Устройство для формирования составляющих опорного параметра ротора асинхронной машины с фазным ротором (его варианты)

 

1. Устройство для формирования составляющих опорного параметра ротора асинхронной машины с фазным ротором, содержащее датчик фазных токов ротора, датчики фазных токов и напряжений статора, связанные с датчиком составляющих ориентирукнцего параметра статора, выходы которого подключены к одним входам координатного преобразователя, к другим входам которого подключены выходы датчика фазных токов статора, о тличающееся тем, что, с целью упрощения, снабжено определителем составляющих тока ротора в синхронных осях, дополнительным координатным преобразователем и блоком нормирования, вход которого подключен к выходу дополнительного координатного преобразователя, входы (Л которого связаны с выходами датчика фазных токов ротора и определителя составлякнцих тока ротора в синхронных осях, входы которого соединень) с выходами координатного преобразователя . О СО СО 1г cosaf

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

6 юлю е

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОЧНРЫТИЙ (21) 2913743/24-07 (22) 21.04.80 (ф6) 30.06.84. Бюл.В 24 (72) Н.Н.Блоцкий, В.П.Бродовский, И.Я.Довганюк,В.А.Ерухимович,А.С Лилин.

Е.С.Иванов,Б.П.Климов,С.О.Кривицкий, О.Ф.Никитин, В.Я.Туровский, Б.К.Чемоданов,Ю.Г.Шакарян,Ю.Л.Шинднес, Т.В.Плотникова и И.И.Эпштейн (53) 621.316.718.5 (088.8) (56) 1. Патент США Р 3859578, кл. 318-197, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

И- 675567, 1976. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ СОСТАВЛЯЮИДХ ОПОРНОГО ПАРАМЕТРА РОТОРА

АСИНХРОННОЙ МАШИНЫ С ФАЗНЫМ РОТОРОМ (ЕГО ВАРИАНТЫ) ° (57) 1. Устройство .для формирования составляющих опорного параметра ротора асинхронной машины с фазным.,Я0„„1100 99, А

Sm Н 02 Р 5/34 ° Н 02 Р 7/42 ротором, содержащее датчик фазных токов ротора, датчики фазных токов и напряжений статора, связанные с датчиком составляющих ориентирующего параметра статора, выходы которого подключены к одним входам координатного преобразователя, к другим входам которого подключены выходы датчика фазных токов статора, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения, снабжено определителем составляющих тока ротора в синхронных осях, дополнительным координатным преобразователем и блоком нормирования, вход которого подключен к выходу дополнительного каор-g

С3 динатного преобразователя, входы которого связаны с выходами датчика фазных токов ротора и определителя С составляющих тока ротора в синхроно ных осях, входы которого соединены а с выходами координатного преобразователя .

1100699

2. Устройство для формирования составляющих опорного параметра ротора асинхронной машины с фазным ротором, содержащее датчик фазных токов ротора, датчики фазных токов и напряжений статора, связанные с датчиком составляющих ориентирующего .параметра статора, выходы которого подключены к одним входам координатного преобразователя, о т л и.ч а ющ е е с я тем, что, с целью упрощения, снабжено блоком нормирования, дополнительным координатным преобразователем и определителем токов ро-. тора .в осях статора, входы которого подключены к датчикам фазных токов и напряжений статора, а выходы соединены с одними входами дополнительного координатного преобразователя, другие входы которого соединены с выходами датчика фазных токов ротора, а выходы дополнительного координатного преобразователя связаны с другими входами координатного преобразователя, выход которого подключен к блоку нормирования.

3. Устройство для формирования составляющих опорного параметра ротора асинхронной машины с фазным ротором, содержащее датчик фазных токов и напряжений статора, связанные с датчиком составляющих ориентирующего параметра статора, выходы которого подключены к одним входам координатного преобразователя, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения, снабжено блоком нормирования, дополнительным координатным преобразователем и определителем токов ротора в осях статора, входы которого подключены к датчикам фазных токов и напряжений статора, а выходы соединены с одними входами дополнительного координатного преобразователя, другие входы которого связаны с выходами координатного преобразователя, другие входы которого подключены к датчику фазных токов ротора, при этом выход дополнительИзобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам ного координатного преобразователя связан с входом .блока нормирования.

