Электропривод с синхронным двигателем

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЪСТВУ (1!) 6l 5583

Союз Советскни

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-вур 520682 (22) Заявлено 21.0776 (21) 2389746/24-07 с присоединением заявки М(23) Приоритет (43) Опубликовацо 1507.78. Бюллетень ЛЪ 26 (45) Дата опубликования описания 21.0678 (51) М. Кл.

HP 5/34

HP 5/40

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621.316. .718: 5 (088. 8) (72) Авторы

ИЗОбрЕтЕНИя A.M.Âåéíãåð, Л.Х.Дацковский и И.В.Жильцов (71) Заявитель (54) ЭЛЕКТРОПРИВОД С CHHXPOHHHM ДВИГАТЕЛЕМ

Изобретение относится к промышленному регулируемому электроприводу с частотно-управляемым синхронным дви гателем средней и большой мощности с высокими требованиями к качеству 5 и диапазону регулирования скорости и применяется в главных приводах прокатных станов, летучих и гильотинных ножницах, нажимных устройствах, линейных манипуляторах, металках лис- 10 топрокатных станов и других механиз- мах черной и цветной металлургии, где требуется высокая перегрузочная способность электропривода, а также в шаровых помольных мельницах в це- 15 ментной и горнодобывающей промышленностях, где необходима большая мощность приводных двигателей.

По основному авт.св. 520682 известен электропривод, содержащий 20 блок обратного преобразования с выходами сигналов поперечной и продольной составляющих тока статора, два пропорционально-интегральных Регуля" тора поперечной и продольной состав- 25 ляющих тока статора, блок извлечения квадратного корня, блок возведения в квадрат и вычислительное устройство, вход которого подключен к регулятору скорости, а его выходы сигна- ЗО лов управления поперечной и продольной составляющих тока статора соединены с блоком прямого преобразования через соответствующие пропорцио нально-интегральные регуляторы, к их входам подсоединены соответствующие выходы блока обратного преобразования, входы которого подключены к датчикам тока статора и формировате лю гармонических функций, при этом выход сигнала продольной составляющей тока статора блока обратного преобразования соединен с регулятором возбуждения, один вход этого ре гулятора подключен к выходу сигнала управления поперечной состав:;яющей тока статора вычислительного устрой ства через блоки извлечения корня квадратного .возведения в квадрат, а другой вход подключен к выходу сигнала управления продольной составля. ющей тока статора вычислительного устройства (1), В этом электроприводе во всем диапазоне регулирования скорости, до основной и выше основной, поддерживается на заданном уровне полное потокосцепление статора.

В то же время, при скоростях до основной целесообразен вариант под615583 держания основного потока, поэтому для двухзонного регулирования cKopo) ти применимо комбинированное регулирование поля возбуждения: с поддержанием полного потокосцепления статора в зоне ослабления и ограничением основного потока в зазоре.

Целью настоящего изобретения является улучшение регулировочных харак. теристик при двухзонном регулировании скорости.

Поставленная цель достигается те м, что предлагаемое вычислительное устройство выполнено в виде трех решающих блоков, нходы третьего из кот рых подключены .к блоку регулирования скорости, а выходы — к первому и второму решающим блокам, причем второй решающий блок подключен входами и выходами к первому, а выходами с сигналами, пропорциональными гармоническим функциям угла между осью потока и продольной осью машины, — к соответствующим входам первого и третьего решающих блоков; третий решающий блок содержит координатный преобразователь, два нелинейных элемента и элемент деления, вход делимого которого подключен к выходу блока регулирования скорости с заданием момента, а выход — к первому решающему блоку и через первый из нелинейных элементов с характеристикой усилительного звена с регулируемым органичением — к одному из вхбдов координатного преобразователя, при этом вход делителя элемента деления, второй вход координатного преобразователя и вход второго нелинейного элемента с характеристикой типа квадратного корня подключены к выходу блока регулирования скорости с заданием потокосцепления, а третий и чет-. вертый входы координатного преобразователя подключены ко второму решающему блоку.

