Устройство для определения характеристик гистерезисного электропривода

 

Изобретение относится к электротехнике , а именно к системам.управления гистерезисными электропри одамИо Цель изобретения - повьппение точности определения совокзшности электромеханических и электромагнитных характеристик в статических и динамических режимах управления гистерезисным электродвигателем (ГЭ). Устройство позволяет получить совокупность внешних и внутренних характеристик ГЭ, представление всех величин в относительных единицах позволяет вьшолнять задачи анализа и синтеза электропривода. Устройство представляет возможность исследования ГЭ при различных переходных процессах, вызванных изменениями в системе питания, в нагрузке, поэтапное определение любого процесса с фиксацией всей системы преобразования в любом состоянии на неограниченное время. В устройстве исключены влияния ненаблюдаемых и йеконтактируемых явлений - изменение трения в подшипнике, нагрев элементов. 8 ил. ю (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 H 02 P 5/40 7/36

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ГИСТЕРЕЗИСНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА (57} Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам, управления гистерезисными электроприводами. Цель изобретения — повышение точности определения совокупности электромеханических и электромагнитных характеристик в статических и динамических режимах управления гистерезисным электродвигателем (ГЭ).

Устройство позволяет получить совокупность внешних и внутренних характеристик ГЭ, представление всех величин в относительных единицах позволяет выполнять задачи анализа и синтеза электропривода. Устройство представляет возможность исследования ГЭ при различных переходных процессах, вызванных изменениями в системе питания, в нагрузке, поэтапное определение любого процесса с фиксацией всей системы преобразования в любом состоянии на неограниченное время. В устройстве исключены влияния ненаблюдаемых и йеконтактиру- емых явлений - изменение трения в подшипнике, нагрев элементов. 8 ил.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3792239/24-07 (22) 22.09.84 (46) 15.08.86, Бюл. ¹ 30 (71) Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетический институт (72) В.Н.Тарасов (53) 621.13.39-83 (088.8) (56) Марков Ю.Г. Исследование и методы расчета синхронного режима гистерезисно-реактивного электродвигателя. Дис. M., МЭИ, )975, с. 37-60.

Делекторский Б.А,, Мастяев Н.З °, Тарасов В.И, Способы и средства управления гистерезисным двигателем в синхронном режиме. Отчет по ИЭИ

НИР roc. рег, У05330, 1973, с. 43-65, Мастяев Н.3., Орлов И.Н. Гистерезисные электродвигатели. Ч. 1.

М., МЭИ, 1963.

Делекторский Б.А., Тарасов В.Н.

Управляемый гистерезисный привод.

М.: Энергоатомиздат, 1983.

„„80„„1251276 А 1

1251276

Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам управления гистерезисными электроприводами, оно может быть использовано самоСтоятельно на стадии проектирования управляемых гистерезисных электронриводов для определения и оптимизации характеристик злектроприво-да, а также как составная часть замкнутой по выходному параметру системы автоматического управления электроприводом, Цель изобретения — повьпление точности определения совокупности электромеханических и электромагнитных характеристик в статических и динамических режимах управления гистерезисным электродвигателем.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства для определения характеристик гистерезисного электропривода; на фиг.2 — схема электрической модели статорной цепи гистерезисного электродвигателя; на фиг.3 и 4 — функциональные схемы вариантов выполнения формирователя пространственных кривых распределения индукции и напряженности ротора на полюсном делении; на фиг 5 — функциональная схема преобразования магнитных величин ротора; на фиг,6 — - функциональная схема преобразования мгновенных электрических величин статора, на фиг. 7 и 8 — схема замещения и векторная диаграмма гистерезисного электродвигателя.

Устройство для определения характеристик гистерезисного электропривода содержит электрическую модель 1 (фиг.1) статорной цепи гнстерезисного электродвигателя, подключенную î" íîâíûìè фазными входами 2 к выходам преобразователя частоты 3, снабженного задающим генератором 4, каналами регулирования частоты, нап ряжения и импульсного намагничивания 5, 6 и 7 соответственно, функциональным преобразователем частота напряжение 8, блоком управления 9 и первым выходным усилителем 10.

