Устройство для управления машиной двойного питания

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводе с машиной двойного питания, например для мельниц-вентиляторов. Целью изобретения является повышение энергетических показателей электропривода путем снижения потерь энергии на активных сопротивлениях машины и в цепях питания при точной установке фаз векторов токов ротора и статора. Цель достигается тем, что в устройстве, содержащем источник регулируемого тока 1, выходы которого предназначены для подключения к обмоткам ротора машины двойного питания 2, датчик фазных токов 3 и датчик фазных напряжений 4, предназначенные для установки в цепях питания обмоток статора от питающей сети 5, измерительный блок 6, формирователь сигналов обратной связи 7, и генератор опорных синусоидальных напряжений 8, формирователь 16 сигналов управления указанным генератором выполнен с дополнительными выходами управления частотой и амплитудой. Благодаря этому обеспечивается более высокая в сравнении с известным решением точность установки фаз векторов пучка ротора и статора, уменьшение средних значений амплитуд токов ротора и статора и снижение потерь. 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51) 5 Н 02 Р 7/42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A BTGPCHGMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4472369/24-07 (22) 24.06.88 .(46) 23.09.90. -Бюл. - 35 (71) филиал Всесоюзного научно-исследовательского института энергетики по

Сибири, Дальнему Востоку и Северу

СССР (72) Д.И.Самсонов (53) 621.313.3 072.9(088 ° 8) (56) Авторское свидетельство СССР

И 1073870., кл. H 02 P 7/42, 1982.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1108597, кл. H 02 P 7/42, 1979. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ МАШИНОЙ ДВОЙНОГО ПИТАНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и может. быть использовано в электроприводе с машиной двойного питания, например для мельниц-венти" ляторов. Целью изобретения является повышение "-нергетических показателей электропривода путем снижения потерь энергии на активных сопротивлениях машины и в цепях питания при точной

„„Я0„„1594671 А 1 установке Фаз векторов токов ротора и статора. 11ель достигается тем, что в устройстве, содержащем источник 1 регулируемого тока, выходы которого предназначены для подключения к обмоткам ротора машины двойного питания 2, датчик 3 фазных токов и дат чик 4 фаэных напряжений, предназначенные для установки в цепях питания обмоток статора от питающей сети

5, измерительный блок 6 формирователь 7 сигналов обратной связи, и генератор 8 опорных синусоидальных напряжений, формирователь 16 сигналов управления указанным генератором выполнен с дополнительными выходами управления частотой и амплитудой.

Благодаря этому обеспечивается более высокая в сравнении с известным решением точность установки фаз векторов пучка ротора и статора, уменьшение средних значений амплитуд токов ротора и статора и снижение потерь. 1 s.ï.é-лы, 5 ил.

1594671 ф

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электропривоце с машиной двойного питания, например для мельниц9

5 вентиляторов.

Целью изобретения является повышение энергетических показателей электропривода путем снижения потерь энергии на активных сопротивлениях машины и в це. ях питания при точной установке разности фаз векторов токов ротора и статора.

На фиг. 1 представлена Функцио.нальная схема устройства для управления машиной двойного питания, на фиг. 2 — схема Формирователя сигналов упр авления генератором, на Фиг, 3— схема Формирователя опорных сигна.лов; на Фиг, 4 — схема Формирователя сигналов обратной связи; на Фиг.5 схема преобразователя координат.

Устройство для управления машиной двойного питания, содержит источ-ник 1 регулируемого тока (Фиг,l), 25 выходы которого предназначены для подключения к обмоткам ротора машины

2 двойного питания, датчики Фазных токов 3 и напряжений 4,, предназначенные для установки в цепях питания обмоток статора от питающей сети 5„ измерительный блок 6 с выхоцами составляющих тока статора и амплитуды напряжения, подключенными к соответствующим входам Формирователя 7 сиг35 налов обратной связи, и входами,.подключенными к выходам датчиков фазных токов 3 и напряжений 4, управляемый генератор 8 опорных синусоидальных напряженлй 8 с входами 9-11 управления фазы, частоты и амплитуды соответственно, Формирователь 12 опорных сигналов с тремя входами 13-15, первый из которьгк предназначен для подключения сигнала задания частоты скольжения, второй соединен с выходом амплитуды напряжения измерительного блока 6, а третий вход предназначен для подключения сигнала часготы тока ротора, и формирователь 16 сигналов управления генератором с двумя парами входов и выходом управления Фазы, подключенным к входу 9 генератора 8, выходы которого подключены к соответствующим управляющим

55 входам источника 1 регулируемого тока.

