Частотно-управляемый синхронный электропривод

 

1. ЧАСТОТНО-УПРАВЛЯЕМЫЙ СИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД, содержащий синхронную электрическзю маимну с фaзным i обмотками на статоре и рОмоткой возбуждения на роторе, первый тиристори-ый преобразователь частоты, выходы которого связаны с фазными обмотками на статоре, а управляюи51е входы .подключены квыходам первой системы управления тиристорным преобразователем частоты, входы которой подключены к выходу блока задания скорости и выходам датчика положения, установленного на роторе синхронной электрической машины,о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью пойышения точности регул1{5ования скорости, в него введены второй тиристорный преобразователь частоты и вторая система управления тиристорным преобразователем частоты, а каждая фазная обмотка на статоре синхронной электрической машины составлена из четырех групп катушек, включенных в мостовую схему, причем первые диагональные выводы мостовой схемы подключены к выходам первого тиристорного преобразователя частоты, вторые диа- g гональные выводы мостовой схемы к выходам второго тиристорного преобразователя частоты, управляющие входы которого подключены к выходам второй | системы управления тиристорным пре- ; образователен частоты, первый вход которой г одключен к выходу блока задания скорости, а два других входа к вь ходам датчика положения. 00 00 со о:

СОЮЗ CGBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСЙУБЛИК

G9) (1jj

4 (51) Н 02 Р 7/42

ГОСУДАРСТВЕННЦЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОГК1РЫТИЙ (21) 3610955/24-07 (22) 29.06.83 (46) 07.02.85. Бюл. 9 5 (72) А.A.Äàðòàó и В.A.Äàðòàó (71) Ленинградский ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени горный институт им. Г.В.Плеханова (53) 621.316,718.5(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 304665, кл. Н 02 К 29/04, 1970.

2. Патент Японии гг 45-34892, кл. 55С2, 1966.

:(54)(57) 1. ЧАСТОТНО-УПРАВЛЯЕМЫЙ

СИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД, содержащий синхронную электрическую машину с фазными обмотками на статоре и обмоткой возбуждения па роторе, первый тиристорный преобразователь частоты, выходы которого связаны с фазными обмотками на статоре, а управляющие входы .подключены к выходам первой системы управления тиристорным преобразователем частоты, входы которой подключены к выходу блока задания скорости и выходам датчика положения, установленггого на роторе синхронной электрической машины, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности регулирования скорости, в него введены второй тиристорный преобразователь частоты и вторая система управления тиристорным пре— образователем частоты, а каждая фаз ная обмотка на статоре синхронной электрической машины составлена из четырех групп катушек, включенных в мостовую схему, причем первые диагональные выводы мостовой схемы подключены к выходам первого тиристорного преобразователя частоты, вторые диа- Q гональные выводы мостовой схемы— к выходам второго тирнсторного преобразователя частоты, управляющие входы> которого подключены к выходам второй ( системы управления тиристорным преобразователем частоты, первый вход которой подключен к выходу блока задания cкорости, а два других входа— к выходам датчика положения.

11389

2. Электропривод по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что вторая система управления тиристорным преобра- эоватепем частоты содержит два блока преобразования координат с двумя парами фазных входов в каждом, векторный фильтр с парой фазных входов,,парой фазных выходов и выходом по частоте вращения, генератор двухфазного напряжения с управляющим входом и элемент сравнения, первый вход которого образует первый вход второй системы управления тиристорным пре.

1 образователем частоты, причем второи вход элемента сравнения подключен к, выходу по частоте вращения векторно- го фильтра, пара фаэных входов которого подключена к выходам первого

16 блока преобразования координат, а пара фаэных выходов — к первой паре, фазных входов второго блока преобразования координат, пофазно объединенные между собой первые и вторые входы обеих пар фазных входов первого блока преобразования координат образуют соответственно дга других входа второй системы управления ти ристорным преобразователем частоты, выход элемента сравнения подключен к управляющему входу генератора двух" фазного йапряжения, соединенного выходами с второй парой фазных входов второго блока преобразования кобрдинат, выходы которого образуют выходы второй системы управления тирис-. торным преобразователем частоты.

Изобретение относится к электро-. технике, а именно к частотно-управляемым электроприводам на основе синхронных машин, и может быть использовано в приводах компрессоров, вентиляционных установок, станков для металлообработки, а также для управления режимами работы синхрон. ных генераторов.