На фиг. 1 представлена структурная схема системы регулирования; на фиг. 2 — первый решающий блок; на фиг. 3 — второй решающий блок; на фиг. 4 — третий решающий блок; на фиг. 5 — блок формирования действительных потокосцеплений; на фиг. б блок регулирования скорости; на фиг. 7 — блок регуляторов потокосцеплений; на фиг. 8 а,б — векторная диаграмма синхронного двигателя.

Предлагаемый электропривод содержит синхронный двигатель 1, тиристорный преобразонатель 2 частоты, тиристорный возбудитель 3, датчик 4 положения, датчик 5 скорости, координатный преобразователь б от продольной и поперечной к фазовым компонентам, координатный преобразователь 7 от фазовых к продольной и поперечной компонентам, датчики 8-11 токов статора и ротора, вычислительное устройство 12, первый решающий блок 13, второй решающий блок 14, третий ре-

"шающий блок 15, блок 16 регулирования скорости, блок 1.7 формирования действительных потокосцеплений, блок, 18 регуляторов потокосцеплений, умножители 19 и 20, усилительные элементы 21-24, нелинейные элементы 25-27, интегрирующий элемент 28, делительный элемент 29, координатный преобразователь 30, нелинейные элементы

31-34, усилители 35-38, задатчик 39

l0 интенсивности, фильтр 40, нелинейные элементы 41 и 42, делитель 43, регуляторы 44-47 скорости и потокосцепления и усилители 45-50.

В предлагаемом электроприводе об-.

11 мотки фаз статора синхронного двигателя 1 подключены к тиристорному пре, образователю 2 частоты, а обмотка возбуждения синхронного двигателя 1 подключена к тиристорному возбудителю 3. На валу ротора двигателя 1 имеется датчик 4, углового положения с выходными сигналами, пропорциональными тригонометрическим функциям углового положения ротора, и датчик 5 скорости.

Управляющие входы преобразонателя, 2 связаны с выходами координатного преобразователя б, который состоит из типовых множительных и суммирующих элементов и реализует прямое преобразование.

На входы координатного преобразователя б подключены выходы датчика

4 углового положения и выходы блока

18 регуляторов потокосцеплений

35 (фиг.l),состоящего из интегропропорционапьных регуляторов 45-47 (фиг.7) продольной и поперечной составляющих потокосцеплений статора и ротора и суммирующих усилителей 48-50 для ком40 пенсации перекрестных связей (фиг.7).

Сигналы задания на регуляторы 45-47 поступают с блока 16 через вычислительное .устройство 12.

Обратные связи по поперечной и

45 продольной составляющим.потокосцепления статора и ротора подаются с выхода блока 17 формирования действительных значений потокосцеплений (фиг.l), входы которого. связаны с выходами ко ординатного преобразователя 7 и датчиками 8-11 тока ротора. Координатный преобразователь 7 состоит из ти" повых умножителей и суммирующих элементов и реализует преобразование (обратное).

Блок 16 регулирования скорости (фиг.l) включает в себя регулятор 44 скорости (фиг.б), делительный элемент

43 и нелинейные элементы 41 и 42.

На вход регулятора 44 подается сиг60 нал задания с выхода задатчика 39 интенсивности через фильтр 40 и сигнал отрицательной обратной связи по скорости с выхода датчика 5 скорости.

Первый решающий блок 13 реализует61 ся при помощи умножителей 19 и 20 и

5 6 усилительных элементов 21-23 (фиг. 2)!, второй решающий блок 14 обеспечивает учет насыщения магнитной цепи двигателя 1 при формировании заданных значений потокосцеплений (фиг.3) а третий решающий блок 15 (фиг.14) формирует заданные значения составляющих потокосцеплений воздушного зазора и обеспечивает плавный переход оТ режима с поддержанием полного потокосцепления статора на поддержание основного потока с ограничением последнего на заданном уровне в зависимости от величины нагрузки и заданного потокосцепления.

Третий решающий блок 15 (фиг.1) содержит координатный преобразователь

30 (фиг.4), делитель 29 и два нелинейных элемента 31 и 32.

Блок 17 формирования действительных потокосцеплений (фиг.5) формирует сигнал обратных связей с учетом насыщения магнитной цепи.

