Электропривод с асинхронным двигателем с фазным ротором

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

РЕСПУБЛИК (1% (И) Эор H 02 Р 7/42

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н двто скому свидктельствм (21) 29ИЯО/24-07 (22) 09Я . 80 (46) 1S.08. 83. Бюл. Н 30

1 (72) И. В. Бородина, H. В. Бояринцев, А.М.Вейнгер, А.С.Гусев, И.М.Серый, В.Г.Томашевич и А.А.Янко-Триницкий (71) Уральский ордена Трудового

Красного Знамени политехнический институт им. С.М.Кирова и Свердловское отреление Всесоюзного научно-исследовательского и проектного института

"Тяжпромэлектропроект" (53). 621.313.323.072.9(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

М 610275, кл. Н 02 Р 5/34, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

11 18851, кл. H 02 P 7/48, .1972. (54)(57) ЭДЕКТРОПРИВОД С АСИНХРОННЦМ

ДВИГАТЕЛЕМ С фАЗНЬ1М РОТОРОМ, содержа-. щий блок. задания скорости вращения, связанный через регуляторы составляющих потокосцепления статора в ортогональных осях системы координат,.вращающейся с полем двигателя, и первый координатный преобразователь с регулируемым источником питания фазных обмоток статора, а через второй координатный преобразователь и регуляторы составляющих потокосцепления ротора в ортогональных осях системы координат, вра,,аю" щейся с полем двигателя, — с регулируемым источником питания фаэных обмоток ротора, генератор низкочастотных колебаний, связанный с входами для опорных функций первого и второго координатных преобразователей, третий координатный преобразователь, подключенный входами к датчикам фазных токов статора и ротора, а выходами - к соответствующим входам обратных связей регуляторов сос- тавляющих потокосцеплений статора и ротора и входам блока компенсирую, щих обратных связей, выходы которого связаны с входами компенсации регуляторов составляющих потокосцеплений статора и ротора, датчик скорос" ти вращения ротора, связанный выходами с другими входами блока компен сирующих обратных связей и регуляторов составляющих потокосцеплений статора и ротора, датчик углового положения ротора, связанный с входами для опорных функций первого, второго и третьего координатных преобра-. зователей, отличающийся тем, что, с целью повышения качества работы, в него введены последовательно соединенные блок задания скорости вращения системы координат и генератор опорных функций, датчик углового положения ротора выполнен в виде датчика импульсов, а датчик скорости вращения ротора - в виде блока вычислений, соединенного первым входом с выходом датчика импульсов, а вторым входом - с выходом блока задания скорости вращения системы координат, при этом второй вход генератора опорных функций подклю- . чен к выходу датчика импульсов, первые выходы соединены с входами для опорных функций первого координатного преобразователя, вторые выходы соединены с входами для опорных функ- ф ций второго координатного преобразователя, подключенного входами к выходам регуляторов составляющих потокосцепления ротора в ортогональных осях системы координат, вращающейся с полем двигателя, а выходами

° . к регулируемому источнику питания фазных обмоток ротора, первый и вто:Рой выходы генератора опорных функций соединены с соответствующими вхо-, дами для опорных Функций третьего

40357бб координатного преобразователя, а входы блока задания скорости вращения системы координа соединены с выходами генератора низкочастотных колебаний и блока задания скорости вращения) f

Изобретение относится к электро" технике; а точнее к частотно-управляемым электроприводам, построенным на : основе асинхронных двигателей с фаз" ным ротором, и может быть использовано, напРимер, для реверсивных электроприводов в металлургической промыв. ленности или других отраслях народ- ного хозяйства, где определяющими требованиями являются мощность, высокая динамика, высокая скорость вращения.

Известен электропривод с асинхронным двигателем с Фазным ротором, со" держащий блок задания скорости вращения, связанный через регуляторы составляющих потокосцепления ротора и первый координатный преобразователь с регулируемым источником питания .Фазных обмоток ротора, второй коор" динатный преобразователь, подключен" ный входами к датчикам фазных,токов статора и ротора, а выходами - к соответствующим входам обратных связей регуляторов составляющих потокосцепления ротора и входам блока компенсирующих внутренних обратных связей статора и ротора, датчик скорости вращения и датчик углового положения ротора, связанный с входами для опор" ных функций первого и второго коор- 30 динатных преобразователей (1 j.

