Способ управления асинхронным двигателем с фазным ротором

Способ управления асинхронным двигателем с фазным ротором

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к электротехнике . Целью изобретения является увеличение cos ф асинхронного двигателя. Указанная цель достигается тем, что в способе управления асинхронным двигателем с фазным ротором изменяют величину напряжения , подводимого к статорной обмотке асинхронного двигателя, посредством преобразователя напряжения пропорционально заданному моменту, а именно уменьшают от номинального значения. В результате уменьшают потребление реактивной мощности. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (59 4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4179751/24-07 (22) 4.01.87 (46) 07.07.88. Бюл. № 25 (71) Институт электродинамики АН УССР, Киевский политехнический институт им. 50летия Великой Октябрьской социалистической революции и Украинский научно-исследовательский и конструкторский институт

«Укрниипластмаш» (72) И. В. Волков, В. Н. Исаков, А. П. Плугатарь, B. П. Стяжкин, А. В. Ковальчук, Г. Г. Восканян, В. П. Аркушин и А. Л. Радченко (53) 621.34.57 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1100705, кл. Н 02 Р 7/628, 1983.

Авторское свидетельство СССР № 1272463, кл. Н 02 P 7/62, 1985.

„.Я0„„1408516 А 1 (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ С ФАЗНЫМ POTOРОМ (57) Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является увеличение cos y асинхронного двигателя. Указанная цель достигается тем, что в способе управления асинхронным двигателем с фазным ротором изменяют величину напряжения, подводимого к статорной обмотке асинхронного двигателя, посредством преобразователя напряжения пропорционально заданному моменту, а именно уменьшают от номинального значения. В результате уменьшают потребление реактивной мощности.

1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1408516

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах на базе асинхронного двигателя с фазным ротором, где нужно регулировать скорость и момент независимо друг от друга в широком диапазоне, плавно изменять ускорение привода, отрабатывать необходимые циклограммы работы механизмов.

Цель изобретения — увеличение cos p асинхронного двигателя.

На фиг. 1 представлена функциональная схема электропривода, реализующего способ управления асинхронным двигателем с фазным ротором; на фиг. 2 — механические характеристики двигателя при предлагаемом способе управления.

Электропривод содержит асинхронный двигатель 1 (фиг. 1) с фазным ротором, обмотки статора которого подключены к се-! ти 2 переменного тока через регулируемый ( преобразователь 3 напряжения. Выводы обмоток ротора подключены к входу первого мостового выпрямителя 4, катодная группа вентилей которого соединена с анодной группой вентилей второго мостового выпрямителя 5. Трехфазный вход второго мостового выпрямителя 5 подключен к сети 2 через параметрический стабилизатор 6 переменного тока. Электропривод содержит также ведомый сетью инвертор 7, анодная группа вентилей которого соединена с катодной группой вентилей второго мостового выпрямителя 5, а катодная группа вентилей — с анодной группой вентилей первого мостового выпрямителя 4. Трехфазный выход ведомого сетью инвертора 7 подсоединен к сети 2. На валу асинхронного двигателя 1 установлен датчик 8 скорости, выход которого соединен с первым входом элемента 9 отсечки блока 10 управления, второй вход которого является задающим. Выход элемента 9 отсечки связан с инвертирук>щим входом сумматора 11 блока 10 управления, а его неинвертирующий вход служит для задания требуемого значения момента. Выход сумматора 11 подсоединен к управляющему входу регулируемого преобразователя 3 напряжения.

Момент, развиваемый асинхронным двигателем, записывается следующим образом:

М = С..Ф гIг cos Qg, (1) где Ф вЂ” магнитный поток поля статора;

I — действующее значение тока в ро орной обмотке; C» — конструктивный коэффициент машины; g — угол сдвига между ЭДС и током ротора.

Поддерживая в роторной обмотке двигателя неизменным по амплитуде Iг и фазе фг переменный ток, исключают прямую зависимость тока Iг от ЭДС, наводимой в роторе магнитным потоком машины. Тем самым исключают размагничивающее действие ЭДС ротора, т.е. ее влияние на магнитный поток машины, а значит, на момент, кото5 10

55 рый поэтому не зависит от скорости. Отсюда следует, что величины Iг и Ф i могут задаваться независимо, и асинхронный двигатель с фазным ротором управляется по двум независимым каналам: со стороны статора или ротора.

Так как в роторной обмотке поддерживают неизменным по амплитуде и фазе переменный ток, то это означает постоянство значений I> и cos фг. Тогда выражение (1) можно записать следующим образом:

М= К Фи (2) где К =С1гсозфг — постоянный коэффициент.

Магнитный поток поля статора Ф при постоянстве частоты подводимого к статорной обмотке напряжения определяется главным образом величиной этого напряжеHHfl U ..

U =С Ф, или Ф, =C U„ (3)

i где С = — — постоянный коэффициент.

