Электропривод с машиной переменного тока
О П И С А Н- И Е
ИЗОБРЕТЕНИЯ
Союз Советских
Соврюлистическик
Республик
675568 (61) Дополиительиое к авт. сеид-ву (22) Заювлено300776 (21) 2388978/24-07 с присоединением заявки Но (23) Приоритет (З1) М. Кл.
Н 02 Р 7/42
Государственный комитет
СССР оо деаам изобретений н открытий (53) УДК 62> 313. .333.072.9 (088. 8) Опубликовано 25.0779. Бюллетень 14о 27
Дата опубликованию описанию 26.07.79 (72) Авторы изобретению
В.Н, Вродовский, А.М. Вейнгер, Л.Х. Дацковский, А,С. Жилин, Е,С, Иванов и Ю,Г. Шакарян (71) Заявитель (54) ЭЛЕКТРОПРИВОД С МАШИНОЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Изобретение относится к частотноуправляемому злектроприводу переменного тока и предназначено для использования в системах, в которых требуется высокое качество регулирования, Известны частотно-управляемые злектроприводы переменного тока на базе различных машин переменного тока, решающие задачи регулирования с высоким качеством .
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является злектропривод с машиной переменного тока, содержащий блок задания составляющих тока статора, блоки прямого и обратного преобразований координат, формирователь ЭДС, а также датчик углового положения, с помощью которого образуются необходимые для преобразований токов статора гармонические функции.
Недостатком известного злектропривода является наличие погрешностей в сигналах управления на выходах блоков прямого и обратного преобразований координат, обусловленные датчиком углового положения.
Цель изобретения - повышение точности работы злектропривода с машиной переменного тока эа счет улучшения качества формируемых в нем гармонических функций частоты токов (напряжений) статора.
Это достигается тем, что в злектропривод с машиной переменного тока, содержащий блок задания составляющих тока статора, блоки прямого и обратного преобразований координат, формирователь ЭДС и датчик углового пояснения, введены задатчик тока намагничивания машин и формирователь гармонических функциЯ, одни иэ входов которого подсоединены к упомянутому формирователю ЭДС, другие входы через упомянутый датчик углового положения - к задатчику тока намагничивания машин, а выходы — к блокам прямого и обратного преобразований коорд нат ° В качестве машины применена синхронная машина, а задатчик тока намагничивания соединен также с упомянутым блоком задания составляющих тока статора; в качестве машины может быть применена асинхронная коротко-замкнутая машина, а эадатчик тока намагничивания соединен " упомянутым блоком задания составляющих тока ста675568 тора и формирователем гармонических функций; кроме того, может быть применена асинхронная машина с фаэным ротором, а эадатчик тока намагничивания соединен с датчиком фаэных токов и напряжений ротора. 5
На фиг. 1 дана структурная схема
Ьлектропринода переменного тока; на фиг. 2 - структурная схема формирователя гармонических функций, на фиг. 3, а, б, в - структурная схема задатчика тока намагничинания для различных типов машин, Электропринод содержит машину 1 переменного тока, датчик 2 углового положения, блок 3 прямого преобразования координат, блок 4 обратного преобразования координат, блок 5 регуляторон, блок 6 задания составляющих тока статора, источник 7 регулируемого питания статора, датчики 8 и
9 фазных токов и напряжений статора, задатчик 10 тока намагничивания машин, формирователь 11 гармонических функций, формирователь 1? ЭДС статора 12.
Ротор машины подключен к источнику 13 регулируемого питания.
В цепях ротора включены датчики
14 и 15 фаэных токов и напряжений.
Электропринод на фиг. 1 представлен н разомкнутом ниде, как элемент ЗО системы регулирования по скорости или углу.
На вход блока 5 регулятора с блока 6 поступают сигналы задания составляющих тока статора И,4 и U8, ко- 35 торые н замкнутом приводе являются выходными сигналами соответствующих регуляторов потокосцепления и скорости, а также сигналы обратной связи
Us u Uge преобразованные из трехфаз- 40 ной системы токов статора с помощью блока обратного преобразования координат 4.
Выходные сигналы блока 5 регуляторов поступают на блок 3 прямого пре- А5 образования координат, где преобразуется в сигналы управления для ре гулируемого источника 7 питания,подключенного к обмоткам статора машины переменного тока.
В качестве источника 7 может использоваться, например, источник регулируемого напряжения с обратной связью по току.
Входы для гармонических функций блоков 3 и 4 подключены к датчику 2 не непосредственно,а через формирователь 11 гармонических функций, связанный с формирователем ЭДС статора
12 °
Питание обмоток датчика 2, в ка- 6О честве которого используется например, синусно-косинусный вращающийся трансформатор (СКВТ), осущестнляютCя от эадатчика 10 тока намагничинания машины. ° 65
Формирователь l l гармонических функций, представленный на фиг. 2, содержит сумматоры 16-18, апериодические звенья 19, 20, элементы 21, 22 деления, определитель 23 амплитуды, блок 24 формирования выпрямителей.
