Электропривод переменного тока

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления рабочих органов машин и механизмов общепромышленного назначения. Целью изобретения является уменьшение потерь мощности при сохранении высокого быстродействия. Электропривод переменного тока содержит асинхронный двигатель 1 с короткозамкнутым ротором, блок 4 преобразования координат. Входы блока 4 подключены соответственно к выходам логического переключателя 12 сигналов задания активного и реактивного токов и выходу формирователя 3 опорных сигналов, связанного с асинхронным двигателем. В электроприводе обеспечиваются три режима работы. Первый режим работы характеризуется постоянным по величине потокосцеплением двигателя 1, равным (0,3-0,5)Ψ<SB POS="POST">н</SB>, где Ψ<SB POS="POST">н</SB> - номинальное значение потокосцепления, соответствующее насыщению. В указанном режиме регулирование момента осуществляют при изменении сигнала U<SB POS="POST">Q</SB> (активная составляющая тока) и поддержании U<SB POS="POST">D</SB> (реактивная составляющая тока) постоянной. Второй режим работы характеризуется одновременным изменением сигналов U<SB POS="POST">Q</SB> и U<SB POS="POST">D</SB> , их выравниванием, обеспечивая при этом минимум потерь. Магнитный поток двигателя 1 в этом режиме изменяется до значения ψ<SB POS="POST">H</SB>. В третьем режиме работы обеспечивается получение перегрузочных моментов при номинальном значении потока, равном ψ<SB POS="POST">H</SB>. Увеличение момента до сверх номинального значения в этом режиме происходит за счет увеличения сигнала U<SB POS="POST">Q</SB>. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ.

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1508337 А 1 (50 4 Н 02 P 7/42

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2 и выходу Формирователя 3 опорных сигналов, связанного с асинхронным двигателем, В электроприводе обеспечиваются три режима работы. Первый режим работы характеризуется постоянным по величине потокосцеплением двигателя 1, равным (0,3-0,5)gä, где (17„ — номинальное значение потокосцепления, соответствующее насыщению.

В указанном режиме регулирование момента осуществляют при изменении сигнала Uq (активная составляющая тока) и поддержании t.. (реактивная составляющая тока) постоянной. Второй режим рабо1ы характеризуется одновременным изменением сигналов U u U р Ф их выравниванием, обеспечивая при этом минимум потерь. магнитный поток двигателя 1 в этом режиме изменяется до значения 9„. В третьем режиме работы обеспечивается получение лерегрузочных моментов при номинальном значении потока, равном (. Увеличение момента до сверх номинального значения в этом режиме происходит за счет увеличения сигнала U . i ил.

1 (21) 3434151/24-07 (22) 06.05.82 (46) 15.09.89. Бюл. № 34 (72) В. Н.Бродовский, P.Ä.Бай, А.С.Жилин, Е.С.Иванов, А. В. Фельдман и А.И.Чабанов (53) 621.316.718.05(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1443110, кл. Н 02 P 7/42, 1981.

Авторское свидетельство СССР

¹ 782114, кл. Н 02 P 7/42, 1978. (54) ЗЛЕКТРОПРИВОД ПЕРЕИЕННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления рабочих органов маыин и механизмов общепромышленного назначения. Целью изобретения является уменьшение потерь мощности при сохранении высокого быстродействия. Злектропривод переменного тока содержит асинхронный двигатель 1 с короткозамкнутым ротором, блок 4 преобразования координат. Входы блока 4 подключены соответственно к выходам логического переключателя 12 сигналов задания активного и реактивного токов

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

3 1508337

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электроприводам переменного тока с регулированием .момента на валу путем формирования

5 тока статора, и может быть использовано в системах управления скоростью вращения и угловым перемещением рабочих органов машин и механизмов общепромышленного назначения, 10

Цель изобретения — уменьшение потерь мощности в электроприводе при сохранении высокого быстродействия.

На чертеже изображена функциональная схема предлагаемого электропривода..

Электропривод содержит асинхронный двигатель 1 с короткозамкнутым ротором, подключенные к выходу управляемого источника 2 тока, формирова- 20 тель 3 опорных сигналов, связанный с асинхронным двигателем 1 с короткозамкнутым ротором и подключенный выходом к входу для опорных сигналов блока 4 преобразования координат, вы- 25 ход которого соединен с управляющим входом управляемого источника 2 тока, задатчик 5 управляющего сигнала, связанный выходом с входом для делимого блока 6 деления, формирователь 7 реактивного тока, выход которого подключен к входу для делителя блока 6 деления. При этом входы для управления активным и реактивным токами блока 4 преобразования координат связаны соответственно с выходом блока 6 деления и с выходом формирователя 7 реактивного тока.