При наличии нагрузки на валу двигателя 1 имеется сигнал задания момента 9.на выходе регулятора скорости. При заданной скорости двигателя 1 ниже основной скоростиН

9 "о е Г = — Я

М, т.е. система регулирования заданную величину потокосцепления поддержива ет постоянной, Г1=со1 М . При скорос ти привода выше основной 4 1, е й91 з адан на я величин а поток осцеплени я ф изменяется обратнопропорционально заданной скорости.

Выход делителя 29 16 определяет проекцию тока статора на ось (фиг 8) . т

Нелинейный элемент 31 настраивается таким образом, что его выход определяет проекцию основного потока Г8. на ось q ч9 лбу Ъ6 ЕСЛИ / 66 6 p CCp 9 ч 8 в

- Если /Х ()2/

2 2, sup 9 6б 619 61 Р 9 где: Ч вЂ” максимальная величина основного потока; — реактанц рассеяния статобф ра.

Проекция основного потока Гф на ось определяется заданной величиной потокосцепления Г: Г = ч 9, 19

Нелинейный элемент 32 настраивается так, что его выходной сигнал

15583 определяет напряжение управления

Ц„ нелинейным элементом 31.

U = /ГХ -r2

Ч б р

Таким образом, в случае поддержания полного потокаЧ, проекции осноВного потока Ч"ф и Ч определяются (фиг.8,а) 9 Г =х i

4(9 66

Ъ * 6

69

С увеличением нагрузки, если

/к 1 //A 2

6а ьЧ 6 р то система регулирования обеспечивает режим работы с ограничением основ1» ного потока Г9, т.е. составляющие основного потока по осям (y 2 )

/ 7 определяются ч )ф : „.Г ч Sup

20 у

Далее составляющие основного потока по осям (g,Ì ) поступают в координатный преобразователь 30, который состоит из типовых множительных и суммирующих элементов и осуществляет переход из осей потока (1) / ) в оси ротора (, ) по следующим соотношениям

3() wg -1"4 casP - v< 61 1 Р

d ГР = Ч Р 61

Выходные сигналы координатного преобразователя 30 поступают на вхо@ ды нелинейных элементов 25 и 26, имеющие одинаковые характеристики и определяющие зависимость результирующей силы от основного потока < - для данного синхронного двигателя, т.е.

-i т (Ч)

Относительный поток одной полови ны полюса Г1 определяется суммой составляющих основного потокосцепле- ния, а другой Г29, — разностью, т.е, 45 1 т Г + ч

19 д < ф

99

Выходы нелинейных элементов 26 и

27 соответствуют намагничивающим силам (н.с.) половин полюса, ъ =1 (ч1 )

-6

19 / 29, "9

2 f (r2 )

9 Ф

»5 Связь н.с. (q9 ъ. с составляющими

91 М н.с по продольной и поперечной осям определяется зависимостями

05 (1 + (2 ) 9 29

0, (1 - 2 )

9 1

Составляющая н.с по оси cL опреде ляется суммой н.с от составляющих

65 15583

Формула изобретения

1. Электропривод с синхронным дви60 гателем по авт.св. 520682, о т л и чающий с ятем, что, с целью улучшения регулировочных характеристик при двухэонном регулировании ско . рости, вычислительное устройство выполнено в виде трех решающих блоков, тока статора по оси с(и тока ротора.

Масштабы по входам усилительного элемента 24 выбраны так, что его вы ход определяет заданный ток Ротора

2 (d ad и поступает на вход усилительного 5 элемента 22 первого решающего блока., Связь составляющей н.с по оси Ь. с составляющей тока статора по той же оси определяется х,„,1

Ъ

Ъ х,1 где х„,с,х„, — ненасыщенные значения реактивной взаимоиндукции статора и ротора по осям d,q.

Масштабные коэффициенты на входах усилительного элемента 28 выбираются таким образом, что суммарный сигнал на выходе элемента. 28 определя-ет sin P

20 (Sin(b = (1 () т р где j5 — угол между осью потока и продольной осью; 25

То — по то янн ая интегрирован и я.

