Электропривод

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в прокатных станах, безредукторных цементных мельницах, на судах-. Целью изобретения является улучшение энергетических показателей путем тонного поддержания заданного энергетического режима синхронного двигателя. Электропривод содержит синхронный двигатель (СД) 1, статррная обмотка к-рого подключена через датчик тока 4 и датчик напряжения 5 к непосредственному преобразователю частоты (НПЧ) 2. Обмотка возбуждения СД 1

СОВХОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК (19) (И) (дй 4 Н 02 P 7/42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

RO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ . (21 ),4270216/24-g7 (22), 24.04.87 (46) 23.)1.98, Бюл. Р 43 (71) Уральский политехнический институт им. С.М.Кирова (72) А.М.Вейнгер, И.М.Серый, Л.Х.Дацковский, Б.З.Итенберг, Г.P.Алеев, М.А.Смирнитский, В.В.Белошабский, В,В,Михайлов и С.10,Потоскуев (53) 621.316.7 В8.5(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 983958, кл. Н 02 P 5/34, 1982.

Вейнгер А.М. Регулируемый синхрон:ный электропривод, М.: Энергоатомиздат, 1985, с. 98-110, 156,164. (54 ) ЭЛЕКТРОП РИВОД (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в прокатных станах, безредукторных цементных мельницах, на судах. Целью изобретения является улучшение энергетических показателей путем точного поддержания заданного энергетического режима синхронного двигателя.

Электропривод содержит синхронный двигатель (СД) 1, статорная обмотка к-рого подключена через датчик тока

4 и датчик напряжения 5 к непосредственному преобразователю частоты (НПЧ) 2. Обмотка возбуждения СД 1

1439729 подключена к тиристорному возбудителю 3, входом подключенному к третьему выходу формирователя 10 управляющих напряжений. Другие два выхода формирователя 10 соединены с блоком

11 преобразования координат, подключенным к системе управления 12 НПЧ

2. На вход системы управления 12 поступают также сигналы с формирователя 15 ЭДС статора, значения к-рых формируются по сигналам, поступающим с датчиков 4 и 5 и датчика 7 частоты вращения. В электропривод введены блок 16 задания потока и реактивной мощности, блок 17 вычисления дейст— вительных значений момента, потока и

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для мощных приводов с повышенными требованиями к энергетическим показателям работы, например, главных приводов прокатных станов, безредукторных цементных мельниц, гребных приводов крупных морских судов.

Целью изобретения является улучше- 1р ние энергетических показателей электропривода путем точного поддержания заданного энергетического режима синхронного двигателя.

На фиг, 1 представлена функциональ|5 ная схема электропривода; на фиг.2 схема блока вычисления параметров режима.

Электропривод содержит синхронный двигатель 1 (фиг. 1), статорные об- 20 мотки которого подключены к выходам непосредственного преобразователя 2 частоты, тиристорный возбудитель 3, выход которого соединен с обмоткой возбуждения синхронного двигателя 1, датчики 4 фазных токов, датчики фазных напряжений, включенных в цепь

1 фаз статорной обмотки синхронного двигателя, датчик 6 углового положения, установленный на валу синхронно- 3О го двигателя 1 и подключенный выходами к измерителю 7 частоты вращения, регулятор 8 частоты вращения с вхо, дом для задания и входом обратной реактивной мощности по сигналам, поступающим с формирователя 13 потокосцепления статора и с преобразователя 14 числа фаз. Между блоком 9 интеграторов и формирователем 10 включен формирователь 18 управляющих токов, На выходе блока 9 сигналы формируются на основе сигналов, поступающих с блока 1 6 задания потока, с регулятора 8 частоты вращения и с выхода блока 17, В электроприводе обеспечивается точное регулирование момента, модуля основного магнитного потока и реактивной мощности, т.е, параметров, характеризующих энергетический режим работы СД,1. 2 ил. связи, подключенным к выходу измерителя 7 частоты вращения, блок 9 интеграторов с тремя входами задания и тремя входами обратной связи, формирователь 10 управляющих напряжений с тремя входами и тремя выходами, блок

11 преобразования координат с двумя управляющими и двумя опорными входами, блок 12 управления преобразовате— лем частоты с тремя группами входов, формирователь 13 потокосцепления статора с двумя. группами входов, преобразователь 14 числа фаз и формирователь 15 ЭДС статора, первые два входа которого подключены к выходам формирователя 13 потокосцепления статора, а третий вход — к выходу измерителя

7 частоты вращения.