Поскольку номинальная точка выбирается на середине колена кривой намагничивания двигателя, а напряжение, подводимое к статорной обмотке, не превышает номинального в предлагаемом способе, выражение (3), согласно известным методам линеаризации кривых, справедливо.

В рассматриваемом электроприводе величину подводимого к статорной обмотке напряжения U формируют пропорционально управляющему сигналу Uv, в качестве которого используют сигнал задания момента

U.M, т.е.:

Ui=KMVy или Ui = КцUçи, (4) где ʄ— постоянный коэффициент.

Реализация (2) — (4) позволяет регулировать момент двигателя.

В рассматриваемом электроприводе напряжение, подводимое к статорной обмотке Vi, уменьшают от его номинального значения (I> и Ч г — постоянны), при этом процентное содержание реактивной составляющей тока, потребляемого двигателем из сети, уменьшается по сравнению с активной за счет снижения расходования реактивной мощности на намагничивание машины, что означает уменьшение потребления реактивной мощности двигателем из сети, увеличение его cos y, Таким образом, для любого фиксированного значения момента двигателя, кроме номинального, в рассматриваемом электроприводе обеспечивается уменьшение реактивной мощности, потребляемой двигателем из сети, и увеличение его cos q>.

В рассматриваемом электроприводе асинхронный двигатель представляет собой не источник скорости, а источник момента, величина которого не зависит от скорости благодаря нейтрализации действия внутренней обратной связи двигателя по ЭДС ротора, т.е. исключения зависимости тока ротора Iг, определяющего момент М, от ЭДС

1408516

25

М вЂ” Mc (0 = Щнач + (8) где ь, ю-« — соответственно действительное и начальное значения скорости двигателя; М. — момент сопротивления (нагрузки) на его валу; 1. — суммарный с нагрузкой момент инерции; t — текущее значение времени.

Способ осуществляют следующим образом.

В результате подачи напряжения сети 2 на вход преобразователя 3 напряжения параметрического стабилизатора 6 и выход инвертора 7 к статорной обмотке двигателя 1 подводится напряжение с частотой сети 2, величина которого формируется с помощью преобразователя 3 и определяется сигналом задания момента U., поступающего от блока 10 управления на управляющий вход преобразователя 3 напряжения (формирование сигнала отсечки прекращают, например, установкой сигнала задания скорости Uбольшим сигнала, пропорционального максимально возможной скорости Ь).

В цепи постоянного тока электропривода протекает .неизменный выпрямленный ток параметрического стабилизатора 6, что обеспечивает поддержание неизменным по амплитуде переменного тока в роторной обмотке двигателя 1 при изменении со скольжением ЭДС ротора (I = const).

Так как инвертор 7 работает при фиксированном угле управления вентилями, напряжение на его входе постоянно, значит постоянна энергия, регулируемая им в сеть 2.

35 ротора Е, которая, в свою очередь, зависит от скорости (скольжения S) — Е = Ei S, где Ei — значение ЭДС при неподвижном роторе (S=I). Скорость при этом является свободной координатой, нерегулируемой, определяемой только свойствами нагрузки двигателя.

Для того, чтобы скорость стала регулируемой координатой, дополнительно формируют сигнал, пропорциональный действительному значению скорости: (5) где К вЂ” коэффициент пропорциональности.

При превышении сигналом U сигнала задания скорости Uq формируют сигнал отсечки, пропорциональный их разности:

U... = К„(Ы.— U ), (6) где К вЂ” коэффициент пропорциональности, который вычитают из сигнала задания момента V... и результирующий сигнал используют управляющим Uy = 11зм — Voce.

Величину подводимого к статорной обмотке напряжения формируют пропорционально этому сигналу:

У = KoUy или U) = Кц (1)ам — Voce ) . (7)

Уравнение движения имеет вид:

С изменением скольжения, например увеличением, растет ЭДС ротора Ео, увеличивается напряжение на выходе выпрямителя 4 и, вследствие постоянства напряжения на входе инвертора 7, уменьшается напряжение на выходе выпрямителя 5.

Уменьшение напряжения на выходе выпрямителя 5 означает уменьшение потребления стабилизатором 6 активной мощности из сети 2, а величина энергии скольжения при этом увеличивается пропорционально скольжению ротора S. Такое перераспределение потоков энергий и воспринимается как введение в роторную обмотку двигателя 1 некоторого дополнительного активного сопротивления, которое в сумме с собственным активным сопротивлением роторной обмотки дает эквивалентное активное сопротивление, изменяющееся пропорциоГ) нально скольжению, и равно R--.— аннин

Это обеспечивает поддержание неизменным по фазе переменного тока в роторной обмотке двигателя 1, что видно из выражения ф, (. > ) = "- — "- . аман = COnSt. (9) ЭКЬ где r>, х — соответственно активное и индуктивное сопротивления фазы неподвижного ротора; S.. — постоянное по величине значение скольжения, при котором двигатель переходит на свою естественную (рабочую) характеристику, и определяется неизменной амплитудой переменного тока на выходе стабилизатора 6.