Выход нелинейного элемента 34 опрецеляет

g сои 3

Ь1Ф Н3 ъч 30 и поступат на вход вычислительного устройства 12 усилителя 15.

Составляющие токов статора(g -(, определяются

< $с ъэ = 1 . sin/i

7 L3

1 = 1 .C0SP.

6 1 6 (Масштабные коэффициенты на входах усилительных элементов 21-23 выбира- 40 ются таким образом, что суммарный сигнал на выходах составляет на выходе усилительного элемента 21 т. ( ъ,1 "а хс(.

45 на выходе усилительного элемента 22

Ч.„= Чу X 4.

6, (е ы на выходе усилительного элемента 23

=Ч р +Х ъ с <1 бе 5

50 где х- — реактанц рассеяния обмот ки ротора.

Полученные сигналы заданных значений потокосцеплений статора и poTQра подаются на входы блока 18 регулирования потокосцеплений (фиг.7).

Формирование действительных потокосцеплений осуществляется в блоке

17 формирования действительных потокосцеплений (фиг.б) .

Нелинейные элементы 33 и 34 имеют одинаковые характеристиКи и определяют зависимость основного потока от результирующей намагничивающей силы (., r.е. <=,f(() Намагйичивающие силы 1(одной полс(вины полосы определяются суммой н.с по продольной и поперечной осям (фиг. 5) хю

"1= 5,(1,()+ Ь х,„ а другой н.с.. Lg — разностью хауз 2,. <15,((,,1) - — "х витим намагничивающим силам соответствуют потокосцепления х (, 2 т.е. выходы нелинейных элементов. 33 и 34 .

=1<") (а = j (12)

Масштабные коэффициенты на входах усилителей 35-38 выбираются таким образом, что суммарные сигналы на выходах этих усилителей определяются выражениями (Р = О 5 (Ч" + + Г2 )

- О,Б (Г (1+

2 Ь (Sy <

+ х

S 5,1 (-х

td ЮЮ der 1 i при этом выходы усилителей 36-38 подключены к входам блока 18 регуляторов потокосцеплений в качестве обрат. ных связей.

В установившемся режиме заданные и действительные значения потокосцеплений равны.

За счет интегральных составляющих на выходах регуляторов 45-47 вырабатывается необходимый сигнал, обеспечивающий на статоре синхронного дви гателя напряжение, требуемое для поддержания заданного момента тп и скорости Vy,а напряжение на обмотке воэбуждейия обеспечивает заданную величину потока Ч 1., Динамика предлагаемого электропривода обеспечивается соответствующим выбором передаточных функций регуляторов потокосцеплений, регулятора скорости и компенсации внутренних перекрестных связей.

Предлагаемая система регулирования обеспечивает двухзонное регулирование скорости с комбинированным регулированием возбуждения: с поддержанием полного потокосцепления статора и ограничением основного потока в зазоре.

615583!

5 входы третьего из которых подключен% к блоку регулирования скорости, а выходы — к первому и второму решающим блокам, при этом второй решающий блок подключен входами и выходами к первому, а выходами — с сигналами, пропорциональными гармоническим функциям угла между осью потока и продольной осью машины, — к соответствующим входам первого и третьего решающих блоков.

2. Электропривод по п.1 о т л ич а ю шийся тем, что третий решающий блок содержит координатный преобразователь, два нелинейных элемента и элемент деления, вход делимого которого подключен к выходу блска регулирования скорости с заданием " момента, а выход — к первому решаюмему блоку и через первый из нелийеЯных элементов с характеристикой усилительного звена с регулируемым огра;.ичением — к одному иэ входов координатного преобразователя, при этом вход делителя элемента деления, вто- рой вход координатного преобразователя и вход второго нелинейного элемента с характеристикой типа квадрат ного корня связаны с выходом блока регулирования скорости с заданием потокосцепления, а третий и четвертый входы координатного преобразова-теля подключены к второму решающему блоку.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство СССР

М 520682, кл. Н 02 P 5/40, 1970.

615583

fuz. к

f6 ие. 6

ЦНИИПИ Заказ 3921/44 Тираж 892 Подписное

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул.Проектная,4