Частотнорегулируемый синхронный электропривод

 

ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫЙ СИНХРОННЫЙ ЭЛ1-ЖТРОПРИВОД, содержащий .синхронный двигатель с электромагнитным возбуждением, обмотка статора которого подключена к выходам преобразователя частоты с непосредственной связью, а обмотка возбуждения - 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 возб окдения , последовательно соединенные задатчик интенсивности и регулятор скорости, к выходу которого подключены три блока нелинейнос.тей, при этом выходы первого и второго блоков нелинейностей подключены к входам блока преобра-ювания координат , соединенного выходами с входами блока преобразования числа фаз, фазные выходы которого подключены к первым входам соответствующих фазных регуляторов тока, соединенных выходами с упранляющчми 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, отличающийся тем, что, с целью улучшения динамических характеристик за счет повышения быстродействия, О) в него введены блоки вьщеления заданС ного и фактического значений модуля тока статора, корректирующий регуД лятор, сумматор и эталонное динамическое звено второго порядка, составленное из последовательно включенных апериодического и интегрирующего звеньев, охваченных отрицательной обратной связью, а блок преобразования числа фаз выполнен со00 стоящим из формирователя нормироСП ванных трехфазных гармонических со О) функций и трех умножителей, выходы которых образуют выходы блока преобразования числа фаз, а первые входы подключены к выходам формирователя нормированных трехфазных гармонических функций, фазные входы которого образуют входы блока преобразования числа фаз, причем вход для нормирующего сигнала формирователя нормированных трехфазных гармонических функций и объединенные между собой вторые входы умножите

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК гга сггг зсмк Н 02 Р 5/34

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕКНЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3550194/24-07 (22) 10.02.83 (46) 15.08.84. Бюл. с1с 30 (72) О.А.Дегтяренко и A.Ã.Ìóñèåíêî (53) 621.3 16.717(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 520682, кл. Н 02 P 5/40, 1970

2. Слежановский О.В. и др. Синтез структур частотно-регулируемых тихоходн ос синхронных электроприводов.—

"Электротехника", 1974, Ф 10 (54) (57) ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЬИ СИНХРОННЬЙ ЭЛЕКТРОИРИВОД, содержащий синхронный двигатель с электромагнитным возбуждением, обмотка статора которого подключена к выходам преобразователя частоты с непосредственной связью, а обмотка возбуждения — 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 этом выходы первого и второго блоков нелинейностей подключены к входам блока преобразования координат, соединенного выходами с входами блока преобразования числа фаз, фазные выходы которого подключены к первым входам соответствующих фазных регуляторов тока, соединенных с выходами с управляющими входами преобразователя частоты с непосредственной связью, выход третьего блока нелинейности подключеll к первому вхо— ду регулятора тока возбуждения, выход к ото рого с оедин ен с упра вляющим 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— ю шийся тем, что, с целью улучшения динамических характеристик 1 эа счет повышения быстродействия, в него введены блоки выделения заданного и фактического значений модуля (® тока статора, корректирующий регулятор, сумматор и эталонное дина- Я мическое звено второго порядка, составленное из последовательно включенных апериодического и интегри- фю® рующего звеньев, охваченных отрицательной обратной связью, а блок преобразования числа фаз выполнен состоящим из формирователя нормированных трехфазных гармонических функций и трех умножителей, выходы которых образуют выходы блока преобразования числа фаз, а первые входы подключены к выходам формирователя нормированных трехфазных с р гармонических функций, фазные входы которого образуют входы блока преобразования числа фаз, причем вход для нормирующего сигнала формирователя нормированных трехфаэных гармонических функций и объединенные между собой вторые входы умножите1108596 лей образуют соответственно первый и второй дополнительные входы блока преобразования числа фаз, при этом входы блока выделения заданного значения модуля тока статора подключены к выходам блока преобразования координат, а выход подключен к первому входу сумматора, к первому дополнительному входу блока преобразования числа фаэ и к входу эталонного динамического звена второго порядка, Изобретение относится к электротехнике, а именно к частотно-регулируемому электроприводу на базе синхронного двигателя с электромагнитным возбуждением, и может быть использовано 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, последовательно соединенные задатчик интен. сивности и регулятор скорости, выход которого связан с первыми входами регуляторов составляющих тока статора, соединенных вьмодами с входами блока прямого преобразования координат, выходы которого подключены к управляющим входам преобразователя частоты с непосредственной связью, при этом выходы блока датчиков фазньм токов статора подклочены к входам блока обратного преобразования координат, соединенного выходами с вторыми входами регуляторов составляющих токов статора, выходы датчика углового положения подкачены к входам.для гармонических функций блоков прямого и обратного преобразований координат, соединенного выходом с первым входом корректирующего регулятора, входы блока выделения фактического значения модуля тока статора подключены к выходам блока датчиков фазных токов статора, а выход подключен к второму входу корректирующего регулятора, выход которого соединен с вторым входом сумматора, подключенного выходом к второму дополнительному входу блока преобразования числа фаз. а выходы датчика скорости — к второму входу регулятора скорости и к блоку компенсирования ЭДС вращения, связанного также входами с выходами