В устройство для определения характеристик гистерезисного электропривода введены формирователь 11 пространственных кривых распределения индукции и напряженности ротора на полюсном делении, снабженный входом задания модуля 12 н входом

1О

l5

2О

"4Q

35 задания частоть. 13 1аглп одлижущей

cHJthl ротора и двумя группами выходов 14, 15 соответственно с мгновенными значениями индукции и напряженно ти в элементах полюсного деления ротора, блок 16 преобразования мгновенных электрических величин статора, снабженный формирователем 17 опорной вращающейся системы координат, формирователем 18 результирующего вектора тока ротора с двумя выходами и первым определителем угла сдвига 19, блок 20 преобразования магнитных величин ротора, снабженный определителем 21 первой пространственной гармоники индукции ротора определителем 22 первой простран ственной гармоники напряженности ротора, вторым определителем угла сдвига 23, определителем 24 параметров схемы замещения ротора и определителем 25 модуля и фазы резуль— тирующей ЭДС ротора, блок определения ектромагпитного момента 26, исто . ик синусоидальных сигналов 27 на базе преобразователя частоты с каналом регулирования напряжения 28, снабженным управляющим входом, с каналом регулирования частоты 29, снабженным, управляющим и синхронизирующим входами, и вторым выходным усилителем ЗО, датчики 31 эквивалентных фазных. токов ротора, задатчик скольжения 32, блок преобразования частоты в угол 33 и сумматор 34.

Электрическая модель 1 статорной цепи гистерезисного электродвигателя снабжена дополнительными фазными входами 35, подключенными через соответствующие датчики 31 эквивалентных фазных токов ротора к выходам источника синусоидальных сигналов 27.

Выход задатчика скольжения 32 через блок преобразования частоты в угол

33 подключен к одному из входов сумматора 34, другой вход которого соединеч с выходом первого определителя угла сдвига 19. Выход задающего генератора 4 подключен к входу формирователя 17 опорной вращающейся системы координат. Выходы датчиков 31 эквивалентных фазных токов ротора подключены к соответс вующим входам формирователя 18 результирующего вектора гока ротора, первый выход которого и выход формирователя 17

1251276

15

40

Формирователь 11 пространственных кривых распределения индукции и нап- 50 ряжения ротора на полюсном делении

55 опорной вращающейся системы координат подключены к входам первого определителя угла сдвига 19.

Выход сумматора 34 подключен к входу задания частоты 13 магнитодвижутт1ей силы ротора формирователя 11 пространственных кривых распределения индукции и напряженности ротора на полюсном делении, вход задания модуля 12 магнитодвижущей силы ротора которого объединен с одним из входов определителя 25 модуля и фазы результирующей ЭДС ротора и подключен к второму выходу формирователя 18 результирующего вектора тока ротора.

Выходы формирователя 11 пространственных кривых распределения индукции и напряженности ротора на полюсном делении подключены к входам соответствующих определителей

21 и 22 первых пространственных гармоник индукции и напряженности ротора, первые выходы которых подключены к попарно объединенным первым двум входам определителя 24 параметров схемы замещения ротора и блока определения электромагнит; ного момента 26.

Выход определителя 24 параметров схемы замещения ротора подключен к другому входу определителя 25 модуля и фазы результирующей ЭДС ротора, выходы которого подключены к одноименным управляющим входам канаттов регулирования напряжения 28 и частоты 29 источника синусоидальных сигналов 27. Синхронизирующий вход укам занного канала регулирования частоты

29 подключен к выходу задающего генератора 4.

Электрическая модель 1 статорной цепи гистерезисного электродвигателя содержит в каждой фазе резисторы

36, 37 и катушки индуктивности 38, 39, 40 (фиг.2), соединенные по T образной схеме замещения гистерезисного электродвигателя.

l содержит по первому варианту (фиг.3) постоянные программируемые запоминающие устройства 41, по числу N элементов разбиения полюсного деления, входы которых объединены и соединены с входом задания частоты 13 магнитодвижущей силы ротора, 20

30 а выходы соединены с соответствующими блоками масштабирования амплитуды 42, вторые входы которых подключены к входу задания модуля 1 2, а выходы через блоки сравнения 43 и усилители 44 соединены с намагничивающими обмотками 45, размещенными в намагничивающих установках, содержащих в замкнутом магнитопроводе элементы материала ротора 46 гистерезисного электродвигателя. Усилители 44 охвачены обратной связью по току путем соединения датчиков токов 47 со вторыми входами блока сравнения 43. На магнитопроводах элементов материала ротора размещены датчики 48 измерения индукции В, pi

В>, Вр„и напряженности 49 соответz ственно Н, Н>, Н, Выходы уттомя1 1 Н нутых датчиков подключены к двум группам выходов 14 и 15, формирующих соответственно кривые распределения индукции Bp (leap) и напряженности

Н (т ) в элементах полюсного деления ротора с, разделенного на Н частей, Данный вариант формирователя 11 пространстве1тных кривых распределения индукции и напряженности ротора на. полюсном делении моделирует ротор путем набора полюсного деления на дискретных элементах, каждый из которых перемагничивается током, отличающийся в любой момент времени масштабным коэффициентом, задаваемым кривой распределения магнитодвижущей силы, запрограммированной в блоках

41. Этот вариант является универсальным, так как позволяет произвольно менять материал ротора и задавать любую пространственную кривую распределения магнитодвижущей силы.

