Частотно-регулируемый синхронный электропривод

 

ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫЙ СИНХРОННЬЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД, содержащий синхронный двигатель с электромагнитным возбуждением, обмотки статора которого подключены к выходам преобразователя частоты с непосредственной связью, а обмотка возбуждения - к выходам управляемого вьспрямнтеля , датчики углового положения и скорости, установленные на валу синхронного двигателя с электромагнитным возбуждением, блок датчиков фазных токов статора и датчик тока возбуждения, последовательно среди-, ненные задатчик интенсивности и регулятор скорости, к выходу которого подключены три блока нелинейностей, при этом выходы первого и второго блоков нелинейностей связаны с входами блока преобразования числа фаз, фазные выходы которого подключены к первым входам соответствующих фязиых регуляторов тока, соединенных выходами с управляющими входами преобразователя частоты с непосредственной связью, выход третьего блока нелинейности подключен к первому входу регулятора тока возбуждения. выход которого соединен с управляющим входом управляемого выпрямителя, выходы блока датчиков фазных токов статора подключены к вторым входам соответствующих фазных регуляторов тока, выход датчика тока возбуждения подключен к второму входу регулятора тока возбуждения, выходы датчика углового положения подключены к входам для опорных функций блока преобразования координат, а выход датчика скорости - к второму входу регулятора скорости, отличающий с .я тем, что, с целью лучшения динамических характеристик за счет повышения быстродействия, введены блок выделения заданного зна (Д чения модуля тока статора, вычислитель модуля потокосцепления ста-с тора, два блока деления, инвертор, сумматор и три блока умножения, входы первого из которых подключены к выходам датчика скорости и вычислителя модуля потокосцепления статора, а выход - к первому входу 4j сумматора, второй вход которого объю единен с входами делителей блоков деления и подключен к выходу блока ю выделения заданного значения модуля тока статора, при этом выход первого блока нелинейности подключен к объединенным между собой первому входу блока вьщеления заданного значения модуля тока статора и входу делимого первого блока деления, выход второго блока нелинейности подключен к объединенным между собой второму входу блока выделения заданного значения модуля тока статора и входу делимого второго блока деления , выходы блоков деления подключены

„SU„, 11072

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК зсю Н 02 Р 5/34

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3609500/24--07 (22) 27. 06. 83 (46) 07.08.84. Бюп. К - 29 (72) О.А. Дегтяренко (53) 621.316.717(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

N - 520682, кл. Н 02 P 5/40, 1970.

2. Слежановский О.В. и др. Синтез структур частотно-регулируемых тихоходных синхронных электроприводов. — "Электротехника", 1974, Р 10. (54) (57) ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫЙ

СИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД, содержащий синхронный двигатель с электро.магнитным возбуждением, обмотки статора которого подключены к выходам преобразователя частоты с непосредственной связью, а обмотка возбуждения — к выходам управляемого выпрямителя, датчики угловбго положения и скорости, установленные на валу синхронного двигателя с электромагнитным возбуждением, блок датчиков фазных токов статора и датчик тока возбуждения, последовательно соединенные задатчик интенсивности и регулятор скорости, к выходу которого подключены три блока. нелинейностей, при этом выходы первого и второго блоков нелинейностей связаны с входами блока преобразования числа фаз, фазные выходы которого подключены к первым входам соответствующих фязных регуляторов тока, соединенных выходами с управляющими входами преобразователя частоты с непосредственной связью, выход третьего блока нелинейности подключен к первому входу регулятора тока возбуждения, выход которого соединен с управляющим входом управляемого выпрямителя, выходы блока датчиков фазных токов статора подключены к вторым входам соответствующих фазных регуляторов тока, выход датчика тока возбуждения подключен к второму входу регулятора тока возбуждения, выходы датчика углового положения подключены к входам для опорных функций блока преобразования координат, а выход датчика скорости — к второму входу регулятора скорости, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью лучшения динамических характеристик за счет повышения быстродействия, g введены блок выделения заданного значения модуля тока статора, вычислитель модуля потокосцепления ста-- Се тора, два блока деления, инвертор, сумматор и три блока умножения, вхо- д ды первого из которых подключены к выходам датчика скорости и вычислителя модуля потокосцепления статора, а выход — к первому входу сумматора, второй вход которого объединен с входами делителей блоков деления и подключен к выходу блока выделения заданного значения модуля тока статора, при этом выход первого блока нелинейности. подключен к объединенным между собой первому входу блока выделения заданного значения модуля тока статора и входу делимого первого блока деления, выход второго блока нелинейности подключен к объединенным между собой второму входу блока выделения заданного значения модуля тока статора и входу делимого второго блока деления, выходы блоков деления подключены к входам блока преобразования координат, выходы которого соединены с первыми входами соответственно второго и третьего блоков умножения, второй вход второго блока умножения подключен к выходу инвертора, вход