5 датчика тока возбуждения и блока обратного преобразования координат и подключенного выходами к третьим входам регуляторов составляющих тока статора Г11.

Недостатком известного частотнорегулируемого синхронного электропривода является конструктивная сложность, определяемая наличием блока обратного преобразования координат и содержанием умножителей в блоке компенсирования ЭДС вращения, Наиболее близким к изобретению является частотно-регулируемый синх ронный электропривод, содержащий синхронный двигатель с электромагнитным возбуждением, обмотки статора которого подключены к выходам преобразователя частоты с непосредд ственной 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, последовательно соединенные задатчик интенсивности и регулятор скорости, к вьмоду которого подключены три блока нелинейностей, при этом выходы пер35 вого и второго блоков нелинейностей подключены к входам блока преобразования координат, соединенного выходами с входами блока преобразова40 ния числа фаз, фазные вьмоды кото. 1108596

55 рого 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 подключены ко вторым входам соответствующих фазных регуляторов тока, выход датчика тока возбуждения подключен ко второму входу регулятора тока возбуждения, выходы датчика углового положения подключены к входам для опорных функций блока преобразования координат, а выход датчика скорости — ко второму входу регулятора скорости С21.

Однако известный частотно-регулируемый синхронный электропривод ха= рактеризуется недостаточно высокими динамическими характеристиками, в частности невысоким качеством регулирования момента и скорости и невысокое быстродействие.

Целью изобретения является улучшение динамических характеристик частотно-регулируемого синхронного электропривода за счет повышен я быстродействия.

Указанная цель достигается тем, что в частотно-регулируемый синхронный электропривод, содержащий синхронный двигатель с электромагнитным возбуждением, обмотка статора которого подключена к выходам преобразователя частоты с непосредственной связью, а обмотка возбуждения — к выходам управляемого выпрямителя, датчики углового положения и скорости, установленные на валу синхронного двигателя с электромагнитным возбуждением, блок датчиков фазных токов статора и датчик возбуждения, последовательно соединенные задатчик интенсивности и регулятор скорости, к выходу которого подключены три блока нелинейностей, при этом выходы первого и второго блоков нелинейностей подключены к входам блока преобразования координат, соеди ненного выходами с входами блока прес образования числа фаз, фазные выходы которого подключены к первым входам соответствующих фазных регуляторов тока, соединенных выходами с управ5

I0

50 ляющими входами преобразователя частоты с непосредственной связью, выход третьего блока нелинейности подклю.чен к первому входу регулятора тока возбуждения, выход которого соединен с управляющим входом управляемого выпрямителя, выходы блока датчиков фазных токов статора подключены ко вторым входам соответствующих фазных регуляторов тока, выход датчика тока возбуждения подключен ко второму входу регулятора тока возбуждения, выходы датчика углового положения подключены к входам для опорных функций блока преобразования координат, а выход датчика скорости — по второму входу регулятора скорости, введены блоки выделения заданного и фактического эначений модуля тока статора, корректирующий регулятор, сумматор и эталонное динамическое звено второго порядка, составленное из последовательно включенных апериодического и интегрирующего звеньев, охваченных отрицательной обратной связью, а блок преобразования числа фаз выполнен состоящим из формирователя нормированных трехфазных гармонических функций и трех умножителей, выходы которых образуют выходы блока преобразования числа фаз, а первые входы подключены к выходам формирователя нормированных трехфаэных гармонических функций, фазные входы которого образуют входы блока преобразования числа фаз, причем вход для нормирующего сигнала формирователя нормированных трехфазных гармонических функций и объединенные между собой вторые входы умножителей образуют соответственно первый и второй дополнительные входы блока преобразования числа фаз, при этом входы блока выделения заданного значения модуля тока статора подключены к выходам блока преобразования координат, а выход подключен к первому входу сумматора, к первому дополнительному входу блока преобразования числа фаз и ко входу эталонного динамического звена второго порядка, соединенного выходом с первым входом корректирующего регулятора, входы блока выделения фактического значения модуля тока статора подключены к выходам блока датчиков фазных токов статора, а выход под1108596