Другой вариант формирователя 11 пространственных кривых распределения индукции и напряженности ротора на полюсном делении (фиг.4) содержит реальную m-фазную гистерезисную машину со статором 50 и заторможенным ротором 51. Обмотки статора подключены к источнику тока 52, формирующему m-фазную систему гармонических токов, изменяющихся по заданной частоте, определяемой сигналом с входа задания частоты 13 и модулем тока по сигналу входа задания модуля тока 12. Источник тока 52 содержит формирователь 53 гармонических функций m-фазного напряжения, соединенный по входу с входом зада1251276

HHII частОты 13, GJIoKH масштабирования 54, выхацы которых через блоки сравнения 55 и усилители 56 соединены с фаэными обмотками статора 50 гистерезисной машины. Вторые входы блоков масштабирования подклочены к входу задания модуля 12„ а вторые входы блоков сравненчя 55 подключены по цепи отрицательной 1О обратной связи с датчиками токов 57, Измерение распределения поля в воздушном зазоре В (< ) производится элементами 58, расположенными на полюсном делении ротора 51. В качестве таких элементов предпочтительно использование элементов Холла.

Выходы элементов 58 соединены с блоком 59 формирователя пространственной кривой распределения индукции в воздушном зазоре В (() выходы ката1 рого подключены к блоку 60 определения распределения поля в роторе, выходы которого являются выходами

14, формирующими кривую распределе- р ния индукции В,(Vc,) .

Нахождение зависимости Н (g ) мажет быть реализована также совокупностью датчиков Холла, расположенных на поверхности ротаря перпенди ЗО кулярно силовым линиям поля и роторе, На фиг.4 показан другой вариант нахождения этой зависимости, для чего используется блок 61 вычисления распределеяия напряженности в

g$ воздушном зазоре H ((), вход которого соединен с выходом блока 59, а выход — с блоком 62 опрецелеяия вектора так а Т вЂ” прояарционал ьна ма гяитодвижущей с HJtе ваэU ifoI а зазора.

Выход блока 62 подключен к блоку 63 определения вектора тока 7 ротаpB„.âTopûe два входа которого coeцииены с входами 1? и 13 задания магпитодвижущей силы ротора, а выход

45 подсоединен к блоку 64 определения распределения Н (III<), выход которого является выходом 15, формирующим упомянутую кривую распределения.

Блок 20 преобразования магнитных величин ротора (фиг,5) снабжен анрезб делите,пем 21 первой пространственной гармоники индукции ротора:М определителем 22 первой пространственной гармоники напряженности патора, каждый из которых содержит регистры памяти 6э, 66, HbIxojW котоаых подключены Ic блокам определения артогаяальяых составляющих индукции 67 и напряженности 68 ротора, два выхода которых соответственно соединены с входами блоков определения модуля индукции 69 и напряженности

70, а два других выхода каждого подключены к второму определителю угла сдвига 23., Выходы блоков 21 и 22 апределеяия первой пространственной гармоники индукции и напряженности, а также выход второго определения угла сдвига 23 подключены к определителю параметров схемы замещения ротора, состоящему иэ блока 71 определения магнитной проницаемости, входы которого подключены к выходам блоков 69 и 70, а выход соединен с блоком 72 определения параметров схемы замещения ротора, второй вход которого соединен с выходом блока

?3, а выход подключен к блоку определения модуля ЭДС 73, входящему в сог "..=в блока 25 определения модуля и Фазы результирующей ЭДС. Второй вход блока 73 соединен с выходом формирователя 18 результирующего вектора тока ротора, В блок

25 входит также блок 74 определения фазы результирующей ЭДС, вход которого соединен с выходом блока

23. Выходы блоков 73 и ?4 являются выходами блока 25.

Блок 16 преобразования мгновенных электрических величин статара (фиг,6) содержит в блоке формирователя 17 опорной вращающейся системы координат последовательна соединенные формирователь 3-фазнога гарма ническога сигнала 75, преобразователь 76 3-фаэнаго сигнала в 2-фазный векторный анализатор 77, a в блоке формирователя 18 результирующего вектора тока ротора — последовательна соединенные преобразователь 78 трехфазного напряжения в двухфазное и векторный анализатор ?9.

Устройства для Определения характеристик гистереэиснога электрапривада работает следующим Образом, В основу построения устройства положена представление а гистереэиснам двигателе как синхронной машине с регулируемым магнитным возбуждением.