Кроме того, в электропривод введены блок 8 извлечения корня квадратно- 40

ro из модуля сигнала, определитель 9 знака сигнала, два блока 10 и 11 умножения и логический переключатель 12 сигналов задания активного и реактивного токов, снабженный тремя входами

13 — 15 и подключенный выходами к одноименным входам для управления блока 4 преобразования координат. При этом выход задатчика 5 управляющих сигналов подключен к объединенным между собой входу блока 8 извлечения

50 корня квадратного из модуля сигнала, входу определителя 9 знака сигнала и первому входу 13 переключателя 12 сигналов задания активного и реактивного токов, второй 14 и третии 15

55 входы которого подключены соответственно к выходу первого блока 10 умножения и к выходу формирователя 7 реактивного тока Выход определителя 9 знака сигнала подключен к первому входу второго блока 11 умножения, второй вход которого объединен со входом для делимого блока 6 деления и входом формирователя 7 реактивного тока и подключен к выходу блока 8 извлечения корня квадратного из модуля сигнала. Выход второго блока 11 умножения подключен к первому входу пер- вого блока IO умножения, второй вход

1которога соединен с выходом блока 6 деления.

Формирователь 7 реактивного тока выполнен в виде ограничителя скорости изменения сигнала. Логический переключатель 12 сигналов задания активного и реактивного токов снабжен четырьмя элементами 2-2И-2ИЛИ 16-19, двумя элементами 20 и 21 сравнения, задатчиком 22 минимального реактивного тока и задатчиков 23 реактивного тока насыщения, при этом второй и третий входы первого элемента 2-2И2ИЛИ 16 и второй и третий входы второго элемента 2-2И-2ИЛИ 17 объединены между собой и подключены к выходу первого элемента 20 сравнения. Второй и третий входы третьего элемента 22И-2ИЛИ 18 и второй и третий входы четвертого элемента 2-2И-2ИЛИ 19 объединены между собой и подключены К выходу второго элемента 21 сравнения.

Выход задатчика 22 минимального реактивного тока подключен к объединенным между собой первому входу второго элемента 2 1 сравнения и четвертому входу четвертого элемента 2-2И2ИЛИ 19. Выход задатчика 23 реактивного тока насыщения подключен к объе- . диненным между собой первому входу первого элемента 20 сравнения и четвертому входу второго элемента 2-2И2ИЛИ 17 ° Первый вход 13 логического о переключателя 12 сигналов задания активного и реактивного токов образуют объединенные между собой четвертые входы первого 16 и третьего 18 элементов 2-2И-2ИЛИ. Второй вход 14 логического переключателя 12 образует первый вход первого элемента 2-2И2ИЛИ 16. Третий вход 15 логического переключателя 12 образуют объединенные между собой вторые входы элементов 20 и 21 сравнения и первый вход второго элемента 2-2И-2ИЛИ 17. Выходы логического переключателя 12 сигналов задания активного и реактивного

150833 токов образуют выходы третьего 18 и четвертого !9 элементов 2-2И-2141Н, Каждый из элементов 2-2И-2ИЛИ 16

19 содержит двухвходовые элементы И

24-31 и подключенный к их выходам

5 двухвходовый элемент ИЛИ 32-35, образованные на основе соответствующих логических элементов.

Электропривод работает следующим образом.

Регулирование момента на валу асинхронного двигателя 1 обеспечивается путем раздельного и независимого реГулирования составляющих тока статора 15 во вращающейся ортогональной системе координат, ориентированной по вектору потокосцепления ротора. Регулирование указанных составляющих тока статора осуцествляется по сигналам 20

U и Ug задания постоянного тока, причем сигнал U определяет составляющую тока статора, ориентированную вдоль вектор потокосцепления (называемую условно реактивной составляющей тока), а сигнал U<. определяет составляющую тока статора, ортогональную в опережающем направлении вектору потокосцепления ротора (называемую условно активной составляющей тока) . конкретного исполнения могут поступать также сигналы U и U@ задания (показано на чертеже штрихами).

В электроприводе переменного тока решается задача минимизации потерь моцности в асинхронном двигателе при регулировании момента в пределах до номинального, что определяется поддержанием равенства активной и реактив55

Формирование управляющих сигналов для фазных токов асинхронного двига1 B не одни;хной сНсТВМе координат, связанной со статором, осуществляется с помощью блока 4 преобразования координат. Необходимые для координатных преобразований гармонические сигналы, изменяющиеся с частотой вра- 40 цающегося магнитного поля асинхронного двигателя 1, образуются с помощью формирователя 3 опорных сигналов.

