![]() |
4. Электрические цепи с двигателями переменного тока
Управление двигателями производится от автономных инверторов напряжения или тока. Для реверсивных приводов с диапазоном регулирования скорости свыше 20:1 и для следящих приводов независимо от их мощности целесообразно применение инверторов напряжения с широтно-импульсной модуляцией. Это обусловлено тем, что при питании двигателя от обычного инвертора без широтно-импульсной модуляции в зоне низких частот движение привода носит дискретный характер. При незначительном диапазоне регулирования частоты и напряженном повторно-кратковременном режиме работы привода целесообразно использование инверторов тока. На рис.20 изображена схема транзисторного инвертора. При использовании его как инвертора напряжения параллельно зажимам источника постоянного напряжения ![]() Рис. 20 В работе [13] показано, как следует в этом случае учитывать внутреннее сопротивление преобразователя выпрямитель-инвертор при расчете механических характеристик. Силовая часть привода переменного тока при правильном конструировании более надежна по сравнению со схемой постоянного тока. В особых условиях, например в пожароопасных, привод переменного тока предпочтительнее. Управление транзисторами или тиристорами инвертора производится от логических схем. ![]() Рис. 21
На рис. 21 показано, как реализуется широтно-импульсная модуляция управляющих импульсов инвертора по синусному закону. На вход последовательностной логической схемы (ПС) поступают импульсы постоянной частоты Электромагнитный момент асинхронного двигателя вычисляют по формуле ![]()
где p - число пар полюсов; m - число фаз обмотки статора; U - напряжение фазы статора;
Для рабочей части характеристики ![]()
которая аналогична механической характеристике двигателя постоянного тока с независимым возбуждением. При управлении двигателем по закону ![]()
Здесь Другой возможный закон управления двигателем есть ![]()
где E - э. д. с. статора. Это эквивалентно управлению с поддержанием постоянства относительной частоты ротора
Однако реализация обратной связи по нагрузке довольно сложна. На практике часто используют управление, при котором
Рабочий поток машины определяется намагничивающим током Для получения механической характеристики экскаваторного типа необходимо в системе с инвертором напряжения подать на его вход отрицательную задержанную обратную связь по абсолютному скольжению s. Исходя из уравнения рабочего участка механической характеристики асинхронного двигателя, питаемого синусоидальным напряжением: ![]()
получаем при подстановке закона ![]()
Отсюда момент воротного замыкания ![]() Подставляя его в уравнение движения i-го звена робота ((10)-(12)), получаем ![]()
При наличии отрицательной обратной связи по скорости вращения двигателя ![]() Если подать на вход системы привода частоту ![]() то получим скорость ![]() По сравнению с формулой (53) имеем меньшее падение скорости Ω при том же электромагнитном моменте двигателя. Момент короткого замыкания (57) ![]()
Приходим в уравнению движения i-го звена робота в динамике при ![]()
Для статического скручивания вала по схеме на рис. 9 д можно записать уравнение i-го звена аналогично (49), если заменить в ее левой части
Управлению асинхронного электродвигателя со стабилизацией потока соответствует уравнение рабочей части характеристики ![]()
где ![]()
где ![]() Подставляем (62) в общее уравнение движения i-го звена робота: ![]() После включения связи по скорости ![]() или ![]()
При сильной обратной связи ![]()
Если подать на вход системы привода частоту ![]() Момент короткого замыкания ![]()
Приходим к уравнению относительно ![]() Движение звена робота с учетом упругой связи между двигателем и шарниром в случае стабилизации потока асинхронного двигателя можно описать аналогично уравнению (49). Уравнения механических характеристик асинхронного двигателя (53), (56), (61), (64), (65) справедливы, если синусоидальна форма напряжения на статорной обмотке. Эта форма практически достигается при широтно-импульсной модуляции напряжения инвертора по синусному закону. Ненужность низких и стабильных скоростей перемещения звеньев робота означает устранение из привода блока, осуществляющего указанную модуляцию. Оценим неравномерность движения привода с асинхронным двигателем, вызванную ступенчатостью форм фазных напряжений на статорной обмотке. Представим фазные напряжения, не зависящие от нагрузки, в виде ![]()
где ![]()
Такое представление соответствует включению обмотки статора по схеме треугольника. В каждый момент времени ![]() ![]()
Связь между моментом ![]()
где ![]()
Отсюда при ![]()
На рис. 22 изображены функции ![]() ![]() Рис. 22
Если Дифференциальное уравнение, описывающее электромеханический переходный процесс асинхронного двигателя, имеет вид ![]()
где ![]()
где ![]()
принимается одинаковой для всех ![]()
где ![]()
Очевидно, сумма всех абсолютных приращений скольжения на отрезках ![]()
где
В формуле (77) не учитывается приращение скольжения на отрезках Для приводов роботов могут быть использованы не только асинхронные, но и синхронные двигатели. В их число входят тихоходные машины с электромеханической редукцией. Имеется возможность на основе их строить приводы, у которых механические редукторы имеют меньшее передаточное число, что позволяет снизить колебательность в движениях при наличии упругих деформаций механических цепей. Применение этих машин целесообразно, если они имеют удовлетворительные весогабаритные показатели. Известен способ частотно-токового управления машинами переменного тока с целью получения приводов с управляемыми моментами [14]. В этом случае момент не зависит от частоты вращения вала и механические характеристики получаются предельно мягкими. При частотно-токовом управлении в обмотки электрической машины задаются токи, мгновенные значения которых определяются входным сигналом, т. е. требуемым моментом и угловым положением ротора. ![]() Рис. 23
На рис. 23 представлена схема обобщенного привода с частотно-токовым управлением, в котором осуществляется формирование токов в обмотках ![]()
где
Отметим, что в реальном устройстве сложение углов В приводах с управляемым моментом на базе синхронных и асинхронных машин, используемых в замкнутых системах регулирования, не. могут возникать такие режимы, в которых синхронная машина выпадает из синхронизма, а асинхронная - опрокинется. Это справедливо для любого характера изменения входного сигнала и нагрузки на валу. Заметим, что в месте соединения звеньев робота одно звено может быть непосредственно статором, а другое - ротором двигателя. В схемах роботов находят применение шаговые электродвигатели. Если двигатель является силовым исполнительным элементом, то он самостоятельно перемещает i-е звено рабочего органа в одну из требуемых позиций. В другом варианте шаговый двигатель выполняет функцию преобразования импульсного сигнала в угловое или линейное перемещение устройства, управляющего силовым исполнительным элементом. Это может быть, например, золотник гидроусилителя. В работе [15] рассмотрены физика и управление шаговыми электродвигателями. |
![]()
|
|||
![]() |
|||||
© ROBOTICSLIB.RU, 2001-2019
При копировании материалов проекта обязательно ставить ссылку на страницу источник: http://roboticslib.ru/ 'Робототехника' |