При этом первая и вторая пары входов формирователя 16 сигналов управления генератором подключены соответственно к выходам Формирователя 12 опорных сигналов и к выходам формирователя

7 сигналов обратной связи.

Формирователь 16 сигналов управления генератором дополнительно снабжен выходами управления частотой и амплитудой, соединенными с входами

10 и 11 генератора 8. Выход управления частотой указанного формирователя 1.6 соединен, кроме того, с входом

15 Формирователя 12 опорных сигналов °

Формирователь 16 сигналов управле" ния генератором выполнен с регулятором 17 (фиг.2), двумя интеграторами 18 и 19, линией 20 задержки и тремя элементами 21-23 сравнения.

Прямые и инверсные входы элементов

21 и 22 сравнения образуют соответственно первую и вторую пару входов

Формирователя 16. Выход элемента 21 сравнения подключен к входу регулятора 17, выход которого и выход элемента сравнения 22 образуют соответственно выход управления амплитудой и Фазой. Выход элемента 22 сравнения через интегратор 18 подключен к инверсному входу элемента 23 сравнения и входу линии 20 задержки, соединенной выходом с прямым входом элемента 23 сравнения, выход которого подключен к входу интегратора 19, образующего своим выходом выход управления частотой формирователя 16, Формирователь опорных сигналов 12 выполнен с элементом 24 сравнения (Фиг.3), прямой и инверсный входы которого образуют соответственно входы 13 и 15 регулятором 25 момента, блзком 26 деления, усилителем 27 и преобразователем 28 декартовой системы координат в полярную, выходы которого образуют выходы Формирователя

12. Вход активной составляющей тока преобразователя 28 подключен к выходу блока 26 деления, а выход реактивной составляющей тока — к выходу усилителя 27. Вход регулятора 25 момента подключен к выходу элемента 24 сравнения, а выход — к входу делимого блока 26 деления, вход делителя которого объединен с входом усилителя 27 и образует вход 14 Формирова- . теля 12, Формирователь 7 сигналов обратной связи выполнен с усилителями 29-31 (Фиг.4), элементом 32 сравнения и преобразователем 33 декартовой системы координат в полярную. Входы уси9467

20

25 х, )

1 х

40

50

5 15 лителей 39-31 образуют входы составляющих тока и амплитуды нагряжения

Формирователя 7. Выходы усилителей 30 и 31 подключены к инверсному и прямому входам элемента 32 сравнения соответственно. Выходы усилителя 29 и элемента 32 сравнения подключены к входам преобразователя 33 координат, выходы которого образуют выходы формирователя 7.

Каждый из преобразователей 28 и

ЗЗ декартовой системы координат в полярную может быть выполнен с сумматорами 34 и 35 (Фиг.5), умножителями 36-38 блоком 39 деления, компа-. ратором 40, дифференциальным усилителем 41 и преобразователем 42 Функции -arctg и управляемым ключом 43.

Объединенные между собой входы каждого из умножителей 36 и 37 образуют входы преобразователя координат, подключенные, кроме того, к входам блока 39 деления. Входы умножителя

36 подключены к входу инвертируюшего компаратора 40, соединенного выходом с управляющим входом ключа 43.

Выходы умножителей 36 и 37 соединены с входами сумматора 34, подключенного выходом к прямому входу дифферен циального усилителя 41, выход которого через умножитель 38 подключен к инверсному входу того же усилителя.

Выход блока 39 деления через преобразователь 42 функции arctg подключен к одному из входов сумматора 35, другой вход которого через ключ 43 соединен с источником сигнала, эквивалентного Фазовому углу 1(.

