Электропривод переменного тока

Электропривод переменного тока

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в приводах подач металлорежущих станков . Целью изобретения является повышение быстродействия за счет увеличения скорости изменения тока возбуждения . Указанная цель достигается подключением в электроприводе переменного тока выхода регулятора 19 частоты вращения к второму входу регулятора 16 тока возбуждения. Выход блока 10 задания продольной составляющей напряжения статора синхронного двигателя 1 подключен к второму входу блока 9 прямого преобразования координат. Усилитель мощности 4 в электроприводе выполнен в виде инвертора напряжения. В электроприводе обеспечивается регулирование . момента двигателя 1 за счет изменения тока возбуждения с увеличенной требуемой скоростью изменения тока возбуждения. 1 ил. с SS (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5D 4 Н 02 P 7/42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4049881/24-07 (22) 04.04.86 (46) 15.01 88.Бюл. 11 2 (71) Новосибирский электротехничес кий институт (72) Б.М.Боченков, В.В.Жуловян, Е.И.Кутузов, С.Л.Рояк, Г.В.Рязановский, М.В.Толстиков и Я.В,Чупин (53) 621.316.718.5 (088.8) (56) Бродовский В.Н., Иванов Е.С.

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

Слежановский О.В. и др. Системы подчиненного регулирования электроприводов переменного тока с вентильными преобразователями. М.: Энергоатомиздат, 1983, с.96-97, рис.2.12. (54) ЭЛЕКТРОПРИВОД ПЕРЕМЕННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в

„„SU„„1367123 А 1 приводах подач металлорежущих станков. Целью изобретения является повьппение быстродействия за счет увеличения скорости изменения тока возбуждения. Указанная цель достигается подключением в электропрнводе переменного тока выхода регулятора 19 частоты вращения к второму входу регулятора 16 тока возбуждения. Выход блока 10 задания продольной составляющей напряжения статора синхронного двигателя 1 подключен к второму входу блока 9 прямого преобразования координат. Усилитель мощности

4 в электроприводе выполнен в виде инвертора напряжения. В электроприводе обеспечивается регулирование . момента двигателя 1 за счет изменения тока возбуждения с увеличенной требуемой скоростью изменения тока возбуждения. 1 ил.

1367123 динат, а выход датчика б частоты вращения соединен с другим входом регулятора 19 частоты вращения и с вторым входом блока 10 задания продольной составляющей напряжения статора.

В электроприводе переменного тока выход регулятора 19 частоты вращения соединен с вторым входом регулятора

1б тока возбуждения, выход блока 1О задания продольной составляющей напряжения статора подключен к второму входу блока 9 прямого преобразования коррдинат. Усилитель 4 мощности выполнен в виде иивертора напряжения.

Блок 9 прямого преобразования координат содержит умножители 20-23 и сумматоры 24 и 25. Первые входы умножителей 20 и 22 объединены и образуют первый вход блока 9 прямого преобразования координат, второй вход которого образован <.объединенными между собой первыми входами умножителей 21 и 23. Вторые входы умножителей 20, 23 и 21, 22 попарно соединены и образуют опорные входы блока 9 прямого преобразования координат, Выходы умножителей 20

24, а выходы умножителей 22 и 23— с входами сумматора 25, выход которовыход блока 9 прямого преобразования координат.

Блок 11 обратного преобразования координат содержит умножители 26 и 27 и сумматор 28. Первые и вторые входы умножителей 26 и 27 образуют соответственно основные и опорные входы блока 11 обратного преобразования координат. Выходы умножителей

26 и 27 подключены к входам сумматавляющей напряжения статора содержит последовательно соединенные ум" ножитель 29 и инвертирующий усилитель 30.

Синхронный двигатель 1 представляет собой машину с неявновыраженны е ми полюсами либо двигатель с элект ромагнитной редукцией.частоты вращения..Датчик 5 углового положения может быть выполнен на основе синусИзобретение относится к электротехнике, а именно к управляемому электроприводу на основе синхронного двигателя с электромагнитным возбуждением и инвертора напряжения, и может быть использовано в системах и механизмах с высокими динамическими требованиями, например в приводах подач металлорежущих станков. 10

Целью изобретения является повышение быстродействия за счет увели" чения скорости изменения тока возбуждения.

На чертеже представлена функ- 15 циональная схема электропривода переменного тока.

