Электропривод с асинхронным двигателем с фазным ротором

 

ЭЛЕКТРОПРИВОД С АСИНХРОННИМ ДВИГАТЕЛЕМ С ФАЗНЫМ РОТОРОМ, статорные и роторные обмотки которого подключены соответственно к выходам преобразователей частоты статора и ротора, содержащий датчики фазных токов и напряжений статора, , подключенные выходами соответственно к управляющим входам и входам для опорных сигналов блока преобразований токов статора, снабженного двумя выходами, датчики фазных, токов ротора , подключенные выходами к управляющим входам блока преобразований то- ; ков ротора, снабженного двумя выходами, датчики фазных напряжений ротора,блоки заданий амплитуд напряжений статора и ротора,подключенные выходами к первым управляющим входам соответственно преобразователей частоты статора и ротора, блок задания постоянной частоты токов ротора, подключенный выходом к второму управляющему входу преобразователя частоты ротора, блок компенсации ЭДС ротора, подключенный входами к выходам блоков преобразо- . ваний токов статора и ротора, а выхолаМи - к управляющим входам блока преобразований ЭДС ротора, выход которого соединен с третьим управляющим входом преобразователя частоты ротора, датчик углового положения ротора,подключенный входами к выходам датчйков фазных напряжений статора, а выходами - к входам для опорных сигналов блока преобразований токов ротора и блока преобразований ЭДС ротора, отличающийся тем, что, с целью снижения электрических потерь в обмотках двигателя при заданном электромагнитном моменте, в него вве § дены два умножителя, сумматор, интег (Л ратор и электромеханический .датчик частоты статора, установленный на роторе асинхронного двигателя с фазным ротором и соединенный входами с выходами датчиков фазных напряжений ротора, а выходом - с вторым управляющим входом преобразователя частоты статора, при этом входы первого умножителя подключены к первым выхо00 00 00 дам блоков преобразований токов статора и ротора, входы второго умножителя подключены к вторым выходам бло ков преобразований токов статора и ротора, выходы умножителей подключеIND ны к входам суммат.ора, выход которого подключен к входу интегратора, соединенного выходом с третьим управ ляющим входом преобразователя, частоты статора.

„„SU„„1083320 A

СОЮЗ.СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(SD

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ GCCP

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA

ОПИСАНИЕ ИЗО6РЕ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3462633/24-07 (22) 05.07.82 (46) 30.03.84. Вюл.9 12 (72) tO..П.Сонин, И.B.Ãóëÿåâ и И.В.Тургенев (71) Мордовский ордена Дружбы Народов государственный университет им. Н.П.Огарева (53) 621.313.3.072.9(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 490247, кл. Н 02 Р 5/34, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

9 518851, кл. Н 02 Р 7/42, 1972; (54)(57) ЭЛЕКТРОПРИВОД С АСННХРОННЦМ ДВИГАТЕЛЕМ .С ФАЗНЫМ РОТОРОМ, статорные и роторные обмотки которого подключены соответственно к выходам преобразователей частоты статора и ротора, содержащий датчики фаэных токов и напряжений статора, подключенные выходами соответственно к управляющим входам и входам для опорных сигналов блока преобразований токов статора, снабженного двумя выходами, датчики фазных токов ротора, подключенные выходами к управляющим входам блока преобразований токов ротора, снабженного двумя выходами, датчики фазных напряжений ротора, блоки заданий амплитуд напряжений статора и ротора, подключенные выходами к первым управляющим входам соответственно преобразователей частоты статора и ротора, блок задания постоянной частоты токов ротора, подключенный выходом к второму управляющему входу преобразователя частоты ротора, блок компенсации ЭДС ротора, подключенный входами к выходам блоков преобразо- . ваний токов статора и ротора, а вы ходами — к управляющим входам блока преобразований ЭДС ротора, выход которого соединен с третьим управляющим входом преобразователя частоты ротора, датчик углового положения ротора,подключенный входами к выходам датчиков фаэных напряжений статора, а выходами — к входам для опорных сигналов блока преобразований токов ротора и блока преобразований ЭДС ротора, отличающийся тем, что, с целью снижения электрических потерь в обмотках двигателя при заданном электромагнитном моменте, в него вве Я

Ф дены два умножителя, сумматор, интег ратор и электромеханический датчик частоты статора, установленный на роторе асинхронного двигателя с фаз- С ным ротором и соединенный входами с выходами датчиков фазных напряжений Я ротора, а выходом — с вторым управляющим входом преобразователя часто- ° ты статора, при этом входы первого умножителя подключены к первым выхо- 4 Р дам блоков преобразований токов ста- QQ тора и ротора, входы второго умножителя подключены к вторым выходам бло- CQ ков преобразований токов статора и ф ) ротора, выходы умножителей подключены к входам сумматора, выход которого подключен к входу интегратора, соединенного выходом с третьим управляющим входом преобразователя частоты статора.