Известен частотно-управляемый син 10 хронный электропривод, содержащий синхронную электрическую машину с фаэными обмотками на статоре и обмоткой возбуждения на роторе, преобразователь частоты, выходы которого нодключены к фазным обмоткам статора, датчик положения, установленный на роторе синхронной электрической машины и подключенный к системе управления преобразователем частоты 1) .

Недостатком частотно-упра ляе,могЬ синхронного электропривода является сложность системы управления и низкая точность регулирования скорости.

11аиболее близким к изобретению

25 техническим решением является частотно-управляемый синхронный электропри- . вод, содержащий синхронную машину с. фазными обмотками на статоре и обмот кой возбуждения на роторе, тиристорный преобразователь частоты, выходы которого связаны с фазными обмотками на статоре, а управляющие входы подключены к выходам системы управления тиристорным преобразователем частоты, входы которой подключены к выходу блока задания скорости и выходам датчика положения, установленного на роторе синхронной электрической машины (2) .

Недостатком известного частотно" управляемого синхронного электропривода является низкая точность регулирования в широком диапазоне скоростей.

Цель изобретения — повышение точности регулирования скорости в частотно-управляемом синхронном электроприводе.

Указанная цель достигается тем, что в частотно-управляемый синхронный электропривод, содержащий синхронную электрическую машину с фазны. ми обмотками на статоре и обмоткой возбуждения на роторе, первый тирис- торный преобразователь частоты, выходы которого связаны с фазными обмотками на статоре, а управляющие входы подключены к выходам первой системы управления тиристорным преобразователем частоты, входы которой подключены к выходу блока задания скорости и выходам датчика положения, установленного на роторе синхронной электрической машины, введены второй

3 11389 тиристорнь1й преобразователь частоты и вторая система управления тиристорным преобразователем частоты, а каж-. дая фазная обмотка на статоре синхрон. ной электрической машины составлена из четырех групп катушек, включенных. в мостовую схему, причем первые диа-. гональные выводы мостовой схемы подключены к выходам первого тиристорного преобразователя частоты, вторые диагональные выводы мостовой схемы— к выходам второго тиристорного преобразователя частоты, управляющие входы которого подключены к выходам второй системы управления тиристорным преобразователем частоты, первый вход которой подключен к выходу блока задания скорости, а два других входа к выходам датчика положения.

Кроме того, вторая система управ- 2О ления тиристорным преобразователем частоты содержит два блока преобразования координат с двумя парами фазных входов в каждом, векторный фильтр с парой фазных входов, парой 25 ,фаэных выходов и выходом по час" тоте вращения, генератор двухфаз:ного напряжения с управляющим входом и элемент сравнения, первый вход которого образует первый вход второй системы управления тиристорным преобразователем частоты, причем второй вход элемента сравнения подключен к выходу по частоте вращения векторного фильтра, пара фазных входов кото35 рого подключена к выходам первого блока преобразования координат, а пара фазных выходов — к первой паре фаэных входов второго блока преобразования. координат, пофазно объединенные между собой первые и вторые входы обеих пар фазных входов первого блока преобразования координат образуют соответственно два других входа второй системы управления ти45 ристорным преобразователем частоты, выход элемента сравнения подключен ,к управляющему входу генератора двухфазного напряжения, соединенного выходами с второй парой фазных входов второго блока преобразования координат, выходы которого образуют

t выходы второй системы управления тиристорным преобразователем частоты.

На фиг. 1 представлена функцио- 55 нальная схема частотно-управляемого синхронного электропривода; на фиг.2схема блока преобразования координат;

16 А на фиг. 3 — схема векторного фильтра; на фиг.,4 — схема генератора двухфазного напряжения.

Электропривод содержит синхронную электрическую машину 1 (фиг. 1) с фазными обмотками 2 на статоре и обмоткой 3 возбуждения на роторе, первый тиристорный преобразователь 4 . частоты, выходы которого связаны с

r фазными обмотками 2 на статоре, а управляющие входы подключены к выходам первой системы 5 управления тиристорным преобразователем частоты, входы которой подключены к .выходу

Ъ блока 6 задания скорости и выходам датчика 7 положения, установленного на роторе синхронной электрической машины l .