Электропривод переменного тока содержит синхронный двигатель 1 с фаэными обмотками 2 и 3 статора, 20 подключенный к выходу усилителя 4 мощности, датчик 5 углового положения и датчик 6 частоты вращения, установленные на валу синхронного двигателя 1 последовательно соединенные блок 7 задания поперечной составляющей тока статора и регулятор

8 поперечной составляющей тока статора, блок 9 прямого преобразования координат, первый вход которого под- 30 ключен к выходу регулятора 8 попереч и 21 соединены с входами сумматора ной составляющей тока статора, а выходы соединень с управляющими входаи усилителя 4 моя ности, блок 10 го и выход сумматора 24 образуют задания продольной составляющей 35 напряжения статора с двумя входами, блок 11 обратного преобразования координат с выходом поперечной составляющей тока статора, подключеннья .к другому входу регулятора 8 попе- 40 речной составлявшей тока статора и к первому вжоду блока 10 задания продольной составляющей напряжении статора, датчики 12 и 13 фазных токов статора, подключенные к входам бло" ц5 тора 28, выход которого образ ка 11 обратного преобразования ко- выход поперечной составляющей тока ординат возбудитель 1 4, подключен- . статора блока 1 1 обратного реобый выходом к обмотке 15 воэбужде- Разования координат. ния синхронного двигателя 1, регуля Блок 10 задания продольной состор 16 тока возбуждения, первый вход которого подключен к выходу датчика

17 тока возбуждения, а выход — к управляющему входу возбудителя 14, последовательно соединенные блок 18 задания частоты вращения и регулятор 19 частоты вращения. Выходы дат чика 5 углового положения соединены с опорньии входами блоков прямого 9 и обратного 11 преобразования коорМ =Ki (l ) 20 (3) 3 но-косинусного вращающего трансформатора с соответствующей электронной схемой обработки его выходной информации. Усилитель 4 мощности и возбудитель 14 могут выполняться на основе транзисторных ключей с релейными регуляторами тока.

Электропривод переменного тока работает следующим образом-(для примера возьмем неявнополюсный синхронный двигатель 1), Для создания момента на валу двигателя формируют токи в обмотке возбуждения f и в якорной обмотке по поперечной оси q ротора, не равные нулю. Момент двигателя при этом опре деляется выражением где if — ток в обмотке возбуждения; — поперечная составляющая ф якорного тока;

К вЂ” постоянный коэффициент, зависящий от параметров двигателя.

Регулирование величины момента, двигателя можно осуществлять как за счет изменения величины i< при номинальном токе возбуждения i =, в этом случне так и за счет изменения величины i< при номинальной величине в этом случае

Как следует иэ выражений (2 ) и (3 ), максимальный темп изменения момента определяется максимальным темпом изменения тока. Последний определяется в первом случае индуктивностью якорной обмотки по поперечной оси ротора L,,а во втором — индуктивностью обмотки возбуждения Lf.

Чем больше величины Ь 1 и Ь, тем меньшем допустимый темп изменения тока, а следовательно, и момента двигателя при фиксированной величине приложенного напряжения.

В рассматриваемом электроприводе решается задача увеличения требуемой

67! 23 скорости изменения тока возбуждения

dif /dt.

Сигнал i на выходе блока 7 sa% дания поперечной составляющей стато5 ра задает постоянное значение последней на входе регулятора 8. Регулятор 8 на основе информации о требуемом токе i и реальном i форми10 рует на своем выходе сигнал задания поперечной составляющей якорного напряжения U . Величина U с помощью блока 9 прямого преобра, зования координат преобразуется в сигналы задания фазных напряжений Ug u U для усилитер ля 4 мощности. В результате в фазах 2 и 3 протекают токи i+ и i>.

Датчики 12 и 13 фаэных токов опредет. ляют значения этих- токов, а на основе этой. информации с помощью блока

ll обратного преобразования координат определяется поперечная составляющая якорного тока i<, которая и поступает на другой вход регулятора

8 тока. На выходе блока 10 задания формируется сигнал, пропорциональный произведению частоты вращения ротора синхронного двигателя 1, полу30 чаемой с пояощью датчика 6 частоты вращения, и поперечной составляющей тока статора 1, снимаемой с выхода блока 11 обратного преобразования координат. Этот сигнал задает продольную составляющую напряжения

,с татора U+,.

При этом регулирование момента дигателя осуществляется за счет изменения тока возбуждения if. Сигна"

4р лом задания момента является выходной сигнал регулятора 19 частоты вращения на вхад которого подается сигнал задания с выхода блока

18 и сигнал, пропорциональный часто45 те вращения ротора двигателя 1 с выхода датчика 6. Выходной сигнал регулятрра 19 задает ток возбуждения ii, а следовательно, и момент двигателя в соответствии с выражением 11). Управление током ig ocy50 ществляется с помощью регулятора тока возбуждения 16 и возбудителя 14.