При этом первая группа входов формирователя 13 потокосцепления статора подключена к выходам датчика 5 фазных напряжений, а вторая группа входов объединена пофазно с гходами пре— образователя 14 числа фаз и подключена к выходам датчика 4 фазных токов.

Первые два выхода формирователя 10 управляющих напряжений подключены к соответствующим управляющим входам блока 11 преобразования координат, опорные входы которого соединены с выходами датчика 6 углового положения.

Третий выход формирователя 10 управля3

14397 ющих напряжений подключен к управляющему входу тиристорного возбудителя 3.

Выходы блока 11 преобразования координат, датчика 4 фазных токов и формирователя 15 ЭДС статора подклю5 чены к соответствующим группам входов блока 12 управления преобразователем частоты.

В электропривод введены блок 16 заданий потока и реактивной мощности, блок 17 вычисления действительных значений момента, потока и реактивной мощности с четырьмя входами и тремя выходами и формирователь 15

18 управляющих токов, три входа которого подключены к соответствующим выходам блока 9 интеграторов, а три выхода — к соответствующим входам формирователя 10 управляющих напря- Zp жений.

При этом один вход блока 16 задания потока и реактивной мощности подключен к выходу регулятора 8 частоты вращения, а другой вход блока 16 сое- 25 динен с входом дпя задания частоты вращения этого регулятора.

Выходы блока 16 задания потока и реактивной мощности и выход регулятора 8 частоты вращения подключены к 3р соответствующим входам задания блока

9 интеграторов, входы обратной связи которого подключены к соответствующим выходам блока 17 вычисления, соединенного одной парой входов с выхода и формирователя 13 потокосцепления статора, а другой парой входов — с выходами преобразователя 14 числа фаз, Блок 17 вычисления действительных значений момента, потока и реактивной 4р мощности может быть выполнен с двумя корректирующими элементами 19 и 20, с двумя суммирующими элементами 21 и

22, с вычислителем 23 потока и с вычислителем 24 момента и реактивной 45 мощности, первые два входа которого попарно объединены с входами вычислителя 23 потока и через суммирующие элементы 21 и 22 подключены к выходам корректирующих элементов 19 и 20 5р соответственно °

При этом другие два входа вычислителя 24 попарно объединены с другими входами суммирующих элементов 21 и 22 и образуют одну пару входов блока 17, 55 другую пару входов которого образуют входы корректирующих элементов, а выходы блока 17 образованы выходами вычислителей 23 и 24.

М= i,„;

8 «. + Рф 8ф

u р =%+ в где 1, i — проекции тока ст ато ра, в осях g, Jl статора; ., ф — проекции основного потока в осях „P статора.

Составляющие основного потока находят из уравнений

9@ = gg-х з (2) ф 59 66 6ф 1 где Ч,Ч вЂ” проекции потокосцепления статора в осях статора

< J х — индук тив но ст ь рас сеяния статора.

Токи i „ выражаются через токи фаз статора синхронного двигателя

i>» isg, i c с помощью преобразования типа 3/2.

