Устройство для частотного управления синхронным двигателем

Устройство для частотного управления синхронным двигателем

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

! %о;;-; -.,. э

1 I (I4757I7

ОП ИСАНЙЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Зависимое от авт. свидетельства— (22) Заявлено 08.09,72 (21) 1827108/24-7 с .1рисоединенисм заявки №вЂ” (32) Приорптет—

Опубликовано 30.06.75. Б.оллетень ¹ 24

Дата опубликования описания 01.12.76

Со1оз Советских

Социалистических

Республик (51) М. Кл. Н 02р 5/34

Государственный комитет

Саввта Министров ССС9

IIa делам изобротвний и открытий (53) УДК 621.313.323.072. .9,077 (088.8) (/2) Автор изобретения

М. Н. Сегаль— (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЧАСТОТНОГО УПРАВЛЕНИЯ

СИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ

Изобретение относится к области электротехники, а именно к устройствам для управления элек гр пческим и двигателями,переменного тока с регулированием частоты тока статора.

1Лзвестсн электропривод с частотно регулируемыми синхронными двигателямп, где исетользустся регулятор скорости, воздействующий через систему управления иа ток статора и ток возбуждения синхронного двигателя. В этом электроприводе иа вход регулятора скорости подается разность заданного и действительного значения скорости. Выход регулятора скорости преобразуется в задание для тока статора и тока возбуждения.

Задание тока статора формируется следующим образом.

На валу двигателя жестко укрепляется специальная трехфазиая машина, которая является датчиком глоложеиия ротора и генерирует трехфазное напряжение, связанное по фазе с положением ротора, à Ilo частоте — со скоростью вращения. Это напряжение при воздействии на него выходного сигнала регулятора скорости изменяет амплитуду и смещается по фазе на определенный угол. Вкгиочеиный за регулятором скорости блок:выполняет эти преобразования. В результате формируется задание на ток статора, которое подастся иа регулятор тока статора и далее иа тиристорпые преобразователи. Обратная связь,по току статора обеспечивает гочlloe воспроизведение задания. Задание иа ток возбуждения вырабатывается нелинейным узлом, раоотяюшим в функции тока статоря. Однако извсстиое устройство имеет до;1олнительпую вращающую машину — датчик положения, 1то сии>к;1с! надежность его работы. Кроме того, известное устройство имеет сло>кную аналоговую вычислительную часть, большое количество оисра10 ционных усилите.!e!I, блоков i миожсиия II IIeлинейностсй. То и1ость этого устройства низка, поскольку задание иа ток статоря и ток возбуждения определяется вычислительными узлами, в которых отсутствует информация о

15 реальном потоке в зазоре;1вигатсля и, следовательно, о реал1иом момснге

Целью 11зобрстсиия является устряисиис указан недостатков.

Поставленная цель достигается гсм, что в

20 зазоре между статором и ротором двигателя по осям статорных обмоток установлены питающиеся от регулятора скорости датчики магнитного потока, выходы каждого из которых подключены к регуляторам тока, Ip» !eм

25 прямой сигнал каждого датчика потока подается на предыдущую фазу, а инверсный на последующую, а такжe питающиеся от стабилизированного источника питания дат ни а потока, выходы которых соединены черз выпряЗО митель с регулятором потока.

475717

1-13-фиг. 1 изображена схема устройства; на фиг. 2 — Векторная диаграмма синхронного двигателя, на фиг. 3 — векторная диаграмъ(а разложения потоков по осям обмоток.

Устройство состоит из задатчика интеисивносги 1, регулятора скорости 2, тахогенератора 3, датчиков (потока 4 — 6 с усилигелями, регуляторов тока 7 — -9, управляющих реверсивнымп преобразователями 10 — 12, питающими статорные обмотки 13 синхронного двигателя

Часть устройстьа, управля(оща я возбуждением сии хронногО двигателя, состоит из датчиков потока 14 — 16, выпрямителя 17, регулятора потока 18, управляющего преобразователем 19, пнтгиощим обмотку возбуждения 20 синхронного двигателя. Обратная связь t0 току статора снимается с датчиков тока 21 — 23.

