Электропривод с асинхронной машиной с фазным ротором

 

О» В?0275

Союз Советсмих

Социалистических

Республик (6!) дополнительное к авт. сэид-ву2 (5Ц 34. Кл.

Н02Р 5Ю4 (Щ Заявлено 20.01.75 (И) 2097454I07 е присоединением заявки № (23) Приоритет(43) Опубликоваио08.06. 78.Бюллетень Pk 2 1

Гевударстввннм9 квинтет

Свввта Мннввтроа СССР вв двми нввбрвтвнхФ н вткрытнй (5З) УДОЕМ.3X3.

333 (088.8) (4ф) дата опубликования описаии» ZZ 09.

И. В, Бородина, А. N. Вейнгер, ИФ М. Серь)й и А А Янко-ТрииицюФ (72) Авторы изобретем!вя

Уральский ордена Трудового Красного Зиаыеии полиуехиический институт им, С, N. Кирова (71) Заявитель (54) ЭЛЕКТРОГ!РИВОД С АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ

С ФАЗНЫМ РОТОРОМ

Изобретение относится к электроприводу, в частности к электроприводу с асинхронным двигателем с фазным ротором, который питает-, ся от регулируемого преобразователя частоты; прн этом статор двигателя питается от промышленной сети.

Рассматриваемый электропрнвод предназначен для производственных механизмов с ограннченным диапазоном регулирования скорости, примерно 1:3, при высоком качестве 1п регулирования скорости.

Известен тирнсторный электропривод с асинхронным двигателем с фазным ротором !!),, который обеспечивает высокое качество регулирования скорости. Недостатками извелного электропривода являются ограниченная мощ- > ность н малая надежность, определяемые наличием коллектора.

Для решения названной задачи применяют электроприводы с асинхронным двигателем с фазным ротором, питаемым от преобразователя частоты (1), !2). Этн электроприводы не имеют недостатков, связанных с наличием коллектора, однако они обладают, невысокими динамическими свойствами вследствие неполного учета динамических свойств асинхройного двигателя. 25

Известен электропривод с асинхронным двигателем с фазным ротором (Л.З содержащий регулируемые источники питания ротора (например тиристорные), датчик скорости, динамические звенья гибкой связи, датчик углового положения ротора относительно осей, жестко связанных со статором, датчик углового положения вращающейся системы координат а, Р относительно осей, жестко связанных с ротором, блок преобразования неремениых от фазовых токов сгатора и ротора к составляющим потокосцеплений статора и ротора по осям а, Р, блок преобразования переменных от управляющих напряжений по осям а, ф к фазовым управляющим напряжениям источников питания фаз ротора.

Положительные свойства прототипа обусловлены тем,.что в нем, во-первых, использована двухканальная система подчиненного регулирования момента и реактивной мощности асинхронного двигателя, построенная в координатах е, ф, жестко связанных с вектором напряжения питающей сети, т. е. вращающихся с фиксированной скоростью м„, равной синхронной скорости ь,; во-вторых, в указанной системе компенсируются основные электромагнитные и электромеханические инерционности

610275 двигателя, а также ЭДС скольжения, т. е. ка умножения, а вход делимого подключен к учтены ее основные динамические свойства. выходу сумматора, вход которого соединен с

При этом момент и реактивная мощность асин- выходом блока умножения, хронного двигателя регулируются за счет под- В блок коррекции перекрестных связей осей держания на уровне заданий активного и реак- и и ф, содержащий два блока умножения и тивного токов двигателя путем воздействия 5 два корректирующих звена, введены два сумнв источники питания фаз ротора. Известный матора, один нз которых включен между одэлектропривод по качеству регулирования ско- ним блоком умножения и одним корректнруюрости практически не усгупает тиристорному щим звеном, а другой включен между другим электроприводу постоянного тока. Кроме того, блоком умножения н другим корректирующим обеспечивается высокое качество регулнрова- 1в звеном. ния реактивной мощности. На чертеже представлена схема электроНедостатком известного электропривода яв- привода. ляется понижение качества регулирования ско- Электропривод содержит асинхронный двн.рости и реактивной мощности при колебаниях гатель 1 с фазиым ротором, датчики тока 2 напряжения питающей статор сети, т. е. в ус- фаз обмотки ротора, датчик скорости 3, реловиях, когда статор асинхронного двигателя гулируемые источники 4 питания фаз обмотки подсоединен к сети, мощность которой сравни- ротора, блоки 5 обратного преобразования нема с мощностью двигателя. ременных от осей статора и ротора к осям и и Р, формирователь 6 напряжения управЦель изобретения — улучшение регулиро- лення для регулируемых источников питания ваиия скорости и повышение реактивной мощ- фаз ротора (блок прямого преобразования пЕности у электропрнвода с асинхронным дви- ременных от осей 1 и Д к осям ротора),-регат лем с фазным ротором при питании стато- гулятор 7 потокосцепления ротора ч„ „ по оси а, ра от сети с ограниченной мощностью. регулятор 8 нотокосцепления ротора Рд, по