4. Устройство для формирования составляющих опорного параметра ротора асинхронной машины с фазным ротором, содержащее датчик фазных токов ротора, датчики фазных токов и напряжений статора, связанные с датчиком составляющих ориентирующего параметра статора, выходы которого подключены к одним входам координатного преобразователя, другие входы которого подключены к выходам датчика фазных токов статора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения, снабжено блоком нормирования, дополнительным координатным преобразователем, определителем токов статора в осях ротора и датчиком фазных напряжений ротора, выход которого и выход датчика фазных токов ротора соединены с входами определителя токов статора в осях ротора, выход которого подключен к одним входам дополни— тельного координатного преобразователя, к другим входам которого подсоединены выходы координатного .преобразователя„ при этом выход дополнительного координатного преобразователя соединен с входом блока нормирования.

5. Устройство по пп. 1 — 4, о тличающееся тем, чтоснабжено датчиком составляющих скорости изменения опорного параметра ротора и блоком апериодических звеньев, входы которого связаны с выходами датчика составляющих скорости изменения опорного параметра ротора и блока нормирования.

6. Устройство по и. 5, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что снабжено третьим координатным преобразователем, одни входы которого связаны с выходами датчика составляющих скорости изменения опорного параметра ротора, а другие — с входами блока апериодических звеньев. управления асинхронными машинами с фазным ротором, и может быть исполь3,: . 110069 зовано в системах управления вращением нагрузки и регулирования .потребления мощности. из питающей сети.

1также снабжено датчиком составлявптих скорости изменения опорного параметра ротора и блоком апериодических звеньев, входы которого связаны с выходами датчика составляющих скорос5

Известно устройство для формирования составляющих опорного параметра ротора (гармонических функций для координатных преобразователей) асинхронной машины с фазным ротором, 10 содержащее датчик углового положе- . ния, датчик напряжения сети, датчик тока ротора, координатный преобразователь 1.1 g.

1 15

Недостатком известного устройства

)является конструктивная сложность из-за необходимости размещения на валу асинхронной машины электромеханического датчика.

Наиболее близким к изобретению является устройство для формирования составляющих опорного параметра ротора асинхронной машины с фазным 2S, ротором, содержащее датчик фазных токов ротора, датчики фазных токов и. напряжений статора, связанные с датчиком составляющих ориентирующего параметра статора, выходы которого gp подключены к одним входам координатного преобразователя, к другим входам которого подключены выходы датчика фазных.токов статора (2.1.

Недостатком известного устройства 3 является сложность электрической схемы, обусловленная наличием специального электронного генератора, построенного, на высокоточных интеграторах с большой постоянной времени. О

Генератор, содержащий элементы нормирования амплитуды, элементы коммутации, блок фильтрации управляющих сигналов, двухканальный широтноимпульсный модулятор, является слож- < ным в настройке и ограничивает область применения устройства.

Цель изобретения — упрощение устройства для формирования составляющих опорного параметра ротора.

Указанная цель достигается тем что в устройство введен определитель составляющих тока ротора в синхронных осях, дополнительный координатный преобразователь и блок нормирования, вход которого подключен к выхбду дополнительного координатного преобразователя, входы которого связаны с вью ,ходами датчика фазных токов ротора и определителя составляющих тока ротора в синхронных осях, входы котороro соединены с выходами координатного преобразователя.

Согласно другому варианту устройство может быть снабжено блоком нормирования, дополнительным координатным преобразователем и определителем токов ротора в осях статора, входы которого подключены к датчикам фаэ.ных токов и напряжений статора, а выходы соединены с одними входами дополнительного координатного преоб" разователя, другие входы которого соединены с выходами датчика фазных токов ротора, а выходы дополнительного координатного преобразователя связаны с другими входами координатного преобразователя, выход кото-. рого подключен к блоку нормирования.