Задатчпк интенсивности 1 представляет собой аг(х)Врат, выходное напряжение которого изменяется по времени, линейно задавая постоянный темп измепення скорости в переходных режимах. Установ()вшееся значение выхода задатчика интенсивности соответствует заданному установившемуся значению ско )ости

i привода U, Задатчик интенсивности соединеп с одним из входов регулятора скорости 2

Рсулятор скорости выполнен в Виде операционного усилителя, на второй в: од которого подается отрицательная обратная связь по скорости с тахогенсратора 3. Передаточная функци регулятора скорости выбирается, исходя нз принципов подчиненного регулирова1(ия, и выходной сигнал регулятора скорости служит задан((е«! для момента двигателя. ! егулятор скорости яглястся источником иитан!Бl для датчикОь r(OTOI<3 4 ????” 6> у cTBI1013ленных в зазоре между статором и ротором синхронного двигателя по осям обмоток tet)с> мсниоl О тока. В качсстВС да ГчикОВ потОка Iicно Вьзов;(ны Cep((ill(b(C;!3 T t)((<((<х О;(ла. Вы «ОдI I o (. н 3 Г(Р ни< с и и с д 3 т НВляетс51 Вы«о f110((сиГнал 1)(. гулятора скоросп(, на Величину потока, персCC1<3IOtifQI 0 п.(оскость;(BT IIII CII l((TC,III СИГпалов д tT>(ø

Датчики ш)тока coc;filllci(i .И)парно со В«Ода«(и рсГГляторо»> T01<3 7 ????” 9. hj) ii??3??(,,13??>)ик, >< сти!ОВ 1ct! I(1>! tl иы ocll 00«10тки (!>)ызь(Л, (Осди иен со входами регуляторов тока фаз 8 и С, датчик, установленный на оси обмотки фазы .<> ГО 13«одами !)С) у;1ЛТОра Тока фаз Л li С>

ДВТ (Ii)< 3 С1 аио!3ЛЕИНЬ(1! 1(3 0(И 00«!OTКИ фа.>1>! ( со входами регуляторов ГÎI

ООР3ЗОМ, i(3 (<аж (ОМ РСГУ,IЯТОРС 10!>3 С3. >(МНРОВВНО Д(33 СИ(В!3Л3 Да ГЧИКО!3 |!() ГОКВ. .(ТН CIIГна;Iь(с3 м х! Ир>>> Iотс)1 с разны \! н )>пака«(и.

Операционные усилитсл>(, я»лгиощисся ре(3 . )IТОР 3 >><(I! ТОКВ, 3 I(j) 3)3 1)) (ОТ И!)СООР330!33 ГСлями 10-- 12. !j3:j)åãóëÿòîj)û, кроме сигналы за;(анни, нод !!(3. Ooj)i(T(li(H с!3 13! !10 току соот»(".! с|вующи«обмотo(статора. Передаточная фуll!l»BCÒCß, И С «О, <>! i .3 t C, О В ((Й К О М t e ((C 3 t (!! !! I 0 C О )! (l И О И времени обмотки статора аналоги шо тому, как это осуществляется 13 регуляторе тока для электроприводов постоянного тока с подчиненньв| регулированием. Ревсрсивные вен5 тильныс Гпреобразоьателн вкл(очсны на обмотки статора синхронногo двигателя.

Обмотка !3озбуждения 20 синхронно(о двигателя питается 0Т тиристорного преобразователя 19, который управляется регулятором тоt0 ка Возбуждения 18. 11а регулягор тока Возбуждения подан постоянный задающий сигнал, соотвсгствующ(ш номинальному результирующему потоку в машине н в качестье обpBTII0lI cBi13(l сиГиал, синмасмый с В1>1ирях!и15 теля 17, где выпрямляется напряжение, полученное с трех датчнко» погока 14 — -16, ус((!но»ленных в зазоре между статором и р(нором (двигатсл((на расстояш(н 120 эл. гряд. друг от друга. Питание этих датчиков в отли20 чис от датчиков 4 — -6 осущсст»ляется шгс(оянным током.