20 включен ко второму входу корректирующего регулятора, выход которого соединен со вторым входом сумматора, подключенного выходом ко второму доПолнительному входу блока преобразова- 5 ния числа фаз.

На фиг. t представлена функциональная схема частотно-регулируемого синхронного электропривода; на фиг.2- 10 схема блока преобразования числа фаз.

Частотно-регулируемый синхронный электропривод содержит синхронный двигатель с электромагнитным возбуждением 1 (фиг.1), обмотки статора которого подключены к выходам преобразователя частотьг с непосредственной связью 2, а обмотка возбуждения — к выходам управляемого выпрямителя 3, датчик углового положения 4 и датчик скорости 5, установленные на валу синхронного двигателя с электромагнитным возбуждением 1,2> блок датчиков 6 фазных токов статора и датчик тока возбуждения 7, последовательно соединенные задатчик интенсивности 8 и регулятор скорости 9, к выходу которого подключены три блока нелинейностей 10-12.

При этом выходы первого и второго блоков нелинейностей 10, 11 подключены к входам блока преобразования координат 13, соединенного выходами

Э с входами блока преобразования числа фаз 14, фазные выходы которого подключены к первым входом соответствующих фазных регуляторов тока

15-17, соединенных выходами с управляющими входами преобразователя частот с непосредственной связью 2, выход третьего блока нелинейности

12 подключен к первому входу регулятора тока возбуждения 18, выход ко"5 торого соединен с улравляющим входом управляемого выпрямителя 3, выходы блока датчиков 6 фазных токов статора подключены ко вторым входам соответственно фазных регуляторов тока 15-17, выход датчика тока возбуждения 7 подключен ко второму входу регулятора тока возбуждения 18, выходы датчика углового положения

4 подключены к входам для опорных функций блока преобразования коор- -> динат 13, а выход датчика скорости

5 — ко второму входу регулятора скорости 9.

В частотно-регулируемый синхронный электропривод введены блок 19 выделения заданного значения модуля тока статора, блок 20 выделения фактического значения модуля тока статора, корректирующий регулятор

2f,сумматор 22 и эталонное динамическое звено второго порядка 23, составленное из последовательно включенных апериодического звена 24 и интегрирующего звена 25, охваченных отрицательной обратной связью.

Блок преобразования числа фаз 14 выполнен соСтоящим из формирователя нормированных трехфазных гармонических функций 26 и трех умножителей 27-29, выходы которых образуют выходы блока преобразования числа фаз 14, а первые входы подключены к выходам формирователя нормирован ных трехфазных гармонических фун,— ций 26, фазные входы которого образуют входы блока преобразования типа фаз t4 причем вход для нормирующего сигнала формирователя нормированных трехфаэных гармонических функций 26 и объединенные между собой вторые входы умножителей 27, 28, 29 образуют соответственно первый и второй дополнительные входы

30,31 блока преобразования числа фаз .14.

При этом входы блока 19 выделения заданного значения модуля тока статора подключены к выходам блока преобразования координат 13, а выход подключен к первому входу сумматора 22, к первому дополнительному входу 30 блока преобразования числа фаз 14 и ко входу эталонного динамического звена .второго порядка 23, соединенного выходом с первым входом корректирующего регулятора 21, входы блока 20 выделения фактического значения модуля тока статора подключены к выходам блока датчиков 6 фазных токов статора, а выход подключен ко второму входу корректирующего регулятора 21, выход которого соединен со вторым входом сумматора 22, подключенного выходом ко второму дополнительному входу 31 блока преобразования числа фаз 14.