1107242 которого объединен с вторым входом третьего блока умножения и подключен к выходу сумматора, а выходы второго и третьего блоков умножения под- ключены к входам блока преобразования числа фаз. 1

Изобретение относится к электротехнике, а именно к частотно-регулируемому злектроприводу на базе синхронного двигателя с электромагнитным возбуждением, и может быть исполь- 5 зовано для регулирования скорости нагрузки.

Известен частотно-регулируемый синхронный электропривод, содержащий синхронный двигатель с электромагнитным возбуждением, обмотки статора которого подключены к выходам преобразователя частоты с непосредственной связью, а обмотка возбуждения — к выходам управляемого выпрямителя, датчики углового положения и скорости, установленные на, валу синхронного двигателя, блок датчиков фазных токов статора и датчик тока возбуждения, последователь- 20 но соединенные задатчик интенсивности и регулятор скорости, выход которого связан с первыми входами ре" гуляторов составляющих тока статора, соединенных выходами с входами блока прямого преобразования координат, выходы которого подключен к управляющим входам преобразователя частоты с непосредственной связью, при этом выходы блока датчи- ЗО ков фазных токов статора подключены к входам блока обратного преобразования координат, соединенного выхо дами с вторыми входами регуляторов составляющих оков статора выФ 35 ходы датчика углового положения подключены к входам для гармонических функций блоков прямого и обратного преобразований координат, а выходы датчика скорости — к второму входу 4О регулятора скорости и блоку компенсирования ЭДС вращения, связанного также входами с выходами датчика тока возбуждения и блока обратного преобразования координат и подклю2 ченного выходами к третьим входам регуляторов составляющих тока статора 1 ).

Недостатком этого частотно-регулируемого синхронного электропривода является конструктивная сложность, определяемая наличием блока обратного преобразования координат и сложным выполнением блока компенсирования ЭДС вращения.

Наиболее близким к изобретению является частотно-регулируемый синхронный электропривод, содержащий синхронный двигатель с электромагнитным возбуждением, обмотки статора которого подключены к выходам преобразователя частоты с непосредственной связью, а .обмотка возбуждения — к выходам управляемого выпрямителя, датчики углового положения и скорости, установленные на ва— лу синхронного двигателя с электромагнитным возбуждением, блок датчи-< ков фазных токов статора и датчик тока возбуждения, последовательно соединенные эадатчик интенсивности и регулятор скорости, к выходу которого подключены три блока нелинейностей, при этом выходы первого и второго блоков нелинейностей связаны с входами блока преобразования координат и блока преобразования числа фаз, фазные выходы которого подключены к первым входам соответствующих фазных регуляторов тока, соединенных выходами с управляющими входами преобразователя частоты с непосредственной связью, выход третьего блока нелинейности подключен к первому входу регулятора тока возбуждения, выход которого соединен с управляющим входом управляемого выпрямителя, выходы блока датчиков фазных токов статора подключены к вторым входам соответствующих

1107242

45 з фазных регуляторов тока, выход датчика тока возбуждения подключен к второму входу регулятора тока возбуждения, выходы датчика углового положения подключены к входам для опорных функций блока преобразования координат, а выход датчика скорости — к второму входу регулятора скорости I2).

Однако для известного частотно- 10 регулируемого синхронного электропривода характерны недостаточно высокие динамические характеристики, определяемые невысоким быстродействием из-за отсутствия компенсирующей 15 связи по ЭДС вращения.

Целью изобретения является улучшение динамических характеристик частотно-регулируемого синхронного электропривода за счет повышения 20 быстродействия путем введения компенсирующей связи по ЭДС вращения.