На выходе формирователя ЭДС статора 1? по информации, получаемой с датчиков 8 и 9, формируются составляющие ЭДС 3). и (g. Названные составляющие ЭДС могут быть получены непосредственным образом, с помощью специальных обмоток, располагаемых в рабочих пазах машины.
Составляющие fy u t.g., а также выходные сигналы блока 24 через сумматор
16 поступают на входы соответствующих апериодических звеньев 19 и 20.
Принцип работы электропривода заключается в следующем, Регулирование вектора полного тока статора производится в электроприноде по его составляющим в синхронно вращающейся системе координат. Одна из осей этой системы координат а ориентиронана по направлению вектора потока в машине, а другая в в опережающем ее на 90О направлении, Составляющая полного тока по оси а определяется сигналом задания U4, а по оси в сигналом U8. текущее угловое положение вращающейся системы координат а, в относительно неподвижного статора (угол) может быть определено, например, по составляющим тока намагничивания машины в осях $ и д. статора.
Если обозначить составляющие тока намагничивания через j, и i+, то, используя известное правило, определяют 5М А, +gJ,по следующим отношениям, реализуемым в формирователе 11 гармонических функций:
S i tl k = — — "- —; м (<) са> ê
4 4
Для реализации выражения (1) н форми" ронателе 11 выполняются операции извлечения квадратного корня из суммы квадратов двух величин с помощью определителя 23 амплитуды (см. фиг.2), а также операции деления с помощью элементов 21, 22 деления.
Составляющие тока намагничивания
1 и (уполучаются в электроприводе путем интегрирования составляющих фазных ЭДС 0у и г g. с помощью апериодических звеньев 19 и 20. С учетом того, что апериодические эненья вносят большие погрешности интегрирования, особенно на частотах, близких к нулю, и того, что на нулевой частоте токов статора (у и Eg равны нулю, на входы апериодических звеньев необходимо подавать также сигналы, пропорциональ675568 ные составляющим тока намагничивания, Эти сигналы могут быть получены с помощью грубого, неточного датчика, каким является, например, датчик 2 углового положения.
При соответствующем выборе постоянной времени апериодических звеньев
19 и 20 (она должна быть как можно больше) на рабочих частотах токов ста гора составляющие тока намагничивания (, и ар формируются в основном 1Q по сигналам фаэных ЭДС.Ef и Р6 При этом сигналы с датчика 2 существенно ослабляются в апериодических звеньях, а сигналы на выходах звеньев 19 и
20 имеют хорошую синусоидальную фор- 15 му и обеспечивают формирование требуемых гармонических функций и сигналов на выходах блоков 3 и 4 прямого и обратного преобразований координат
I. без погрешностей. При этом также обеспечивается высокая точность работы электропривода в целом.
При нулевой частоте токов статора (в статоре протекают постоянные токи) гармонические функции и сигналы на выходах блоков 3 и 4 формируются по сигналам, поступающим с датчика 2 углового положения, однако в этом режиме они не содержат пульсаций, определяемах датчиком, В соответствии с этим принципом в эадатчике 10 формируется пара напряжений для запитки датчика 2 углового положения, Амплитуда этих напряжений соответствует задаваемому в машину току намагничивания, 35
С выхода блока 24 (см. Фиг. 2) после фазированного напряжения полу4 чают пару напряжений U> и У) @., соответствующих составляющим тоРа намагничивания в осях статора f u g. Щ
Up) =„—,ipse, 1. (Г) ()pf 1Р$ i где К, К вЂ” коэффициенты преобразо-.
g$ вания, Суммируют с помощью сумматора 16 выходные сигналы блока 24 с соответствующим составляющими ЭДС p y u г поступающими с формирователя ЭДС 12 и подают полученные суммы на входы апериодических звеньев 19 и 20. С выхода их снимают сигналы
)" к i (.)
3 к. И + е.) где.Т1, Т2 - постоянные времени звеньев 19 и 20 соответственно;
K " коэффициент передачи; р - оператор.
