Электропривод с синхронным двигателем

 

Союз Советских

Социалистических

Рес убл

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВ ИТИЗЬСТВУ

<ц809460 (61) Дополнительное к авт. саид-ву (е 520682 (22) Заявлено 110575 (2t) 2133305/07 с присоединением заявки Но (23) Приормтет

Опубликовано 2М2.81. Бюллетень Но 8

Дата опублмковаммя описания 281) 281 (51)м Кл 3

Н 02 P 5/34

Н 02 P 7/44

Государственный комитет

СССР но делам изобретений

N открытнй (53) УДК 621. 316..718 (088.8) (72) Авторы изобретения

A,М.Вейнгер, Л.Х.Дацковский, В,Б.Мордухович и Л.М.Балабуев

1 (71) заявители (54) ЭЛЕКТРОПРИВОД С СИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводе с синхронным двигателем.

По основному авт. св. М 520682 известен электропривсщ, в котором питания многофазной обмотки статора синхронного двигателя осуществляется от преобразователя частоты с непосредст вен н ой св яз ью, а питание одн офазной обмотки возбуждения — от регулируемого возбудителя.

Преобразователь частоты управляется регуляторами продольной и поперечной составляющих тока статора в координатах, жестко связанных с продольной и поперечной осями ротора.

Это преобразование осуществляется с помощью подключенного к блоку прямого преобразования координат форжрователя гармонических функций угла поворота ротора. На входы регуляторов продольной и поперечной составляющих тока статора подаются сигналы заданных значений продольной и поперечной составляющих тока статора, сигналы действительных значений продольной и поперечной составляющих тока статора, получаеьиях с датчиков фазовых токов через блок обратного преобразования, 2 и сигналы компенсации ЭДС вращения.

Для получения сигнала ЭДС вращения в приводе применяются формирователи продольной и поперечной составляющих потокосцеплення статора, два блока умножения, управляемых от датчика скорости ротора, и два динаныческих звена.

Регулируемый возбудитель управля 0 ется от регулятора воз буждени я, выполненного в виде регулятора потокосцепления возбуждения. Электропривод обеспечивает cos 9 = 1 самого двигателя и постоянство (независимо от

15 нагрузки на валу) абсолютной величины потокосцепления статора, для чего в систему регулирования включен вычислительный блок для формирования заданных значений составляющих тока

20 статора, установленное между регулятором скорости и регуляторами составляющих тока статора и потокосцепления возбуждения и реализующее со.ответствующие зависимости между напряжениями на выходах и напряжением на входе.

Для управлени я и регулированн я скорости применяется регулятор с«орости, на вход которс -o подается за30 данное значение скорости с выхода

809 46Г

35

55 задатчика интенсивности и действительное значение скорости с выхода датчика скорости ротора. Система регулирования предусматривает регулирование скорости ослаблением поля, для чего применены блоки деления, элемент ИЛИ, нелинейных элемент, блок возведения в квадрат и задатчик постоянного сигнала опорной скорости (1), Недостатком данного электропривода является то, что поддержание во всех режимах нагрузки потокосцепления статора, равным номинальному значению +„ потокосцепления статора, и поддержание cosf = 1 требует при больших ударных нагрузках большого запаса по напряжению возбудителя и высоковольтного исполнения ротора.

Ограничение напряжения возбудителя для выполнения укаэанных. режимов при водит к колебательности систеьи при больших ударных перегрузках.

Цель изобретения — улучшение регулировочных характеристик электропривода и повышение перегрузочной способности синхронного двигателя при ограничен н ом н ап р яж енин воэ будителя .

