный процесс при стандартной настройке на МО в системе ПЧ-АД: Крс = 12,7, Трс = 0,0021 с

Чтобы удовлетворить требованиям,

предъявляемым к ЭП в отношении точности регулирования координаты, необходимо

сформировать низкочастотную область ЛАЧХ определенного вида [4]. Динамические показатели качества регулирования определяются главным образом среднечастотной асимптотой ЛАЧХ. Для получения достаточного запаса устойчивости по фазе, от которого зависят колебательность и перерегулирование, необходимо чтобы в районе среза был участок с наклоном -20 дБ/дек шириной не менее 1 декады. Частота среза шс определяет быстродействие контура регулирования.

Рис. 3 - ЛАЧХ и ФЧХ ЭП

ЛАЧХ (кривая 1) и ФЧХ разомкнутого контура регулирования исследуемой системы ПЧ-АД приведены на рис. 3. Желаемая ЛАЧХ £жел(ю) должна проходить через желаемую частоту среза южел с наклоном -20 дБ/дек (прямая 2). Искомая ЛАЧХ регулятора Хрег(ю) (кривая 3) получается путем графического вычитания из желаемой ЛАЧХ £жел(ю) ЛАЧХ объекта регулирования £ор(ю):

¿рег

ЛАЧХ регулятора (рис. 3) имеет два выраженных участка. Положение горизонтального участка характеристики 3 определяет значение Крс, точка пересе-

чения наклонного участка с осью частот шрс определяют постоянную интегрирования регулятора Трс. Для определения численного значения Крс и Трс следует воспользоваться формулами (2), (3):

К

Крс = 10

рс дБ

20

Трс

1

ffl,

График

рс

переходных

процессов в исследовательском лабораторно-промышленном комплексе, полученный при моделировании с параметрами РС, найденными методом ЛЧХ, приведен на рис. 4.

1 t. с

Рис. 4 - Переходный процесс при настройке методом ЛЧХ в системе ПЧ-АД: Крс = 0,03, Трс = 0,1 с

Анализ переходных процессов в замкнутой системе ПЧ-АД (рис. 4) показывает, что динамические показатели качества регулирования стали удовлетворительными: время переходного процесса ¿пп = 0,45 с, отсутствуют колебания и перерегулирование. При практической реализации полученных параметров регуляторов на исследовательском лабораторном стенде наблюдается удовлетворительная работа частотно-регулируемого ЭП.

Предложенная методика определения параметров регулятора скорости при скалярном управлении частотно-регулируемого асинхронного электропривода доказала свою работоспособность и эффективность, внедрена в учебный процесс подготовки бакалавров профиля «Электропривод и автоматика», а также используется при наладке промышленных электроприводов.

Литература

1. Ганиев Р. Н. Вестник Казанского технол. ун-та, Т.17, 5, 264-267 (2014).

2. Терехов В.М. Системы управления электроприводов. -Академия, Москва, 2006. 304 с.

3. Тумаева Е.В. Вестник технол. ун-та, Т.17, 16, 231-233 (2015).

4. Ключев В.И. Теория электропривода. - Энергоатомиз-дат, Москва, 1998. 704 с.

© Е. В. Тумаева - к.т.н., доцент каф. ЭТЭОП НХТИ КНИТУ, г. Нижнекамск, aep-nk@mail.ru; Р. Н. Ганиев - к.т.н., доцент каф. ЭТЭОП НХТИ КНИТУ, г. Нижнекамск.

© E. V. Tumaeva - Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of Chair, Nizhnekamsk Institute of Chemical Technology, KNRTU, aep-nk@mail.ru; R. N. Ganiev - Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of Chair, Nizhnekamsk Institute of Chemical Technology, KNRTU.