Асинхронный электропривод

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ () (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 0206,75 (2! ) 2141092/07 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет (51)М. Кл. .

H 02 Р 7/36

HP 7/42

Государственный комнтет

СССР яо делам нзобретеннй

Н открытнй

Опубликовано 280281. Бюллетень Йо 8

Дата опублнкования описания 2802.81 (53) УДК 621. 316..718(088 ° 8) (72) Авторы изобретения

Л.Х.Дацковский, Л.И.Тарасенко, Ю.Г. Пикус, .Ю.Г.Шакарян, Ю.Е.Бабичев и П.Д.Андриенко (71) Заявитель (5 4) АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИ ВОД

Изобретение относится к частотно« регулируемым электроприводам и может быть использовано для прокатных станов, насосов, воздуходувок, шахтных подъемных машин, особенно при работе в неблагоприятных условиях среды, где требуется высококачественный, быстродействующий асинхронный электропривод с высокой перегрузной сгособностью и широким диапазоном регулирования скорости.

Известны электроприводы„ содержащие асинхронный двигатель с фазным ротором, в котором соответствующие фазные обмотки статора и ротора соединены последовательно или параллельно и подключены к преобразователю частоты с непосредственной связью

f1).

Однако такие электроприводы отличают с я низ ким к ачест вом регулированиякя скорости; кроме того, в них отсутствует устойчивость на некоторых частотах вращения.

Известен также электропривод,содержащий асинхронный двигатель с фазным ротором, в котором статор (ротор)

Подключен к питающей сети непосредственно, а ротор (статор) — через преобразователь частоты (2).

Недостаток известного электропривода состоит в сравнительно низком диапазоне регулирования. К тому же необходимо специальное дорогостоящее пусковое устройство для первоначального достижения рабочих скоростей.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является электропривод, который содержит асинхронный двигатель сфазным ротором,,а также содиненные по принципу подчиненного регулирования регуляторы потокосцепления

15 статора и намагничивающего тока ротора, регулятор скорости, регул ягор активного тока ротора, блок компенсирующих связей, блоки прямого и обратного преобразований, датчики фазных токов, напряжений, магнитного потока в воздушном зазоре, углового положения и скорости (3) Однако известный электропривод также имеет низкое качество регулирования скорости.

Цель изобретения — улучшение регулировочных свойств электропривода, расширение диапазона регулируемых

809461 скоростеи и повышение качества переходных процессов.

Поставленная цель достигается тем, что в асинхронный электропривод, содержащий асинхронный двигатель с фазным ротором, обмотки статора и ротора которого электрически соединены и подключены к преобразователю частоти с непосредственной связью„ датчики фазных гоков, напряжений, магнитного потока в воздушном зазоре, углового положения к скорости, регуляторы скорости и потокссцепления статора, пропорциональные и интегральные регуляторы намагничивающего и активного токов ротора, сумматоры компенсирующих связей, блоки прямого 15 и обратного преобразований координат, введены два делительных устройства, первое из которых входом "делимое" подключено к пропорциональному регулятору намагничивающего тока ротора, 2О второе — к пропорциональному регулятору активного тока ротора, вход делитель первого делктельногс устройства через сумматор и пропорционально-дифференцирующее звено с замедлением и вход делитель второго делктельногс устройства через другой сумматор подсоединены к выходу блока обратного преобразования координат с сигналом, пропорциональным ссэ (2Ф вЂ” х), где ч — угол между соответс-. вующкми осями системы координат, связанной с обобщенным вектором потокосцепления статора, и системы координат, связанной с неподвижным статором, а х — угол между соответствующими .осями координат, связанных со статором и ротором, при этом упомянутые сумматоры подсоединены также к соответствующим источникам едичичных сигналов, а выхо- 40 дь-; делительных устройств — к блоку прямого преобразования координат.

Вводятся также два множительных устройства, первый вход из которых подсоединен к выходу блока обратного преобразования с сигналом, пропорциональным проекции обобщенного вектора напряжения ротора на ось активного тока ротора, а выход через пропорционально-дифференцирующее звено с замедлением — к сумматору компенсирующих связей, включенному между регуляторами намагничивающегс тока ротора, первый вход другого множительного устройства подсоединен к выходу блока обратного преобразования с сигна55 лом, пропорцион альным проекции обобщенногс r- ектора напряжения ротора на ось потокосцепления статора, а выходк сумматору компенсирующих связей, включенному между регуляторами активного го тока ротора. При этом вторые входы упомянутых множительных устройств подсоединены к выходу блока обратно го преобразования с сигналом, пропорциональным sin (2 Ф вЂ” х) . 65

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого асинхронного электропривода.