Известная схема замещения (3) гистереэиснага двигателя приведена к виду (фиг ° 7)., где параметры статора представлены традиционна в виде: активнага Гi и яядуктивнага х, сапl25127r) r„= Кш, sing,, х2 = K(p,cosg, -Р, ), где К вЂ” конструктивный коэффициент, постоянный для данного двигателя;

Вр, (н ) — — отношение амплиНр, (уГ) туд первых гармоник пространственных кривых распределения индукции и напряженности на полюсном делении;

11, — угол сдвига между первыми гармониками пространственных кривых распределения Вр,(у ) и Нр,,(у,}, который характеризует величину электромагнитного момента, развиваемого двигателем.

Момент на валу гистереэисного двигателя может быть найден при известности кривых распределения

В, () и H „(ó„) по формуле

40

M С Р d 1{ 6 1 Вр (g)) Нр (gp) 81п 7

1 где — толщина активного слоя ротора;

50 — геометрические размеры статора; — число пар полюсов.

d, 1, P

Векторная диаграмма, соответствующая такому представлению гистере- 55 зисной машины, приведена на фиг .8.

;Постоянная для первых гармоник speменных параметров, она при перехоротивлений статора; x - индуктивного сопротивления воздушного зазора, соответствующего магнитной проводимости воздушного зазора и стали статора; r — активного сопротивления, определяемого потерями в стали ста\ тора, которые находятся по формулам

$3) и добавлен контур ротора, со Ф держащий противо-ЭДС ротора Е„=

E„(l p) rpe E>ñ приведенная к 10 номинальной частоте ЭДС вращения ротора, определяемая остаточной намагниченностью ротора; параметрами х„ f6, r P характеризующими леремагничивание и потери на него при. скольжении ротора, индуктивным сопротивлением хэ = Кн, определяемым интегральной дифференциальной проницаемостью прямых возврата на полюсном делении Ц ; х — индуктивное 20 сопротивление рассеяния ротора, Параметр характеризует абсолютное скольжение ротора

Рц = ш Eh I cos(H + 9„)

Etc

ЕЬ I sing = m Е ---.sinH l hx Р э

Момент через электрические величины определяется

m Ел?гав m E„E sin Hp л»

6)1н M„H х

Рлг

М =

ы н

Эта схема позволяет физически имитировать ротор через составляющие Е, х„, r» х,. При этом часть из них исчезает в синхронном режиме, другие постоянны

/Е„, хэ/ в определенном диапазоне изменения нагрузки, которое определяется внутренним углом Qp .

При изменении намагниченности ротора и учете частных циклов перемагничивания меняется как модуль /Е„ / и его фаза Ор, так и величина хб.

Сложность и йелинейность законов их изменения резко усложняет физическое и математическое моделирование.

В данном устройстве задача учета явлений гистерезиса решена путем и 11 разбиения модели гистереэисной ма-. шины на независимые функциональные части, которые на фиг.1 укрупненно могут быть охарактеризованы следующим образом.

Электрическая машина, а точнее модель, представлена линейно-независимой частью куда относится статорде к рассмотрению результирующих векторов соответствует пространственной векторной диаграмме, отражающей взаимное пространственное положение электрических векторов на комплексной плоскости в данный момент времени.

Приведенная схоча замешения и векторная диаграмма отражают способность гистерезисной машины работать в асинхронном и синхронном режимах. При этом значения х„ и r„ неиэменены по величине в асинхронном режиме, а их составляющие x P и r„- 5 уменьшаются по мере снижения скольжения, обращаясь в нуль в синхронном режиме. В свою очередь составляющая Е „ /1-P/ возрастает от нуля до Е„ при входе двигателя в синхронизм, при неизменном угле 6<

Мощность, передаваемая ротору, определяется

I 0.

125127б ь

/Е / и ф/KI /.

9, ротор с условным "замйкателем" магнитного потока статора через магнитопровод с бесконечно большой магнитной проводимостью. На фиг,1 зта часть показана блоком 1, а вариант его 5 реализации приведен на фиг.2.

Ротор представляет собой реальную физическую систему, в которои проте-. кают реальные процессы перемагничивания с учетом пространственного рас- 1б пределения в реальной машине. На фиг.I он представлен формирователем

11 пространственных кривых распределения индукции и напряженности на полюсном делении. Варианты его реализации приведены на фиг.3 и 4, Магнитодвижущая силву приложенная к ротору, формируется по результатаи изменения реальных токов с помощью датчиков 31 эквивалентных фазных токов ротора (фиг.I), которые после преобразования в формирователе 18 в виде результирующего тока ротора подаются в формирователь 11 пространственных кривых распределе- д ния.