Устройство может быть снабжено блоком нормирования, дополнительным координатным преобразователем и определителем токов ротора в осях статора, входы которого подключены к датчикам фазных токов и напряжений статора, а выходы соединены с одними входами дополнительного координатного преобразователя, другие входы которого связаны с выходами координатного преобразователя, другие входы которого подключены к датчику фаэных токов ротора, при этом выход дополнительного координатного преобразователя связан с входом блока нормирования.

Устройство может быть снабжено блоком нормирования, дополнительным координатным преобразователем, определителем токов статора в осях ротора и датчиком фазных напряжений ротора, выход которого и выход датчик фазных токов ротора соединены с входами определителя токов статора в осях ротора, .выход которого подключен к одним входам дополнительного координатного преобразователя, к другим входам которого под" соединены выходы координатного пре образователя, при этом выход дополнительного координатного преобразо- вателя соединен с входом блока нормирования.

Кроме того, устрбйство может быль

0699 6 к входу координатного преобразователя 11, выход которого связан с входом статора на частоте токов Ротора своим выходом подключен к одним входам координатного преобразователя 11.

Устройство работает следующим образом.

Определим аналитические выражения, связывающие фазные токи статора и ротора, между собой и с составляющими этих токов в синхронных осях сС и Р, вращающихся с угловой скоростью иг поля статора (фиг. 8).

Рассматриваются установившиеся режимы работы асинхронной машины с фазным ротором, которые характеризуются синусоидальными токами и напряжениями фаз.машины. Числа витков фазных обмоток статора и ротора принимаются равными между собой.

При управлении асинхронной машиной с фазным ротором выбирается ориентирующий параметр статора.

Таким параметром может быть либо напряжение статора, либо ток статора, либо полное потокосцепление статора

У либо намагничивающий (реактивный) ток статора. Для конкретности рассмотрения за ориентирующий параметр статора выбирается реактивный ток

i статора. С направлением этого тока совпадает направление оси у (фиг. 8). Вектор тока i5 вращается со скоростью ь (фазовый угол Ч ) относительно фазных обмоток статоа — осей g, f.

Устройство содержит датчик 1 фазных токов статора, датчик 2 фазных составляющих напряжений П, датчик 3 фаэных составляющих тока ротора х 1 (фиг. 1-3) . В определителе 4 составляющих опорного параметра ротора производится преобразование фазных величин, поступающих от датчиков 1,2 и 3, В блоке 5 (фиг. 2), входы которого подключены к выходам датчиков фаэных токов и напряжений ротора, производится определение скорости изменения опорного параметра ротора. Выход блока 5 соединен с-блоком 6 апериодических звеньев и одним из входов формирователя 7 скольжения, другой Ç5 вход которого подключен к выходу блока 6.

Датчик 8 (фиг. 4) фазных составляющих ориентирующего параметра статора своим выходом связан с входом 40 первого координатного преобразователя 9, выход которого подключен к входу формирователя 10 составляющих тока ротора в синхронных осях. Второй координатный преобразователь 11 одними входами связан с выходом формирователя 10, а своим выходом связан с входом блока 12 нормирования .

Формирователь 13 (фиг. 5) фазных токов ротора на частоте токов статора своим выходом подключен к одному из входов второго координатного преобразователя 11, выход которого связан с входом первого координатного преобразователя 9,, выход которого подключен к входу блока 12 нормирования. Выход координатного преобразователя 9 (фиг..6) подключен

1 1

Р SD 1P ()

I8.= I9D+ ItD

45 где i — реактивный ток ротора (ток

1-D намагничивания, поступаю щий со стороны ротора), совпадающий с осью

I — величина тока намагничиИ

50 вания асинхронной машины; — величина тока намагничивабй ния статора;

I — величина тока намагничиЮ вания ротора.