2 1. 1 °

1 . 1 бф . бВ 5C (3) Потокосцепления 6» э получаются из выходных сигналов 1 «, 1 формиро29

Система регулирования электропривода разработана на основе теории систем подчиненного регулирования с последовательной коррекцией для многосвязных объектов. В соответствии с этой методикой образованы два замкнутых контура: внешний одномерный контур регулирования частоты вращения и внутренний многомерный контур регулирования параметров режима синхронного двигателя. В качестве параметров, характеризующих режимы работы синхронного двигателя, Выбранщ следующие переменные: М вЂ” электромагнитный момент синхронного двигателя; тб — модуль основного потока; Мр- величина, характеризующая при определенной скорости реактивную мощность, подводимую к воздушному зазору синхронного двигателя. Все переменные и параметры синхронного двигателя, кроме времени и постоянных времени, представлены в относительных единицах (системы х ).

Использованы обозначения, общепринятые в аналитической теории синхронных машин. Параметры режима определяются по соотношениям

КТ

w„(p)(кт., 10 (4) где К и T — параметры формирователя н потокосцеплений. 15

Злектропривод работает следующим образом, Сигнал задания частоты вращения

У поступает на вход регулятора 8 частоты вращения, где сравнивается с 20 сигналом действительного значения

I скорости (a поступающим от измерителя 7 частоты вращения. Для измерения частоты вращения используется соотно- ° шение 25

d. sing . d.cosg с) =cosg — — — — -з1п1".— — — —, (5) dt at, rpe cosg sing — функции углового положения ротора, выраба- 30 тываемые датчиком 6 углового положения.

Заданные значения момента M с выхода регулятора 8 и задание на частоФ ту вращения ы подаются на вход блока 35

16 заданий, который вырабатывает заданные значения параметров 9g и Ж .

При наиболее простом варианте реализации блока 8 задания. g и ген являются постоянными величинами. 40

Фактические значения параметров режимов вычислЯются в блоке 17 вычисления. При этом используются выходные сигналы преобразователя 14 числа фаз, реализующего соотношения (3), и фор- 45 мирователя 13 потокосцеплений статора. На вход преобразователя 14 подаются сигналы с датчика 4 токов статора. В качестве входных сигналов формирователя 13 используются сигналы датчиков 4 и 5 токов и напряжений.

Сигналы Ч „„, 1,„ преобразуются в сигналы 1 „, 1 . при помощи корректирующих элементов 19 и 20 (фиг. 2) с передаточной функцией (4). Соотношения (2) реализуются на суммирующих элементах 21 и 22. Параметры режимов определяются по уравнениям (1) с помощью блоков 23 и 24, состоящих из типовых

5 14397 вателя 6 потокосцеплений, входящего н состав измерителя ЭДС, -При этом сигналы М„, VM корректируются при помощи звеньев, входящих в со ст ав блока 17 вычисления параметров режимоь (фиг. 1) и имеющих передаточные функции вида

w (р)=

2тр (6) где Т вЂ” постоянная времени, выбираемая в соответствии с требованиями к электроприводу.

Выходные сигналы блока 9 М„, lg аР.у вводятся в формирователь 18 уп5 равляющих токов, на выходах котороГО ПолуЧаЮт 1з 1з 1уД

Сигналы М„, g ее сначала преJ образуются в токй и потокосцепления синхронного двигателя в системе координат х, у, связанной с векторОМ основного потока, по следующим уравнениям

М . aeg>

1 у gg ах

V,„= ю „, Ч,„=о.

Затем при помощи локальной следящей системы осуществляется переход к токам i, i i g в системе коор"и динат d q связанной с ротором синхронного двигателя.

В формирователе 10 управляющих напряжений выполняется компенсация электромагнитных свойств синхронного двигателя, Выходными сигналами формирователя 10 являются задания напряжений статоРа Уз,1, Us и напРЯжениЯ возбуждения U g, Сигналы Us, U преобразуются блоком 11 преобразования координат в сигналы 11 „, U p, поступающие на входы блока 12. Сигнал

U подается на управляющий вход ти о ристорного возбудителя 3.

Блок 12 содержит преобразователь числа фаз для сигналов Uz<, U+, тРИ регулятора фазных токов, используемые для подавления нелинейных свойств преобразователя частоты, три суммиэлементов, используемых дпя систем регулирования приводов переменного тока. Выходными сигналами блок,а 24 являются момент M и величина 2&у, а блока 24 — модуль вектора основного потока Ч .