Частота и фаза результирующего тока задается блоком суммирования .34 по результатам определения частоть1 скольжения в блоке зацания часто- ЗО ты 32 и фазового положения результирующего вектора, Определяемого первым определителем угла сдвига 19, Переход от пространственных магнитных величин Н,() и В О,) на выходах 14 1 5 блока 11 к электричес35 ким /Е / и Ч /Е1/ согласно схемы

4 1 замещейия осуществляется через векторное преобразование сигналов в блоке 20 преобразования магнитных

4О величин ротора, вариант реализации которых приведен на фи .5. .Электрическое равновесие в системе, имитирующей статор-ротор, достигается подключениеМ в элект45 рической модели 1 статорной цепи гистер зисного электродвигателя источника синусоидальных сигналов 27, синхронизированного но частоте задающим генераторОм ч с заданием амп- литуды и фазы выходного напряжения го сигналам

Поясним выполнение и работу основных функциональных узлов устрой/ ъва

Электрическая модель статорной цепи на фиг.5 представлена в виде

m Г-образных схем замещения, содержащих элементы, значения которых соответствуют rI, х,, х g и г, а также х, выполненных либо íà пассивных элементах типа резистора, катушки индуктивности, либо на элементах, отражающих передаточную функцию элемента схемы.

Возможен другой вариант, когда укаэанные статорные. цепи являются полной аналогией реальной машины, у которой имеется статор, а вместо ротора другой статор с обмоткой, либо обе обмотки выполняются совместно, а ротор делается из магнитомяг- кой сталн. Изменение соотношения составляющих схем замещения по отношению к х может быть достигнуто введением дополнительных резисторов и дросселей, Ротор на фиг.3 и А представлен в виде формирователя 11 пространст-. венных кривых распределения индукции и напряженности и функционально представляет собой систему блоков, в совокупности имитирующих закон изменения во времени магнитного состоя" ния ротора. Входная функция формирователя должна отвечать следующей зависимости:

Р, (9, С) — I /I. / Е(Е)1 . (y ) и " +

+e,„,() %(»(I=)), где /1 / - модуль результирующего вектора тока, пропорционального модулю МДС ротора, который может из-. меняться по амплитуде по произвольному закону, F (y ) — пространственный закон

2 распределенйя 1ЩС ротора. (+ e„(r) -„т(>() изменения пОлОжения тОчки ротора относительно пространственной кри- вой распределения ИДС в результате скольжения 4), изменения положения ротора относительно синхронной системы координат 0+ (:) приуз С и изменения фазы вектора тока /l / относительно синхронной системы координатe

На фиг„,3 функцию пространственного распределения NPC ротора Р (III )

- для каждой точки ротора реализует

;овокупность из И постоянных програмчируемых запоминающих устройств

l l l25l (ППЗУ) 41, в которых записана программа изменения пространственной кривой распределения для каждой точки ротора. Возможно использование одного общего ППЗУ с сохранением 5 информации в течение периода квантовайия в буферных регистрах, Задание закона изменения точки ротора относительно F (y ) формируется по входу 13 задания частоты магнитодвижущей силы. Задание модуля /1 / осуществляется по входу 12.

Выходы ППЗУ 41 подключены к блокам масштабирования амплитуды 42, выходы которых через блоки сравнения

43, усилители 44 подключены к обмоткам 45 намагничивающих установок, магнитопровод 46 которых содержит элементы реального материала ротора.

Система измерения индукции В p(y ) 2О

P и напряженности НР(y ) с соответствующими датчиками индукции и напряженности 48, 49 дает одновременное магнитное состояние всех наблюдаемых точек ротора. 25

Работа формирователя 11 состоит в том, что вначале задают пространственный сдвиг кривой распределения на угол, определяемый числом N разбиения полюсного деления /M. Функ- ЗО ция распределения задается программированием ППЗУ 41, Она может быть неизменной или корректироваться в соответствии с желанием оператора или при идентификации модели и реального об- . разца.

Возможность гибкой перестройки кривой распределения напряженности (или соответствующей ей ИДС ротора) позволяет промоделировать любую, ре- 4О ализуемую в реальной машине форму и получить результат в виде выходных характеристик машины.

Функция единичного сигнала каждого ППЗУ масштабируется в блоках 42 4> сигналом, соответствующему амплитуде

ИДС ротора или эквивалентной ей модулем /1, /. Изменение модуля /1 / отражает временную модуляцию (временные гармоники), Изменение фазы 3 учитывается в сигнале, поступающем с блока 34 (фнг,l). . В принципе можно проимитировать и высшие пространственные гармонические, вызванные зубчатостью статора.