Выход сумматора 35 образует выход

Фазы, а выходы усилителя 41, — выход амплитуды .преобразователей 28 и 33 координат.

На Фиг. 1-5 обозначено: активная и реактивная составляющие тока статора в декартовой системе координат х н у, i,,y- амплитуда

1 и Фаза -.îêà ротора,, i,,(,р — опор1о ные сигналы, соответствующие амплитуде.и Фазе тока ротора, U — амплитуда напряжения статора; и(— задание ( частоты скольжения; 11 (сд 1 сигналы управления амплитудой, фазой и частотой тока ротора; М вЂ” задание момента; 1.1хо, 1.1 (((— сигналы задания активной и реактивной составляющих тока ротора на входах преобразователя 28 координат; сигналы задания активной и реактив1 6 ной составляющих тока ротора на входах преобразователя 33 координат х, у — составляющие сигнала в декартовой системе координат1 r — амплитуда и Фаза сигнала в полярной системе координат ° за сигнала в полярной системе координат.

Устройство для управления машиной двойного питания работает следующим образом, Сигналы с выходов датчиков Фазных токов 3 и напряжений 4 подают на входы измерительного блока 6, с помощью которого преобразуют в сигналы, соответствующие амплитуде напряжения питания статора П и составляющим тока статора (активной 1 и реактивной х1 ), являющихся проекциями

1у вектора тока статора на вектор питающего его напряжения. Сигналы U, и 1 1 с помощью Формирователя 7 сигналов обратной связи преобразуют в сигналы, соответствующие амплитуде тока ротора и его Фазе

I ц,- arctg ("- —, )l,„+ч ( (О, i 70, 1х где ( ((1,х<0, x — реактивное сопротивление

1 статора, х (— реактивное сопротивление самоиндукции.

С помощью усилителя 29 (фиг.4), а также усилителей 30 и 31 и элемента 32 сравнения Формируют сигналы, соответствующие активной и реактивной составляющим тока ротора: х

j 3

1.Х Х х (x

xl U1» и i a a— (— — i ) lV х х 1У а затем, с помощью преобразователя ;

33 координат преобразуют их в соответствующие им значения амплитуды ь,1 и Фазы tp1тока роторов в полярной системе координат.

Одновременно на входы Формирователя 12 опорных сигналов подают сиг1594671 калы, соответствуюшие амплитуде напряжения питания статора U c вы« хода блока 6, задания частоты скольf жения а>,> и сигнал Ф2, соответствуюший частоте скольжения и равный частоте тока ротора. С помошью элемента 24 (Фиг. 3) сравнивают с> > c сс) и с помо«гыо регулятора 25 момента формируют сигнал, соответствуюший задаваемому электромагнитному моменту М,>машины. Полученный сигнал с помош»ю блока 26 делят (с зацанным коэффициентом -. x /(1+K)x пропорциональности) на сигнал U 1. При этом на выходе блока 26 деления устанавливается сигнал

14р

UI

20 х

° 1 (1+K) х ° который подают на вход активной составлявшей преобразователя 28 координат, на вход реактивной составляющей которо;о через усилитель 27 подают сигнал, пропорцион;.«льный Б,, х

1 >й — -U

z3a z rz

+ г

«>I r1 1

Эти сигналы, соотаетствуюшие про- 30 екциям оптимального значения тока po— тора, с помошью преобразователя 28 координат преобразуют в однозначно > соответствуюшие им амплитуду и Фазу оптимального значения тока "рс>тора

3+, (« U )z г г «>

Х + — Х

40 х„(>1

= arctic +« о>

2» х,(x x<+ xx„) И

"1 о г 1

О, М.>) 0, где л о Lf, 1 1 7 0 активные сопротивления статора и ротора.