Недостатком известного электропривода является низкий диапазон регулирования скорости вращения, обус" ловленный применением регулируемого источника питания только для питания фазных обмоток ротора.

Наиболее близким к изобретению тех, ническим решением является электро" привод с асинхронным двигателем с фазным ротором, содержащий блок задания скорости вращения, связанный через регуляторы составляющих потокосцепления статора в ортогональных осях системы координат,, вращаю2 ,щейся с полем двигателя, и первый координатный преобразователь с регулируемым источником питания фазных обмоток статора, а через вто" рой координатный преобразователь.и регуляторы составляющих потокосцепления ротора в ортогональных осях системы координат, вращающейся с полем двигателя, - с регулируемым источником питания фазных обмоток ротора, генератор низкочастотных колебаний, связанный с входами для опорных Функций первого и второго координатных преобразователей, третий координатный преобразователь, подключенный входами к датчикам Фазных токов статора и ротора, а выходами - к соответствующим входам обратных связей регуляторов составляющих потокосцеплений статора и ротора и входам блока компенсирующих обратных связей, выходы которого связаны с входами компенсации регуляторов составляющих потокосцеплений статора и ротора, датчик скорости вращения ротора, связанный выходами с другими входами блока компенсирующих обратных связей и регуляторов составляющих потокосцеплений статора и ротора, датчик углового положения ротора, связанный с входами для опорных функций первого, второго и третьего координатных преобразователей (2).

Недостатками данного электропривода являются невысокое качество работы и низкие энергетические показатели.

Цель изобретения - повышение качества работы.

Указанная цель обеспечивается тем, что в электропривод с асинхронным двигателем с фазным ротором, содержащий блок задания скорости вращения, связанный через регуляторы составляющих потокосцепления статора

766 4 вый и второй выходы генератора опор- ных функций соединены с соответст" вующими входами .для опорных функций ,третьего координатного преобразователя, а входы блока задания скорости вращения системы координат соединены с выходами генератора низкочас" тотных колебаний и блока задания скорости вращения.

На чертеже представлена струк" турная схема предлагаемого злектропривода с асинхронным двигателем с фазным ротором.

Электропривод содержит асинхрон ный двигатель .1 с фаэным ротором, блок 2 задания скорости вращения, связанный через регуляторы 3 и 4составляющих потокосцеплейия статора соответственно в осях о и )3 вращающейся с полем двигателя системы ко" ординат и первый координатный преобразователь 5 с регулируемым источником 6 питания фазных обмоток статора асинхронного двигателя 1. Блок

2 задания скорости вращения связан также через регуляторы 7 и 8 составлякнцих потокосцепления ротора соответственно в осях Ы и р вращающейся с полем двигателя системы координат и второй координатный преобра-. зователь 9 с регулируемым источни ком 10 питания фазных обмоток ротора. Генератор 11 низкочастотных ко-. лебаний связан с входами для .опорных

Функций координатных -преобразователей 5 и 9. Третий координатный преобразователь 12 подключен входами к датчикам 13 и 14 фазных токов статора и ротора, а выходами - к соответствующим входам обратных связей регуляторов 3 и 4 составляющих-пото. косцепления статора, регуляторов 7 и 8 составляющих потокосцепления ротора и входам блока компенсирующих обратных связей статора и ротора, составленного из умножителей 15-18, сумма оров 19-22 и корректирующих звеньев 23 — 26. Выходы корректируоцих звеньев 23 и 24 соединены с входами компенсации регуляторов 4 и

3 соответственно, а выходы корректирующих звеньев 25 и 26 — с входами компенсации регуляторов 7 и 8 соответственно. На валу асинхронного двигателя установлен датчик 27 импульсов, подключенный к датчику 28 скорости вращения ротора, выполненному в виде блока вычислений и свяt занный с входами для опорных функ3 1035 в ортогональных осях системы координат, вращающейся с полем двигателя, . и первый координатный преобразователь ,с регулируемым источником питания фазных обмоток статора, а через вто5 рои координатный преобразователь и регуляторы составляющих потокосцепления ротора в ортогональных осях системы координат, вращающейся с полем двигателя, - с регулируемым источником питания фазных обмоток ротора, генератор низкочастотных колебаний