Поставленная цель достигается тем, что в известный электропривод допол- 30 нительмо введен формирователь сигна" ла заданного реактивного момента синхронного двигателя, входы которого соединены с задатчиком потокосцепления и с регулятором возбуждения, à 35 выход подключен к вычислительному блоку, причем вычислительный блок с блоками умножения в каждой из цепей формирования сигналов управления поперечной и продольной составляющих тока статора я формирователями сигналов заданного потокосцепления по продол ьной и поперечной осям содержит дополнительно два сумматора и два блока умножения, первые входы которых соединены с выходом формирова- 45 теля сигналов заданного потокосцепления по осям, при этом выходы всех указанных блоков умножения через упомянутые сумматоры подсоединены ко входам регуляторов продольной и по- 50 перечной составляющих тока статора.

Кроме того, формирователь сигнала заданного реактивного момента синхронного двигателя содержит последовательно включенные релейный элемент, динамическое звено,эадатчик интенсивности и блок деления, вход деления которого соединен с задатчиком потокосцепления, а выход — с вычислительным блоком, при этом вход релейного элемента соединен с выходом регулятора возбуждения.

На чертеже представлена функциональная электрическая схема электропривода.

Каждая фаза статора синхронного двигателя 1 питается от реверсивного регулируемого источника питания 2-4 соответственно. Обмотка воэбужденйя синхронного двигателя 1 питается от регулируемого возбудителя 5. На валу синхронного двигателя имеется датчик

6 углового положения ротора, выходные сигналы которого пропорциональны тригонометрическим функциям угла поворота ротора синхронного двигателя

cos OC u sin оС, где o(— электрический угол поворота ротора. Кроме того,на валу синхронного двигателя 1 имеется датчик скорости — тахогенератор 7. управляющие входы источников питания

2-4 подключены к выходам блока 8 прямэго преобразования, который переводит управляющие сигналы из координат, связанных с ротором синхронного двигат ел я, к фаз овым к сорди н ат ам. H a входы блока прямого преобразования подключены выходы датчика 6 и выходы регуляторов продольной 9 и поперечной 10 составляющих тока статора. На вход регуляторов 9 и 10 подаются сигналы отрицательной обратной связи соответственно по продольной и поперечной составляющим тока статора.

Сигналы отрицательной обратной связи по составляющим тока статора снимаются с выхода блока 11 обратного преобразования, который осуществляет преобразование фазных токов статора в продольную и поперечную составляющие тока статора. На входы блока 11 подаются сигналы с выхода датчиков

12-14 тока фаз статора синхронного двигателя и сигналы с выхода датчика 6. Кроме того, на входы регуляторов 9 и 10 через соответствующие динамические звенья 15 и 16 подаются сигналы компенсации ЭДС вращения ро-. тора синхронного двигателя. На выходе умножителя 17 получают сигналы:

1 бiiд = eg = O P> = 1у x>+ а на вйходе умножнтеля 18— е ="+sd где е, ео — ЭДС вращения ротора синхрон н ого дви гат ел я по продольной и поперечной осям соответственно; у — скорость вращения ротора двигателя; — ток статора синхронного дви гател я по понеречн ой оси; х — реактанц статора по поперечной оси;

Ч Ч вЂ” потокосцепления статора 4 эа по продольной и поперечной осям соответственно (все переменные здесь и далее даны в относительн-ях единицах) При этом Рд = х д ° 1 cQ + х яд 1 f где х — реактанц статора по продольной оси;

809460

6 ток статора по продольной оси; х — реактанц взаимоиндукции статора и ротора;

i» — ток возбуждения двигателя.

Сигналы задания на регуляторы 9 и

10 подаются с выхода вычислительного блока, на входы которого подаются сигналы с выхода регулятора скорости и формирователя сигнала заданного реактивного момента синхронного двигателя. Узел регулятора скорости вклю.— чает в себя собственно регулятор 19 и блок 20 деления. На вход регулятора 19 подается си гн ал з адани я с выхода задатчика 21 интенсивности через фильтр 22 и сигнал отрицательной обратной связи по скорости с выхода тахогенератора 7. На один из входов блока 20 деления подается сигнал mq с выхода регулятора 19, а на другой вход подается сигнал квадрата задан- 20 ного потокосцеплений Ч с выхода не2 линейного элемента 23. На вход нелинейного элемента 23 подается сигнал с выхода делителя 24. Для скорости синхронного движения ниже основной, сигнал на выходе делителя записываЬих = = Р, rae e+ о сигналы заданной ЭДС и основной скорости синхронного двигателя, т.е. система регулировани я поддерживает заданное потокосцепление +>=const.