Таким образом, согласно (1) — (4) получают момент двигателя 1, величина которого однозначно определяется сигналом задания момента U.-. Очевидно, что изменяя U- регулируют момент двигателя 1, при этом в плоскости координат S, М получают спектр моментных характеристик двигателя I (фиг. 2).

При регулировании скорости двигателя 1 (осуществляют формирование сигнала отсечки) сигнал задания момента Ь" соответствует моменту, определяющему (при Mc =

const) при отсутствии сигнала отсечки

Uo. ускорение привода e — (М вЂ” М. ) /I -, постоянное по величине, а с его появлением — то граничное значение момента, до которого осуществляется стабилизация скорости при изменении момента нагрузки М,, т.е. максимальный диапазон момента, в котором осуществляют стабилизацию скорости, определен номинальным значением момента

М-, что соответствует номинальному значению Ui. подводимого к статорной обмотке напряжения 1Л« = U .. ). Сигнал задания скорости U«onpeделяет требуемое значение скорости, на котором произойдет

140851 о сечка и которое стабилизируется при изменении момента нагрузки.

Сигнал, пропорциональный действительному значению скорости, формирует датчик 8 скорости (фиг. 1), сигнал отсечки Uo- формируется на элементе 9 отсечки блока 10 уп( р вления, вычитание сигналов U. и 11-. прои водится на сумматоре 11 блока 10 управл ния.

Например, двигатель 1 работает на скор сти в-«, которую определяет сигнал зада- 10 н я скорости 1) ».». Формируют Б р )

U3wII3», при этом сигнал, пропорциональн и действительному значению скорости

U,,становится меньше V, сигнал отсечки перестает формироваться, напряжение определяется только сигналом задан я момента U. и поэтому увеличиваетс . Двигатель 1 переходит на моментную хар ктеристику, соответствующую U ., разгон ется по ней с постоянным ускорением (— М )/1» до заданной U. скорости, при 20 п евышении которой начинает формироватьс сигнал Б-., пропорциональный разности

U«U. », который вычитается из U.. тем сам 1м уменьшается напряжение U, а значит, в соответствии с (2) и (3), момент. Это у. еньшение происходит до тех пор, пока мом нт двигателя 1 не станет равным моменту нагрузки М, и двигатель I начнет работать на скорости, соответствующей . При U. (U. » ° сигнал U»- увеличивается, при этом уменьшается напряжение U, а начит момент М. Разность М вЂ” М станови(гся отрицательной, двигатель тормозится, скЬрость падает, в свою очередь разность между V» и V:«óìåíüøàåòñÿ, U- уменьшается, момент увеличивается, пока не стане1г равным Мс, и двигатель 1 начнет работать на новой скорости, соответствующей Стабилизация скорости на заданном уровне происходит следующим образом.

При постоянстве Ц, и изменении М,, например увеличении, двигатель 1 тормозится, затем происходят действия, аналогичные слу6

6 чаю увеличения U, в результате которых скорость стабилизируется на прежнем уровне.

При уменьшении М двигатель 1 разгоняется, но увеличение сигнала Uo- вызывает уменьшение момента двигателя 1, при достижении которым значения Мс скорость стабилизируется на прежнем уровне.

Согласно (2), (3) и (5) — (8) получают скорость двигателя 1, значение которой определяется сигналом задания скорости

U" . Очевидно, что изменяя U.«-, регулируют скорость двигателя 1, при этом в плоскости координат S, М получают спектр скоростных характеристик двигателя I (фиг. 2).

Таким образом, формирование величины подводимого к статорной обмотке напряжения пропорционально заданному моменту и корректировка этого задания в соответствии с измеренной скоростью обеспечивают в электроприводе с асинхронным двигателем с фазным ротором по сравнению с известным решением уменьшение реактивной мощности, потребляемой двигателем из сети и увеличение его cos q.

Формула изобретения

I. Способ управления асинхронным двигателем с фазным ротором, при котором подводят к статорной обмотке напряжение с частотой сети и поддерживают неизменным по амплитуде и фазе переменный ток в роторной обмотке, отличающийся тем, что, с целью увеличения cos (I асинхронного двигателя, изменяют величину подводимого к статорной обмотке напряжения пропорционально заданному моменту.

2. Способ по и, 1, отличающийся тем, что измеряют действительную частоту вращения ротора и при превышении ее заданной частоты вращения уменьшают величину подводимого к статорной обмотке напряжения на величину, пропорциональную разности указанных частот вращения.

1408516

Составитель А. Жилин

Редактор Н. Тупица Техред И. Верес Корректор Л. Пилипенко

За каз 3360/56 Тираж 583 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий ! 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

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