Сигналы, соответствующие амплиту50 де iz и Фазе с 2 тока ротора, сравнива>от с помощью элементов 21 и 22 сравнения (фиг.2) с. их оптимальными значениями i, и с«> . С помошью регулятора 17 из разности сигнала (I.< I.<) Формируют сигнал г, кото55 рый использу>от для управления амплитудой тока ротора, а pdsHocTIIbIH сигнал (ц — ««> ) испольэу«от для коррекции

Г1> rZ фазы тока ротора и с помошью интегратора 18 интегрируют. Выходной сигнал

t интегратора 18 y(t) = f (I«» -(p )dt

2«> 2 о с помошью элемента 23 сравнивают со своим, s адержанным на з apàííî е вр емя линией 20 задержки, значением, а полученную ра ность jy(t — ) — g (t)) интегрируют с помошью интегратора 19, выходной сигнал которого и)1 исполь«1 зуют для управления частотой тока ротора и подают на вход частоты скольжения Формирователя 12 опорных сигналов.

Амплитуду, Фазу и частоту тока .ротора Формируют с помощью обычного источника 1 регулируемого тока,,которым управляют с помощью генератора

8 опорных синусоид, на входы управления которого подают сигналы задания амплитуды i,,фазы dq и частоты Си При этом на выходах источни1 ка 1 устанавливаются Фазные токи, амплитуды i < и Фазы с/ которых соответству>от их оптимальным значес

НИЯМ, а ЧаСтОта Сс>2 СООтВЕтСтВУЕт Зиачению, при котором дисперсия Фазы относительно ее оптимального зна-> % чения «р минимальна, т. е. u)2 со2» ответствует наиболее вероятному значению частоты скольжения. Это позволяет использовать сд в качестве

7 входного сигнала обратной связи по частоте вращения ротора формирователя 12 опорных сигналов.

Управляемый генератор опорных синусоид 8 представляет собой обычный генератор многофазных напряжений, выходные синоусидальные напряжения которого соответствуют поступавшим на его вход управления сигналам за- дания амплитуды, Фазы и частоты.

При этом Фаза выходных напряжений генератора 8 соответствует суммарному зн:ачению его. Фазовых сдвигов с момента начала работы, что эквивалентно непрерывной коррекции Фазы генератбра., В преобразователях 28 и 33 координат (Фиг.5) входные сигналы активной х и реактивной у составляющих комплексного сигнала x+jy подают на входы умножителей. 36 и 37, выходные сигналы которых х и у 1 суммируют с пог мошью сумматора 34 и подают на прямой вход дифференциального усилителя

41, охваченного общей отрицательной обратной связью через умножитель где (p = arctg у/х +

О, х) 0, Р, x(0.

159

38. При этом на выходе усилителя 41 устанавливается напряжение, пропор" циональное корнк квадратному от величины его входного сигнале, что соответствует амплитуде входного комплексного сигнала преобразователя. координат.

Одновременно активную х и реактивную у составляющие комплексного сигнала подают не входы делителя и делимого блока 39, на выходы которого устанавливается сигнал, соответствующий их отношению у/х, который с по- . мощью Функционального преобразователя

42 преобразуют в соответствующий ему сигнал arctg у/х, который с помощьв сумматора 35 суммируют с сигналом, равным нулю при x)i0 и Г при х <О.

Этот сигнал подавт на второй вход сумматора 35 от источника сигнала, эквивалентного углу р, через клвч

43, управляемый компаратором 40, замыкавшим ключ 43 при отрицательной полярности подаваемого на еГо вход активной составляющей входного сигнала х. При этом на выходе Фазы преобразователя координат формируется сигнал

4671

30 тора и его оптимальным значением и регулируют фазу тока ротора, причем по проекциям тока ротора и их оптимальным значениям определяют отклонение амплитуды тока ротора от его оптимального значения и регулируют амплитуду тока ротора, интегоируют угол между вектором тока и его оптимальным значением, а результат интегрирования сравнивают с этим же результатом в предшествувщий момент времени, отстающий от текущего на определенный временной интервал, интегрируют и устанавливают частоту тока ротора.

Величину оптимального значения составляющей тока ротора устанавливают.пропорционально напряжению статора, а активной составляющей — пропорционально электромагнитному моменту и обратно пропорционально напряженив статора.

