Способ управления двигателем двойного питания, выполненным на базе асинхронного двигателя с фазным ротором и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в судах ледокольного типа. Целью изобретения является повышение КПД путем снижения потерь в стали статора. В способе управления двигателем двойного питания на обмотки статора и ротора двигателя двойного питания через преобразователи 2,3 частоты подают напряжения. Начальные значения амплитуд и частоты этих напряжений устанавливают блоками 6 и 7 задания соответственно. С помощью датчика 4 фазных напряжений, фильтра 16 и блока 17 прямого преобразования вычисляют частоту напряжения статора. Датчиком 19 фазных напряжений и блоком 21 прямого преобразования определяют частоту напряжения ротора. По измеренным частотам определяют в арифметическом блоке 18 текущее значение частоты вращения ротора и сравнивают это значение с заданной синхронной частотой, формируемой в задающем генераторе 23 двухфазного гармонического сигнала. Изменяют частоту напряжения питания ротора пропорционально разности сравниваемых частот. Амплитуду напряжения питания ротора регулируют по результатам сравнения измеренной с помощью датчика Холла 8, блока 9 преобразования магнитного потока, квадраторов 10,11 и сумматора 12 амплитуды результирующего магнитного потока с заданным задатчиком 14 амплитуды значением амплитуды указанного магнитного потока, а амплитуду напряжения статора регулируют по требуемому закону блоком 6. В случае превышения в процессе разгона частоты вращения ротора над указанной синхронной частотой блоком 25 управления изменяют порядок чередования для обмотки ротора. В результате в области рабочих частот вращения обеспечивается встречное вращение ротора относительно поля статора, что снижает потери в стали статора двигателя, а при согласном вращении ротора и поля статора обеспечивается тяжелый пуск из режима упора. 2 с.п.ф-лы, 2 ил.

й6, СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU,„1515323 (51)4 Н 02 Р 7 42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4192438/24-07 (22) 11.02.87 (46) 15. 10.89. Бюл. Р 38 (71) Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева (72) Ю.П. Сонин, Ю.Г. Шакарян, И.В. Гуляев и Ю.П. Прусаков (53) 621.313.3.072.9 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М - 1073870, кл . Н 02 P 5/40, Н 02 P 7/42, 1982.

Авторское свидетельство СССР и 1332427, кл. Н 02 P 7/42, 1985.

2 (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ

ДВОЙНОГО ПИТАНИЯ, ВЫПОЛНЕННЫМ НА БАЗЕ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С ФАЗНЫМ

РОТОРОМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и может бьп ь использовано в судах ледокольного типа. Целью изобретения является повышение КПД путем снижения потерь в стали статора. В способе управления двигателем двойного питания на обмотки статора

15153 23 и ротора двигателя двойного питания через преобразователи 2, 3 частоты подают напряжения. Начальные значения амплитуд и частоты этих напря5 жений устанавливают блоками 6 и 7 задания соответственно ° С помощью датчика 4 фазных напряжений, фильтра 16 и и блока, 17 прямого преобразования вычисляют частоту напряжения статора.

Датчиком 19 фазных напряжений и блоком

21 прямого преобразования определяют частоту напряжения ротора. По измеренным частотам определяют в арифметическом блоке 18 текущее значение частоты вращения ротора и сравнивают это значение с заданной синхронной частотой, формируемой в задающем генераторе 23 двухфазного гармоничес— кого сигнала. Изменяют частоту напря- 20 жения питания ротора пропорционально разности сравниваемых частот, Амплитуду напряжения питания ротора регулиИзобретение относится к электро технике и может быть использовано для управления двигателем двойного питания, например в тяговом электроприводе, гребном электроприводе (в судах ледокольного типа) и др.

Целью изобретения является повышение КПД путем снижения потерь в стали статора.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для осуществления способа управления двигателем двойного питания; на фиг. 2 — зависимость частоты возбуждения Cd двига- 4р

f теля от частоты вращения

Устройство, реализующее способ управления двигателем двойного питания, содержит асинхронный двигатель

