Электропривод с асинхронным короткозамкнутым двигателем

Электропривод с асинхронным короткозамкнутым двигателем

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

CoIo3 Севетскнк

Соцналнстнческнх, Респубннк б15584. Кл.

02 P 7/42

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытии

ДК 621.313.3 (088. 8) (72) Авторы изобретения

Л.М.Тарасенко и И.В.Жильцов

Pl) Заявитель (54) ЭЛЕКТРОПРИВОД С АСИНХРОННЫМ КОРОТКОЗАМКНУТИМ

ДВИГАТЕЛЕМ

Изобретение относится к области частотно-управляемого электропривода переменного тока и может быть ис-пользовано для приводов прокатных станов, шахтных подъемных машин, на- б сосоа, воздуходувок и для других целей, особенно при неблагоприятных условиях среды,где требуется высококачественный, быстродействующий асинхронный электропривод с высокой !0 перегрузочной способностью.

Известны высокодинамичные частотные асинхронные электроприводы с системой подчиненного регулирования ос новных координат — полного потокосцепления ротора и активного тока статора, реализуемые на унифицироват ных полупроводниковых айалоговых блоках (1).

Указанные электроприводы обеспечивают высокое быстродействие в переходных режимах при работе на линейной части кривых намагничивания двигателя, но не обеспечивают высокого качества регулирования скорости при работе в зоне насыщения.

Наиболее близким по технической сущности и используемым средствам к предлагаемому изобретению является электропривод с асинхронным коротко2 замкнутым двигателем с каналами регулирования активной и реактивной составляющих полного тока статора, содержащий преобразователь частоты с непосредственной связью, блоки прямого и обратного преобразований координат, блок компенсирующих связей, блоки регулирования скорости и потокосцепления, блок вычисления модуля по- токосцепления, подключенный к датчикам Холла, расположенным в воздушном зазоре двигателя, блок вычисления составляющих тока статора, подключенный к фаэным датчикам тока,. датчик скорости (2).

Недостатком известного электропри вода является то, что при работе в зоне насыщения резко ухудшаются его ,динамические свойства и качество регулирования скорости при отработке задания и возмущений. Это происходит

Вследствие значительного изменения (тараметров двигателя (индуктивностей от главного потока и потоков рассеяния) при изменении потока в воздушном зазоре и токов статора и ротора.

При работе в первой зоне регулирования (ниже основной скорости) значительное изменение потока в воздушном зазоре при изменении электромаг615584

15 нитного момента определяется принятым законом частотного управления =Сб ь . (постоянство потокосцепления ротора) и влиянием индуктивности рассеяния ротора. При работе во второй зоне регулирования (вьпае основной скорости) производится ослабление потока и, так как рабочая тОчка в современнь < высокоиспользуемых машинах лежит за коленом кривой и6магI ничивания, то параметры двигателя тоже значительно изменяются.

Если произвести оптимальную настройку регуляторов при работе в ли» нейной зоне, то.привод будет работать с недопустимыми перерегулированиями по току, моменту и скорости в зоне насыщения. Если же, напротив, настроить регуляторы по насыщенным параметрам двигателя, то .привод будет вяло отрабатывать задание и воэь ущения в линейной зоне, быстродействие

era существенно ухудшается.

Целью изобретения является обеспечение высокого качества регулирования скорости при учете насыщения магнитной цепи двигателя.

Цель достигается тем, что в предлагаемый злектропривод с асинхронныМ короткозамкнутым двигателем введены два блока управления, два блока нелинейиостей и блок вычисления модуля вектора тока статора, вход которого подключен к блоку вычисления составляющих тока статора, а выход через первый из блоков нелинейностей и первый блок управления — к блоку компенсирующих связей и блоку регулирования фазных токов статора, при этом вход второго из блоков нелинейностей подключен к выходу блока вычисления модуля потокосцепления, а выход через второй блок управления — к блоку регулирования потокосцеплення.

