Электропривод с асинхронным двигателем с массивным обмотанным ротором

 

, "г

О Il и "4РА- и И Й

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРРСИОМУ СВИДФТВЛЬСТЭУ

Союз Советских

Сощмапистичвских

Республик

{61}Дополиительиов к ввт. свид-ву (32) Заявлвио08,0 1,76 (21) 23 1498 2/24-07

У (53) И. Кл.

Н OR Р 7/42 (23) Приоритет(43) Опубликовано05.06.78,Бюллетень Хе 21 (45) Дата опубликовании описаиияМЩЩ

Гааударатееннмй камнтет

Саавта Мнннетреа СССР аа делам неебретеннй н еткритнй (53) У@К 622..З13.3..07 2. 9(088,8) Л. М. Тарасенко (72) Автор изобретения (7l) Заявитель (54) ЗЛЕКЧРОПРИВОД С АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ

С МАССИВНЫМ ОБМОТАИИЫМ РОТОРОМ

Изобретение относится к частотно-управляемым электроприводам и может быть использовано для высокооборотных насосов большей мощности нефтеприводов, турбомеханиз-, мов. и испытательных стендов машиностроительных заводов.

Прн достигнутом уровне электромашнностроения и преобразовательной техники подобный электропривод разрабатывается на основе специального асинхронного двигателя (АД) с массивным обмотанным ротором, питающегося от тиристорного преобразователя повышенной частоты (ПЧ) с автономным -инвертором напряжения (АИН) (1).

В ряде случаев к подобным приводам предьявляются высокие динамические требования, в частности к качеству регулирования скорости о заданной программе.

Между тем АД с массивным обмоганным ротором остается совершенно не изученным как объект автоматического управления.

Поэтому электроприводы на его основе, обео. печивающие получение высококачественного регулирования скорости, не созданы до сих пор, что сдерживает прогресс в ряде областей промышленности.

Известен также электропривод, который по . техническим средствам и достигаемому резуль2 тату является наиболее близким к изобретению (2(.

Такой электропрнвод с машиной переменного тока содержит каналы регулирования скорости и потокосцепления со входамв внешней, 5 внутренней и компенсирующих обратных связей, блок обратного преобразования координат е вычислительным устройством, подключенный входамн к датчикам фагных токов и напряжений, а выходом по потокоспеплениеа — ко

И, входам внешней и первому из компенсирующих обратных связей канала регулирования потокосцеплении, и блок компенсирующих связей, подключенный выходом ко второму входу компенсирующих обратных связей канала регулирования потокосцепления.

И Однако в таком электроприводе частот вращения вала ограничивается механической прочностью ротора АД с фазным ротором обычного исполнения. Создание на основе такого двигателя специальных высокооборотных электроприводов большой мощности технически невозможно.

Кроме того, принцип построения схемы известного электропривода, предназначенного для АД с ротором нормального исполнения, не может быть непосредственно распространен на

25 АД с массивным обмотанным ротором ввиду различия их статических и дин а м ически х свойств;

Цель изобретения — повышение быстродействия и качества регулирования скорости.

Указанная цель достигается тем, что в известный электропривод вводится формирователь ЭДС, подсоединенный входом к блоку обратного преобразования, а выходом — ко входу внутренней обратной связи канала регулирования потокосцепления. При этом в канале регулирования потокосцепления, содержащем регуляторы внешнего и внутреннего контуров и сумматор компенсирующих связей, регулятор внешнего контура выполняется в виде пропорционального звена, регулятор внутреннего контура — в виде последовательно соединенных интегрального и интегрально- пропорционального звеньев, а первый вход компенсирующих обратных связей канала соединен с сумматором компенсирующих связей через интегральнопропорцнональное звено.

При этом к выходу блока компенсирующих связей с сигналом компенсации для канала регулирования потокосцепления подключено интегро-пропорциональное звено, а вычислительное устройство блока обратного преобразования содержит интеграторы, подключенные входами к .устройствам преобразования фазных напряжений и токов,,а выходами — к формирователю гармонических функций.

На чертеже представлена функциональная схема предложенного электропривода.