Регулирование тока ротора асинхронного двигателя (АД) производится в осях ортогональной скстеыя координат, одна иэ которых направлена по обобщенному вектору потокосцепления статора, а другая — в опережающем на

90 электрических градусов напряжении.

Фазные обмотки А, В, С статора и

0 5 г С Ротора электрически соединены между собой и подключены к преобразователю частоты с непосредственной связью (ПЧНС) . В фазные цепи включены датчики токов (ДТ) и напряжений (ДН), В воздушном зазоре АД установлены датчики Холла (ДХ1) и (ДХ2), а на валу — датчик углового положения (ДП) и тахогенератор (ТГ). Выходы датчиков подсоединены к блоку обратного преобразования координат (БОПК) .

Ко входу ПЧНС подсоединен блок прямого преобразования координат (БППК) .

Из уравнениЯ. и структурной схемы

АД с электрическим соединением обмоток статора и ротора следует, что в

АД возникают не только внутренние перекрестные связи, свойственные обычному АД, но к нелинейные перекрестные связи между внешними воз— действиями (напряжениями) . Кроме того, возникают дополнительные нелинейности в прямых каналах. Последние обстоятельства служат серьезным препятствием для синтеза высококачественного электропривода, так как затрудняют формирования рациональных з аконов изменения основных величин, от которых зависит электромагнитный момент АД, а именно потокосцепления статора Ч и активного тока ротора

1 r °

Линеаризация каналов управления в предлагаемом электроприводе осуществляется с помощью введенных в прямые каналы делктельных устройств

Д1 и Д2, подключенных своими входами делимое к выходам пропорциональных регуляторов токов РТ1 и РТ2, а своими выходами — к входам БППК.

Входы делитель Д1 и Д2 формируются в виде сумм единичного сигнала и сигнала cos(2Ч вЂ” х), где Ч вЂ” угол между осью обобщенного вектора потокосцеплении статора и осью о(. статора (магнктная ось фазы А), à x — угол между осью М статора и осью оС ротора (магнитная ось фазы а.) . При этом сигнал соя (2 Ч вЂ” х) поступает на Д1 черезз пропорционально-дк ффер ен цирующее звено с замедлением ПД31.

Развязка по управляющим воздействиям осуществляется с помощью множительных устройств ИУ1 и Иу2, причем

Выход Му1 через пропорционально-днфференцирующее звено с замедлением

ПД32 соединен со входом сумматора з блоке компенсирующих связей, включен809461 ного между интегральным регуляторам

I намагничивающего тока РТ1 и регулятор РТ1, а выход Му2 непосредственно соединен со нходом сумматора и блоке компенсирующих связей, включенного между интегральным регулятором акс тинного тока РТ2 и регулятором РТ2.

Включение формирующих звеньев позволяет производить формирование координаты Ч з в функции одной величины компенсируя вторую (нелинейную) составляющую этой координаты, в результате чего упрощается синтез регуляторов.

После произведенной линеаризации и развязки по внешним ноздействиям развязка каналов управления по осталь- t5 ным (внутренним ) связям АД не вызывает затруднений.

Вход регулятора РТ2 через делительное устройство ДЗ связан с выходом регулятора скорости (РС) и с выходом Щ

БОПК с сигналом активного тока iver °

Делительное устройство ДЗ линеариэует подсистему регулирования момента при изменении потокосцепления статора АД.

На вход РС через фильтр (Ф) и за- 25 датчик интенсивности (ЗН) подается сигнал заданной скорости ю,„. Кроме того, на вход PC поступает сигнал обратной снязи по частоте и), вращения вала. Вход РТ1 связан с выходом регулятора потокосцепления (РП) и с выходом БОПК с сигналом тока намагничивания iq .

На вход РП подается сигнал,пропорциональный заданному потокосцеплению Vq, а также выходной сигнал Ч

БОПК.

Множительные устройства М З, Му4 и МУ5 формируют сигналы, компенсирующие внутренние обратные связи АД.

Положительная связь по сигналу Ч э, 40 вводимая в верхний узел компенсирующих связей, также компенсирует собственную внутреннюю связь АД н канале регулирования потокосцепления.

Делительное устройство ДЗ линеа- 45 ризу ет подсистему регулировани я электромагнитного момента двигателя.

Формирование рациональных законов изменения основных координат V q и

1 г производится с помощью РТ1, РТ2, РП и PC. включенных по принципу подчиненного регулирования параметров с последовательной коррекцией.

Введение внутренних контуров регулирования фазных токов с пропорциональными регуляторами фазных токов

РТ1 и РТ2 упрощает компенсацию внутренних связей АД и линеаризацию нелинейностей ПЧНС.