Ss Вектор тока i вращается относительно осей d, q связанных с ротором, со скоростью си1(фазовый угол y).

Оси d q вращаются относительно

5 110 ти изменения опорного параметра ротора и блока нормирования.

Помимо этого, устройство может быть снабжено третьим координатным преобразователем, одни входы которого связаны с выходами датчика составляющих скорости изменения опорного. параметра ротора, а другие — с входами блока апериодических звеньев.

На фиг. 1-4 представлены .структур- 10 ные схемы, поясняющие выполнение первого варианта устройства для формирования составляющих опорного параметра ротора; на фиг. 5 — 7 — структурные схемы других вариантов выполнения устройства; на фнг. 8 — пространст» венная векторная диаграмма токов (ампервитков) асинхронной машины с фазным ротором.

Вектор полного тока i намагничивания, совпадающий.с осью р равен

1100699 осей g, f со скоростью Я вЂ” фазовый угол 8 (фиг; 8) .

Токи .. и д,. содержат активные составляющие i>@è, для которых справедливо 5

isa = "ra = "= а- е () где . 3 — величина активного тока статора (ротора).

Выражения (1) и (2) вытекают из i0 принципа работы асинхронной машины с фазным ротором, .при этом ток определяется в основном напряжением, ! питающим статор. Ориентирующий параметр статора формируется в блоке 8 1э (фиг. 4) иэ напряжения U,,и тока Г статора, которые поступают в блок 8 в виде измеренных фазных напряжений и токов. Обычно пользуются нормированным (с единичной амплитудой) ориен- 0 тирующим параметром 0 статора, сов- падающим по направленйю с осью р t

Для амплитуд векторов io è о .,которые составляют. этот едийичный вектор в осях g f имеем 25

; — sin Ч, „1 (3) о = -sin ã (4)

iо cos Х

С учетом сказанного и в соответст. вии с фиг. 8 имеем следующие уравнения: для фазных токов ротора

45 (5) i = -Iùsin y + I®cosy

i>icos у+ Igsin y

) для фаэных токов статора

5jngt. Э Со9 f =(j - J )9jhYf Э c05V) (Ц

i =3 cos Y-3 sin V = Ц -3 ) 1casV-3 sin Y при этом имеем

g+8 =1 (7)

Величину ?„„либо принимают постоянной, либо вычисляют в процессе

Опорным параметром ротора является вектор ь.1 . Обычно используют нор- 30 мированный опорный параметр z ротора.

На фиг. 8 этот вектор совпадает с ориентирующим параметром статора однако для амплитуд вектоРов з. и з „1, 35 которые составляют опорный пара етр ротора в осях q, 6 имеем

I„„- i -I»

I a Е(9) управления асинхронной машиной, при этом используют информацию от датчика 2 о напряжении U питания ста3 тора. Фазные токи статора и ротора измеряются датчиками 1 и 3 (фиг. 2) .

Уравнения (5), (6) и (7) вместе с уравнениями (1), (2) и (3) состав" ляют систему уравнений, на основе которой можно аналитически показать существо преобразований, которые необходимо производить с фазными токами ротора (5) и статора (6) и с фазными составляющими ориентирующего параметра статора (3) для получения фаэных составляющих опорного параметра ротора (4).

В блоке 8 (фиг. 4) формируются фазные составляющие ориентирующего параметра статора в соответствии с выражением (3). Для этого определяются фазные напряжения статора, соответствующие фазным потокосцеплениям статора, путем IR-компенсации. е

Затем производится интегрирование полученных фазных напряжений.

Требуемые гармонические функции

sin4 и cos V (фазные составляю щие ориентирующего параметра статора) получаются при нормировании результатов интегрирования — путем деления на амплитуду.

