Устройство для управления асинхронной машиной с фазным ротором

 

СООЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) 4(51) Н 02 P 5/34

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3642378/24-07 (22) 14.09.83 (46) 30. 01. 85. Бюл. Ф 4 (72) И.А.Лабунец, А.П.Лохматов, В.К.Стрюцков и Ю.Г.Шакарян (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт электроэнергетики (53) 621 .313 ° 2(088.8) (56) 1. Патент США Р 3859578, кл. 318-197, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке h - 2913743/24-07, кл. Н 02 P 5/34, 1980. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ

АСИНХРОННОЙ МАШИНОЙ С ФАЗНЫМ РОТ0РОМ, содержащее координатный преобра. зователь с блоком нормирования на выходе, соединенный одним их двух входов с выходом блока формирования составляющих тока ротора в осях координат статора, связанного с выходами датчиков фазных токов и напряжений статора, датчик фазных токов ротора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности управления путем устранения фазовой погрешности, в него введены блок формирования составляющих тока демпфера в осях координат ротора, датчик фазных напряжений ротора и векторный сумматор, выходом соединенный с другим входом координатного преобразователя,.а двумя входами связанный с выходами датчика фазных токов ротора и блока формирования составляющих тока демпфера в осях координат ротора, два входа которого связаны с выходами датчиков фазных токов и напряжений ротора соответственно. f 137561

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для управления асинхронными машинами с фазным ротором, и может быть использовано в системах управления 5 электрических машин двойного питания, например асинхронизнрованных генераторов, компенсаторов и двигателей, Известно устройство для управле- . о ния асинхронной машиной с фазным ротором, содержащее электромеханический датчик углового положения ротора, соединенный через согласующий блок с соответствующими входами 15 блока координатных преобразований И

Известное устройство характеризуется конструктивной сложностью из-за необходимости размещения на валу асинхронной машины электромеханичес 1 2О

Ф кого датчика углового положения ро» тора, что не всегда -оказывается технически возможным.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигае- 25 мому результату является устройство для управления асинхронной машиной с фазным ротором, содержащее координатный преобразователь с блоком нормирования на выходе, соединенный одним из двух входов с выходом блока формирования составляющих тока ротора в осях координат статора, связанного с выходами датчиков фазных токов и напряжений статора, датчик фазных токов ротора (2) .

Однако известные технические решения не применимы в системах управления асинхронных машин с фазным ротором, снабженных демпферными обмот" 40 ками или массивным сердечником. В этом случае по сигналам датчиков фазных токов и. напряжений статора в блоке формирования составляющих тока ротора в осях координат статора могут быть выделены составляющие только суммарного тока ротора (сумма токов обмотки ротора и короткозамкнутых контуров). Дальнейшее сравнение этого сигнала в координат- 50 ном преобразователе с фазными токами ротора приводит к фазовой погрешности в получаемом сигнале углового положения ротора, связанной с проте. канием неучтенных токов в коротко- 55 замкнутых контурах ротора. Использование такого сигнала в системе управления электрической машиной с короткозамкнутыми демпферными контурами на роторе вызывает фазовую погрешность управления, снижение точности и ухудшение характеристик машины.

Цель изобретения — повышение точности управления путем устранения фазовой погрешности., Указанная цель достигается тем, что в устройство для управления асинхронной машиной с фаэным ротором, содержащее координатный преобразователь с блоком нормирования на выходе, соединенный одним иэ двух входов с выходом блока формирования составляющих тока ротора s осях координат статора, связанного с выходами датчиков фазных токов и напряжений статора, датчик фазных токов ротора, введены блок формирования составляющих тока демпфера в осях координат ротора, датчик фазных напряжений ротора и векторный сумматор, выходом соединенный с другим входом координатного преобразователя, а двумя входами связанный с выходами датчика фазных токов ротора и блока формирования составляющих тока демпфера в осях координат ротора, два входа которого связаны с выходами датчиков фазных токов и напряжений ротора соответственно.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства для управления асинхронной машины с фазным ротором; на фиг.2 — вариант выполнения датчика напряжения или тока ротора, на фиг.3 — блок формирования тока демпфера в осях координат ротора (3;jq), на фиг.4 — выполнение векторного сумматора, на фиг.5 — блок формирования составляющих тока ротора в осях координат статора (4; j P ) на фиг.б — выполнение координатного преобразователя.