У связанный с входами для опорных функ. ций первого и второго координатных преобразователей, третий координатный преобразователь, подключенный входами к датчикам фазных токов ста" тора и ротора, а выходами - к соответствующим входам обратных связей регуляторов составляющих потокосцеп - 20 лений статора и ротора и входам блока компенсирующих обратных связей; выходы которого связаны с входами компенсации регуляторов составляющих потокосцеплений статора и рото25 ра „датчик скорости вращения ротора, связанный выходами с другими входами блока компенсирующих обратных связей и регуляторов составляющих потокосцеплений стзтора и ротора, датчик углового положения ротора, связан30 ный с входами для опорных функций первого, второго и третьего координатных преобразователей, введены последовательно соединенные блок задания скорости вращения системы координат и генератор опорных Функций

1 датчик углового положения ротора выполнен в виде датчика импульсов, а датчик скорости вращения ротора — в виде блока вычислений, соединенного 40 первым входом с выходом датчика импульсов, а вторым входом - с выходом блока задания скорости вращения системы координат, при этом второй вход генератора опорных функций под- 45 ключен к Выходу датчика импульсов, первые выходы соединены с входами для опорных функций первого координатного преобразователя, вторые выходы соединены с входами для опор- 50 ных функций второго координатного преобразователя, подключенного входами к выходам регуляторов составляющих потокосцепления ротора в ортогональных осях системы координат, SS вращающейся с полем двигателя, а выходами — к -регулируемому источнику питания Фазных обмоток ротора, пержит в пределах ы cw, сигнал ослабления поля Уостуйающий на вход сумматора 36, равен нулю, т,е. 4 0.

5 . При этом нелинейный элемент 39 имеет характеристику у х, а нелинейный элемент 42 - характеристику о

10 где х 7 хот 0. На выходе сумматора 36 в рассматриваемой зоне

Формируется постоянное задание, равч / .ноетф /ра 1 и соответствующее осQ

15 ,Фовндйу потокосцеплению статора дви,;гателя по оси

За счет действия регуляторов 3 и 4 составляющие потокосцепления статора поддерживаются на уровнях 1У 56

ВсС sQ гр где K - коэффициент, характери5 зующий долю статора в создании основного пото"

30 ау

m =mo момент нагрузки на валу двигателя

Блок 2 задания устанавливает уровень задания ы, - скорости вращения двигателя 1, а также определяет задание скорости вращения м системы координат через датчик 29 по соотновению ш =05(v +hw З1пЯ 1

К, км о

4О "де ь"кудато - амплитуда и частота колебании скорости вращения системы координат, задаваемые генератором 11, который

45, служит для предотвращения неравномерной загрузки фаз двигателя 1 током в режиме упора (стоянки с номинальным моментом ). В указанном режиме возможно протекание по фазам двигателя 1 постоянных токов, в частности, в одной из фаз может оказать,ся постоянный ток, равный максималь.ному значению номинального тока. В остальных фазах при этом поддерживаются также постоянные токи, но равные по величине половине от их максимальных значений. При этом в фазе, ! где постоянный rom равен максимальному значению, выделяется s два раза

5 1035766 ций координатных преобразователей

5, 9 и 12, В электропривод введен блок 29 . задания скорости вращения системы координат, соединенный выходоь1 с первым входом генератора 30 опор" ных функций, другой вход которого подключен к выходу датчика 27 импульсов. Первые выходы генератора 30 опорных функций соединены с входами для опорных функций первого и третьего координатных преобразователей

5. и 12, а вторые. выходы - с входами для опорных .Функций второго и третьего координатных преобразователей

9 и 12. Входы блока 29 задания скорости вращения системы координат соединены с выходами генератора )1, низкочастотных колебаний и блока 2 задания скорости вращения.