Указанная цель достигается тем, что в частотно-регулируемый синхронный электрапривод, содержащий синх- 25 ронный двигатель с электромагнитным возбуждением, обмотки статора которого подключены к выходам преобразователя частоты с непосредственной связью, а обмотка возбуждения — 30 к выходам управляемого выпрямителя, датчики углового положения и скорости, установленные на валу синхронного двигателя с электромагнитным возбуждением, блок датчиков фазных токов статора и датчик тока возбуждения, последовательно соединенные задатчик интенсивности и регулятор скорости, к выходу которого подключены три блока нелинейностей, при 40 этом выходы первого и второго блоков нелинейностей связаны с входами блока преобразования координат и блока преобразования числа фаз, фазные выходы которого подключены к первым входам соответствующих фазных регуляторов тока, соединенных выходами с управляющими входами преобразователя частоты с непосредственной связью„ выход третьего блока нелинейности подключен к первому входу регулятора тока возбуждения, выход которого соединен с управляющим входом управляемого выпрямителя, выходы блока датчиков фазных токов статора подключены к вторым входам соответствующих фазных регуляторов тока, выход датчика тока возбуждения подключен к второму входу регулятора тока возбуждения, выходы датчика углового положения подключены к входам для опорных функций блока преобразования координат, а выход датчика скорости — к второму входу регулятора скорости, введены блок выделения заданного значения модуля тока статора, вычислитель модуля потокосцепления статора, два блока деления, инвертор, сумматор и три блока умножения, входы первого из которых подключены к выходам датчика скорости и вычислителя модуля потокосцепления статора, а выход — к первому входу сумматора, второй вход которого объединен с входами делителей блоков деления и подключен к выходу блока выделения заданного значения модуля тока статора, при этом выход первого блока нелинейности подключен к объединенным между собой первому входу бпока выделения заданного значения модуля тока статора и входу делимого первого блока деления, выход второго блока нелинейности подключен к объединенным между собой второму входу блока выделения заданного значения модуля така статара и входу делимого второго блока деления, выходы блоков деления подключены к входам блока преобразования координат, выход,:; которого соединены с первыми входами соответственно второго и третьего блоков умножения, второй вход второго блока умножения подключен к выходу инвертора, вход которого объобъединен с вторым входом тертьего блока умножения и подключен к выходу сумматора, а выходы второ о и третьего блоков умножения подключены к входам блока преобразования числа фаз.

На чертеже представлена структурная схема частотно-регулируемого синхронного электропривода.

Устройство содержит синхронный двигатель 1 с электромагнитным возбуждением, обмотки статора которого подключены к выходам преобразователя 2 частоты с непосредственной связью, а обмотка возбуждения — к выходам управляемого выпрямителя 3, датчик 4 углового положения и датчик 5 скорости, установленные на валу синхронного двигателя 1 с электромагнитным возбуждением, блок б датчиков фазных токов статора, датков статора подключены к вторым входам соответству-ющих фазных регуляторов тока 14- 16, выход датчика 7 тока возбуждения подключен к второму входу регулятора 17 тока возбуждения, выходы датчика 4 углового положения — к входам для опорных функ. ций блока 12 преобразования координат, а выход датчика 5 скорости— к второму входу регулятора 9 скорости.

В частотно-регулируемый синхронный электропривод введены блок 18 выделения заданного значения модуля тока статора, вычислитель 19 модуля потокосцепления статора, два блока

20 и 21 деления, инвертор 22, сумматор 23 и три блока 24-26 умножения. Входы первого блока 24 умножения подключены к выходам датчика

5 скорости и вычислителя 19 модуля потокосцепления статора, а выход— к первому входу сумматора 23, вто- . рой вход которого объединен с входа45 ми делителей блоков 20 и 21 деления и п одкл юч е н к выходу блока 18 выделения заданного значения модуля тока статора, при этом выход первого блока 10 нелинейности подключен к объединенным между собой первому

50 входу блока 18 выделения заданного значения модуля тока статора и вхо,цу делимого первого блока 20 деления, выход второго блока 11 нелинейности поцключен к объединенным меж- . ду собой второму вхоцу блока 18 вы— деле ния з ада нного значения модуля тока статора и входу делимого второ25

1 1072 чик 7 тока возбуждения, последовательно соединенные задатчик 8 интенсивности и регулятор 9 скорости, к выходу которого подключены три блока 10-12 нелинейностей, при этом выходы первого 10 и второго 11 бло5 ков нелинейностей связаны с входами блока 12 преобразования координат и блока 13 преобраэ< вания числа фаз, фазные выходы которого под10 ключены к первым входам соответствующих фазных регуляторов 14-16 тока, соединенных выходами с управляющими входами преобразователя 2 частоты с непосредственной связью, 15 выход третьего блока 12 нелинейности подключен к первому входу регутора 17 тока возбуждения, выход которого соединен с управляющим входом управляемого выпрямителя 3, выходы блока 6 датчиков фазных то42 б

ro блока 21 деления, выходы блоков

20 и 21 деления подключены к входам блока 12 преобразования координат, выходы которого соединены с первыми входами соответственно второго

25 и третьего 26 блоков умножения, второй вход второго блока 25 умножения подключен к выходу инвертора

22, вход которого объединен с вторым входом третьего блока 26 умножения и подключен к выходу сумматора 23, а выходы второго 25 и третьего 26 блоков -умножения подклю— чены к входам блока 13 преобразования числа фаз.