Заданные значения параметров режимов M, lg е с выходов блока 16 заданий регулятора 8 частоты вращения поступают на входы блока инт"граторов 9, где сравниваются с действительными значениями параметров.

Блок 9 состоит из трех интегрирующих звеньев с передаточными функциями

14397 рующих элемента, на входы которых подаются выходные сигналы фазных регуляторов и выходные сигналы измерителя ЭДС. Выходные сигналы суммирую5 щих элементов, являющиеся выходными сигналами блока 12, поступают на управляющие входы преобразователя 2 частоты.

Таким образом, введение в электро- 10 привод блока заданий потока и реактивной мощности и блока вычисления действительных значений момента, потока и реактивной мощности обеспечи" вант воэможность непосредственного 15 и точного регулирования момента, модуля основного магнитного потока и реактивной мощности, т.е. параметров, характеризующих энергетический режим работы двигателя, благодаря чему улуч-20 шаются энергетические показатели электропривода (повышается КПД) в сравнении с известным решением.

Формула изобретения

Электропривод, содержащий синхронный двигатель, статорные обмотки которого подключены к выходам непосредственного преобразователя частоты, 30 тиристорный возбудитель, выход которого соединен с обмоткой возбуждения синхронного двигателя, датчики фазных токов и напряжений статорной обмотки синхронного двигателя, датчик углово- З5 го положения, установленный на валу синхронного двигателя и подключенный выходами к измерителю частоты вращения, регулятор частоты вращения с входом задания и входом обратной связи, подключенным к выходу измерителя частоты вращения, блок ин\ теграторов с тремя входами задания и тремя входами обратной связи,формирователь управляющих напряжений с тремя входами и тремя выходами, блок преобразования координат с двумя управляющими и двумя опорными входами, блок управления непосредственным преобразователем частоты с тремя группами входов, формирователь потокосцепления статора с двумя группами входов, преобразователь числа фаз, и формирователь ЭДС статора, первые два входа которого подключены

К выходам формирователя потокосцепле29

8 ния статора, а третий вход — к выходу измерителя частоты врашения, при этом первая группа входов формирователя потокосцепления статора подклю чена к выходам датчика фазных напряжений, а вторая группа входов объединена пофазно с входами преобразователя числа фаз и подключена к выходам датчика фазных токов, первые два выхода формирователя управляющих напряжений подключены к соответствующим управляющим входам блока преобразования координат, опорные входы которо— го соединены с выходами датчика углового положения, третий выход формирователя управляющих напряжений подключен к управляющему входу тиристорного возбудителя, выходы блока преобразования координат, датчика фазных токов и формирователя ЭДС статора подключены к соответствующим группам входов блока управления непосредст- . венным преобразователем частоты, отличающийся тем, что, с целью улучшения энергетических показателей путем более точного поддержания заданного энергетического режима синхронноro двигателя, введены блок заданий потока и реактивной мощности, блок вычислений действительных значений, момента потока и реактивной мощности с двумя парами входов и тремя выходами и формирователь управляющих токов, три входа которого подключены к соответствующим выходам блока интеграторов, а три выхода — к соответствующим входам формирователя управляющих напряжений, при этом один вход блока задания потока и реактивной мощнбсти подключен к выходу регулятора частоты вращения,.а другой вход объединен с входом для задания названного регулятора, выходы, блока задания потока и реактивной мощности и выход регулгтора частоты вращения подключены к соответствующим входам задания блока интеграторов, входы обратной связи которого порключены к соответствующим выходам блока вычисления действительных эначен п4 момента, потока и реактивной мощности, соединенного одной парой входов с выходами формирователя потокосцепления статора, а другой парой входовс выходами преобразователя числа фаз, 1439729

Составитель А.Жилин

Редактор Л, Гратилло Техред М,Дидык Корректор М.Шароши

Заказ 6088/55 Тираж 584 Подписное

В11ИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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