В блок компенсирующих связей, содержащий множительное устройство, подключенное к датчику скорости и блоку обратного преобразования . координат, и сумматор компенсирующих связей по активному току статора, введены последовательно включенные магнитореэистор с управляющим входом и операционный усилитель, выход которого подключен к упомянутому сумматору, при этом магнитореэистор подключен к выходу упомянутого множительного устройства, а его управляющий вход— к первому блоку управления. Блок регулирования аотокосцепления выполнен в виде параллельно включенных интегрального и пропорционального регуляторов, при этом во входной цепи и в цепи обратной связи по потокосцеплению интегрального регулятора, а также в цепи обратной связи операционного усилителя пропорционального регулятора включены магниторезисторы, управляющие входы которых подключены .о второму блока управления. В блок

65 регулирования фаэных токов статора, содержащий пропорциональные регуляторы в каждой фазе, введены магниторезисторы, включенные в цепи обратных связей операционных усилителей укаэанных регуляторов, при этом управляющие входы магниторезисторов подключены к первому блоку управления.

На чертеже представлена функциональная схема предложенного электропривода.

Один из каналов регулирования содержит делительное устройство Д 1, блок регулирования потокосцепления

БРП с операционными усилителями Ч1 и 92 и И вЂ” регулятор намагничивающего тока статора PT 1.

Другой иэ каналов регулирования содержит эадатчик интенсивности ЗИ, фильтр Ф, регулятор скорости PC делительное устройство Д2 и И вЂ” регулятор активного тока статора РТ2.

Регуляторы в каждом канале соединены между собой по принципу подчиненного. регулирования. Кроме того, в устройстве имеется блок компенсирующих связей БКС, включающий множительные устройства Ml, М2, М3 и два сумматора, выходы которых подключейы ко входам блока прямого преобразования координат БППК. Последний вырабатывает сигналы задания фаэных токов статора +gy X â, К отрабатываемые в блоке регулирования фаэных токов статора БРФТ с П-регуляторами фазных токов РФ,выходные сигналы которых подаются на входы фаэных систем упраЪления преобразователем частоты с непосредственной связью ПЧНС, питающим статор асинхронного двигателя АД.

В устройстве имеется блок обратно" го преобразования координат БОПК, вырабатывающий сигналы .действительного потокосцепления ротора „, намагничивающего (,ь и активного токов статора, а также сигналы гармонических функций sin боэ угла 1 между обобщенным вектором потокосцепления рбтора Г„ и магнитной осью фазы А статора. На вход этого блока подаются сигналы датчиков тока ДТ, ДТБ, датчиков Холла ДХ1, ДХ2, установленных в воздушном зазоре двигателя, и тахогенератора ТГ.

Помимо укаэанного в электропривод введены блок управления БУ2, управляющий магниторезисторами Нl, Н2 и НЗ на входах и в цепи обратной связи операционных усилителей Уl и У2 с помощью блока нелйнеййости БН1 и блока вычисления БВП главного потокосцепления Гу.

Магниторезисторы Н4, Н5-Н7, установленные соответственно на входе операционного усилителя УЗ и в цепях обратных связей ре.-уляторов РФ, управляются блоком управления Буl с помощью блока нелинейности БН1 и блО.б 15584 к

" т1 "" Ф а и ". 11 .,„а

1+ Т gy+ т и Р 2ф а щ ш+ с

r1l.

1де R ВрR . T "ь . 1 1 е, 5 «I r 3 сЗ r ,а с индуктивность от основного потока, определяемая по кривой намагничивания путей основного потока двигателя;

Вй. — динамический коэффициент связи ротора. .В уравнениях (1) обозначено: L, —— индуктивность, — активное сопротивление; 0 — напряжение, i — ток, Ч - потокосцепление, Т вЂ” Постоянная времени, P= - — символ дифференцирования, о — электрическая частота вращения вала, со — частота вращения вектора Ч, Индексы:. S — статор; < — ротор; — рассеяние; 1 — ось вектора Ч „;

2 — ось активного тока статора.