1083320

Изобретение относится к электротехнике, в частности к управляемым электроприводам на базе асннхрон- ых двигателей с фазным ротором, и может быть использовано в электротяговых установках, для приводов моталок листовых станов холодной прокатки, гильотинных и летучих ножниц прокатных станов.

Известен электропривод с асинхронным двигателем с фазным ротором, статорные обмотки которого подключе-. ны к питающей сети непосредственно, а роторные — через управляемый преобразователь частоты. Электропривод содержит датчики фазных токов и на- 15 пряжений статора, датчики токов ротора, блоки прямого и обратного преоб« разований координат, регуляторы продольной и поперечной составляющих тока ротора, блок компенсации ЭДС и 20 . датчики углового положения и скорости вращения ротора 1 .

Недостатками известного электропривода являются малый диапазон регулирования скорости вращеиия, а так- д же невысокие энергетические показатели.

Наиболее близким к предлагаемому является электропривод с асинхронным двигателем с фазным ротором, статорные и роторные обмотки которого подключены соответственно к выходам преобразователей частоты статора и ротора, содержащий датчики фазных токов статора, подключенные выходамй к управляющим входам блока преобразований токов статора, снабженного двумя выходами, датчики фазных токов ротора, подключенные выходами к управляющим входам блока преобразований токов ротора, снабженного двумя 40 выходами, регуляторы продольной и поперечной составляющих тока статора, выходы которых через первый блок прямого преобразования координат под. ключены к управляющим входам преобра-45 зователя частоты статора,, регуляторы о продольной и поперечной составляющих тока ротора, выходы которых через второй блок прямого преобразования координат подключены к управляющим входам преобразователя частоты ротора, генератор гармонических функций низкой частоты, связанный выходами с входами регуляторов продольной и по. перечной составляющих токов статора ,и ротора, блок компенсации ЭДС, под55 ключенный входами к выходам блоков преобразований токов статора и ротора, а выходами †. к входам регуляторов . продольной и поперечной составляющих тока статора, датчик углового положе-60 ния ротора, подключенный выходами к входам для опорных сигналов блоков преобразований токов статора и ротора и входам для опорных сигналов блоковпрямого преобразования координат (2), у

Недостатком указанного электропривода с асинхронным двигателем с фаэным ротором являются невысокиз

=- íåðãåòè÷åñKèå показатели.

Цель изобретения — снижение электрических потерь в обмотках двигате- ля при заданном электромагнитном моменте.

Указанная цель достигается тем, что в электропривод с асинхронным двигателем с фазным ротором, статорные и роторные обмотки которого подключены соответственно к выходам преобразователей частоты статора и ротора, содержащий датчики фазных токов и напряжений статора, подключенные выходами соответственно к управляющим входам и входам для опорных сигналов блока преобразований токов статора, снабженного двумя выходами, датчики фазных токов ротора, подключенные выходами к управляющим входам блока преобразований токов ротора, снабженного двумя выходами, датчики фаэных напряжений ротора, блоки заданий амплитуд напряжения статора и ротора, подключенные выходами к первым управляющим входам соответственно преобразователей .частоты статора и ротора, блок задания постоянной частоты токов ротора, подключенный выходом к второму управляющему входу преобразователя частоты ротора, блок компенсации ЭДС ротора, подключенный входами к выходам блоков преобразований токов статора и ротора, а выходами — к управляющим входам блока преобразований ЗДС ротора, выход которого соединен с третьим управляющим входом .преобразователя частоты рото-. ра, датчик углового положения ротора, подключенный входами к выходам датчиков фазных напряжений статора, а выходами — к входам для опорных сигналов блока преобразований токов ротора и блока преобразований ЭДС ротора,. введены два умножителя, сумматор, интегратор и электромеханический датчик частоты статора, установленный на роторе асинхронного двигателя с фазный ротором и соединенный входами с выходами датчиков фазных напряжений ротора, а выходом — с вторым управляющим входом преобразователя частоты статора, при этом .входы первого умножителя подключены к первым выходам блоков преобразований токов статора и ротора, входы второго умножителя подключены к вторым выходам блоков преобразований токов статора и ротора, выходы умножителей подключены к входам сумматора, выход которого подключен к входу интегратора, соединенного выходом с третьим управляющим входом преобразователя частоты статора.