В частотно-управляемый синхронный электропривод введены второй тиристорный преобразователь 8 частоты и вторая система 9 управления тиристор. ным преобразователем частоты, а каждая фазная обмотка 2 на статоре синхронной электрической машины 1 составлена из четырех групп катушек, включенных в мостовую схему, при этом первые диагональные выводы мостовой схемы подключены к выходам пер. вого тиристорного преобразователя 4 частоты, вторые диагональные выводы мостовой схемы подключены к выходам второго тиристорного преобразователя 8 частоты, управляющие входы которого подключены к выходам второй системы 9 управления тиристорным пре образователем частоты, первый вход которой подключен к выходу блока 6 задания скорости, а два других входа — к выходам датчика 7 положения.

Вторая система 9 управления тиристорным преобразователем частоты содержит два блока 10 и 11 преобразования координа". с двумя парами фаэных вход. в в каждом, векторный фильтр 12 с парой фазных входов, парой фазных выходов и выходом по частоте вращения, генератор 13 двухфазного напряжения с управляющим входом и элемент

14 сравнения, первый вход которого образует первый вход вторбй системы

9 управления тиристорным преобразователем частоты, причем вгорой вход элемента 14 сравнения подключен к выходу по частоте векторного фильт ра 12, пара фазных входов которого подключена к выходам первого блока .10 преобразования координат, а пара фаэ1138916 ных выходов — к первой паре фазных входов второго блока 11преобразования,коорди нат,, пофаэно объеднненНые между собой первые и вторые оды обеих пар фазных входов первого блока 10 преобра зования координат, образуют соответственно два других входа второй сис-темы 9 управления тиристорным преобразователем частоты, выход элемента

14 сравнения подключен к управляюще- 10 му входу генератора 13 двухфазного напряжения, соединенного выходами с второй парой фазных входов второго блока 11 преобразования координат, выходы которого образуют выходы вто- 15 рой системы 9 управления тиристорным преобразователем частоты.

Блоки 10 и t1 преобразования координат содержат умножители 15-18 (фиг. 2) и сумматоры 19 и 20. Объеди-20 ненные между собой первые входы умножителей 15 и 18 и объединенные между собой первые входы умножителей 16 и 17 образуют первую пару входов блоков 10 и ) 1 преобразования коорди- 25 нат. Объединенные между собой вторые входы умножителе." . !5 и 16 и объединенные между собой вторые входы умножителей 17 и 18 образуют вторую пару входов блоков 10 и 11 преобразования 3р координат. Выходы умножителей 15 и17 подключены к входам сумматора 19, а выходы умножителей 16 и 18 — к вхо дам сумматора 20, при этом выходы сумматоров 19 и 20 образуют выходы блоков 10 и 11 преобразования координат.

Векторный фильтр 12 содержит двух. фаэный генератор 21 (фиг. 3) регулятор 22, сумматор 23 и. умножители

24 и 25, выходы которых образуют пару фазных входов векторного фильтра

12. Выходы умножителей 24 и 25 подключены к входам сумматора 23, соединенного выходом с входом регулятора 22. Выход регулятора 22 подключен к управляющему входу двухфазного генератора 21, выходы которого подключены к соответствующим вторым входам умножителей 24 и 25 и образуют пару фазных выходов векторного фильтра 12, Выход регулятора 22 образует выход по частоте векторного фильтра 12.

Генератор 13 двухфазного напряже.ния содержит интеграторы 26 и 27 (фиг. 4), умножители 28-31, нелинейные преобразователи 32 и 33 с квадратичной выходной зависимостью, сумматор 34, элемент 35 сравнения и источник 36 эталонного сигнала. Объединенные между собой первые входы умножителей 28 и 29 образуют управляющий вход генератора двухфазного напряжения. Выходы умножителей 28 и 29 подключены к первым входам интеграторов 26 и 27 соответственно. Выход интегратора 26, образующий один из выходов генератора

13 двухфазного напряжения, подключен к объединенным между собой второму входу умножителя 29, первому входу умножителя 30 и входу нелинейного преобразователя 32. Выход интегратора 27, образующий другой выход генератора 13 двухфазного напряжения, подключен к объединенным между собой второму входу умножителя 28, первому входу умножителя 31 и входу нелинейного преобразователя 33. Выходы нелинейных преобразователей 32 и 33 подключены к входам сумматора 34, выход которого подключен к одному из входов элемента 35 сравнения, соединенного другим входом с источником 36 эталонного сигнала. Выход элемента 35 сравнения соединен с вто рыми входами умножителей 30 и 31 выходы которых подключены к вторым входам интеграторов 26 и 27 соответственно.

Электропривод работает следующим образом.