Частотно-регулируемый синхронный электропривод работает следующим образом.

Сигнал задания скорости U., поступает на вход задатчика 8 интенсивности и далее на вход регулятора 9 скорости, на другой вход которого поступает сигнал обратной связи с ь датчика 5 скорости. Сигнал с выхода регулятора 9 скорости, являющийся заданием момента М, поступает на вход блока 11 нелийейности, на выходе которого формируется сигнал задания Йопе ечной составляющей тока статора i+ Кроме того, сигнал с выхода регулятора 9 скорости поступает на вход блока 10 нелинейности, на выходе которого формируется сигнал задания продольного тока

° 1 статора, 1 1.

В блоке 18 выделения заданного значения модуля тока статора произ— водится определение заданного значения модуля тока статора по сигналам задания поперечной и продоль— ной составляющих тока статора по выражению (i ) + (i g) (1)

С помощью блоков 20 и 2 1 деления определяют функции:

° М. соs E. =, / (2) . Х

sin Е = i /i которые поступают на входы блока 12 преобразования координат.

В блоке 12 преобразования координат выполняются следующие преобразования:

sin у = sin у + Е = sin p cos F +

У1

+ cos y sinF (3)

cos у = cos у+ Е = cosy cosE1

sin y sin E.

7242 8

7 »о где sin у, cos — опорные функции, поступающие с выходов датчика 4 уг— лового положения.

Заданное значение модуля тока статора i поступает также на один + из входов сумматора 23, на другой вход которого поступает выходной сигнал блока 24 умножения, представляющий собой сигнал, состветствующий ЭДС вращения и формируемый по выражению

Е ц = 4 эм (4) где ur — выходной сигнал датчика 5 скорости; — модуль потокосцепления стаэ тора.

Модуль потокосцепления статора

У формируется с помощью вычислителя 19 модуля потокосцепления статора по следующим выражениям:

20 осях статора о, P преобразованные из составляющих тока статора

° rr. ° + в осях ротора d, g.

Преобразование составляющих

1 в трехфазную систему сигналов осуществляется с помощью блока 13 преобразования числа фаз, выходные сигналы которого поступают на входы регуляторов 14-16 фазных токов в качестве сигналов заданий фазных токов. Сигналы обратной связи по фаэным токам поступают на другие входы регуляторов фазйых токов статоров с выходов блока 6 датчиков фазных токов статора.

Выходные сигналы регуляторов 14-16 фазных токов статора являются управляющими для преобразователя 2 частоты с непосредственной связью.

Выходной сигнал с датчика 9 скоЕ = 04- iprS

Е ц = Бб — 1цх э с с с 5 — (Е+Е+Е) (5) 25

Е Л

На выходе сумматора 23 формируется сумма: i) = 15+ як (6) где U =4 ы/(КнпЧ вЂ” сигнал компенсаК ции ЭДС вращения, К вЂ” коэффициент усиления пре- З5

НПЧ образователя 2 частоты с непосредствейной связью.

Полученный по формуле (6) сигнал поступает на вход блока 26 умножения и через инвертор 22 на вход блока 25 умножения.

С помощью блоков умножения реализуются выражения:

М

З1П У

45 — (7) — с зэ„ где 1, 1 представляют собой составляющие тока статора в неподвижных рости поступает также на блок 12 нелинейности, на выходе которого фор° + мируется задание i на ток возбужде4 ния, поступающее на один из входов регулятора 17 тока возбуждения на вход обратной связи которого посту— пает сигнал с.выхода датчика 7 тока возбуждения. На выходе регулятора 17 тока возбуждения формируется сигнал для управления управляемого выпрямителя 3.

Таким образом, введение в частотНо-ðåãóëèðóåìûé синхронный электропривод блока выцеления заданного значения модуля тока статора, вычислителя модуля потокосцепления статора, двух блоков деления, инвертора, сумматора и трех блоков умно- . жения позволяет обеспечить в контурах регулирования фазных токов статора дополнительную компенсационную связь по ЭДС вращения синхронного двигателя, что приводит к улучшению динамических характеристик за счет повышения быстродействия в сравнении с известным электроприводом.

1 107242

ВНИИПИ Заказ 5773/40 Тираж 667 Подписное

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