На фиг.1 представлена функциональная. схема электропривода с асинхрон1083320 ным двигателем с фаэным ротором, на фиг.2 — диаграмма токов.

Электропривод содержит асинхронный двигатель 1 с фаэным ротором (фиг.1), статорные и роторные обмотки которого подключены соответственно к выходам преобразователя 2 частоты статора и преобразователя 3 частоты ротора, датчики.фаэных токов 4 и напряжений 5 статора, подключенные выходами к управляющим входам и входам для 10 опорных сигналов блока 6 преобразова-.. ний токов статора, снабженного двумя выходами, датчики 7 фазных токов ротора, подключенные выходами к управля- ющим входам блока 8 преобразований 15 токов ротора, снабженного двумя выходами, датчики 9 фаэных напряжений ротора, блоки 10 и 11 заданий ампли- .туд напряжений статора и ротора, подключенные выходами к первым упра- .20 вляющим входам соответственно преобразователей .2 и 3 частоты статора и ротора., блок 12 задания постоянной частоты токов ротора, подключенный выходом к второму управляющему входу 25 преобразователя 3 частоты ротора, блок 13 компенсации ЭДС ротора,подключенный входами к выходам блоков

6 и 8 преобразований токов статора и ротора, а выходами — к управляющим Зо входам блока 14 преобразований ЭДС ротора, выход которого соединен с третьим управляющим входом преобразователя 3 частоты ротора, датчик 15 углового положения ротоРа, подключен-35 ный входами к выходам датчиков 5 фазных напряжений статора, а выходами— к входам для опорных сигналов блока

8 преобразований токов ротора и блока

14 преобразования ЭДС ротора. .Б электропривод с асинхронным дви-4О гателем с фазным ротором введены два умножителя 16 и 17, сумматор 18, интегратор 19 и электромеханический датчик 20 частоты статора, установленный на роторе асинхронного двигате- 45 ля 1 с фаэным ротором и соединенный входами .с выходами датчиков 9 фазиых напряжений ротора, а выходом - с вторым управляющим входом преобразовате- ля 2 частоты статора, при этом входи 50 первого умножителя 16 подключены к первым выходам блоков 6 и 8 преобрЬзований токов статора и ротора, в)щды второго умножителя 17 подключены к вторым выходам блоков 6 и 8 преобразований токов статора и ротора, выходы умножителей 16 и 17 подключены к входам сумматора 18, выход которого подключен к входу интегратора 19, соединенного выходом с третьим управляющим входом преобразователя 2 частоты статора.

Блок 13 компенсации ЭДС ротора содержит блоки 21 и 22 вычислений соста вляющих потокосцепления ротора, входы которых образуют. входы блоков компен-65

1 сации ЭДС ротора, и умножители 23 и

24, первые входы которых подключены к выходам блоков 21 и 22 вычислений составляющих потокосцепления ротора, а выходы образуют выходы блока компенсации ЭДС ротора, при этом вторые входы умножителей 23 и 24 объединены между собой и подключены к задатчику нулевой частоты токов ротора.

Электропривод с асинхронным двигателем с фазным ротором работает следующим образом.

Регулирование скорости вращения осуществляется по двум каналам. По первому каналу (якорного регулирования) блок 10 задания амплитуды напряжения статора воздействует на фазу управления выпрямительного звена преобразователя 2 частоты статора и регулирует тем самым его выходное напряжение. По второму каналу (регулирования возбуждения) блок 11 задания амплитуды напряжения ротора определяет амплитуду выходного напряжения преобразователя 3 частоты ротора.

При подаче напряжения литания на преобразователи 2 и 3 частоты статооа и ротора блок 12 задания постоянной частоты токов ротора (задает постоянную частоту порядка 3-5 Гц) открывает управляемые вентили (тиристоры) преобразователя 3 частоты ротора и по обмотке ротора асинхронного двигателя 1 начинает протекать трехфазный низкочастотный ток возбуждения, создающий вращающееся магнитное поле. так.как вначале ротор асинхронного двигателя 1 неподвижен, то с выхода датчика 20 частоты статора, подключенного к датчикам 9 фазных напряжений ротора, на управляющий вход преобразователя 2 частоты статора (на управляющий вход инвертора) поступают сигналы управления с частотой . питания ротора ы„, открывающие управляемые вентили. При этом по обмотке статора асинхронного двигателя 1 протекает трехфазный ток и создается вращающееся магнитное поле, которое при вращении в одном направлении и с одинаковой скоростью с полем ротора взаимодействует с ним, создавая вращающий момент. Когда последний превысит момент сопротивления нагрузки, ротор асинхронного двигателя 1 начинает вращаться.