Отличие АД с массивным обмотанным ротором от АД с ротором обычного исполнения состоит в том, что параметры массивного ротора не постоянны, а зависят от скольжения, определяющего глубину проникновения вихревых токов в тело массивного ротора, Это создает значительные трудности при синтезе систем автоматического правления, Указанные трудности могут быть преодолены, если произвести математическое описание рассматриваемого типа АД в ор;огональиой системе координат,одна из осей которой направлена по вектору потокосцепления статора. Пря этом возможно сохранить достаточную точность математического описания АД при частотном управлении как объекта с сосредоточенными параметрами и одновременно сравнительно точно осуществить привязку к укаэанной системе координат в силу стабильности параметров статора.

На чертеже обозначено — угол между вектором напряжения статора Я, и вектором потокосцепления статора, 8 — угол между ука-. занным вектором и осью статора.

В электроприводе канал регулирования потокосцепления (КРП) содержит во внешнем контуре пропорциональный регулятор потокосцепления статора (РП), во внутреннем контуре-регулятор ЭДС статора РЭ, состоящий из двух последовательно включенных звеньев

ИП- и И-типов. Цепь обратной связи регулятора РЭ подключена к формирователю 3llC (ФЭ).

Канал регулирования скорости состоит иэ задатчика интенсивности (3 И), И П-регулятоS

30 ра скорости (P(:), делительного устройства (Д) и ИП-регулятора (PT) активного тока статора i, Регуляторы в каждом канале соединены между собой по принципу подчиненного регулирования. Выходы регулятора РЭ и PT подключены к сумматорам компенсирующих связей, обеспечивающим развязку каналов управления. Сигналы компенсирующих связей формируются с помощью блока компенсирующих связей (БКС), содержащего множительные устройства МУЗ, МУ2 и МУЗ, а также ИП-звеньев компенсации ЗК), ЗК2, блока обратного преобразовании переменных (БОПК) и вычислительного устройства (BY), соединенных с датчиками фазных токов ДТА, ДТВ, линейных напряжений ДН1, ДН2 двигателя и датчиком

ТГ частоты вращения вала. Выходы сумматоров компенсирующих связей соединены посредством блока прямого преобразования переменных БППК со входами блока преобразования переменных (БПП), формирующего сигнал заданного значения И„" и АИН и задающие гармонические сигналы sin (g + c)*, cos (у+ e) угла обобщенного вектора U, îòñ÷èòèâàåìoão от магнитной оси фазы А статора. Сигнал U« подается на вход ИПД-регулятора РМН-модуля вектора U> (или входного напряжения АИН), выходной сигнал которого после суммирования с выходным сигналом датчика (ДТ) входного тока „инвертора И, пропущенным через ПДзвено с замедлением ПДЗ, подан иа вход системы управления выпрямителем В. Другие выходы блока БПП вЂ” яп (r + ю)», соз (у + Е) * связаны со входами распределителя импульсов (РИ) и формирователя импульсов (ФИ) системы управления инвертором, выходы которою соединены со статором АД. Между выпрямителем В и инвертором И включены дроссель

Ld и конденсатор С силового фильтра. Сигнал обратной связи регулятора PNH подается с выхода датчика входного напряжения инвертора (ДН).

Чтобы стабилизировать качественные показатели переходного процесса регулирования момента при изменении потокосцепления ротора, вход «делитель» дел ительного устройства Д связан с выходным сигналом У1 блока ВУ.

При формировании сигналов Ф, созЕ, sin в блоке ВУ нет необходимости в использовании датчиков Холла, устанавливаемых в воздушном зазоре двигателя. Необходимые для формирования гармонииеских функций составляющие потокосцепления Ъз и tps в осях статора получаются здесь в результате интегрирования сос50 тавляющнх ЭДС, вычисляемых по принципу компенсации падения напряжения на активном сопротивлении статора. Возможно исполь зование в качестве звеньев компенсации ЗК1, ЗК2 форсирующих с замедлением звеньев. При этом в регуляторе ЭДС РЭ вместо ИП-звена может быть использовано форсирующее с замедлением звено, Указанные незначительные изменения болес строго учитывают специфику регулировани асинхронного двигателя с массивным обмотанщ. ны м ротором.

610276

Электропривод в типовом режиме пуска работает следующим образом.