Для этого каждое значение масштабируемого сигнала в блоках 42 должно изменяться в долях от мгновенного

276 12, значения напряженности в соответствии с частотой скольжения высших гармоник.

Выходы блоков масштабирования задают значение тока, которые через уси ители 44, охваченные обратной связью, подаются на намагничнвающие установки. Измерение сигналов В и

Р

Н в любой момент времени производится с помощью, например, датчиков

Холла. Выходная совокупность 14 и 15 сигналов в блоках дает мгновенное значение пространственных кривых распределения В (д„) и Hp(+Р).

Вариант формирователя !1 (фиг,4) более прост в реализации, но и с меньшими функциональными возможностями. Здесь в качестве намагничивающей установки и формирователя пространственной кривой распределения выступает статор 50 реальной машины. Для формирования амплитуды и поворота поля, приложенного к ротору, необходимо формирование периодической функции, которая создается имитатором источника-тока 52, содержащим на каждую фазу задатчики формы тока. Синхронизация источника тока 52 по частоте осуществляется по входу 13, а задание амплитуды тока— по входу 12, задающим модуль тока на блоки масштабирования 54.

Измерение распределения поля в воздушном зазоре В f(tp )(блоки

Р

59) и пропорционального ему значения В = f(y ) (блок 60) производитР ся в элементах 58, расположенных на неподвижном роторе 51. При извест. ном законе Bg = f(g ) рассчитывается составляющая магнитодвижущей силы

Fg = 1,611 В, затрачиваемой на зазор и статор (блок 61), а по Fg

P Ff находится модуль Q / =

0 9 ш4 К Н4» и его фаза, совпадающая по фазе Fg и В (блок 62). В блоке 63 по данным ф модуля и фазы тока Х, поступающим по входам 12 и 13, и по вычисленному значению вектора Ig находится значение Х (см.векторную диаграмму фиг,8). По значению Х в блоке 64 определяется кривая распределения первой гармоники Н (q ), Р

Блок 20 преобразования магнитных величин ротора (фиг. 5) преобразует прострайственные кривые распределения В (9p) и Н (p ) s модуль,,фазу

ЗДС Е h (см.фиг.8), для чего в ре13 гистрах памяти 65 и 66 фиксируются состояния составляющих магнитттого поля в N точках ротора. Нахождение составпяющих в ортогональных осях и q проводится по формулам

TН = Н sin 4 + Н sin>2 + г 2

+,...+ Н, sing Ä, P 1 Нр Нр совет, + Н совггг +

+... + Н. cosy„, "h

125!276 14

Формирователь модуля из фазы т, в блоке 16 преобразования мгновенных электрических величин статора осуществляется согласно схемы (фиг„б), которая имеет однотиттные блоки в канале фор" миравания опорной вращающейся сис.темьг координат 17 и результирующего вектора тока 18, Модуль вектора напряжения или тока определяется

10 по мгновенным значениям фазных значенийй U 0 1 !1 г Равнением!

1т! =!z!ç(U, + », + » >. где Н11, Нр, Ну — мгновенные зна- 15

2 чения напряженности, определяемые блоками 49 (фиг,3) (гг,"- "!/01 $2= 2» /Н - угловые положения для Н точек ротора, Модуль /Н р / рассчитывается по 20

1 формуле

/й.„ / = x, + Н. sin(q„) + (Н сое11т, +Н cosy1,„2

)2

По аналогичным формулам находятся значения,В лг, 7 В и /В,, /.

На фиг,5 функционально представлень1 блоки определения составляющих индукции 67 и напряженности 68. "Нре

Угол = arc tg —;- +

ЕНц

+ are tg в, ТВр находится блоком 23.

Преобразование найденных величин в составляющие р, (блок 7), г1, и х > (блок 72) осуществляется по уравнениям

Ви (юр)

1» = — --- -- ° г », хг, К!ц, сое/,, о .Нахождение /E>/ проводится в блоке 73 по формуле

/E>/ / г / gr„+ x а фаза у(, находится относительно фазы 32 согласно фиг.8 по формуле

Фаза вектора, напртп гер, напряжения — arctg (- + - г — ), 1 2 U>

» -13 3 7 U

Блок 17 формирует опорную систему координат, которая в установившемся режиме совпадает с реэультирукпцим вектором напряжения, частота вращения ко". рого определяется частотой задающего генератора

Угол вектора результирующего вектора тока с . f(t) находится от32 носительно фазы вектора опорной системы координат в блоке 19, Относительно фазы Я f(t) формируется задание фазы 1!, т(г), которая идет

Ел! на управление источником синусоидальных сигналов 27.