Для разъяснения ирпш|((иа работы устройства рассмотрим векторную диа!рамму син«роиного двигателя (фнг. 2).

<) ."

Поток Воз оуждення ф»> ь сх ммс с (tol 01<0iv ?????????????? 31)! ?????????????? ???????????????????????????? ???????? )1). ?? ???????????????? ?????????????????????????????? ???????????? ?? ?????????????? ???????????????????? ???????? u, ?????????????????? ?? ?????????????? ???????????????????? ???? 90 ????. ????????., ?? ?? lj;m ???????????? ??. ??. ??. ??, ?????????????????????????? .?? ?????????????? ?????????????? (1)??>.

Величина момента, развиваемого двигателем, пропорциональна илоща;ц! трсугольш(ка потоков )1)., ф(, (1). з>55 Работа д(вигателя с соз<(), равным единице, соответствует (прямоугольному треугольнику потоков (случай, пзобраи<енн(,п(на фнг. 2) .

Модуль результирующего потока (1) с целью наилучшего использования двигателя должен

40 быть постоянным I(o величине и равным номиIf3 lb(10«1>, пото)<у машины. В BTO >I С;.(3 чае J»>(iжение вектора при регулировании момента дОл)кио прОнс«одить по окр3>жности> 3 ()еличииы )1)! и t1„„задаваемые системой регулпрова45 ния посредством задания тока сгатора н тока возбуждения, должны обеспечивать прямой угол между потоками (1) и )1)!.

Тык как площадь прямоугольного трсугольшн<а иропорциона t((»(3 пронзведеншо катетов, 50 а ф пропорционален току статора, момент дш(гателя прямо пропорционален току статора, если поддерживается постоянным резул(,тирующий поток 11;.

Задание по моменту система уира»ления ИОГ(3час! Or регулятора скорости 2. Назначение дат J()(<0(3 4---6 ll j)er),)яторов TO(<3 7- -9 33??110??????????(! ?? ??????, ??????????, ?????????????????? ?????? ?????????????? ?????????????????? ?? ?????????????????????? ???????? ?????????????????????? 15, ???????????????????? ???? ???????????? ???????????????????????? 7 ????” 9 ?????????? ??????l??, 1 ??????313??????????, 1<????????????, ????>дх<(и ВоснроизВодеи тиристориым(t иреобразов;!тслямн в Видс TOI(3 статора, даст В рсзу,ll>TBTE векторную диграмму с нях(оугольны«! треугольником нотоко» (I нОмииальиым р(зул(Г!Нрукнцим t(065 токо> !.

475717

50

Необходима» величина тока, возбуждения задается прн помощи Г,„,-„подаваемого иа регулятор 18. U„ . соответствует номинальному потоку,;побое отклоне;шс от задяипой величины регистрируется датч)1кя)!и, Хол.1»

14, 15), 16 и поданное через выпрямитель 17 иа регулятор 18 в качестве Oop»TitO!i связи вызывает исмсдлсниос изменение тока возбу)кдсиия и составляюшей 3!;. треугольника потоков, т. с. гнгютеиузы треугольника (фпг. 2) до ве;1ичш(ы, устраияющеи несоответствие 31 номииалу. Прямоугольиость треугольника потоков поддерживается действием описанного и!жс узла из датчиков 4 — 6 н регуляторов 7 — 9, т. с. узла задан;!я токов статора.

Для разьясиеиия принципа действия узла задания (скл» рассмотрим фиг 3.

l Iя (1)иг. 3 НЗООра)кены Tp:l Вскторя 110TOKЯ

31.i, tj 2, (!)3, соотвстствующис иоказашгяit датчиков Холла 4 — 6 в случайный момент времени.