Сначала подается, задающий сигнал 9 * на вход регулятора РП, который, компенсируя большую постоянную времени T„ объекта, фор- 5 м ирует переходный процесс установления заданного потокосцепления статора У«, соответствующий модульному оптимуму. Одновременно

РП вырабатывает уставку для регулятора ЭДС ствтора РЭ, который компенсирует большую

1О постоянную времени рассеяния Т, двигателя.

Регулятор РЭ» в свою очередь, вырабатывает уставку регулятора РМН входного напряжения инвертора, компенсирующего большие постоянные времени силового фильтра преобразователя частоты и уставку фазового угла вектора напряжения статора. Оптимальный процесс изменения 9,s формируется совместным действи- . ем регуляторов РП, РЭ и РМН.

Затем на вход PC непосредственно подается сигнал задания скорости от ЗИ беэ промежуточного фильтра (чтобы улучшить динамическую точность регулирования скорости). Одновременно на выходе PC появляется сигнал задания электромагнитного момента, который после прохождения через делительное устройство р

Д образует сигнал задания активного тока статора i *. PC компенсирует электромеханическую постоянную времени, à PT-постоянную времени рассеяния.

Контуры регулирования скорости, ЭДС н активного тока статора совместно с контуром регулирования входного напряжения ннверто- ра и каналом управления фазой обобщенного вектора напряжений статора формируют тиловую диаграмму электромагнитного момента, со- q ответствующую предписаниям симметричного оптимума, используемого обычно для настройки высококачественных приводов постоянного тока. В результате происходит быстрый разгон АД до заданной скорости.

Таким образом, рассмотренный электропривод построен с учетом специфики асинхронного двигателя с массивным обмотанным ротором, Введение в электропривод формирователя ЭДС, подключенного к регулятору ЭДС в канале

45 регулирования потокосцепления, а также соответствующее выполнение регуляторов и формирователей сигналов компенсации обеспечи-. вают его высокое быстродействие н качество регулирования скорости.

Формула изобретения

l. Электропривод с асинхронным двигателем с массивным обмотанным ротором, содержащий канал регулирования потокосцепления со входами внешней, внутренней и компенсирующих обратных связей, блок обратного преобразования, подключенный входами к датчикам фазных токов и напряжений, а выходом по потокосцепленню — к входам внешней и первому из компенсирующих обратных связей канала регулирования потокосцепления, и блок компенсирующих связей, подключенный выходом к второму входу компенсирующих обратных связей канала регулирования потокосцепления, огличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и качества регулирования скорости, в него введен формирователь ЭДС, подсоединенный входом к блоку обратного преобразованияя, а выходом — ко входу внутренней обратной связи канала регулирования потокосцепления.

2. Электропривод по п. 1, отличающш1ся тем, что канал регулирования потокосцепления содержит регуляторы внешнего и внутреннего контуров и сумматор компенсирующих связей, при этом регулятор внешнего контура выполнен в виде пропорционального .звена, регулятор в нутреннего контура — в виде последовательно соединенных интегрального и интегрально-пропорционального звеньев, первый вход компенсирующих обратных связей канала соединен с сумматором компенсирующих связей через и нтегрально-пропорциональное звено.

3. Электропрннод по пп. 1, 2, отличающийся тем, что к выходу блока компенсирующих связей с сигналом компенсации для канала регулирования потокосцепления подключено ннтегро пропорциональное звено

4. Злектропривод по пп. 1. 2, 3, отличающийся тем, 4То блок обратного преобразовании содержит вычислительное устройство с формирователем гармонических функций и два интегратора, входы которых подключены к устройствам преобразования фаэных напряженнй н токов, а выходы — к формирователю гармоанческих фуикций.

Источники информации, принятые иа ванмаине при экспертизе:

1. Кочетков В. Д. и др. Брякципы построения частотно-регулируемых асинхронных элект роприводов большой мощности, «Электротехни ко № 10, 1974 r. .2. Заявка № 214109207 кл. Н 02 P 7/36, 02.06.75, по которой принято решение о выдаче авторского свидетельства.

Редактор В. Фельдман

Заказ 3032/47

Составитель A. Жилин

Техред О. Луговая Корректор H. Тупица

Тираж 892 Подписное

LlHHHOH Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений н открытий

1! 3035, Москве. Ж-35, Рвушсквя наб., д. 4/5

Фнлнвл ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная. 4