Устройство для управления асинхронной машиной с фаэным ротором содержит датчик f фазных токов статора и датчик 2 фазных напряжений статора, выходы которых подключены к входам блока 3 формирования составляющих тока ротора в осях координат статора. Выход датчика 4 фазных токов ротора и выход датчика 5 фазных напряжений ротора подключены к соответствующим входам блока 6 формирования составляющих тока демпфера в осях ротора, а выход датчика 4 под-.

i 137561

40

50 ключен также к первому входу векторного сумматора 7, второй вход которого соединен с выходом блока 6 формирования составляющих тока демпфера в осях координат ротора. Выход блока 3 формирования составляющих тока ротора в осях координат статора и выход векторного сумматора 7 подкдючены к соответствующим входам координатного преобразователя 8, выход которого подключен к входу блока 9 нормирования, выход которого является выходом устройства.

Датчики 1 и 2 тока и напряжения

I статора могут быть выполнены, на осно- 15 ве измерительных трансформаторов тока и .напряжения.

Датчики 4 и 5 тока и напряжения ротора выполняются, например, по принципу модуляция — демодуляция (на фиг.3 раскрыт только канал управления оси координат ротора о ).

Входы датчиков 4 и 5 образованы делителем напряжения 10. Модулятор

11 Входом связан с делителем» 25 напряжения 10, а выходом — через трансформатор 12 с демодулятором 13, выход которого образует выходы датчиков 4 и 5.

Канал управления по оси коорди- 50 нат ротора выполняется по аналогичной схеме. Датчик 4 может быть выполнен аналогично датчику 5, с той разницей, что вместо делителя напряжения используется измерительный шунт.

Блок 6 формирования составляющих тока демпфера в осях координат ротора выполняется, например, по схеме, представленной на фиг.5, где показан только канал управления по оси координат о ротора, который со. держит дифференцирующий усилитель

14, суммирующий усилитель 15, выход которого связан параллельно с входами N апериодических звеньев (фильтров) 16, число которых равно числу учитываемых демпферных контуров. Выходы фильтров 16 образуют, выходы блока 6, а его входы образованы входом усилителя 15 и одним входом усилителя 15. Канал управления по оси координат ротора 0. выполнен аналогично каналу управления по оси координат ротора 3 .

Векторный сумматор 7 выполняется, например, по схеме, представленной на фиг.4, и состоит иэ суммирующих усилителей 17 (по одному в каналах управления по осям координат ротора и1а ) .

Каждый иэ суммирующих усилителей имеет вход для сигнала составляющей тока ротора и группу входов для сигналов составляющих токов демпфирующих контуров в количестве, равном числу выходов блока 6 формирования составляющих тока демпфера в осях ротора на одну фазу.

Блок 3 формирования составляющих тока ротора в.осях координат стато.ра (фиг.5) выполняется с использованием интегросумматора 18 и суммирующего усилителя 19 (раскрыт только канал управления оси координат статора Ф, канал управления по оси координат статора j P выполняется по аналогичной схеме).

Координатный преобразователь 8, выполняется, например, как показано на фиг.6, с использованием перемножителей 20-23 и суммирующих усилителей 24 и 25, выходы которых образуют выходы координатного преобразователя, а его входы образуют входы перемножителей 20-23.

Блок нормирования 9 выполняется аналогично соответствующему блоку прототипа.

Устройство работает следующим образом.

Действие устройства основано на независимом вычислении одной и той же векторной величины, характеризующей режим работы электрической машины (опорного параметра) в двух системах коорд.".нат: статорной(М j P ) и роторной (3; jq ), с последующим выделением фазового сдвига между, полученными векторными сигналами.