Указанная цельдостнгаетсятем, что вэлект- оси ф, делительный элемент 9, делительный ропривод введен эадатчик потокосиеплеиня ста- элемент 10, множительный элемент 11, сумммтора по оси а, выход которого подключен к 3$ рующий цемент 12, эадатчик !3 реактивной первому входу формирователя гармониче.ких мощности татора, задатчик скорости 14, регуфуикци, второй и третий входы которого сое- лятор скорости 15, множительные элементы }б, динены соответственно с двумя выходамн фор- корректирующие звенья 17, суммирующие элемирователя потокосцеплеинй статора, которые менты 18, 19, задатчнк 20 потокосцепления стаподключены также к первому и второму вхо- тора 4»,по оан а, регулятор 21 потокосцепдам блока коррекции перекрестных связей, при- ления статпра V q по осн ч, множительный чем одни нэ выходов формирователя потоко- элемент 22, нелинейный элемент 23, ннтеграсцепленнй статора соединен со входом форми- тор 24, суммирующий элемент 25, формировароввтеля сигнала задания потокосцепления ро- тель 26 модуля напряжения сети и формиротора по осн р. Четвертый вход формнровате- ватель частоты сети, датчики 27 фазных напряля гармонических функций соединен с одним зу жений статора, делительный элемент 28, сумиэ выходов формирователя потокосцепления матер 29, генератор гармонических функций 30, ротора, а выход формирователя гармонических датчик 31 углового положения ротора относифункций для сигнала угловой скорости сис- тельно осей, жестко связанных со статором, темы координат м и р соединен со входом датчики 32 тока фаз обмотки статора (некотодля сигнала скорости блока коррекции пере- рые иэ указанных выше элементов могут быть .4в обЪединены в функциональные блоки, показаиКроме того, в формирователь гармоничес- ные на чертеже штриховой линией), формироких функций, содержащий датчик углового но- ватель гармонических функций 33, содержаложеиня ротора и генератор гармонических щнй элементы 2I — 26 и 28 — 31, имеющий крофуикцнй, введен формирователь модуля нвпря- ме основных внодоь длп углового положения жеияя сети и формирователь частоты сетя, ротора н напряжения U;, четыре дополнительвыход которого через дополни",..льио введен- ных входа (34 — 37), а также кроме основных . ные первый сумматор, интегратор, нелинейный выходов для сигналов гармонических фуикцнй элемент м блок умножения подключен к перво- дополнительный выход 38 для сигнала угловой му входу второго сумматора, выход которого, скорости системы координат а и Р; блок 39 через вновь введенный блок деления соединен коррекции перекрестных связей осей и и со входом первого сумматора и входом упо- 5в имеющий кроме четырех основных входов два мянутого генератора гармонических функций; дополнительных 40 и 41; формирователь 42 второй вход второго сумматора соединен с сигнала задания нотокосцепления ротора по, выходом дополнительно введенного регулято- оси р, имеющий кроме основного входа один ра, а выход формирователя модуля напряже- донолиительный 43, формирователь 44 потокония сети подключен к упомянутому блоку ум- сцеплений статора и ротора по осям и н,6, поженян. имеющий четыре выхода.