С выхода датчика 20 частоты статора снимается после этого сигнал с частотой, равной сумме частот питания и вращения ротора, т.е. ш =со +и, (1)

° з I поступающий на управляющий вход преобразователя 2 частоты статора и обеспечивающий одинаковую скорость вращения магнитных полей статора и ротора..1083320

Выходные сигналы с датчиков 4 фазных токов статора преобразуются с помощью блока 6 преобразований токов .статора в составляющие нулевой частоты 1„„, i5 представленные в осях х,у, синхронно вращающихся с полем

5 двигателя (фиг.2). Выходные сигналы с датчиков 7 фазных токов ротора преобразуются с помощью блока 8 преобразований токов ротора в составляющие нулевой частоты i 1О

В умножителях 16 и 17 осуществляется перемножение указ анных,составляющих токов, т.е. на выходе умножителя

16 получают i i 5„, а на выходе умножителя 17

5У

В электроприводе с асинхронным двигателем с фазным ротором осуществляется контроль ортогональности векторов тока статора и ротора (фиг,2), что выполняется при условии равенства о нулю их скалярного произведения

=0 или в координатах х,у

< рэл

Bi

М

2 (2) "Х 5Х У 5У

Полученное условие (2) реализуется с помощью сумматора 18 и астатического регулятора 19, выполненного в виде интегратора, сигнал с выхода которого при невыполнении (2) поступает на управляющий вход преобразователя 2 частоты статора (на управляющий вход инвертора) и определяет смещение фазы управляющих импульсов до тех пор, пока не будет выполнено условие ортогональности векторов токаз5 статора и ротора (2).

При выполнении (2) одновременно достигается минимизация токов статора и ротора, а также электрических потерь в обмотках двигателя при дан- 4О ном значении электромагнитного вращающего момента.

Вектор вращающего момента равен (37

Таким образом, введение в электропривод с асинхронным двигателем с фазным ротором двух умножителей, сумматора, интегратора и датчика частоты статора позволяет решить задачу поддержания ортогональности векторов токов статора и ротора, что при заданном моменте обеспечивает режим минимально возможных токов в двигателе и, как следствие, снижение электрических потерь в обмотках двигателя. а его модуль и при угле сдвига фаз обобщенных векторов тока ротора х„и статора i> равном — ", 15 55 где i 1з= min, Сумма электрических потерь в обмотках двигателя тоже минимальна

60 что следует из условий

По составляющим токов, полученных на выходах блоков 6 и 8 преобра" зований токов статора и ротора, определяются с помощью блоков 21 и 22 составляющие потокосцеплений ротора

Ч„х, Ч „, которые подаются на первые входы умножителей 23 и 24. На вторые входы последних поступает сигнал нулевой частоты с амплитудой, пропорциональной частоте возбуждения us

Выходные сигналы е,.„, е умножителей 23 и 24 поступают на входы блока 14 преобразований ЭДС ротора, где преобразуются в сигналы компенсации ЭДС скольжения ротора, поступающие на управляющий вход преобразователя 3 частоты ротора.

Асинхронный двигатель с фазным ротором в предлагаемом электроприводе обладает свойствами и характеристика ми двигателя постоянного тока с независимым или компаундным возбуждением. При этом бесколлекторная вентильная машина характеризуется высокой перегрузочной способностью и динамической устойчивостью, возможностью регулирования скорости вращения во всем диапазоне двигательного и генераторного режимов работы.

По сравнению с вентильным двигателем постоянного тока на базе синхронной машины асинхронный двигатель с фазным ротором обеспечивает коммутацию тока в обмотке якоря с частотой возбуждения при неподвижном роторе — в режиме упора. Последнее позволяет снизить установленную мощность главного преобразователя— преобразователя якоря и самого двига-, теля, работающих в условиях тяжелых повторных пусков.

@ив. 1

Составитель A.ÆHëèí

Редактор Н.Безродная Техред М.Кузьма КорректорВ.Бутяга

Заказ 1771/49 Тираж 667 Подписное

ВНИЦПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий.

11303 р Москва,. Ж-35,. Раушская наб., д.4/5

-Ч --Х---Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4