При скорости привода выше основной сигнал на выходе делителя 24 записывается:

Е9, Ьых ф 35 где Ч вЂ” заданное значение потоко.19

5 сцеплени я воз буждени я;

f х — переходный реактанц по продольной оси;

i — з аданн се з н ачение продол ьной составляющей тока стаО тора.

На выходе нелинейного элемента

26 получают си гн ал, равный l Ьых +q Ю 4 9

Е, - Ф1-const.

4О

55 ч »= f,+х „», где » — потокосцепление возбуждения; х — реактанц обмотки возубждения. gp

Сигнал задания на регулятор 25 формируется суммированием на его входе сигналов с выхода нелинейного элемента 26 и с выхода узла формирования заданных значений тока статора т.е. система регулирования поддерживает постоянство ЗДС, так как в этом случае

Управляющий вход возбудителя 5 подсоединен к выходу регулятора 25, который выполняет роль регулятора потокосцепления возбуждения. На вход регулятора 25 (в общем случае интerропропорционально-дифференциального) подается отрицательная обратная связь по потокосцеплению и сигнал задания.

Обратная связь потокосцеплению формируется путем суммирования на входе регулятора 25 сигналов, поступающих с блока 11 обратного преобразования и с датчика тока статора таким образом, чтобы суммарный сигнал обратной связи был бы равен; таким образом, чтобы х, х,,д

, ad< х, 9 х » где, Т вЂ” заданные значения по.

5((9 5с19 токосцеплений статора по поперечной и продольным осям сосоответственно.

Сигнал Ч ж 9, подается на вход нелинейного элемента 26 с выхода нелинейного элемента 27, который выполн яет функцию:

1 Ьых

Дополнительно введенный в систему регулирования электроприводом форми-. рователь сигнала заданного реактивного момента синхронного двигателя содержит последовательно включенные релейный элемент 28, динамическое звено 29 с передаточной функцией, вид которой определяется для каждого конкретного электропривода, задатчик интенсивности с пропорциональным звеном 30 и интегратором 31, а также блок 32 деления. На вход пропорционального звена 30 подается нулевой сигнал, а на вход интегратора 31 сигнал с выхода регулятора 25 через релейный элемент 28 и динамическое звено 30 таким образом, чтобы на выходе задатчика интенсивности появился сигнал заданного реактивного момента g, при выходном сигнале регулятора 25, соответствующем максимальному н апряжению возбудителя 5 .

Сигнал g делится в блоке 32 делеЕЯ. ния на квадрат заданного потокосцепления Ч

Е

Вычислительный блок с блоками 33 и 34 умножения в каждой из цепей формирования сигналов задания поперечной и продольной составляющих тока статора и формирователями сигналов заданного потокосцеплени я по продольной и поперечной осям содержит дополнительно два сумматора 35 и 36 и два блока 37. и 38 умножения, первые входы которых соединены с выходом формирователя сиги ала з аданного реактивного момента синхронного двигателя, а вторые — с выходим соответствующих формирователей «игналон зацанного потокосцепления по осям, при том выходы всех указанных блоков

809 460

Формула изобретения умножения через упомянутые суммато ры подсоединены к входам регуляторов

9 и 10.

На выходе блока умножения 37 получают сигнал:

Сигнал Y,о формируется по зависимости: ф <Щ =(Х 9 — Х ) 1 УЩ,

10 где хе — произвольный реактанц; заданное значение тока статора по поперечной оси.