Укаэанная цель достигается также тем, что Указанные выше элементы и функциональв формирователь сигнала задания потокосцеп- ные блокя связаны и взаимодействуют. следуюлення ротора по оси р, содержащий сумма- щим образом. тор, введены блоки умножения и деления, вход . Обмотка статора асинхронного двигателя 1 . делителя последнего соединен со входами бло- N пвтается от источника симметричного трехфаэS о

9 н 10, сйгналов отрицательной обратной связи с формирователя 44, компенсирующих сигналов со звеньев 17) на выходе регуляторов 7 и 8 вырабатываются управляющие сигналы U < и Ц,», подаваемые на формирователь 6 на. пряженнй управления фаз ротора. Под воздействием этих сигналов н сигналов, nponopt циональных э1п (p — «„) н cos (« — p.), подаЮ ваемых на формирователь 6 с формирователя 33, преобразуются переменные. В пезультате этого на выходе формирователя 6 вырабатываются сигналы управления U4, Uprg и 1.) » подаваемые на управляющие входы источников питания 4 фаэ обмотки ротора двигателя 1.

2S На регулятор 21 кроме сигнала обратной связи Cs с формирователя 44, задатчика потокосцеилеиия 20 поступает сигнал задания V s, чрииятый равным нулю, Под воздействием указанных сигналов на выходе регулятора 21 вырабатывается сигнал задания Ь1А в» иа изме® нение составляющей по осн а напряжения питающей сети. Этот сигнал подается на элемент 2Э, где выполняется алгебраическое сложение его с сигналом, нропорцнональным +., с формирователя 44, и с сигналом, пропорциональным U-s с множительного элемента 22, иа входы которого с формирователя 26 н нелинейного элемента 23 подаются, оэответственно, сигнал, пропорциональный Us, и сигнал, пропорциональный cosQ. Последний вырабатывается нелинейным элементом 23 под воз»е действием сигнала пропорционального © с нн тегратора 24, где интегрируется сигнал с суммнрукщего элемента 25. Этот э,емент выполняет алгебраическое сложеипе сигналов, пропорциональных круговой частоте пугающей сети

45 ее; н круговой частоте Вращения 4ю .системы координат е и Р, поступающих е элемента 28 и формирователя 26, иа который подаются сигналы с датчиков 27, пропорциональные фазоным. напряжениям U- U U- питающей сети.

В результате сложения рассмотренных выше

ЗФ сигналов {AU a», Ьэ, +i) на выходе сумматора 29 вырабатывается сигнал, «осле деления которого на сигнал, пропорциональный р», подаваемый на делительный элемент 28 с формирователя 44, иа выходе элемента 28 выраSS батывается сигяал, пропорциональный скорости в ащения системы координат ы . делнтельного элемента 28 (дополнительный выход 38 формирователя 33) сигнал, пропорциональный, подается на элементы 19 н 25, как это было рассмотрено выше, а таксе же на генератор гармонических функций 30, 6!

5 ного сннусондального напряжения, величина Чэ и частота ы» которого в общем случае непостоянны. Каждая фаза ротора питается от одного из реверснвных регулируемых источников питания 4. Предполагается, что между вход. ным управляющим напряженнем и выходным напряжением источников питания фаз ротора имеется линейная зависимость. На валу двигателя имеются датчик скорости 3 н датчик углового положения ротора 31. В цепях статора и ротора имеются датчики фазовых токов

32 н 2 и датчики 27 фазовых напряжений пнгающ и сети.

Сигналы, пропорциональные токам фаз ротора н статора, от датчиков 2 и 32, а также сигналы, пропорциональные круговым функциям sin y,., сов!;„н функциям sin (7 — 7,), cos (g — г„), от генератора гармонических функций 30 подаются на входы Ьюка преобразования переменных 5. На выходе формирователя

44 потокосценлений статора н ротора получаются сигналы, пропорциональные потокосценлениям статора К», ф» н ротора Ww, Ч с. С формирователя 44 сигналы, пропорциональные „ н »», в виде сигналов отрицательных o6- рйтйых с»вязей подаются на регулятор 7 потокосцепленияф, на регулятор 8 потокосцеплення р н иа регулятор 21 потокосцепления, Яа регулятор. 7 кроме сигнала отрицательной обратной связи подается сигнал задания, пропорциональный я у с делнтельиого элемента 9, для которого делителем является сигнал, пропорциональный ðs, с формирователя 44, а делимым — сигнал, пропорциональный заданию в, электромагнитного момента двигателя 1, йодаваемый с регулятора скорости 15, Нв регулятор скорости поступает сигнал с датчика скорости 3, пропорциональный скорости ю двигателя и сигнал задания, пропорциональный заданной скорости ы, с датчика скорости 14.

