Автоматический регулятор возбуждения для асинхронного электродвигателя с фазным ротором

 

Союз Советских

Социапнстическнх республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДВТВЛЬСТЕУ

<и>928595 (61) Дополнительное к ввт. свид-ву(22) Заявлено 01 . 02. 80 {21) 2876548/24-07 с прнсоеаинениен заявки М (23) 0рнорнтет(5! )М, Кл.

Н 02 Р 9/14

Гооударотжниый конитат

СС.СР по делан изобротеиий и открытий

Опубликовано 15 . 05 . 82- Бюллетень М 18 (53) УДК 621 ° 313. .322.072. .2 (.088.8) Дата опубликования описания 15. 05. 82 (72) Автор изобретения

А. A . .Кру глый

Центральное проектно-конструкторское и т бюро крупных электрических машиМ = =--(7l) Заявитель (54) ИВТОМАТИЧЕСКИЙ РЕГУЛЯТОР ВОЗБУЖДЕНИЯ

ДЛЯ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

С ФАЗНЫМ.РОТОРОМ

Изобретение относится к электротехнике, а более конкретно к устрой- ствам для регулирования частоты вра1 щения, а также для регулирования возбуждения электрических машин, и может быть применено в горнорудной, нефтяной, химической и других отраслях промышленности.

Известен автоматический регулятор возбуждения для асинхронной машины . с фазным ротором, обмотки статора которой подключены к сети, а обмотки ротора - к преобразователю частоты, содержащий углоизмерительную машину, линейный преобразователь гармоничес3S кого выходного. сигнала углоизмерительной машины, фазовращатель, нелинейный преобразователь и выходной преобразователь. Нелинейный преобразователь выполнен в виде набора прерывателей (ключей) и элементов памя", ти (конденсаторов ). При этом каждый прерыватель соединен со своим элементом памяти. Прерыватели включены

2 в цепь между углоизмерительной маши" ной и выходным преобразователем, а управление прерывателями осуществляется от блока управления, подключенного к сети через фазовращатель 31l °

Недостаток данного устройства состоит в том, что диапазон скольжений с гармоническим выходным сигналом ограничен и составляет не более

0,14-0, 15. Для большинства приводов требуется величина скольжения не менее 0,20-0,25. Кроме того, в этом регуляторе отсутствуют цепи управле" ния, как амплитудой, так и фазой выходного напряжения. При работе с диапазоном скольжений более О, 15 этот регулятор создает увеличенные потери в асинхронной машине, а отсутствие цепей управления амплитудой и фазой снижает устойчивость.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является автоматический регулятор возбуждения pflR асинхронного электродвигателя с фаз3 . 92859 ным ротором, содержащий преобразователь частоты, снабженный выводами для подключения к роторной обмотке электродвигателя, блок измерения ско. рости и положения ротора, асинхронного электродвигателя, датчики напряжения и тока обмотки статора асинхронного электродви.гателя, подсоединенные к формирователю сигналов параметров режима, блок фазоим- 1О пульсного управления преобразователем, выход которого соединен с преобразователем, и формирователь гармонического сигнала скольжения, выход которого соединен со входом блока фа- g зоимпульсного управления. Блок измерения скорости вращения и положения ротора электродвигателя составлен из двух датчиков, причем датчик положения ротора выполнен в виде блока с zo гармоническим выходным сигналом.

Формирователь гармонического, сигнала скольжения содержит блок электронных интеграторов и блоки прямого преобразования координат в виде на- щ бора блоков умножения величин. При этом выход датчика положения соединен со входом блока электронных интеграторов, выход которого подключен к одному входу первого блока прямого преобразования координат, второй вход которого соединен с выходом формирователя сигналов .параметров режима, выход первого блока прямого преобразования координат соединен с одним входом второго блока преобразования координат. Выход блока прямого преобразования соединен. со входом блока фазоимпульсного управления преобразо вателем, а второй вход второго блока преобразования координат соединен с выходом датчика напряжения статора 2