В блоке 9 (первый координатный преобразователь) ток статора сравнивается с током 1 по правилам о координатных преобразований — определяются составляющие тока статора в синхронных осях

Icy >op. Ig+ i igy (ТЕ = "ау о ig ° ) где фазные составляющие ориентирующего параметра статора формируются блоком 8, а фазные токи статора измеряются датчиками 1 тока (фиг. 1) .

В соответствии с выражениями (1) и (2) в блоке 10 определяются составляющие тока ротора в синхронных осях at ф, для чего.в этом блоке используется величина Т, тока намагничивания, которая лйбо принимается постоянной. величиной, либо оп-. ределяется в процессе работы асинхронной машины по результатам измерения напряжения U> и тока i

00699

Датчик 5 составляющих скорости изменения опорного параметра (фиг. 2) ротора подключен к датчикам 2 и 3 на. пряжения и тока ротора. На выходе

5 датчика 5 формируется ЭДС ротора Е j sinit k p i„ ()

kj cos g= kp iО где k — коэффициент пропорциональ10 ности р — оператор .

Фазные составляющие ЭДС ротора поступают в блок 6 апериодических звеньев, куда поступают также rpy15 бые составляющие опорного параметра

РотоРа 1вД и 1р от блока 4.

Апериодические звенья блока 6 выполняют роль фильтров, на входах которых суммируются сигналы от бло20 ков 4и 5.

На выходах блока 6 имеем

id 3 3+j%3 8 сиз о.

i7 „ ) + Э

35 мирования содержат, как правило, высокочастотные пульсации, которые в ряде практических задач препятствуют получению высокого качества уп- 40 равления асинхронной машиной. Поэтому эти сигналы желательно профильтровать, не внося при этом запаздывания (фазового сдвига) в контур получения sinj u cosy .

Для решения этой задачи поступают следующим образом.

Выходные сигналы блока 12 (выходные сигналы sinó и созг электронного определитепя грубых составляю- 50 щих опорного параметра ротора) пропускают через фильтры с большой постоянной времени. Чтобы скомпенсировать искажения выходных сигналов блока 12, производимые этими фильтра- 55 ми, на их входы подают сигналы, пропорциональные скорости изменения составляющих опорного вектора.

9 11

Из выражения (5) для фазных токов ротора находим составляющие sin у и

cos опорного параметра ротора, используя полученные из статорной цепи значения I> и I — выражение (9), а также. измеренные датчиком 3 фазные токи i и i ротора .

Сначала в координатном преобразователе 11 производятся операции с составляющими тока ротора в. соответствии с выражениями

2 2 (Т1.1> Izg) sin I @ i®I„>

° (I>©+ I )cos т = 1,1Е1 1+

Затем в блоке 12 нормирования по-. лучают грубые с оставляющие sin y u созг опорного параметра ротора:путем деления выходных сигналов координатного преобразователя 11 на их амплитуду

На практике роль первого координатного преобразователя 9 выпол;няют фазочувствительные выпрямите,ли, опорными сигналами для которых . служат фазные напряжения статора, а входными — фазные точки статора.

Сигналы на выходе блока 12 нор<+ оЫ д ой("Р)

Îc1 $4 р7 1+ рТ о (р) ос 1+рТ 1 рТ где Т вЂ” постоянная времени фильтров (апериодических звеньев) .

При выборе Т=k имеем . +

1О = i = cos г + (14)

1 = i0 = s(n у, при этом полученные составляющие опорного параметра ротора не содержат пульсаций и могут быть использованы для получения высококачест- . венного регулирования.

В блоке 7 (фиг.3) сравниваются составлякицие Е и Е с составляющиа ми 1 08 и i eq, Р < = E.„фас(Е гс{ 1о, . (15)

После подставки в выражение (15) сигналов согласно выражениям (12) и (14) имеем сигнал

=1сусоз ) соз f+к 61п у зюпу k j (16) который пропорционален скольжению ф ротора, Сигнал используется при регулировании скорости ротора асинхронной машины.