Составляющие ЭДС могут быть
fg = (4Р Кз 3 из формулы (3) получают UI(= "Р f (. Отсюда следует, что выходные сигналы апериодических звеньев, получен(ных по формуле (5) и с учетом коэффициента преобразований могут быть использованы в качестве составляющих тока намагничивания, необходимых для формирования гармонических функций по формуле (1). Причем выражение (6) справедливо для всех режимов работы электропривода, включая режим заторможенной машины. Постоянные вреМени Т . и Тр апериодических звеньев выбирают большими (например, 10-20 cex) с тем, чтобы на рабочих частотах (например, от 0,1 Гц и выше) получение сигналов по формуле (6) производилось в основном за счет использования информации о составляющих ЭДС у и р . При этом на частотах более 0,1 Гц коэффициент пеалам o роль датчика углового положения 2 сводится к формированию лишь начальных (пусковых) значений гармонических функций, а также поддержанию работоспособности злектропривода при длительных стоянках машины. Использование апериодических звеньев с большими постоянными времени для формирования гармонических функций не вносит запаздываний в контуры регулирования электроприводом, так как выполняется условие по формуле (5). При этом одновременно обеспечивается хорошая фильтрация составляющих ЭДС Еу и Р .па высокочастотным помехам и хорошее качество формируеьых гармонических функций. Таким образом, введение в электропривод в соответствии с изобретением задатчика тока намагничивания и формирователя гармонических Функций поз воляет производить формирование гармонических функций и рабочих режимах (практически с.частот вращения 0,1 Гц и выше) с высокой точностью эа счет 1 использования составляющих ЭДС статора, а не сигналов с датчика углового положения. В соответствии с изобретением в электроприводе могут использоваться машины переменного тока различных 675568 типов„При сохранении общей структуры (см. Фиг. 1) использование той или иной машины связано лишь с выполнекием задатчика тока намагничивания и схемой подсоединения его выходов, 8 случае использования в электроприводе синхронной машины задатчик 10 тока намагничивания подсоединен к блоку 6 заданий составляющих тока статора и содержит в своем составе блок 25 модулятора, элементы 26 и 27 деления, элемент 28 суммирования и функциональный элемент 29 (см. Фиг.3). Структура задатчика составлена, исходя иэ предположения, что угол между осью 4а синхронно вращающейся системы координат и продольной осью ротора Д мал во всех режимах работы и можно считать его равным нулю. Частота выходных сигналов датчика 2 со)ответствует частоте вращения ротора, При использовании в электроприводе асинхронного коротко-замкнутого двигателя цепи, связанные с ротором машины (см. Фиг. 1), отсутствуют, Задатчик 10 тока намагничивания, кроме блока 6 задания составляющих тока статора, связан также с формирователем гармонических функций (показано пунктиром на фиг. 1) и содержит в своем составе блок 25 модуляторов, Формирователь 30 частоты токов ротора, элементы 31, 32 умножения и масштаб" ный преобразователь 33 (см.фиг.3 6) ° Частота выходных сигналов датчика 2 соответствует частоте поля статора и Формируется как сумма частоты враще- 35 ния ротора и выходной частоты формирователя 30. При использовании в электроприводе асинхронного двигателя с фазным ротором цепи статора (ротора) подклю-. Щ чены к питающей сети через источник 7 регулируемого напряжения, а цепь ротора (статора) - непосредственно. Задатчик 10 тока намагничивания подсоединен к датчикам 14 и 15 фазных 4 токов и напряжений ротора (статора) (показано штрих-пунктиром на фиг.1) и содержит в своем составе блок 25 модуляторов и Формирователь 34 ЭДС ротора (см, фиг. З,в). Структура задатчика составлена, исходя из предположения, что ось а синхронно вращающейся системы координат направлена по вектору полного потока машины. Частота выходных сигналов датчика 2 соответствует разности частот питающей сети и вращения ротора. Режим синхронного вращения ротора соответствует здесь режиму заторможенного ротора в электроприводах с синхронной и асинхронной коротко-замкну-. той машины. Таким образом, введение в соответствии с изобретением в электроприводы с различными машинами переменного тока новых блоков, а именно задатчика тока намагничивания и формирователя гармонических функций, позволяет обеспечить формирование гармонических функций в основном эа счет информации об ЭДС статора. Роль электромеханического датчика углового положения сводится к вспомогательным функциям по образованию начальных (пусковых) значений этих функций и поддержанию работоспособности электропривода при длительных стоянках (в случае использования асинхронной машины с фазным ротором — в режиме синхронного вращения ротора) . При этом повышается точность формирования гармонических функций, выходных сигналов блоков прямого и обратного преобразования координат и всего привода в целом. Формула изобретения 1. Электропривод с машиной переменного тока, содержащий блок задания составляющих тока статора, блоки прямого и обратного преобразований координат, формирователь ЭДС и датчик углового положения, о т л и ч а юta и и с я тем, что, с целью повышения точности работы во всем диапазоне регулирования скорости, в него— введены задатчик тока намагничивания машины и формирователь гармонических функций, одни иэ входов которого подсоединены к упомянутому Формирователю ЭДС, другие входы через упомянутый датчик углового положения — к задатчику тока намагничивания машины, а выходы — к блокам прямого и обратного преобразований координат, 2. Электропривод по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что в качестве машины применена синхронная машина, а задатчик тока намагничивания соединен также с упомянутым блоком задания составляющих тока статора, 3, Электропривод по и. 1, о т л ич а ю шийся тем, что в качестве машины применена асинхронная короткоэамкнутая машина, а задатчик тока намагничивания соединен с упомянутым блоком задания составляющих тока статора и формирователем гармонических функций. 4. Электропривод по и, 1, о т л ич а ю шийся тем, что в качестве машины применена асинхронная машина с фазным ротором, а задатчик тока намагничивания соединен с датчиками фазных токов и напряжений ротора.