На выходе блока умножения 38 получают сигнал:

Ьыx 1 е4я>

Чя

Формирование сигнала Ч d осуществляф ется нелинейными элементами 39 и 40 по зависимости:

На входы сумматора 35 подаются сигналы с выходов блоков умножения 33 и 38, при этом на его выходе появляется сигнал 1 9, заданного значения тока ст атора по продол ьн ой оси: 30

Я " щ «Ч 4

"ЬС(ф Vg

На входы сумматора 36 подаются сигналы с выходов блоков 37 и 34 умножения, при этом на его выходе появляется сигнал заданного значения тока статора по поперечной осн:

9 е« +%е 1<3 С ф Ч 1.

Электропринод работает следующим образом.

При ударном приложении нагрузки к валу двигатель развивает момент благодаря тому, что возрастает задание на ток статора и ток возбуждения. 5

Так как напряжение возбудителя ограничено, то он выходит на ограничение раньше, чем двигатель разнивает требуемый момент, при этом на выходе релейного элемента 28 появляется сигнал, служащий заданием интегратору

31, на выходе которого с заданным темпом нарастания появляется сигнал заданного значения д реактивного

Еg момента двигателя, который делится. на квадрат заданного потокосцепления Щ и является составной частью за2 дания составляющих тока статора.

Таким образом, для обеспечения требуемого момента асинхронного двигателя ограниченные возможности по 5 формированию возбуждения компенсируются дополнительным Формированием тока статора.

Электропривод позволяет использовать возбудители с меньшим запасом по напряжению. Кроме того, увеличивается быстродействие системз вследствие меньшей инерционности цепи статора по сравнению с цепью возбуждения. При этом обеспечивается режим работы электропривода, при котором н устанониншемся режиме потокосцепление статора Ч поддерживается равным номинальному +„, а также поддерживается cos g = 1. В переходном режиме осуществляется дополнительное

Форьяронание тока статора и поддержание потокосцепления в воздушном зазоре Ч,, равном Ч „. При этом

cos ф = 1. Требования по запасу напряжения возбудителя снижаются, и при ограниченном напряжении возбудителя характер переходных процессов сохраняется близким к оптимальному.

1. Электропривод с синхронным двигателем по авт. св. М 520682, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью улучшения регулировочных характеристик и повышения перегрузочной способности синхронногс двигателя прн ограниченном напряжении возбудителя, в него дополнительно введен форМиронатель сигнала заданного реактивного момента синхронного двигателя, входы которого соединены с задатчиком потокосцепления и с регулятором возбуждения, а выход подключен к вычислительному блоку .

2. Электропривод по и. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что вычислительный блок с блоками умножения н каждой из цепей Формирования сигналов управления поперечной и продольной составляющих тока статора и формирователями сигналов заданного потокосцепления по продольной и поперечной осям содержит дополнительно дна сумматора и два блока умножения, первые входы которых соединены с выходом формирователя сигналов заданного потокосцепления по осям, при этом выходы всех указанных блоков умножения через упомянутые сумматоры подсоединены ко входам регуляторов продольной и поперечной составляющих тока статора.

3. Электронринод по пп. 1 и 2, о т л н ч а ю шийся тем, что формирователь сигнала заданного реактивного момента синхронного двигателя содержит последовательно включенные релейный элемент, динамическое звено, задатчик интенсивности и блок деления, вход деления которого соединен с задатчиком потокосцепления, 809460

10 а выход — с вычислительным блоком, при этом вход релейного элемента соеди не н с выходом регулятора возбужденияя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидеТельство СССР

9 520682, кл. Н 02 P 5/40, 1970.

809 460

Ч

Составитель A.Æèëèí

Редактор И.дмитровка Техред С.Иигуиова Корректор H ° Бабинец

Закаэ 452/73 Тираж 741 Нодпи си се

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по дел ам и э о бр ет ений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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