Варианты устройства для формирования .составляющих опорного параметра ротора асинхронной машины с фаэ1.100699 (го)

11 ным ротором, представленные на фиг ° 5 и 6, отличаются от варианта, представленного на фиг, 4, очередностью проведения преобразований с

1 ° 1 и 1г. IIpH этОм В этих Bs риантах в блоке 13 формируется ток

РотоРа ir5на частоте тока статоРа.

Для этого сначала в .блоке 13 вычисляют ток

10 (17)

I sin Ч.

Затем формируют ток ротора на частОтЕ СтатОРа 1гь

1 Irg cos 9 — 1.gs1nЧ, (1В)

-I csin — I cos .j

На фиг. 5 в блоке 11 координатные преобразования ведутся в соответствии с выражениями (г г .

i +1 1 =-(Э +3 1зюВ, сц rsf y rqjd i rD 8(=- 3 +3 cos8; (г 21

dg rsvp d»g $ 3 rD QJ где токи 1 ти 1 у- токи ротора в осях, вращающихся со скоростью ф=и „.

В блоке 9 координатные преобразования ведутся в соответствии с выражениями

После нормирования в блоке 12 имеем на выходе блока 4 (фиг. 5) грубые (с пульсациями) составляющие sin г 40 и cos y опорного параметра ротора.

В координатном преобразователе 9 (фиг. 6) сравниваются токи i > и i д. а полученные результаты сравниваются в координатном преобразователе 11 45 с током i с выхода блока 13. Сигналы с выхода преобразователя 11 поступают в блок 12 нормирования, на выходе которого получаем грубые составляющие sin т u cos г опорного 50 параметра ротора.

В вариантах устройств согласно фиг. 4, 5 и 6 для координатных преобразований используются фазные напряжения статора. При использовании55 для этих же целей фазных напряжений ротора структуры устройств остаются аналогичными.

12

В устройстве, вариант которого представлен на фиг. 7, содержится формирователь 14 фазных токов стато- ра на частоте токов ротора. Выходы формирователя 14 связаны с датчиками тока и напряжения ротора. В формирователе 14 формируется сначала ток намагничивания асинхронной машины на частоте токов ротора, а затем он вычитается из тока ротора и формируется ток ig статора на частоте токов .т ротора. ТоК 1 „в координатном преобразователе 11 сравнивается с сигналами с выхода координатного преобразователя 9, в котором сравниваются токи i> и i . Сигналы с выхода преобразователя 11 поступают в блок 12 нормирования, на выходе которого формируются грубые составляющие sing и cos г опорного параметра ротора.

Составляющие sinт и созт опорного параметра ротора, формируемые в устройствах согласно фиг. 4-7, используются для получения сигналов управления силовым преобразователем энергии, питающим роторные обмотки асинхронной машины. Упомянутые сигналы управления формируются на выходах координатного преобразователя (не показан). На одни входы этого координатного преобразователя поступают сигналы sing u cosy от предлагаемого устройства, а на другие— сигналы либо с выходов регуляторов активного и реактивного токов ротора, либо от задатчиков активного и реа активного ротора в зависимости от выполнения силового преобразователя энергии.

Сигнал т от блока 7 используется в качестве сигнала обратной связи по скольжению ротора и обеспечивает регулирование числа оборотов асинхронной машины.

Таким образом, в предлагаемом устройстве требуемые для управления асинхронной машиной с фазным ротором параметры sing соз г и ф формируются по результатам замеров токов и напряжений асинхронной машины без применения электромеханических датчиков угла и скорости.

Предлагаемое устройство в отличие от прототипа не содержит сложной автоколебательной схемы, построенной на прецизионных элементах, и поэтому является более простыми по составу, связям и настройке.

1100699

1100699

1100699

1 Фиг.g

Составитель В.Тарасов

Редактор Л.Алексеенко Техред М. Кузьма Корректор А.Тяско

Заказ 4593/41 Тираж 667 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открьггий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4