В блоке обратного преобразования

ОПК производится формирование гар- 60 монических функций sin > и cos+,определение амплитуды потокосцепления статора и составляющих напряжений и токов ротора 13, L1gq, 1 „, iy„no осям- регулирования, определение час- 65 тоты скольжения формирование гармонических функций sin(2Ч -x) и

cos(2 V — х).

В блоке прямого преобразования

БППК производится форьярование соответствующих напряжений управления для ПЧНС по сигналам каналов регулиронания намагничивающего и активного токов ротора.

Предлагаемый электропривод н типовом режиме работает следующим образом. При пуске на вход ЗИ подается ступенчато постоянный сигнал u3щ задания скорости,на входе ЗИ получаем линейно изменяющийся с требуемым темпом сигнал. Фильтр (ф) демпфирует этот сигнал, чем уменьшается перерегулирование динамического момента примерно до 8Ъ. Далее сигнал с выхода Ф поступает на вход РС, где он алгебраически суммируется с сигналом обратной связи датчика ТГ частоты вращения. PC формирует на выходе сигнал, пропорциональный заданному моменту двигателя M который после прохождения через ДЗ образует сигнал установки активного тока двигателя (°

Одновременно на вход регулятора потокосцепления (РП) подаются сигна лы задания и обратной связи по hoтокосцеплению статора, à íà его выходе получается сигнал задания намагничивающего тока двигателя i<„.

Кон туры ре гули ров ани я токов формируют требуемые диаграьеы пусковых токов (активного и намагничивающего), обеспечивая поддержание с малым перерегулированием постоянного динамического момента.

В предлагаемом асинхронном электроприводе обеспечивается устойчивость во всех режимах работы и высокая перегрузочная способность ограничиваемая.лищь мощностью источников питания и механической прочностью двигате5ч я.

В эл ектропри воде по к аз ат ели к ачества переходных процессов соответствуют стандартным характеристикам нысокодинамичных линейных приводов с подчиненным регулированием параметров. Диапазон регулирования скорости обеспечивается не менее 10:1 при минимальной рабочей скорости

0,1 1.7н, что оДновРеменно исключает необходимость применить специальное пусковое устройство и упрощает пуск и реверс электропривода.

Кроме того, электропривод прост в настройке и обеспечивает ограничения регулируемых величин.

Формула иэoápетения

Асинхронный электропривод, содержащий асинхронный двигатель с фазным ротором, обмотки статора и ротора ко809461

ВНИИПИ Заказ 452/73 Тираж 741 Подписное

Филиал ППП "Патент",г.ужгород,ул.Проектная,4 торого электрически соединены и подключены к преобразователю частоты с непосредственной связью, датчики фазных токов, напряжений, магнитного потока в воздушном зазоре, углового по° ложения и скорости, регуляторы скорости и пот окосц епл ени я ст ат ора, пропорциональные и интегральные регуляторы намагничивающего и активного токов ротора, сумматоры компенсирующих связей, блоки прямого и обратного преобразований координат, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью улучшения регулировочных свойств, в него введены два делительных устройства, первое из которых входом делимое подключено к пропорциональному регулятору намагничивающего тока ротора, второе — к пропорциональному регулятору активного тока ротора, вход делитель первого делительного устройства через сумматор и:пропорционально-дифференцирующее звено с замедлением и вход делитель второго делительного устройства через другой сумматор подсоединены к выходу блока обратного преобразования координат с сигналом, пропорциональным cos(29 -x), где y — угол между соответствующими осями системы координат, связанной с обобщенным вектором потокосцепления статора, и системы координат, связанной с неподвижным статором, а х — угол между соответствующими осями систем координат, связанных со статором и рота- » ром, при этом упомянутые сумматоры подсоединены также к соответствующим источникам единичных сигналов, а выходы делительиых устройств — к блоку прямого преобразования координат, к введены также два множительных устройства, первый вход одного иэ которых подсоединен к выходу блока обратного преобразования с сигналом, пропорциональным проекции обобщенного вектора напряжения ротора на ось активного тока ротора, а выход через пропорционально-дифференцирующее звено с замедлением — к сумматору компенсирующих связей, включенному между регуляторами намагничивающего тока ротора, первый вход другого множительного устройства подсоединен

15 к выходу блока обратного преобразования с сигналом,,пропорциональным проекции обобщенного вектора напряжения ротора на ось потокосцепления статора, а выход — к сумматору ком2О пенсирующих связей, включенному между регуляторами активного тока ротора, при этом вторые входы упомянутых множительных устройств подсоединены к выходу блока обратного преобразования с сигналом, пропорциональным sin(2Фх) .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Бродовский В.Н., Иванов E.Ñ.

Приводы с частотно-токовым управлением. М., Энергия, 1974.

2. Патент CUlA Р 3611082, кл. 318-187, 1971.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке 1956685, 03.09.73.