1 (фиг. 1) с фаэным ротором, подклю- 45 ченный статорными и роторными обмотками соответственно к выходам преобразователей 2 и 3 частоты статора и ротора, каждый из которых выполнен с инверторным и выпрямитечьным звеньями. Датчик 4 фаэных напряжений статора своим выходом соединен с входом датчика 5 частоты токов статора, выход которого соединен с управляющим входом инверторного звена преобразователя 2 частоты статора. Управляюидй вход выпрямительного звена преобразователя 2 частоты статора соединен с выходом блока 6 задания амплитуды руют по результатам сравнения измеренной с помощью датчика Холла 8, блока 9 преобразования магнитного потока, квадраторов 10, 11 и сумматора 12 амплитуды результирующего магнитного потоКа с заданным задатчиком 14 амплитуды значением амплитуды указанного магнитного потока, а амплитуду напряжения статора регулируют по требуемому закону блоком 6. В случае превышения в процессе разгона частоты вращения ротора над указанной синхронной частотой блоком 25 управления изменяют порядок чередования для обмотки ротора.В результате в области рабочих частот вращения обеспечивается встречное вращение ротора относительно поля статора, что снижает потери в стали статора двигателя, а при согласном вращении ротора и поля статора обеспечивается тяжелый пуск из режима упора. 2 с.п ° ф-лы, 2 ил. напряжения статора ° Выход блока 7 задания амплитуды напряжения ротора подключен к первому управляющему входу выпрямительного звена преобразователя 3 частоты ротора, Выход датчиков 8 ЭДС Холла подключен к первому входу блока 9 преобразований магнитных потоков, второй вход которо— гс соединен с выходом датчика 4 фазных напряжений статора. Выходы блока

9 преобразований магнитных потоков подключены к входам двух квадраторов

10 и 11, которые соединены выходами с входами сумматора 12. Первый вход блока 13 сравнения подключен к выходу сумматора 12, а второй вход — к выходу задатчика 14 амплитуды магнитного потока. Выход блока 13 сравнения через интегратор 15 соединен с вторым управляющим входом выпрямительного звена преобразователя 3 частоты ротора. Вход первого фильтра 16 подключен к выходу датчика 4 фаэных напряжений статора, а выход — к входу первого блока 17 прямого преобразования координат, выход которого подключен к первому входу первого а арифметического блока 18. Выход датчика 19 фаэных напряжений ротора подключен к входу второго фильтра

20. Вход второго блока 21 прямого преобра зова ния координат подключен к выходу второго фильтра 20, а вы5 151 53 2 ход — к второму входу первого арифметического блока 18. Первый вход второго арифметического блока 22 сое динен с выходом первого арифметичес5 кого блока 18, а второй вход — с выходом задающего генератора 23 двухфазного гармонического сигнала. Выход второго арифметического блока 22 подключен к входу блока 24 обратного преобразования координат, который соединен с входом блока 25 формирования управляющих импульсов. Вход делителя 26 подключен к ныходу блока

25 формирования управляющих импульсов 15 а выход — к управляющему входу инверторного звена преобразователя 3 частоты ротора где Ыг = cd — и> — угловая частота

1 вращения ротора.

Так как при неподвижном роторе частоты напряжений статора и ротора равны ы = ю, то частота двухфазного гармонического сигнала ыа выходе первого арифметического блока 18 равна нулю. Двухфазный гармонический сигнал частотой cdг= u> — ыг (при неподвижном роторе частота ы,= О) поступает на первый вход нторого арифметического блока 22. Во втором арифметическом блоке двухфазные гармонические сигналы с выходов задающего генератора днухфазного гармонического сигнала 23 частотой ы, и первого арифметического блока 18 частотой cd преобразуются согласно выражениям:

В процессе осуществления способа управления двигателем двойного питания устройство функционирует следующим образом.

На силовые входы преобразователей

2 и 3 частоты статора и ротора и вхо- 25 ды соответствующих блоков управления подают напряжение питания.

От сигналов блоков 6 и 7 задания амплитуд напряжений статора и ротора начинаюг работать выпрямительные звенья соответственно преобразователей

2 и 3 частоты статора и ротора.

В первый момент сигналы управления инверторными звеньями преобразователей частоты статора и ротора отсутствуют. Соответственно, сигнал на первом входе второго арифметического блока 22 имеет нулевую величину.

На второй вход второго арифметического блока 22 подают сигнал с выхода задающего генератора 23 двухфазного гармонического сигнала требуемой синхронной частоты ы (фиг. 2).

С выхода второго арифметического блока 22 сигнал беэ изменения поступает на блок 24 обратного преобразо45 вания координат. После прохождения через формирователь 25 импульсов управления и делитель 26 сиг ал управления поступает на управляющий вход инверторного звена преобразователя 3 частоты ротора. Частота сигнала управления с выхода делителя 26 в начальный момент равна

6

По обмотке неподвижного ротора начинает протекать переменный трехфазный ток требуемо частоты ы го в результате чего в обмотке статора наводится ЭДС той же частоты, т.е.