Недостатками этого регулятора являются сложность выполнения датчика положения, сложность настройки блоков интегрирования и прямого преобразования координат и необходимость регулярной проверки и подстройки этих блоков в эксплуатации. Кроме того, в рассматриваемом регуляторе используют блок с гармоническим выходным сигналом. Выполнение такого датчика совместно с асинхронной машиной, как единого целого, оказывается нерациональным, так как или требуется уклад- 5 кв -распределенной обмотки, или выполнение -механических работ повышенной тачйостй в случае импульсного преоб5 4 разователя частоты вращения в гармонический сигнал. Необходимость индивидуальной и регулярной настройки возникает в связи с нестабильностью электронных интеграторов (смещение нуля) и блоков умножения, имеющих заметную погрешность при малых выходных сигналах (даже в микросхемном выполнении) ° В случае же применения дополнительных стабилизирующих связей сложность и стоимость этого регулятора резко возрастает. Эти недостатки затрудняют .внедрение эффективного вида привода, поскольку во многих случаях квалифицированное регулярное обслуживание исключается.

Целью изобретения является упрощение и повышение эксплуатационной надежности.

Поставленная цель достигается тем, что в автоматическом регуляторе возбуждение для асинхронного электродвигателя с фазным ротором, содержа,щем преобразователь частоты, снабженным выводами для подключения к роторной обмотке асинхронного электродвигателя, блок измерения скорости вращения и положения ротора асинхронного электродвигателя, датчики напряжения и тока обмотки статора асинхронного электродвигателя, подсоединенные к формирователю сигналов параметров режима, блок фазоимпульсного управления преобразователем, выход которого соединен с преобразователем, и формирователь гармонического сигнала скольжения, выход которого соединен с входом блока фазоимпульсного управления, блок измерейия скорости вращения и положения ротора асинхронного. электродвигателя выполнен импульсным, а в формирователь гармонических сигналов скольжения введены прерыватели, многофазный вариатор амплитуды напряжения сетевой частоты, элементы памяти, число которых равно числу фаз ротора электродвигателя, блок сдвига фаз и распределитель импульсов, причем выход блока измерения скорости вращения и положения подключен через блок сдвига фазы, распределитель импульсов подсоединен к управляющим цепям прерывателей, входы которых подключены к выходам многофазного вариатора амплитуды напряжения сетевой частоты, а выходы объединены и подключены к элементу памяти и образуют выход блока фазоимпульсного управления пре928

1О

25 образователем, а вход многофазного вариатора амплитуды напряжения сетевой частоты соединен с формирователем сигналов параметров режима.

На фиг.1 изображена схема регулятора возбуждения для асинхронного электродвигателя с фазным ротором; на фиг.2 — временные диаграммы формирования. синусоидального напряжения ча стоты скол ьже ния .

Автоматический регулятор возбуждения для асинхронного электродвига-теля 1 с фазным ротором включает в себя блок 2 измерения скорости вращения и положения ротора асинхронного электродвигателя, датчик 3 напряжения и датчик,4 тока обмотки статора асинхронного электродвигателя.

Блок 2 может быть выполнен, например, в виде одной или нескольких сосредоточенных катушек с ферромагнитными сердечниками, размещенными на статоре асинхронного электродвигателя 1 и ферромагнитного элемента с переменным зазором на роторе асинхронного электродвигателя 1, например в виде выступов, "флажков" или шестерни с числом пазов, обеспечивающим частоту

150 Гц при одной катушке или 50 Гц при трех катушках. На пару полюсов асинхронного электродвигателя 1 требуется соответственно три или один выступ. Блок 2, датчики 3 и 4 соединены с формирователем 5 сигнала параметров режима, например, сигналов реактивного тока и скорости. Выход блока 2 соединен со входом блока 6 сдвига фазы, на второй вход которого подведен выход 7 формирователя 5 сигналов параметров режима. Выход 7 формирователя 5 является многомерным, в частности двумерным. Одна составлящая выхода 7 может соответствовать сигналу реактивного тока, другаяскорости. Выход блока 6 через распределитель 8 импульсов, выполненный по

m-канальной системе цепей 9-11, подсоединен к управляющим цепям прерывателей 12-17. Прерыватели 12-14 образуют одну группу, соединенную с элементом 18 памяти, а остальныедругую, соединенную с элементом 19 памяти. На входы всех прерывателей поданы выходы многофаэного, в частности е-фаэного вариатора 20 амплитуды напряжения сетевой частоты, на вход которого подключен выход 7 формирователя 5 сигналов параметров режима. Вариатор 20 может иметь дву595 6. мерный или одномерный вход. При двумерном входе изменяется как амплитуда, так и фаза выхода вариатора.