При этом обеспечивается более высокая в сравнении с известным решением точность установки Фаз векторов тока ротора и статора, уменьшение средних значений амплитуд токов ротора и статора при отработке заданного момента машины, благодаря чему снижавтся потери энергии и улучшаются энергетические показатели. формул а и з об р е т ения

45

55

В качестве регулятора 17 и 25 применяется обычный интегральный, про порциональный или интегрально-пропорциональный регулятор. Выбор конкретного исполнения регулятора зависит от заданных динамических параметров устройства управления машиной.

Таким образом, работа устройства заключается в том, что не статор машины двойного питания подают сетевое напряжение, а ток ротора регулируют по частоте, Фазе и амплитуде, измеряют напряжение и проекции тока статора и определяют активнув и реактивнув составляющие тока ротора, одновременно sàäàííóâ частоту скольжения сравнивают с частотой тока ротора, определявт (например, путем интегрирования) величину задаваемого электромагнитного момента машины, по значению которого и значению напряжения статора определявт оптимальные значения активной и реактивной составлявших тока ротора, определяют угол между вектором тока ро1. Устройство для управления машиной двойного питания, содержащее источник регулируемого тока с выходами для подключения K обмоткам ротора указанной машины двойного питания, датчики фазных токов и напряжения для установки в цепях питания обмоток статора, измерительный блок с выходами составлявших тока статора и амплитуды напряжения, подключенными к соответствующим входам Формирователя сигналов обратной связи, и входами, подключенными к выходам датчиков Фазных токов и напряжений, управляемый генератор опорных синусоидальных напряжений с входами управления фазы, частоты и амплитуды

Формирователь опорных сигналов с тремя входами, первый из которых Пред" назначен для подключения сигнала задания частоты скольжения, второй соединен с выходом амплитуды напряже ния измерительного блоке, а третий вход предназначен для подключения

1594671

12 сигнала частоты тока po>àpà, и Фор-мирователь сигналов управления гене— ратмиром с двумя парами входов и выходов упраBJIения фазы, подключенным к соответствующему входу управления генератора опорных синусоидальных напряжений, выходы которого подключены к соответствующим управляющим входам источника регулируемого тока, при этом первая и вторая пары входов Формирователя сигналов управления генератором подключены соответственно к выходам Формирователя опорных сигналов и выходам Формирователя сигналов обратной связи, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения энергетических показателей путем

Снижения потерь энергии на активных сопротивлениях машины и в цепях питания при точной устано,ке разности

Фаз векторов токов ротора и статора, Формирователь сигналов управления генератором снабжен допопнительны пI выходами управления амплитудой и -lBcтотой, соединенными с соответствуюlIIми входами управления генератором опорных синусоидальных,.апря »ений,, а выход управления частотой подкпю> еH кроме того, к третьему входу Формирователя опорных сигналов, при ";->îì

Формирователь сигналов ;правпения генератором выполнен с регулятором, двумя интеграторами, линней задержки и тремя элементами срав-i>=.ííя, причем прямые и инверсные входы первых двух элементов сравнения обра"-.óâ>" соответственно первую и BTopylo пары входов Формирователя сигналов у)>равле"ния генератором, выход первого элемента сравнения подключен к входу регулятора, выход которого и выход второго элемента сравнения образуют

5 соответственно выход управления амплитудой. и Фазой, выход второго элемента сравнения через первый интегратор подключен к инверсному входу третьего элемента сравнения и к входу линии задержки, соединенной выходом с прямым входом третьего элемента сравнения, выход которого подключен к входу второго интегратора, образующего своим выходом выход управления частотой Формирователя сигналов управления генератором.

2. Устройство по п. 1, о т л и— ч а ю ш е е с я тем, что Формирователь опорных сигналов выполнен с элементом сравнения, прямой и инверсный входы которого образуют соответственно первый и третий входы названного

Формирователя, регулятором момента, блоком деления, усилителем и преобразователем декартовой системы координат в полярную, выходы которого образуют выходы названного Формирователя, при этом вход активной составпя>ошей тока названного преобразователя координат подключен к .выходу блока деления, а вход реактивной составляющий тока — к выходу усилителя, вход регулятора момента подключен к выходу элемента сравнения, а выход—

35 к входу делимого блока деления, вход делителя которого объединен с входом усилителя и образует второй вход формирователя опорных сигналов.

1594671

Фиг.5