Способ управления моментом асинхронной машины

 

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ МОМЕНТОМ АСИНХРОННОЙ МАШИНЫ, при котором измеряют частоту вращения ротора, формируют дополнительную частоту в функции требуемого момента, регулируют величину тока статора в зависимости от требуемого момента, а величину частоты этого тока формируют изменением частоты врай1ения ротора на величину дополнительной частоты, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД машины в установившемся режиме путем уменьшения потерь и обеспечения -максимума момента при заданной величине тока статора, величину тока статора изменяют пропорционально корню квадратному из велшшны требуемого момента, а величину дополto нительной частоты поддерживают пос (Л тоянной.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51)4 Н 02 P 7/42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

Г10 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 920030/24-07 (22) 04.09.64 . (46) 15. 10.85. Бюл. К- 38 (72) В. Н. Бродовский, Е. С. Иванов и M.È.Ïÿòêoâ (53) 62-83: 621.316. 718.8 (088. 8) (56) Костенко М.П. Работа многофазного асинхронного двигателя при переменном числе периодов. — Электричество, Ф 2, 1925.

Авторское свидетельство СССР

)(193604, кл. Н 02 P 7/42, 1963. (54)(57) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ МОМЕНТОМ

АСИНХРОННОЙ МАШИНЫ, при котором измеряют частоту вращения ротора, формируют дополнительную частоту в функции требуемого момента, регулируют величину тока статора в зависимости от требуемого момента, а величину частоты этого тока формиру ют изменением частоты вращения ротора на величину дополнительной частоты, отличающийся тем, что, с целью -повышения КПД машины в установившемся режиме путем .уменьшения потерь и обеспечения .максимума момента при заданной величине тока статора, величину тока статора изменяют пропорционально корню квадратному из величины требуемого момента, а величину дополнительной частоты поддерживают постоянной.

1185526

Изобретение относится к электротехнике, а именно к технике регулирования величины момента и скорости вращения электродвигателя путем изменения частоты и величины токов S питания статора, и может быть применено в регулируемых электроприводах, в которых по условиям эксплуатации необходимо применение асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

Цель изобретения — повышение КПД асинхронной машины в установившемся режиме путем уменьшения потерь и обеспечения максимума момента при заданной величине тока статора.

На чертеже представлена структурная схема электропривода, в которой реализуется способ управления моментом асинхронной машины. 20

Электропри вод содержит асинхронную машину 1, на валу которой установлен датчик угла 2, дифференциальный сельсин 3, обмотка статора которого соединена пофазно с выходной обмоткой датчика угла 2, а обмотки ротора подключены к входам фазированных выпрямителей 4, 5 и 6. Вал дифференциального сельсина 3 жестко связан с валом вспомогательного при- 30 борного двигателя 7. Электропривод содержит кроме того элемент вычисления корня квадратного 8, подключенный выходом к входу модулятора 9, соединенного выходом с обмоткой воз-ц буждения,датчика угла 2, и релейный элемент 10, подключенный выходом к входу управления вспомогательного приборного двигателя 7. Выходы фазированных выпрямителей 4, 5 и 6 через ip соответствующие силовые усилители токов 11, 12 и 13 подключены к обмоткам статора асинхронной машины 1.

Способ управления моментом асинхронной машины осуществляется в элект-,5 ропризоде следующим образом.

Измеряют частоту вращения ротора с помощью датчика угла 2, формируют дополнительную частоту с помощью вспомогательного приборного двигате- 10 ля 7 в функции требуемого момента и регулируют величину тока статора асинхронной машины 1 в зависимости от требуемого момента, а величину частоты этого тока формируют измене- у нием частоты вращения ротора на величину дополнительной частоты. Согласно способу управления моментом асинхроннон машины 1 величину тока статoра изменяют пропорционально корню квадратному из величины требуемого момента, а величину дополнительной частоты поддерживают постоянной.

Способ управления моментом асинхронной машины записывается следующиви аналитическими выражениями: с = Квк " вх (1) (2) uñ ЙвФЯ2)

И = const, (3) где Т - величина тока статора

К вЂ” размерный коэффициент тока вх статора, — входной сигнал

63< — частота токов статора," 7в — частота вращения ротора, C3 — частота токов ротора.

При соблюдении (1), (2), (3) момент, развиваемый асинхронной машиной 1 независимо от величины скорости вращения, линейно зависит от входного сигнала U „ и равна (3) 2

Ь (, г г Ьр ( (4) (и 2б

При такой ° величине частоты 63z момент будет максимальным при заданной величине входного сигнала U и равен

К

) .4

При соблюдении зависимости (1), (2), (4) составляющие тока статора—

I приведенный ток ротора I и намагчичивающий ток i@, равны I I Q

7х ф(1 + — " )

Lp

O (6) где Ь вЂ” индуктивность намагничивания, m — число фаз статора р — число пар полюсов статора

r, — приведенное активное сопротивление ротора, I — приведенная индуктивность

2с рассеяния ротора.