В целом работа устройства по определению характеристик гистерезисного электропривода состоит в следующем, В исходном состоянии требуется установить параметры схемы замеще-. ния статора, которые получают по результатам поверочного расчета электродвигателя или при имитации заданных отношений параметров г, х,, х, х„- и т.ц.

После подклочения электрической модели 1 статора к преобразователю 3 (фиг.1) необходимо установить равновесное состояние в устройстве, что достигается заданием начальной частоты скольжения Cd, которая через блок 33 преобразования частоты в .угол поворота и блок суммирования

34 обеспечивает цикличное перемагничивание магнитных элементов 46 формирователя 1! (фиг,3). Выбором масштаба коэффициентов в блоках 42 (фиг,З) устанавливается начальный ток (J2) перемагнич:.гнания. На выходе

15 1251 формирователя 11 образуются пространственные кривые распределения

В„(ф ) и Н (p ) с предельным углом сдвига 1, характерным для асинхронного режима работы гистерезисного электродвигателя.. В результате преобразования пространственных кривых распределения в электрические величины в блоке 20 преобразования магнитных величин на входы источника 10 синусоидальных сигналов 27 поступают сигналы задания (Е,) и g (Е1,), ко— торые определяют параметры ЭДС, устанавливающей величину токов в фазах модели 1 статора. Ус-, 5

1 1 тановившееся состояние характеризует асинхронный режим работы. Величина электромагнитного момента определяется блоком 2б, значения токов, напряжений, внутренней ЭДС электродвигателя Е > находятся путем измерения в точках 2, 31, 35 модели 1 статора.

При дополнении данного устройства моделью управления движения ротоЙЯ2 ра,Х/P — — = N — N находится часэ е тота скольжения Из = — <, где .Q, и ю соответственно частоты поля статора и вращения ротора. Этим самым частоту дз на выходе блока задания 32 частоты можно либо принудительно устанавливать, либо изменять, имитируя процесс запуска гистерезисного электродвигателя с опреде- 35 лением механической характеристики и = f(e).

Вход в синхронизм соответствует заданию Из = О. Угол 6„+ 9 + 0„.

1 согласно фиг.8 остается предельным. 40

Уменьшение момента достигается за счет уменьшения угла, задаваемого блоком 33, при этом необходимо обеспечить обратное перемагничивание по отношению к направлению перемагничи- 45 вания при скольжении. То же самое касается угла поворота 3, который изменяется автоматически благодаря наличию обратной связи через источник синусоидальных сигналов, форми- 50 рующий вектор Е>.

При решении уравнения движения ротора автоматически моделируется вход в синхронизм и колебания ротора при изменении электромагнитного момен- 55 та.

Режим изменения возбуждения достигается изменением параметров питания

27б 16 преобразователя 3, например, понижением напряжения. До определенного уровня 3 формирователь изменяет фазовые положения Н (у ) и В (4 )

Г таким образом, что велйчина Е1, изменяется незначительно. Фаза тока 3 и модуль / 3 / при этом резко изменяют2 ся. Имитируется режим перевозбуждения.

Аналогичным образом имитируются режимы импульсного намагничивания, развозбуждения.

Возможность контроля электрических магнитных, механических параметров позволяет получить всю совокупность внешних и внутренних характеристик гистерезисного электродвигателя, Представление всех величин в относительных единицах позволяет выполнять задачи анализа и синтеза электропривода для различных соотношений параметров схемы замещения.

Особый интерес представляет возможность использования устройства для исследования поведения гистерезисного электродвигателя при различных переходных процессах, вызванных изменениями в системе питания, в нагрузке.

Повышение точности определения электромеханических и электромагнитных характеристик достигается за счет того, что возможно поэтапное определение любого переходного процесса с фиксацией всей системы преобразования в любом состоянии на неограниченное время. Современные методы управления гистерезисным электроприводом используют импульсные методы регулирования намагниченности ротора длительностью десятые доли частоты питания. Использование обычных методов испытаний не позволяет выяснить существо и характер изменения момента электродвигателя во время намагничивания. Данное устройст- во позволяет это делать, Повышение точности достигается также и sa счет того, что в данном устройстве исключенн влияния ненаблюдаемых и неконтролируемых явлений— изменение трения в подшипниках, нагрев элементов конструкции и т.д.

Возможность цифрового выполнения с минимальной постоянной времени преобразователя информации, которая может быть значительно меньше, чем постоянные времени в цепях, имиl7

1251?76

18. тирующих статор-ротор, а также обработка результатов в параллельном цикле значительно повышает точ-ность измерения.