В рассматриваемом электроприводе поперечная составляющая тока i

55 задаетея постоянной а регулировайие момента осуществляется за счет управления током возбуждения.

Требуемое sначение поперечной с оставляющей якорного тока формирует-. йй dif ц- i R+L — --+L — -- (dLi д d dt "dt Ч (4) U i R+L — - 1+ыИ +Л i

di ° 20

Ч Ч dt (5) U L †- - + Ь вЂ --+ r, (6)

di dig

dt ddt 25 где i. i - поперечная и продольная

9,1 составляющие якорного тока;

R,r — активные сопротивления фазы якорной обмотки и обмотки возбуждения; — собственная индуктивность, якорной обмотки;

L — собственная индуктинР ность обмотки возбуждения; взаимная индуктивность между якорной обмоткой и обмоткой возбуждения;

ы — частота вращения ротора двигателя; ток в обмотке воэбуждеГ ния; — напряжение на обмотке

1 возбуждения;

Б,U — продольная и поперечная составляющие напряжения, приложенного к якорной обмотке.

Так как напряжение Ud формируется н электроприводе по выражению

П,1 = — ы11 {7), то из выражения

9 (4 ) имеем,30

40

50

d1d Й1Е

i R+ L — — — +1 — --= 0 (8) d dt " dt

Иэ выражений (6 ) и (7 ) получаем

dlf а

U = L ----(1 — — — -)+r i

f dt L.Lg 1 (9) 13671 ся за счет соответствующего задания поперечной составляющей якорного напряжения Б, а продольная составляющая напряжения Ug формируется пропорциональной произведению частоты вращения и тока

Покажем, что при этом обеспечивается высокий темп изменения тока возбуждения, а следовательно, и вы- 10 сокий темп изменения момента по сравнению с известны)М устройством.

Уравнения, описывающие электромагнитные процессы синхронного двигате- . ля в осях ротора и и q, имеют вид 15

23

-iR — ш

При выборе запаса по напряжению .источника питания, значительно большого падения напряжения на активном сопротивлении, уравнение (9 ) можно заменить приближенньи

d1f Lm

U "L — — (1- — — ) ° (10)

У существующих синхронных машин величина коэффициента магнитной связи составляет

Lm

K>* — = 0 9.

С учетом этог.о из выражения (10) получаем

10. (11)

Таким образом, реализация в электроприводе переменного тока управления синхронным двигателем со сторо1 ны обмотки возбуждения и выполнение соотношения {7) эквивалентного расположению на статоре короткоэамкнутого контура по продольной оси ротора, обеспечивает в сравнении с известным решением увеличение скорости изменения тока возбуждения, а следовательно, и быстродействия примерно в IO раз.

Формула изобретения

Электропривод переменного тока, содержащий синхронный двигатель, подключенный к выходу усилителя мощности, датчик углового положения и датчик частоты вращения, установленные на валу синхронного двигателя, последовательно соединенные блок задания поперечной составляющей тока статора и регулятор поперечной составляющей тока статора, блок прямого преобразования координат, первый вход которого подключен к выходу регулятора поперечной составляющей тока статора, а выходы соединены с управляющими входами усилителя мощности, блок задания продольной составляющей .напряжения статора с двумя входами, блок обратного преобразования координат с выходом поперечной составляющей

7 13671 23 8 тока статора, подключенным к другому прямого и обратного преобразования входу регулятора поперечной состав- координат, а выход датчика частоты ляющей тока статора, и к первому вращения соединен с другим входом входу блока задания продольной сос- регулятора частоты вращения и с вто-.

5 тавляющей напряжения статора, датчи- . рым вхцдом блока задания продольки фазных токов статора, подключен- ной составляющей напряжения статора ные выходами к входам блока обратно отличающийся тем, что, го преобразования координат, возбу- с целью повышения быстродействия за дитель, подключенный выходом к об- 10 счет увеличения скорости изменения мотке возбужцения синхронного дви- тока возбуждения, выход регулятора гателя, регулятор тока возбуждения, частоты вращения соединен с втопервый вхоц которого подключен к вы- рым входом регулятора тока возбуждеходу датчика тока возбуждения, а вы-,ния, выход блока задания продольход — к управляющему входу возбуди 16 ной составляющей напряжения стателя, последовательно соединенные тора подключен к второму входу .блок задания частоты вращения и ре- блока прямого преобразования

° гулятор частоты вращения, при этом координат, а усилитель мощности выходы датчика углового положения, вьвтолнен в виде инвертора напря- соединены с опорными входами блока 20 жения.

Составитель А.Жилин

Редактор Н.Швыдкая Техред М.Ходанич Корректор А.Обручар

Заказ 6849/53 Тираж 583 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул. Проектная, 4