В исходном состоянии обмотки 2 на статоре синхронной электрической машины 1 обесточены, а по обмотке 3 возбуждения протекает ток.

Выходной сигнал блока 6 задания скорости, поступающий на вход первой системы 5 управления, определяет амплитуду и частоту выходного напряжения первого тиристорного преобразователя 4 частоты. Фазные обмотки 2 на статоре выполнены в виде многоскоростных обмоток совмещенного типа, при этом каждая из фазных обмоток составлена из четырех групп катушек, включенных в мостовую схему. Например, в фазе А первые диагональные выводы аа мостовой схемы соответствуют числу пар полюсов р =2, а вторые диагональные выводы бб мостовой схеI мы — числу пар полюсов р1=1, Ток, протекающий через выводы бб каждой из фаз А, В и С от первого тиристорного преобразователя 4 частоты, взаимодействует с обмоткой 3 воз11389 буждения, определяя первую скорость вращения ротора электрической машины 1, работающей в этом случае в синхронном режиме. Фазы токов в обмотках 2 статора определяются при этом датчиком 7 положения, связанным выхо.дами с первой системой 5 управления тиристорным преобразователем 4 частоты.

Одновременно выводы аа каждой из фаз А, В и С подключены к выходам второго тиристорного преобразовате .ля 8 частоты. При э гом токи, протекающие по-выводам аа и бб, не взаимодействуют один с другим в силу свойств обмотки совмещенного типа.

На входы второй системы 9 управления тирнсторного преобразователя

8 частоты поступают сигналы с выхода блока 6 задания скорости и выходов,датчика 7 положения.

В блоке 10 преобразования координат осуществляется согласование частот токов, питающих обмотки 2 стато ра по выводам аа .и бб и соответ ст1 вующих разным числам пар полюсов р и р (разным скоростям вращения). .При этом на выходах блока 10 преобразования координат формируются сигна30 лы, соответствующие удвоенной частоте

2 (0(i) (г(<) г(г) 0(2) 7() () 7(г) 2

35 где U u U (— сигналы на выходах

7Ю датчика 7 положения.

В векторном фильтре l2 осуществля

; ется нормирование по амплитуде входной двухфазной системы напряжений що

U и U ()и фильтрация содержащихся

40 (q) 40(2 ) в йих помех. Кроме того, на выходе регулятора 22 (фиг. 3) формируется сигнал по действительной частоте вращения, который сравнивается в элемен- 45 те 14 сравнения с сигналом, поступающим с выхода блока 6 задания скорости..

Сигнал ошибки по скорости с выхода элемента 14 сравнения поступает на

16 8 управляющий вход генератора 13 двухфазного напряжения, на выходе которого формируется двухфазная система напряжений с частотой, пропорциональной ошибке по скорости вращения.

На выходе блока 11 преобразования координат Получают сигналы е

Ъ

Н(() =Оц(,) 0ц(,)-,2(,) Ощг) ю и(г) (г(г) 13(<) 1Ъ(г) 12 (i) > где U® ) и Б.)()- сигналы на выходах

И(г) 1 г 2) генератора 13 двухфазного напряжения.

Сигналы U<<(,) и U«(2) являются управляющими для второго тиристорного преобразователя 8 частоты. При этом ток, протекающий через выводы аа

I каждой из фаз А, В и С от второго тиристорного преобразователя. 8 частоты, взаимодействует с короткозамкнутой обмоткой на роторе и определяет вторую скорость вращения ротора электрической машины 1, работающей в этом случае в асинхронном режиме.

Знак и величина ошибки по скорос- ти задают величину абсолютного сколь жения, причем отставание действительной скорости от заданной (ошибка положительна) задает положительное скольжение, и асинхронный момент действу.ет как разгоняющий (асинхронная машина в двигательном режиме), в противном случае — тормозящий (генераторный режим).

Таким образом, за счет введения в частотно-управляемый синхронный элект ропривод второго тиристорного преобразователя частоты с системой управления и выполнения фазных обмоток на статоре в виде многоскоростных обмоток совмещенного типа обеспечивается как основной синхронный режим работы электрической машины, так и асинхрон" ный режим ее работы, осуществляемый по разности действительной и заданной скоростей вращения, благодаря чему ,повышается точность регулирования скорости в сравнении с известным техническим решением.

1138916

1138 916

Составитель А. Жилин

Редактор О.Юрковецкая Техред С.Легеза Корректор О.Тигор

Заказ 10703/43 Тираж 646 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 13035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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