В соответствии с уравнениями (1) видна необходимость самонастройки параметров операционных усилителейрегуляторов асинхронного электропривода. В частности, на чертеже показа . на самонастройка операционных усилителей Уl, У2,за счет автоматического изменения по единому закону сопротивления магнитореэисторов Hl, Н2 и Н3 путем изменения блоком БУ2 величины магнитного поля, в котором они находятся. Блок БУ2 представляет собой тот или иной источник магнитного поля, например, магнитопровод с намотанной на него обмоткой Управления и воздушным зазором, в который помещены магниторезисторы. Ввиду малой потребной электромагнитной мощности управления полоса пропускания подоб ного блока управления может составлять несколько килогерц, что для це лей рассматриваемого электропривода вполне достаточно.

Параллельное включение на выходе

Дl двух усилителей И и П типа (а не одного усилителя с более сложной передаточной функцией) расширяет воз» .можности исл льзования однотипных

В блоке БВТ вычйсляется ток статора 1z по сигналам датчиков тока À в соответствии с выражениямиг

Ъ +1

В аз )ьа (ъ)

2.is 4Ъ = 41 iP,Е

Нелинейная коррекция регуляторов П РФ вызывает необходимость -корректиравать выходной сигнал множительного устройства НЗ. Это осуществляется эе счет управления с помощью того же блока БУ2 сопротивлением магнитореэистора Н4 на входе операционного усилителя УЗ.

Нелинейная коррекция остальных регуляторов и перекрестных связей не требуется.

Возможно применение в предлагае6О Чом электроприводе вместо магнитореэисторов обычных нерегулируемых резисторов, шунтируемых транэи(сторны65 ка вычисления модуля вектора тока статора БВТ.

Уравнения асинхронного двигателя, пригодные как йри работе его на линейном участке кривой намагничивания, так и на насыщенном участке имеют вид: магниторезисторов с одинаковыми номиналами сопротивлений, что в связи с ограниченностью номенклатуры магнитореэисторов имеет большое практическое значение. Кроме того, это позволяет обойтись при нелинейной коррекции Уl и У2 одним блоком управ5 ления.

Требуемый закон изменения сопротивлений магниторезисторов Hl-H3 соответствует изменению Ьо в функции

Чу и определяется по кривой намагlp ничивания путей. главного потока, вычисляемой на основании известного опьта холостого хода. Эта зависимость с у етом нелинейности магниторезисторов набирается в блоке SHl.

В блоКе БВП вычисляется главное потокосцепление > по сигналам датчнКОВ ХОЛЛа ЧАУ г ВУ В СООтВЕтСтВИИ с выражениями:

Г1, -К АУ 21 1 арф АФ > фЭ 1Д

На чертеже показана самонастройка регуляторов РФ фаэных токов эа счет автоматического изменения по другому единому закону сопротивлений магниторезисторов Н 5, Н6 и Н7 путем изменения блоком Буl величи1:ы магнитного поля, в котором они находятся.

Блок Буl по своему устройству аналогичен блоку БУ2.

Требуемый закон изменения сопротивлений магниторезисторов Н5-Н7 соответствует изменению индуктивностн путем рассеяния в функции тока

1 5 статора (,< и определяется по кривой намагничивания путей потоков рассеяния, рассчитываемой по результатам известного опыта короткого замыкания.

)(1

Эта зависимость с учетом нелинейности магниторезисторов набирается в блоке

БН2.

615584

Ми ключами, управляемыми по принципу широтноимпульсной модуляции.

При этом блоки БУ1 и БУ2 представляют модуляторы ширины управляющих импульсов и реализуют те же самые законы управления»

Работа предлагаемого устройства н наиболее характерном режиме протекает следующим образом.

Задающий сигнал Е через делительное устройство Д1 подается на вход усилителей У1 и У2, которые вырабатывают уставку для регулятора РТ1.