Сигнал с выхода датчика 4 о фазных напряжений статора поступает на датчик 5 частоты токов статора, который формирует управляющие сигналы для инверторного звена преобразователя 2 частоты статора. По обмотке статора начинает протекать переменный трехфазный ток с частотой

ы = < . Сигналы с датчиком 4 и 19 о фаэных напряжений статора и ротора поступают соответственно на фильтры

16 и 20, которые выделяют первые гармоники напряжений, совпадающие по фазе с напряжениями на обмотках. С выходов фильтров сигналы поступают соответственно на входы первого 17 и второго 21 блоков прямого преобразования координат. С выходов указанных блоков двухфазные гармонические сигналы поступают соответственно на первый и второй входы первого арифметического блока 18, в котором реализуются выражения:

Sinuit COScdf t — COSCdt -Sinu>

Sin(u! -cd ) t = Sinu!„t;

coscdt сони/ с — sincdt - sincdf t

= cos(cd -ы ) t = coscd„t, o

Cd

Г, где К вЂ” коэффициент деления делителя 26.

55 since,t coscdÄt — совы г. sincd,t в1п(сто-ы„) t

COSlUpt CO S +> t S 1n cd@ t В 1 П С

= cos(cdp- ",) t.

1515323

При неподвижном роторе сигнал с выхода второго арифметического блока 22 повторяет сигнал с выхода задающего генератора двухфазного гармонического сигнала 23.

Частота и:, задается определенной величины в зависимости от требуемо— го диапазона регулирования частоты вращения ротора и является частотой перехода на встречное вращение магнитного поля и ротора.

При неподвижном роторе по обмоткам статора и ротора протекает переменный трехфазный ток, который создает обмотках статора и ротора вращающиеся магнитные поля. При вращении магнитного поля статора в одном направлении и с одинаковой скоростью с магнитным полем ротора поля взаимодействуют между собой, создавая вращающий момент. Когда последний превысит момент сопротивления нагрузки на валу, ротор двигателя начнет вращаться.

С выхода датчика 5 частоты токов статора снимается после этого сигнал с частотой, равной сумме или разности частот вращения и питания ротора, т.е.

ЗО () (д) + (д( обеспечивающей одинаковую частоту вращения магнитных полей статора и ротора.

Регулирование амплитуды выходного напряжения преобразователя 2 частоты . статора, а эначит,и частоты вращения ротора осуществляется при помощи блока 6 задания амплитуды напряжения статора. 40

Когда ротор начинает вращаться, сигнал с частотой д с выхода датчика фазных напряжений статора поступает на вход первого фильтра 16 и далее на вход первого блока 17 прямо- 45 го преобразования координат ° Таким образом, на первый вход первого арифметического блока 18 поступает двухфазный гармонический сигнал с частотой ы, а на второй вход — с частотой g (фиг. 2) .

С выхода первого арифметического блока 18 сигнал с частотой вращения ротора поступает на первый вход второго арифметического блока 22, с вы55 хода которого получаем сигнал с частотой, равной раз ности частот задающего генератора двухфазного гармонического напряжения о, и частоты вращения ц „.

После обратного преобразования в блоке 24 обратного преобразования координат и прохождения через формирователь 25 управляющих импульсов и делитель 26 сигнал управления поступает на управляющий вход инверторного звена преобразователя 3 частоты ротора, Частота напряжения ротора

М теперь равна о Г

Ld к

С увеличением частоты вращения ротора ы„частота напряжения ротора и уменьшается (фиг ° 2).

Если о — u>„ О, трехфазный синусоидальный сигнал с выхода блока 24 обратного преобразования координат имеет прямое чередование фаз. В момент равенства частот оэ, = и частота выходного сигнала блока 24 обратного преобразования координат равна нулю — по обмотке ротора течет постоянный ток, Когда и)„ — u) 0, один иэ сигналов с выхода второго арифметического блока 22, а именно з1п(ы — ы„) t, меняет знак. Это приводит к изменению чередования фаз с выхода блока 24 обратного преобразования координат на обратное, что обеспечивает изменение направления вращения магнитного поля ротора двигателя (встречно направлению вращения ротора) .

При этом результирующее маг нитное поле в воздушном зазоре машины вращается с частотой M = и) „— ь), т. е. меньшей, чем при согласном вращении.

В результате чего уменьшаются потери в стали статора и увеличивается

КПД двигателя.

В электроприводе имеется автоматическая система поддержания постоянства результирующего магнитного потока в воздушном зазоре двигателя. Выходные сигналы с датчиков ЭДС Холла 8, пропорциональные величинам магнитных потоков ф I Ф I Ф;g воздушного зазора по осям фаэ обмоток статора, преобразуются с помощью блока 9 преобразований магнитных потоков в составляющие Ф, ф нулевой частоты, х представленные в осях Х, У, синхронно вращающихся с полем двигателя.