Входы умножителей 15 и 16 блока компенсирующих связей соединены с вы

Модом блока 29 задания скорости вра- щения системы координат, а входы умножителей 17 и 18 - с одним из выходов датчика 28 скорости вращения ротора, Выход блока 2 задания, скорости вращения соединен с входом задания регулятора 7 через последовательно соединенные регулятор 31, согласующий фильтр 32 и делитель 33. Вход задания регулятора 3 подключен к вых ходу задатчика 34 уровня потокосцеп" ления статора по оси ñ, вход кото" рого соединен с выходом делителя 33.

Вход. задания регулятора 8 через масвтабный элемент 35 соединен с выходом сумматора 36, первый вход которого подключен к выходу задатчика

37 уровня основного потокосцепления статора по оси p . Вход задания регу лятора 4 и второй вход делителя 33 соединены с выходом сумматора 36 непосредственно, Второй вход сумматора

36 соединен с блоком ослабления поля, составленным из задатчика 38 диапазона основной скорости вращения ротора, нелинейного элемента 39, сумматора 40, логического элемента 41, нелинейного элемента 42, масштабного элемента 43. Выход нелинейного элемента 39 соединен с выходом блока 2 задания скорости вращения.

Злектропривод работает следующим образом.

В первой зоне регулирования скорости, когда задание по. скорости, определяемое блоком 2 задания, леХ

5 где К „ " коэффициент, характеризующий долю ротора в создании основного потока.

Напряжение ротора (если сопротивление фазы ротора г =0) определяется составляющими (3

=-0 5w+V -1оки статора и ротора двигателя определяются по соотношениям

, еg sp x d р о Ъ4

2 го =у и ев г ь Хп1 д"р

d"/Ь

40

jhow ) ) О3

7 103 больше тепла, чем в случае, если ток переменный. Это приводит к перегреву нерегулируемой фазы и- выходу двигателя из строя. Указанное явление устраняется с помощью генератора 11 низкочастотных колебаний, обеспечивающего протекание в Фазах двигателя

1 переменных токов.

Токи статора и ротора двигателя

-в стационарных режимах изменяются не !О с постоянной частотой, а с изменяющейся около среднего значения, равного с>5 -и,. = ык =0 5 м1

cp

Если в режиме вращения hw < ы положить сопротивление фазы статора 1$ г =О, то .можно получить составляю: щие напряжения статора

0 „,= - О.5 < spy

0 = О,5 ч с Задания составляющих потокосцеп- щ ления ротора за счет действия регу: ляторов 7 и 8 поддерживаются на уровнях Х ,. Ч „, = ь

%, %

Во второй зоне регулирования скорости, когда задание по скорости

5766 8.

1 ма выходе суммирующего элемента 36 формируется задание потокосцепления

ы о .т.е. поток двигателя понижается с рострм задания .его скорости.

Наличие в электроприводе регуляторов 7 и 8 составляющих потокосцеяления ротора и регуляторов 3 и 4 сЬ" ставлякщих потокосцепления статора .обеспечивает поддержание требуемого момента и целесообразного энергетического режима для двигателя i. 8 частности, изменяя коэффициенты К

5 и К регуляторов, можно выбрать ре-жим i >> > г,, что бывает важным .при учете существенно разных условий теплоотдачи статора и ротора.

Возможность перераспределения токов статора и ротора двигателя 1 улучшает энергетические показатели электропривода.

Таким образом, применение в электроприводе раздельного питания для фазных обмоток статора и ротора, а также использование системы координат с регулируемой скоростью вращения позволяют обеспечить питание обмоток статора и ротора дви?-ателя токами одинаковой частоты, что также определяет повышение качества работы и возможность улучшения энергетических показателей привода. При этом к двигателю не-предъявляются специаль" ные требования в части симметрирования параметров статора и ротора.

Кроме того, предусмотренное в электроприводе двухзонйое регулирование скорости позволяет осуществить регулирование с минимальной установленной мощностью источников питания фазных обмоток двигателя.

Итак, введение в предлагаемый электропривод генератора опорных функций, управляемого от блока задания скорости вращения системы ко" ординат, позволяет обеспечить необходимое перераспределение токов статора и ротора, повысить качество работы и улучшить энергетические по. казатели.

1035766

МНИИПИ Заказ 5852/58 Тираж 687 Подписное

Фипиа ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4