СоставлЯющис 3!)1, )j;2, (!..3 и сУмме дают РсзУльiItpyIoBt«Ij поток 3!). (ф)!Г.2). Поток, связанный с токo)!»«Op!i (!.), До 1)Keli быть повернут относительно 31) иа угол 90 . Осуществим этот поворот,повернув иа угол 90 все три составляющие

3!)1, 3!)2, )! .3. Получим систему векторов )!) 1, 31) 2, 31) 3 (иа фиг. 3 показаны пунктиро»). Определим составляющие новой системы векторов по осям I — III.

Вектор 3!) 1 можно получить, сложив составляющие по осям II u III (3!) !2 и 3!) !3), равные со От встстBcllllo

/q. / /р/, 11

13 l 3

3!) l tj) 12+3!) 13 — = з

/3!) / /4 /

13 !3

Вектор )j."2 образуется нз составляющих по

Осям и III ()!)23 и )!.2!), равных

/)j)2,/ /3j, /

13 1/3

Вектор (!) 3 образуется нз соста!)л»IOIipfх llo ос»м Il и (tj3»l 31:зз) < paBtiB

/Фз/ /3!) 3/

) 3 1/3

Сгруппировав составляющие ио каждой из осей, получим систему векторов, которая в сумме дает повернутый иа 90" относительно tj)

13сктОр з1.

)!).з 31)2

По оси !

/3 ) 3

)!) 31)з

ПО Оси !!

1 3 1 3 31) 2 31;!

ПО оси 111

1 3 )/3

Эти составляющие образуют вектор, )110 направлеишо совпадающий с вектором 31;. Так, как величина составляющих 31)(, ф2, 31)3 пропорциональна задаиию на ток (нли момент), вырабатываемому регулятором скорости, котой питает датчики Холла 4 — 6, расположен3

In

1.

ЗО а5

45 и ы С l i 0 0 CI I 0 О М ) 1 О к l l 13 С Л и 1 и и С р С з,1 ь Г I I j) i 10щего потока tj в зазорс, который поддер)кпвастся иост()»иным системой уира!31cli!IH возбу)кдс)исм двиг»Tcl», вслнчниа рсзультируюц<СГО BCKTOj);1 з»Ä»CTCH p»BI1011 ф; Ilj)il BBIOOpC соответствующего коэффициента передачи от

)егулятора скорости к lатчпкам Холла.

Соедшшв датч::!ки Хол ia 4- — 6 по схеме, уклзаииой на фиг. j, тлк, чтооы у(л!)1-ио иоложитсльны и c:1ГII» 1 ка)кдо! Î, \3T иlх(! i in!!» 1»л и (!

ВХОД РЕГУГIHTÎP

HB о i(.;) л циоины х veil.l:I I c, !i. ; < -- 9 3<) д<) и!!С сравнивается с де!1!Ствитсг(ьи(,)м током флз сгатора, чем обсс<псчивается TÎзи)аст! 1)ос !роизвсдсния задания. Ооратиая связь иo току статорл (!Осту.)яет с длтчикоп то)(» 21--23. .и 11»л с регуляторов тока 7 — 9 1)одлется ll;1 реверсивпые тнристориыс прсобрлзов» (ели

10 — 12, пз!ТЯIÎitt i0 Оot

При .!ускс с задатчпка иитс".С.1:.)ности lloступает 1»íåø;î возрастающий с пуля во врс.,IC!IH С! 1 НЯ 1. КОТОРЬ .й, !30 .1»ДЯЯ НЛ РС1 V;I»TOP скорости и возбуждая его, обес))с-!Нвает;!итаНие ДЯТ!Iltl(;l)I XO;I а. Б 3»BIICII)!OCT!i жения ротора. вырабатывается задание ил токи флз с(»тора, обеспсчива)ощес н ичииу моМепта.::,",. !ЛННУ!О РСГУЛЯТОРО;i Ско!),)СТЗ!. !з,»К И

13 IIРИВО (ЛХ;IОСTOHI!»()CO TOK» C .Од i!111(ИНЫМ управле;1:lc)K пуск(<пой момент опрсдел»ется тсмпзом и»растяни» илпряжеиия и,". злдлтчикс !