Формирователь 3 опорных сигналов может быть построен на основе датчика 45 углового положения вала двигателя и отдельного определителя скольжения, а также на основе датчиков потока или

ЭДС. На входы формирователя 3 опорных сигналов в зависимости от его

7 6 ной составляющих тока статора в статических режимах работы.

С выхода задатчика 5 управляющих сигналов (его роль в замкнутой системе играет, например, регулятор скорости) поступает сигнал U. Коэффициценты передачи упоминаемых далее блоков принимаются равными единице.

На выходе определителя 9 з та сигнала получают .:..иг .:ал U< : <::::и:ной амплитуды, равный

U, =1 Б дпУ. (1)

На выходе блока 8 изв .ечения корня квадратного из модуля сигнала получают сигнал U равный

U,-= (Ы . (2)

С помощью блока 10 умножения получают сигнал Uz, равный

U U, U2=Sig U 4И . (3)

Формирователь 7 реактивного тока выполнен в виде ограничителя скорости изменения сигнала Ь и скорость изменения сигнала U< íà его выходе не превышает возможной скорости изменения магнитного потока в асинхронном двигателе 1.

В простейшем случае ограничитель скорости изменения сигнала представляет собой апериодическое звено " постоянной времени Т, величину которой определяют из условия т т, где Т вЂ” постоянная времени цепи намагничивания асинхронного двигателя 1.

При этом с учетом (2) получают: г — 1

U = ф(— —. (4)

1+р

На выходе блока 6 деления и блока

11 умножения с учетом (2) — (4) получают соответственно:

U, = =„— — = (1+р );

Н2 (5)

Uz=U U =(1+РТ) SignU IUl, (6)

Сигналы U и U поступают соответственно на входы 15 и 14 логического переключателя 12, с помощью которого в электроприводе реализуются три режима работы.

Первый режим работы электропривода переменного тока характеризуется постоянным по величине потокосцеплением асинхронного двигателя, равным (0,3-0,5)ч „, где y„ - номинальное значение потокосцепления, соответствующее насыщению, 1 508337

В указанной зоне нет строгого соответствия величины потокосцепления сигналу U задания, в частности из-за явления остаточного намагничивания.

Минимизация потерь мощности за счет изменения реактивной составляющей тока здесь не имеет смысла, поэтому регулирование момента осуществляют при изменении сигнала Пгг и поддержании U =const.

С выхода задатчика 22 минимального реактивного тока поступает сигнал

U, равный

U,=N -1Ц„, (7) 15

U=N+UÄ; (8) Uo =U.

С учетом (8) выражение для момента в первом режиме определяется по формуле

М =и Ы -К, 35 (9) т.е. момент является линейной функцией от управляющего сигнала U„

Второй режим работы электропривода 40 переменного тока характеризуется одновременным изменением активной и реактивной составляющих тока, здесь решается задача выравнивания указанных составляющих тока по величине и обес- 45 печения минимума потерь мощности. Магнитный поток асинхронного двигателя изменяется в указанном режиме до значений ггг„.

В этом режиме выполняется условие

U4>U, при котором элементы И 29 и 31

50 закрываются и открываются элементы

И 28 и 30.

С выхода задатчика 23 реактивного тока поступает сигнал 08=46„, который

55 сравнивается с сигналом U< на входах элемента 20 сравнения. Если U> vU<, то элементы И 24 и 26 открываются, а элементы И 25 и 27 закрываются. При где U — величина управляющего сигнала, соответствующего номинальному потокосцеплению < „;

N — коэффициент, равный 0,3-0,5. 20

Сигнал U сравнивается на входах элемента 21 сравнения с сигналом U .

Рассматриваемый первый режим работы электропривода соответствует условию

U )U< . При этом элементы И 29 и 3 1 25 открыты и на выходах логического переключателя 12 формируются сигналы U и Б задания, определяемые по формулам этом на выходах логическог о пер- -;.;.iþчателя 12 получают с учетом (4)„ ;6): г 1

U =U = 0) > 4 1+рТ

U@ =Us =(1+рТ) SignU фЮ7. (10) С учетом (10) выражение для момента во втором режиме, определяется по формуле т.е. момент линейно зависит от управляющего сигнала U и возможно получение перегрузочных моментов при постоянном потоке двигателя.

O

Во всех рассмотренных режимах работы электропривода переменного тока обеспечивается высокое быстродействие в образовании момента, несмотря на наличие постоянной времени Т цепи намагничивания.