В дальнейшем для простоты рассмат" ривается только вариант с одним иэ входов многофазного вариатора 20 амплитуды напряжения сетевой частоты.

Иногофаэный вариатор 20 амплитуды напряжения сетевой частоты может быть выполнен с помощью коммутаторов, преобразующих постоянное напряжение выхода формирователя 5 в систему ю-напряжений прямоугольной формы с амплитудой, равной выходному сигналу формирователя 5. Прямоугольные напряже" ния фильтруются и образуют синусои- .

„ альное напряжение. Такое выполнение . вариатора 20 обеспечивает высокую точность, стабильность, симметрию выходных сигналов при всех амплитудах выхода формирователя 5.

Элементы 18 и 19 образуют каналы и --фаэной системы, напряжения которой имеют частоту скольжения, и управляют через соединенный с ними блок 21 фазоимпульсного управления преобразователя 22 частоты, питаемым от источника 23. Число каналов соответствует числу фаз ротора. В данном случае и 2. Цепи 9-11 к прерывателям

15-17 подсоединены со смещенным чередованием. Блок 2 может выполняться в виде двух отдельных датчиков: датчика скорости вращения и датчика по" ложения. Блок 6 сдвига фазы может вы3S полняться как блок фазоимпульсного управления вертикального принципа

"действия.

Устройство работает следующим образом.

На фиг.2 показана временная диаграмма для трехфазного варианта. Сим,волами а,b,с обозначены фазы напря1 жения частоты сети f на выходе мно45 гофазного вариатора 20 амплитуды напряжения сетевой частоты. В нашем случае f 50 Гц. Символами dieiJ обозначены три последовательности импульсов, каждая иэ которых имеет частоту f- (1 -5) где 8 - скольжение ротора асинхронного электродвигателя

1 относительно поля статора, образо- ванного напряжением частоты.f. Эти последовательности . сдвинуты между собой на угол . В цепь фазы а вклю- . чен прерыватель, управляемый после.довательностью импульсов 6, в цепь фазы Ь - прерыватель, управляемый импульсаии,е, и аналогично включение

7 92859 прерывателя относительно фазы с и импульсов j . В момент появления импульса d прерыватель 12 (фиг.1) замыкается, и на элементе памяти 18, выполненного в виде конденсатора (фиг.1), остается напряжение соответствующей фазы (в данном случае фазы d ). Это напряжение сохраняется до появления следующего импульса е, оставляющего на конденсаторе напряже- 1О ние фазы Ь, соответствующее моменту появления импульса Е и т.д. В результате на конденсаторе 18 образуется напряжение ступенчатой формы, приближающейся к синусоиде. Из-за разности частот синусоидального напряжения и последовательности импульсов импульс как бы перемещается по синусоиде со скоростью, равной разности частот, т.е. со скольжением S воспроизводя в виде ступенек эту синусоиду в растянутом масштабе времени. Отметим, что выбрав произвольную форму несущей частоты, получим аналогичную форму напряжения час- тоты скольжения.

Полученное на элементах 18 и 19 памяти напряжение частоты скольжения определяет угол управления тиристоров преобразователя 22 через блок 21

ЗО фазоимпульсного управления. Преобразователь 22 является силовым усилителем, воспроизводящим форму сигнала на входе блока 21. Изменения амплитуды и фазы напряжений на элементах

18 и 19 памяти изменяют амплитуду и фазу напряжения ротора асинхронного электродвигателя 1. Синусоидальная форма этих сигналов обеспечивает минимальные потери в электродвигателе

1 сравнительно с другими формами уп равляющего блоком 21 напряжения.