1!lтсl)СИВ!!<)СТ!(, . 13 СГ! < ЧЯС ИЕООХОЛИМОСТИ ОГрянпчеи)(я момента и тока стгтора, ОНО устанавли()лсгс» ир.! помощ:1 стабилцтронов,:!одK;1lO.

Г1 Р 11 т Р О Г 111! Н,1 в! Г л т(.. 1» с 11Г и а л ы да тч и ко !3 потока начинают изменяться с чястотои, соответствую)цей cKopocTll врлщенпя, и соответстl3PI3IIO ",Л Д", lOT ТОI(И I ) TO;,)» Т. ) и )КЕ з!»СТОТ1з!.

Благодл!)» тому, Гго члст<ггл тока статора задается строго в соотвстств,)и с рслльиой скоpocTl 10;!вигятсля, двиглтель все время находится в сш(хроииом режиме и принципиально

Нс мгокст выпасть из сиихроиизмл, т е. обладает харяктсристиками, сходи iil!l с .;арактеристиклми машины постоянного тока, управляемои измсисписм Hяпряжеиия иа якоре

При достижении заданной скорости иа<)ряжение нл выходе задлтч!(кл ш тсисllBBoñòè становится равным U3 i и дальнейшее его возрастание прекращается. При этом сигнал обратной связи по скорости усT,!Ilлвливается рав475717 ным сигналу задания (коэффициент усиления регулятора скоростп достаточно высок), а выходной сигнал регулятора скорости сооТНсТсТвует статическому моменту нагрузки двигателя.

В течснпс всего процесса разгона результирующий поток в зазоре двигателя поддерживается IIocToslHIIIIvI на заданном уровне (U, 2) за,счет регулятора тока возоужденпя и датчиков потока 14 — 16.

Процесс реверса дшп.ателя осуществляется аналогично описанному прн смене знака задающего напряжения U,„.,l и торможения — прн снижении U;,,„,I до нуля.

Предмет изобретения

Устройство для частотного управления синхронным двигателем, выполненное llо принцину под гннепного регулирования, содержащее задатчик шпенснвности, регулятор скорости и в каждой фазе статора регулятор тока, регулятор возбуждения и регулируемые тиристорные преобразователи в цепи статора и в цепи возбуждения, отличаюи1ееся тем, что, с целью упрощения устройства, повышения:надежности н качества управления, в зазоре между статором и ротором двигателя по осям статорных обмоток установлены питающиеся от регулятора скорости датчики магнитного потока, выходы каждого нз когорых подключены к регуляторам тока, причем прямой сигнал каждого датчика потока подается на .предыду15 щую фазу, à IIIIBcJ)cllllII на последу огцую, а также питающиеся от стабилизированного источника питания датчики потока, выходы которых соединены через выпрямитель с регулятором потока.

475717

/

-.-и; 3

Составитель В. Егоркии 1 екред E. Подурушина

1<о(717е7;то!7 P. Юсипова

Редактор B. Левитов

Оол 7ппоспа(})пв 1(ест(>(77(ското тtlp387ctttl(l Ilз \77c/It cTLI, ltол!(p;l(}>(Ill и кпп(кпой 7оргов. ill

Заказ 582(7 Изд. М 1637 Тпра7к 78" 1(о,;llllск(c

Ц! ((111(1((Государстве:.Illîãî комптета Совета М77нпстров ССС! Iln дс,(ам нзооретеп7(й и открыт:и

1 !3035, Мос7(В(7, Ж 35, (1ì øct(2(1 на 5ь, д. (5