ПоследнИй, в свою очередь, формирует уставки регуляторов фазных токов

РФ. Переходйый -процесс установки заданного значения ч;. формируется совместным действием всех указанных регуляторов.

Затем на вход РС от ЗИ через фильтр Ф подается сигнал задания скорости. Одновременно на выходе PC появляется сигнал задания электромагнитного момента, который после прохождения через делительное устройство Д2 образует сигнал задания актив% ного тока статора i . Контуры регулирования скорости, активного и намагничивающего токов статора совместно с контурами регулирования фаэных токов формируют типовую диаграмму электромагнитного момента, соответствующую предписаниям симметричного оптимума. В результате происходит быстрый разгон АД до заданной скорости.

Таким образом данный электропривод, по сравнению с известным устройством, обеспечивает высокое качества регулирования скорости при работе как на линейных участках кривых намагничивания двигателя, так и в зоне насыщения.

Аналогичные методы и средства можно применить для нелинейной коррекции машины двоиного питания, работающей в режиме насыщения.

Формула изобретения

1 Электропривод с асинхронным кароткозамкнутым двигателем с каналами регулирования активной и реактивной составляющих полного тока статора, содержащий преобраэователь частоты с непосредственной связью, блок регулирования фаэных токов статора, блоки прямого и обратного преобразования координат, блок компенсирующих связей, блоки регулирования скорости

-и потокосцепления, блок вычисления модуля потокосцепления, подключенный к датчикам Холла, расположенным в воздушном зазоре двигателя, блок вычисления составляющих тока статора, подключенный к фазным датчикам тока, датчик скорости, о т л и ч а ю щ и ис я тем, что, с целью обеспечения высокого качества регулирования скорости при учете насыщения магнитной цепи двигателя, в него введены два блока управления, два блока нелинейности и блок вычисления модуля вектора тока статора, вход которого подключен к блоку вычисления составляющих тока статора, а выход через первый из блоков нелинейностей и первый блок управления — к блоку компенсирующих связей и блоку регулирования

15 фазных токов статора, при этом вход второго из блоков нелинейностей подключен к выходу блока вычисления модуля потокосцепления, а выход через второй блок управления — к блоку регулирования потокосцепления.

20 2. Электропривод по п.1, о т л ич а ю шийся тем, что в блок компенсирующих связей, содержащий множительное устройство, подключенное к датчику скорости и блоку обратного

25 преобразования координат, и сумматор компенсирующих связей по активному току статора,, введены последовательно включенные магниторезистор с упрз вляющим входом и операционный усилитель, выход которого подключен к упомянутому сумматору, при этом магниторезистор подключен к выходу упомянутого множительного устройства, а его управляющий вход — к первому блоку управления.

Электропривод по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что блок регулирования потокосцепления выполнен в виде параллельно включен„ ных интегрального и пропорциональнОго регуляторов, при этом во входной цепи и в цепи обратной связи по потокасцеплению интегрального регулятора, а также в цепи обратной связи операционного усилителя пропорциональ45 ного регулятора включены магниторезисторы, управляющие входы которых подключены ко второму блоку управления.

4. Электропривод по п.1-3, о тл и ч а ю шийся тем, что в блок регулирования фазных токов статора, содержащий пропорциональные регуляторы в каждой фазе, введены магнито резисторы, включенные в цепи обрат55 ных связей операционных усилителей указанных регуляторов, при этом управ-. ляющие входы магниторезисторов подключены к первому блоку управления.

Источники информации, принятые во

6О внимание при экспертизе:

1. Siernes - Keftschr(f t, 1971.

45, 9 10, с. 761-764.

2. Патент ФРГ Р 19413 12, кл. 21 С 59/36, 1975. б 15584

Составитель A.Æèëèí

Техред А. Алатырев Корректор.С.Ямалова

Редактор И.Шубина

Заказ 3921/44 Тираж 892 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4