При регулировании момента в пределах до номинального значения в статиМ U (11) т.е. момент пропорционален управляющему сигналу U. При этом, как это следует из (10), выполняется, кроме того, равенство активной и реактивной составляющих тока в установившихся режимах работы, а следовательно, выполняется условие минимума потерь мощности, Ф

В третьем режиме работы электропривода переменного тока обеспечивается получение перегрузочных моментов при номинальном значении потока, равном („. Регулирование потока свыше (1г нецелесообразно, так как из-за насыщения двигателя увеличение потока может произойти только за счет существенного увеличения реактивного тока, определяемого сигналом U задания. Увеличение момента сверх номинального в указанном режиме происходит за счет увеличения активной составляющей тока, определяемой сигналом

U задания. В рассматриваемом режиме овия U40 U7 при которых элементы И 25,27,28 и 30 открываются, а элементы И 24,26,29 и 31 закрываются. При этом на выходах логического переключателя 12 получают:

Ъ

U =U. (12)

С учетом (11) выражение для момента в третьем режиме определяется по формуле о

М" =U4tJ„, (13) 9 t508337

10 ческих режимах достигается, кроме того, минимум потерь мощности.

Таким образом, введение в предлагаемый электропривод переменного тока .

5 блока извлечения корня квадратного из модуля сигнала, определителя знака сигнала, блоков умножения и логического переключателя сигналов задания активного и реактивного токов обеспечивает уменьшение потерь мощности, Формула изобретения

Электропривод переменного тока, содержащий асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, подключенный к выходу управляемого источника тока, формирователь опорных сигналов, 2р связанный с асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором и подключенный выходом к входу для опорных тока, задатчик управляющего сигнала, связанный выходом с входом делимого блока деления, формирователь реактивного чока, выход которого подключен к входу делителя блока деления, при этом входы для управления активным и реактивным токами блока преобразования координат связаны соответственно с выходом блока деления и выходом

35 формирователя реактивного тока, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью уменьшения потерь мощности, в него введены блок извлечения корня квадратного из моцуля сигнала, определитель знака сигнала, два блока умножения и логический переключатель сигналов задания активного и реактивного токов, снабженный тремя входами и подключенный выходами к одноименным входам для управления блока преобразования, при этом выход задатчика управляющих сигналов подключен к

45 объединенным между собой входу блока извлечения корня квадратного из моду50 ля сигнала, входу определителя знака сигнала и первому входу переключателя сигналов задания активного и реактивного токов, второй и третий входы которого подключены соответств.нно к выходу первого блока умножения и выходу формирователя реактивного то55 сигналов блока преобразования координат, выход которого соединен с управ- 25 ляющим входом управляемого источника ка, выход определителя знака сигнала подключен к первому входу второго блока умножения, второй вход которого объединен с входом делимого блока деления, входом формирователя реактивного тока и подключен к выходу блока извлечения корня квадратного из модуля сигнала, выход втор го блока умнож,".ния полк. ч-н к и-- вому ь оду первого блс ха умножения, второй вход которого соединен с выходом блока деления, причем формирователь реактивного тока выполнен в виде ограничителя скорости изменения сигнала, а логический переключатель сигналов задания активного и реактивного токов снабжен четырьмя элементами 2-2И-2ИЛИ с двумя элементами сравнения, задатчиком минимального реактивногс тока и задатчиком реактивного тока насыщения, при этом второй и третий вхоцы первого элемента 2-2И-2ИЛИ и. второй и третий входы второго элемента 2-2И2ИЛИ объединены между собой и поцключены к выходу первого элемента сравнения, второй и третий входы третьего элемента 2-2И-?ИЛИ и второй и третий вхо.:ы четвертого элемента 2-2И2ИЛИ объе;инены между собой и подключены к выхоцу второго элемента сравнения, выход задатчнкя минимального реактивного тока подключена к объединенным между собой первому входу второго элемента сравнения и четвертому входу четвертого элемента

2-2И-2ИЛИ, выход задатчнка реактивного тока насыщения подключен к объединенным между ".îáîé первому входу первого элемента сравнения и четвертому входу второго элемента 2-211-2НЛИ, первый вход логического переключателя сигналов задави» активного и реактивного токов образуют объединен. и.te между coG(. четвертые входы первого и третьего элементов 2-2И-21НИ второй вход указанного логического переключателя образует первый вход первого элемента 2-2И-21LIII, третий гход указанного логического переключатсля образует объединенные между собой вторые входы элементов сравнения и иервый вход втсрого элемента 2-2И-2ИЛ11, а выходы логического переключателя сигналов задания активного и реактивного токов образуют выходы третьего и четвертого элементов 2-211-21ШИ.