Выберем в (3) частоту токов ротора равной

1185526

P L g) L Lp (7)

Так как в реальных асинхронных машинах 1.. <- 1. „ то из (6), (7)

I следует, что составляющие I и I?u практически равны между собой и про

10 порционально уменьшаются с падением входного сигнала до нуля (при

= О). Поэтому векторная диаграмма составляющих тока ТС представляет собой равнобедренный треугольник с гипотенузой, равной I<.

Момент асинхронной машины пропорционален произведению роторного тока I, на поток, т. е. íà I>. Произ1 ведение катетов будет максимальным, если они равны между собой. Поэтому при выборе (й, согласно (4), обеспе— ! чивающем равенство I и I, момент, пропорциональный их произведению, будет максимально возможным при заданном токе I с

Входной сигнал U „ поступает на вход элемента вычисления корня квадратного 8, на выходе которого формируется

30 (8) 40 где К вЂ” коэффициент пропорциональности. 35

Входной сигнал П „поступает, кроме того, на вход релейного элемента 10, на выходе которого сигнал ,изменен по величине и изменяется по знаку при изменении знака U ц„.

Напряжение U8 поступает на вход модулятора 9, опорным напряжением для которого служит напряжение

U< sins) t Выходное напряжение модулятора 9 питает обмотку возбуждения 45 датчика угла 9, с фазных обмоток которого имеют напряжения частоты Q величины которых определяются углом поворота датчика угла 4 и углами пространственного расположения осей 50 его фазных обмоток.

При неизменной скорости вращения

9 ввала асинхронной машины 1 частота

1 изменения огибающих напряжений фазных обмоток датчика угла 2 также равна 55

t S?8. Эти напряжения питают входные обмотки дифференциального сельсина

3, вал которого вращается со скоростью 6? вспомогательным приборным двигателем 7. Направление его вращения определяется знаком входного нала Uâ

Напряжение с выходных обмоток дифференциального сельсина 3 поступают на входы фазированных выпрямителей

4, 5 и 6, опорными напряжениями для которых являются 13,зin ь?t. С выходов фазированных выпрямителей напряжения, свободные от несущей частоты 4?, с частотой (Й + Cd ) поступают на силовые усилители токов 11, 12 и 13, которые питают асинхронную машину 1 многофазной системой токов, амплитуда которых пропорциональна корню квадратному из входного сигнала U „, а частота равна (5? + у ). При работе асинхронной мапигны 1 в двигательном режиме частота токов статора превышает ß8 на вели пину частоты токов ротора и равна (5?ц+ uz ). При работе асинхронной машины 1 в тормозном режиме частота тока статора меньше частоты g на величину частоты токов ротора и равна (Д вЂ” я ) .

Переход из двигательного в тормоз.— ной режим работы обеспечивается реверсом дифференциального сельсина

3 при изменении знака входного сигнала U

Управление моментом асинхронной машины осуществляется независимо от ее скорости вращения. Величина момента определяется входным сигналом определяющим величину и частоту многофазной системы токов статора.

Управляемая по моменту асинхронная машина устойчиво работает при любом характере нагрузки без опрокидывания, так как частота и величина токов ротора строго определяются величиной U „ . Контроль величины и формы токов статора, обеспечивающий отсутствие перегрева асинхронной машины и отсутствие перегрузок ключевых элементов силовых усилителей тока, достигается контролем входного сигнала независимо от характера изменения нагрузки и от скорости вращения асинхронной машины.

Изменение момента в соответствии со способом связано с изменением величины потока, пропорционального намагничивающему току I . Изменение потока в асинхронной машине, обладающей значительной индуктивностью намагничивания L происходит по

1185526

ВНИИПИ Заказ 6433/55 Тираж 645 Подписное филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул.Проектная, 4 о апериодическому закону, в то время

fr как ток I; может меняться практически скачкообразно. Поэтому соотношения, положенные в основу способа, нарушаются при скачкообразном изменении входного сигнала на время переходного процесса изменения тока I вновь соблюдаются в установившемся режиме.

В регулируемых приводах момент, который должен развивать электродвигатель, как правило, не остается постоянным. Наряду с интервалами вре мени, когда требуется максимально достижимая величина момента, значительную часть времени регулируемый электродвигатель работает в режиме, близком к холостому ходу. Потери в меди, пропорциональные квадрату тока, согласно (1), (7) линейно падают с уменьшением U „. Точный анализ потерь в асинхронной машине, работающей при переменной частоте показывает, что минимумы потерь можно получить при постоянстве частоты токов .ротора и что потерями в стали можно пренебречь по сравнению с медными потерями.

Ток намагничивания в асинхронных

10 машинах составляет 30-407. от номинального тока статора, поэтому потери, пропорциональные его квадрату, составляют 10-157 от медных потерь в статоре. На эту величину можно сок15 ратить потери в регулируемой машине при данном способе.

Получение максимума момента при заданном токе статора обеспечивает в соответствии со способом минимум

20,потерь в силовых усилителях тока, .что повышает КПД электропривода в

° сравнении с известным решением.