Частотно-регулируемый синхронный электропривод работает следующим образом.

Сигнал задания скорости 0<> поступает на вход задатчика интенсивности 8 и далее — на вход регулятора

1108596

ВЪ ) в")

10 5

20 cosg — i sand, >@sing + i cosg

40.+

cosw= 1 /1

sin Ы= i /1.», 55 скорости 9, на другой вход которого поступает сигнал обратной связи с датчика скорости 5. Сигнал с выхода регулятора скорости 4 поступает на вход блока нелинейности 11, на выходе которого вырабатывается сигнал задания поперечного тока статора Я„ .

Кроме этого, сигнал с выхода регулятора скорости 9 поступает на вход блока нелинейности 10, на выходе которого вырабатывается сигнал задания продольного тока статора 1 .

Выходные сигналы ig и i блоков не° М Ф линейности 10, 11 поступают на входы блока преобразования координат 13, входы для опорных функций которого подключены к выходам датчика углового положения 4.

В блоке преобразования координат

13 выполняются следующие преобразования где g — - угол поворота вала синхронного двигателя.

Сигналы,1. поступают на входы блока 19 вьделения заданного значения модуля тока статора, где реализуется соотношение

i", = 6 i )

Кроме того, .сигналы, поступают на входы блока преобразования числа фаз 14, а сигнал ъ з поступает на первый дополнительный вход 30 блока преобразования числа фаэ (на вход для нормирующего сигнала формирователя нормированных трехфазных гармонических Аупкций 26 на фиг. 2) . При этом выполняются соотношения

cos (а-2т, 3) — -0,5 cos<+ 0,866 sing, cos (б+2л/3) = -0,5 cosa<.— 0,866 s in .

Сигнал ь поступает также на вход эталонного динамического звена второго порядка 23, выходом подключенного к корректирующему регулятору

21, на второй вход которого поступает сигнал 1.» ", полученный в блоке 20 вьделения фактического значения модуля тока статора по соотношению

ФФ ФФ +Ф где 1,„,i®,i — выходные сигналы блока датчиков 6 разных токов статора.

Ъ Выходной сигнал i корректирующего регулятора 21 суммируется с сигналом iS с помощью сумматора

А

22, на выходе которого получается сигналЫ, поступающий на второй дрполнительный вход 3 1 блока преобразования числа фаз ° С помощью умножителей 27,28,29 реализуются выражения: соз

Ц = Е у cos(e4 — 2 /3), i» = .Е is cos(cL + 2>/3).

Сигналы, i+<, 1 используются в качестве заданий фазных токов на входах фазных регуляторов токов

15 — 17.

Выходной сигнал регулятора скорости 9 поступает также на вход блока нелинейности 12, выход которого определяет сигнал задания для регулятора тока возбуждения 18.

В электроприводе осуществлена компенсация возмущающего воздействия ЭДС вращения на контуры регулирования составляющих фазных токов при помощи компенсационной самонастройки с эталонным динамическим звеном второго порядка, параметры которого выбираются в с оответс твин с параметрами замкнутого контура регулирования результирующего вектора тока статора в предположении отсутствия ЭДС вращения и настраиваются, например, на модульный оптимум.

При этом сигнал i, соответствую- . .ФФ щий результирующему вектору тока статора, сравнивается на входе корректирующего регулятора 21 с выходным сигналом эталонного динамического звена второго порядка 23, а результат сравнения используется для коррекции заданий на фазные токи статора.

Введение указанной корректирующей связи с использованием введенных блоков вьделений заданного и фактического значений модуля тока статора, эталонного динамического звена второго порядка, корректирую1108596 срие.2

BHHHIIH Заказ 5882/42 Тираж 667 Подписное

Филиал IIIIO "Патент", r.ужгород, ул.Проектная, 4 щего регулятора н сумматора позволяет обеспечить компенсацию возмущения по ЗДС вращения и улучшить динамические характеристики частотноре гулируемого синхронного электропри вода за счет увеличения быстродействия в сравнении с известным электроприводом.