Использование модели позволяет сократить время проектирования и натурного моделирования с изготовле-. нием вариантов требуемого устрой< тна, что в условиях глелкосерийности и частотой смены технических заданий rO в гироскопической области применения гистерезисного привода может дать существенную экономию.

Использование модели при обработке больших систем многодвигательных электроприводов с единичными установленными мощностями источников в сотни и более киловольтампер позволяет исключить или уменьшить время натурного моделирования. Поскольку последнее проводится только на реальных образцах (участок, цех, использующих иногодвигательный электропривод), то это позволяет не останавливать основное производ- .5 ство, что дает значительную экономию.

Формула изобретения

Устройство цля определения характеристик гистерезисного электропривода, содержащее электрическую модель статорной цепи гистерезисного электродвигателя, подключенную основными фазными входами к выходам преобразователя частоты, снабженно- З го задающим генератором, каналами регулирования частоты, напряжения и импульсного намагничивания, функциональным t преобразователем часто1 та — напряжение;",, блоком управления 40 и первым выходным усилителем, о тл и ч а ю щ е е с я теи, что целью точности определения совокупности электромеханических и электромагнитных характеристш,.в него введены формирователь пространственных кривых распределения индукции и напряженности ротора на полюсном делении, снабженный входами задания модуля и частоты sa магнитодвижущей силы ротора ги двумя группаии выходов соответственно с игновенныии значениями индукции и напряженности в элементах полюсного деления ротора, блок преобразования мгновенных электрических величин статора, снабженный формирователем опорной вращающейся системы координат, формирователем результирующего вектора тока ротора с двумя выходами и первым определителем угла сдвига, блок преобразования магнитных величин ротора, снабженный определителем первой пространственной гармоники индукции ротора, определителем первой пространственной гармоники напряженности ротора, вторым определителем угла сдвига, опрецелителеи параметров схемы замещения ротора и определителем модуля и фазы результирующей ЗДС ротора, блок определения электромагнитного момента, источник синусоидальных сигналов на базе преобразователя частоты с каналом регулирования напряжения, снабженным управляющим входом, с каналом регулирования частоты, снабженным управляющим и синхронизирующим входами, и вторым выходным усилителем, датчики эк1вивалентных фазных токов ротора, задатчнк скольжения, блок преобразования частоты в угол и сумматор, а электрическая модель статорной цепи гистерезисного электродвигателя снабжена дополнительными фазными входами, подключенными через соответствующие датчики эквивалентных фазных токов ротора к выходам иск точника синусоидальных сигналов, при этом выход задатчика скольжения через блок преобразования частоты в угол подключен к одному из входов сумматора, другой вход которого соединен с выходом первого определителя угла сдвига, выход задающего генератора подключен к входу. формирователя опорной вращающейся системы координат, выхбды датчиков эквивалентных фазных токов ротора подключены к соответствующим входам формирователя результирующего вектора тока ротора, первый выхоц кото" рого и выход формирователя опорной вращающейся системы координат подключены к входаи первого определителя угла сдвига, вьгход сумматора подключен к входу задания частоты магнитодвижущей силы ротора формирователя пространственных кривых распределения индукции и напряженности ротора на полюсном делении, вход задания модуля магнитодвижущей силы ротора которого объединен с одним из входов определителя модуля

rr фазы результирующей ЭДС ротора и (3 12с1 подключен к второму выходу формирователя результирующего вектора тока ротора, выходы формирователя пространственных кривых распределения индукции и напряженности ротора на 5 полюсном делении подключены к входам соответствующих определителей первых пространственных гармоник индукции и напряженности ротора, первые выходы которых подключены к ro- 10 парно объединенным первым двум входам определителя параметров схемы замещения ротора и блока определения электромагнитного момента, вторые и третьи входы определителей первых пространственных гармоник индукции и напряженности ротора подключены к соответствующим входам второ2 6

20 го определителя угла сдвига, выход которого подключен к объединенным между собой третьим входом определителя параметров схемы замещения ротора и блока определения электромагнитного момента, выход определителя параметров схемы замещения ротора подключен к другому входу определителя модуля и фазы результирующей

ЭДС ротора, выходы которого подключены к одноименным управляющим вхог дам каналов регулирования напряжения и частоты источника синусоидальных сигналов, а синхронизирующий вход указанного канала регулирования частоты подключен к выходу задающего генератора.

1251276

1? ". j l7(у4

7.7 2512У6

Составитель A.Æèëèí

Техред Г.Героер

Редактор N.Áàíöóðà

Корректор А.Тяско

Тираж 631 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 4424/56

Производственно-полиграфическое предприятие, г,Ужгород, ул.Проектная,4