После возведения в квадрат составляющих магнитного потока в квадраторах

10 и 11 и суммирования их в сумматоре 12 выходной сигнал с последнего, Фор мул а

15153 пропорциональный квадрату амплитуды магнитного потока ф в воздушном зазоре двигателя, поступает на первый вход блока 13 сравнения. На второй вход блока сравнения поступает сиг 5 нал с блока 14 задания квадрата амплитуды магнитного потока Ф в Од воздушном зазоре двигателя. С выхода блока сравнения сигнал рассогласо-1О вания + 4Ф с помощью астатического регулятора 15, выполненного в виде интегратора, пр еобра зуется в сигнал напряжения смещения tdUc и подается на второй управляющий вход выпрямительного звена пребразователя 3 частоты ротора и так изменяет величину тока ротора (возбуждения) i< и тока намагничивания io= i + i<, чтобы обеспечить постоянство результирую- 2О щего магнитного потока в воздушном зазоре машины фр= фу = const в ма соответствии с заданной величиной.

Частота вращения двигателя регулируется подобно двигателю постоян- 25 ного тока либо изменением величины напряжения якоря (статора), либо изменением тока возбуждения и магнитного потока.

Таким образом, способ управления двигателем двойного питания позволяет обеспечить при согласном вращении магнитного поля и ротора тяжелый пуск двигателя из режима упора„ а в области его рабочих частот вращения при встречном вращении магнитного поля и ротора — уменьшение потерь в стали статора и увеличение КПД. изобретения

1. Способ управления двигателем двойного питания, выполненным на базе асинхронного двигателя с фазным ротором, при котором подают синусоидальные напряжения с требуемыми на- 45 чальными значениями амплитуды и частоты на фазные обмотки статора и ротора, измеряют частоты фазных напряжений статора и ротора, по которым определяют текущее значение частоты 5О вращения ротора, измеряют амплитуду результирующего магнитного потока в воздушном зазоре двигателя двойного питания, сравнивают ее с заданным значением и по результатам сравнения регулируют напряжение на фаэных обмотках ротора, регулируют по требуе мому закону амплитуду напряжения на фазныж обмотках статора, о т л и—

23

«о ч а ющи и с я тем, что, с целью повышения КПД путем снижения потерь в стали статора, регулируют частоту напряжения на фазных обмотках ротора пропорционально разности между величиной вычисленного текущего значения частоты вращения ротора и величиной заданного значения синхронной частоты, причем при превышении частоты . вращения ротора над укаэанной синхронной частотой в процессе разгона двигателя двойного питания изменяют чередование фаэ обмотки ротора.

2. Устройство для управления двигателем двойного питания, выполненным на базе асинхронного двигателя с фазным ротором, содержащее преобразователи частоты статора и ротора, каждый иэ которых выполнен с инверторным и выпрямительным звеньями, датчик фазных напряжений статора, выход ко-i торого соединен с первым входом блока преобразований магнитных потоков и с входом датчика частоты токов статора,. выход которого подключен к управляющему входу инверторного звена йреобразователя частоты статора, управляющий вход выпрямительного звена которого соединен с выходом блока задания амплитуды напряжения статора, блок задания амплитуды напряжения ротора, выход которого соединен с первым управляющим входом выпрямительного звена преобразователя частоты ротора, датчики ЭДС Холла, подключенные выходами к второму входу блока преобразований магнитных потоков, а выходы подключены к входам двух квадраторов, подключенных выходами к входам сумматора, соединенного выходом с первым входом блока сравнения, к второму входу которого подключен выход эадатчика амплитуды магнитного потока в воздушном зазоре машины, выход блока сравнения подключен к входу интегратора, соединенного выходом с вторым управляющим входом выпрямительного звена.преобразователя частоты ротора, отличающееся тем, что, с целью повышения KIIg путем снижения потери в стали статора, введены делитель, блок формирования управляющих импульсов, блок обратного преобразования координат, первый и второй арифметические блоки, задающий генератор двухфазного гармонического сигнала, первый и второй блоки прямого преобор. 2

Составитель А. Жилин

Техред А. Кравчук

Корректор С. Черни

Редактор Л. Веселовская

Заказ 6291/54 Тираж 551 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина,101

I1 151532 раэования координат, первый и второй фильтры и датчик фаэных напряжений ротора, при этом вход первого фильтра подключен к выходу датчика фазных напряжений статора, а выход соединен

5 с входом первого блока прямого преобразования координат, выход которого соединен с первым входом первого арифметического блока, выход датчика фаз- fð ных напряжений ротора подключен к входу второго фильтра, вьжод которого соединен с входом второго блока прямого преобразования координат, подключенного выходом к второму входу пер- 15

3 12 вого арифметического блока, выход первого арифметического блока соединен с первым входом второго арифметического блока, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора двухфазного гармонического сигнала, выход второго арифметического блока соединен с входом блока обратного преобразования координат, выходом соединенного с входом блока формирования управляющих импульсов, выход которого подключен через делитель к управляющему входу инверторного звена преобразователя частоты ротора.