На регулятор 8 кроме сигнала отрицательной обратной связи подается сигнал задания, пропорциональный М,с, с формирователи задания 42 at делнтельного элемента 10, для которого делителем является снгнаа, пропорциональный +ps.. с формирователя 44. Делимым для элемента 10 является сигнал с суммирующего элемента 12, иа который поступает сигнал, пропорциональный 9jae, с миожительс ного элемента 11, н сигнал, пронорцнональный заданию по реактивной мощности 64 с задатчика реактивной мощности статора 13. На входы элемента l l действуют сигналы, пропорциональные Vp», с формирователя 44.

На регуляторы 7 и 8, мвоме рассмотренных эыше сигналов задания н отрицательных обратных связей по потокосцеплеииям ротера, подаются дополнительные сигналы от корректирующих звеньев !7 блока за коррекции перекрестных связей осей а и ф. Эгн звенья имеют передаточные функции регуляторов 7, 8 н ..ведены с целью компенсации внутренних перекрестных обратных связей асинхронной машины. На входы звеньев !7 через суммирующие элементы 18, !9 воздействуаи сигналы, 5

6 пропорциональные > > и Р >, с формирователя 44, и сигналы с множительных элементов

16, на входы которых поступают сигналы, пропорциональные 4 в Урс, с формирователя 44, а также с суммирующего элемента 19, на вход которого воздействуют сигналы с датчика скорости 3 н с дополнигельного выхода 38 формирователя гармонических функций 33 от делительного элемента 28, пропорциональные схорости двигателя <о и скорости вращения снФтемы координат, ы„.

Под воздействием рассмотренных трех видов сигналов (сигналов задания с элементов

610275 иа другой вход которого подаются сигналы с датчика 31 углового положении ротора, пропорциональные круговым функциям Ып у и

cos г. Под воздействием этих сигналов генератор 30 вырабатывает сигналы, пропорциональные гармоническим функциям sing> и cosg+> а также э1п (y — g) „,) и cos (1 — g j, т. е. генератор выполняет математические операции, связанные с вычислением синуса и косинуса разности .углов g и „характеризующих положение ротора и положение системы координат а и Р соответственно в системе осей, жестко связанных со статорем. С генератора 30 (основиые выходы формирователя ЗЗ) сигналы, пропорциональные указанным функциям, подаются иа формирователь 44 и 6.

Совокупность онисанных элементов, регуляторов, преобразователей, датчиков, формирователей, соединенных и взаимодействующих рассмотренным выше образом, представляет собой электропривод с асинхронным двигателем с фазным ротором н с управляемой скоростью вращения системы координат.

Преимущество описанного электропривода — более высокое качество регулирования реактивной мощности асинхронного двигателя при колебаниях, например снижениях напряжения питающей сети.

Отсюда следует, что рассмотренный электропривод целесообразно применять при значи- so тельных колебаниях реактивной мощности, а следовательно, колебаниях модуля напряжения питающей сети, например в узлах сети, содержащих дуговые сталеплавильные печи; колебания модуля напряжения могут достигать 5 — 7%. Именно в этих условиях целесообразно применение этого электропривода, обеспечивающего повышенное качество регулирования реактивной мощности и способного компенсировать колебания модуля. напряжения питающей сети, В стационарных режимах работы этот электр опривод обладает следующими свойствами.

За счет работы четырех пропорционально ys интегральных регуляторов обеспечивается поддержание на уровне заданий четырех величин: скорости вращения е, составляющей потокосцепления статора р, составляющих потохосцеплений ротора Я и g«. В стационарном режиме работы привода формирователь гармо- нических функций задает скорость вращения системы координат c, P, равную угловой частоте питающей сети; нри этом электромагнитный момент. на валу асинхронного двигателя равен моменту сопротивления нагрузки, а реак- З тивная мощность определяется сигналом задания.