Для стабилизации скорости и реактивной мощности электродвигателя 1

1введены обратные связи, осуществляемые формирователем 5 сигналов параметров режима, на вход которого подаются сигналы блока 2 и датчиков. 3 и

4. Выходной сигнал Формирователя

5 поступает на вход 7 и воздействует на амплитуду вариатора 20 и фазу блока б, что пропорционально изменяет фазу и амплитуду напряжений на входе блока 21, а соответственно и напряжение ротора асинхронного электродвигателя. Таким образом, напряжение ротора увеличивается с ростом скольжения, а его фаза устанавливается соответствующей данной нагрузке на валу асинхронного электродвигателя 1 и заданной реактивной мощности.

Технико-экономи че ские преимущества данного регулятора сводятся к упрощению устройств;, снижению потерь в асинхронной машине и повышению эксплуатационной надежности. Упрощение аппаратуры достигается за счет того, что блок измерения скорости вращения и положения может быть выполнен в виде отдельных сосредоточенных катушек с ферромагнитными сердечниками, расположенными на статоре асинхронной машины, и ферромагнитного элемента с переменным зазором, расположенным на роторе асинхронного электродвигателя. Такое упрощение оказывается возможным благодаря соединению катушек с управляющими входами прерывателей через блок сдвига фазы импульсов, иными словами благодаря выполнению цепи от блока измерения скорости вращения и положения ротора до прерывателей как импульсной с числом каналов не более фазности вариатора амплитуды. Упрощение настройки достигается за счет того, что формирователь сигнала скольжения выполнен на импульсных элементах, заменивших аналоговые интеграторы и аналоговые перемножители. Погрешность импульсных weментов определяется только точностью и стабильностью пассивных .элементов, тогда как точность и стабйльность аналоговых интеграторов и перемножителей снижается сравнительно с импульсными элементами за счет погрешностей активных элементов. Постоянство характеристик импульсных элементов повышает надежность эксплуатации, не требуя регулярных проверок.

Формула изобретения

Автоматический регулятор возбуждения для асинхронного электродвигателя с фазным ротором, содержащий преобразователь частоты, снабженный выводами для подключения к роторной обмотке асинхронного электродвигателя, блок измерения скорости и положения ротора асинхронного электродвигателя, датчики напряжения и тока обмоток с гатора, подсоединенные к соответствующим входам формирователя сигналов параметров режима, блок фазоимпульсного управления преобра92859 зователем, выход которого соединен с преобразователем, и формирователь гармонического сигнала скольжения, выход,которого соединен с входом блока фазоимпульсного управления, отличающийся тем, что, с целью упрощения и повышения эксплуатационной надежности, блок измерения скорости и положения ротора асинхронного электродвигателя вы- 16 полнен импульсным, а в формирователь гармонических сигналов скольжения введены прерыватели, разделенные на две группы, многофазный вариатор амплитуды напряжения сетевой частоты, ts элементы памяти, число которых равно числу фаз роторной обмотки асинхронного электродвигателя, последовательно соединенные между собой блок сдвига фазы и распределитель импульсов, рв причем выход блока измерения скорости вращения и положения ротора асинхронного электродвигателя подключен к первому входу блока сдвига фазы, второй вход которого соединен с выхо- 2s

5 10, дом формирователя сигналов параметров режима, а выход распределителя импульсов соединен с управляющими цепями прерывателей указанных групп, входы которых подключены к выходам многофазного вариатора амплитуды напряжения сетевой частоты, выходы прерывателей в каждой группе объединены и подключены к входу соответствующего элемента памяти и входу фазоимпуяьс- ного управления, а вход многофазного вариатора амплитуды напряжения сетевой частоты соединен с выходом формирователя сигналов параметров режима.

Источники информации, принятые во внимание при экСпертизе

1. Авторское свидетельство СССР

11 323835в кл. H 02 P 9/14, 1972.

2. Блоцкий Н.Н. и:др. Иашины двойного питания. "Итоги науки и техники". Серия "Энергетические машины и трансформатораты". И., ВИНИТИ, 1979 r., т. 2, с. 26, рис. 2.

Составитель В. Тарасов

Редактор Т.Кинь Техред 11. Над

Корректор Л. Бокаан

Заказ 3279/73 Тираж 719 Подпи сное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент", г.Ужгород, ул.Проектная, 4