В отношении диапазона регулирования ско.рости, перегрузочной способности, диапазона регулирования реактивной мощности и других статических характеристик рассмотренный при- 4© вод полностью эквивалентен известному электроприводу 13).

Формула изобретения

1. Электропривод с асинхронным двигателем с фазным ротором, содержащий датчик, задатчик и регулятор скорости с делительяым элемеитом íà выходе, регуляторы потокосцеплений ротора по осям а н Р, формирователь напряжения управлении для регулируемых источников питания, фаз ротора, датчики фазиых напряжений статора, формирователь гармонических функций, аргументом которых является угловое положение системы координат с осями и.и Р по отношению к осям, жестко связанным со статором, и по отношению к осям, жестко связанным с ротором, блок коррекции перекрестных связей осей ц и Р, формирователь сигнала задания потокосцепления ротора по оси Р, задатчик реактивной мощности статора, формирователи потокосценленнй статора и ротора по осям а и Р подключенные к формирователю гармоннческйх функций и к датчикам токов статора н ротора, отличающийся тем, что, с целью улучшения регулирования скорости н повышения реактивной мощности при колебаниях напряжения питающей сети, в схему введен задатчик потокосцепления статора по оси и, выход которого подключен к первому входу формирователя гармонических функций, второй и третий входы которого соединены соответственно с двумя вымодами формирователя потокосцепленнй статора, которые подключены также к первому н второму входам блока коррекции перекрестных связей, причем один из выходов формирователя потокосцеплеинй статора соединен со входом формирователя сигнала задания потокосцепления ротора по оси Р, при этом четвертый вход.формирователя гармонических функций соединен с одним нз выходов формирователя потокосцепленнй ротора, а выход формирователя гармонических функций для сигнала угловой скорости системы координат а и Р соединен со входом для сигнала скорости блока коррекции перекрестных связей осей а и р.

2. Электропрнвод по п. 1, отличающийся тем, что, с целью улучшения регулировочных х арактеристик, формирователь гармонических функций содержит датчик углового положения ротора, генератор гармонических функций, формчрователь модуля напряжения сети в формирователь частоты сети, выход которого через дополнительно введенные первый сумматор, интегратор, нелинейный элемент и блок умножения подключен к первому входу второго сумматора, выход которого через вновь введенный блок деления соединен со входом первого сумматора н входом упомянутого генератора гармонических функций, при этом второй вход второго сумматора соединен с выходом допол-. нительно введенного регулятора, а. выход формирователя модуля напряжения сети подключен к упомянутому блоку умножения.

З, Электропривод по и. 1, отличающийся тем, что формирователь сигнала задания потокосцепления ротора по оси Р содержит сумматор, блок умножения и блок деления, вход

6 10275

Составитель Е. Иванов

Техред О. Луговаи Корректор Н. Тупица

Тираж 892 Подписное

Редактор Б. Федотов

Заказ 3032/47

0НИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретен нй и открытий

1! 3035, Москва, Ж-35, Рву шская иаб. д. 4/5

Филиал ППП вПатента, г. Ужгород, ул. Проектная. 4 делителя которого соединен со входами блока умножения, а вход делимого подключен к выходу сумматора, вход которого соединен с выходом блока умножения.

4. Электропривод по п. 1, отличпющийся тем, что блок коррекции перекрестных связей осей а и Р содержит два блока умножения, два корректирующих звена и два сумматора, каждый из которых включен между одним блоком умножения и одним корректирующим звеном, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1, Лебедев E. Д., Неймарк М. В., Нистрак М. Я., Слежановский О. В. Управление вентильными электроприводами постоянного тока. М., «Энергия», 1970. а 2. Ботвинник М. М., Блоцкий H. Н. и лр.

Электропривод на базе асинхронизированного синхронного двигателя. 1езисы докладов 1-й всесоюзной конференции по автоматизированному электроприводу (Баку, 17 — 20, октябрь

1972), М., Информэлектро, 19?2.

3. Авторское свидетельство СССР № 490247, Н 02 Р 5/34, 07.06.72.