В данном устройстве в качестве опорного параметра используется результирующий ток 1 ротора, равный сумме токов обмотки ротора и демпфирующих контуров ротора. Если в статорной системе координат к т„=т„ то в роторной системе

-(R» 1 -+r)+ " д

Яс Rd. 0 гдеI I > „ I< — проекции вектора

Re.> RA> Rd > R "3 " ? На соответству

Я ющие координатные оси;

1137561 — угловой сдвиг между системами (о, j P ) и (Д,jq), равный угловому положению ротора электрической машины относительно статора.

Для вьделения гармонических сигналов углового положения ротора требу10 ется выполнить действия

ah "31 г

1 1 =1 со6 j gin g) 15

Ь где 1"„- вектор, сопряженный вектору IR

11 — его модуль.

Деление полученного результата на 1 г дает гармонические функции частоты

20 вращения cos f u sin) нормированной единичной амплитуды.

Первичная информация о режиме работы машины, необходимая для работы

25 устройства, поступает с датчиков

1 и 2, которые производят измерение соответственно фазных токов и напряжений статора асинхронной машины и формирование векторных сигналов тоо ка 1 и напряжения Ч в виде двух проекций на ортогональные оси одной и той же системы координат (aC;j ), жестко связанной .со статором и неподвижной в пространстве.

Датчики 4 и 5 дополнительно про- 35 изводят обработку результатов измерений соответственно фазных токов и напряжений ротора и формируют векторные сигналы тока Г и напряжения обмотки ротора в виде проекций

1 на ортогональные оси системы координат (4, )g), жестко связанной с ротором и вращающейся с частотой вращения ротора.

Сигналы 1 и Ч поступают в блок 3, 45

I который производит вьделение векторного сигнала суммарного тока ротора

1 (сумма токов обмотки возбуждения й. и демпферных контуров) в проекциях на оси системы координат статора (aC p P ) по сигналам датчика 1 тока статора, датчика 2 напряжения Ч .статора и известным параметрам маши ны В соответствии с управлением

Я где г и k соответственно активное и индуктивное сопротивления статорной цепи, Уц4 - сопротивление вэаимоиндук1 ции цепей статора и ротора, 1/р — оператор интегрирования.

Сигналы и Ч с датчиков 4 и 5 поступают в блок 6, который производит выделение векторного сигнала тот 3а„ ка демпферного контура.I в проекциях на оси системы координат ротора (d jg ) по сигналам датчика 4 тока? обмотки ротора и датчика 5 напряжения Vy обмотки ротора и известным параметрам машины в соответствии с выражениями

Ч " р " д?

1 * в 1 Р в) где E3 — ЭДС в воздушном зазоре, г иХ - соответственно активное и-индуктивное сопротивления рассеяния обмотки ротора;

Тв=М 1,- постоянная времени демпферного контура, г и — соответственно активное б и индуктивное сопротивления рассеяния демпферного контура, оператор. дифференцирования.

Сигнал I с выхода блока 6, а так. же сигнал 1 с датчика 4 поступают на входы векторного сумматора 7, где производится их сложение и вычисляется векторный сигнал результирующего тока ротора Id - в проекциях и на оси роторной системы координат °

Сигналы ? выходы блока 3 формирор вания составляющих тока ротора в осях статора и 1 с векторного сумН матора 7 подаются на входы преобразователя координат 8, в котором производится операция умножения векторного сигналами на сопряженный веку+И торный сигнал I

R (IR«+IRPi)lIRa )IR<)= к "с с ЯК ИД й(Ъ Кс 1 ) (RPiIRd Я у. р,Д.

Это позволяет получить гармонический векторный сигнал, изменяющийся с частотой вращения ротора и we1137561

7 ющий амплитуду, пропорциональную квадрату модуля IR вектора тока 1 .

Сигнал с выхода координатного преобразователя 8 поступает на вход блока 9 нормирования, в котором производится операция деления входного векторного сигнала на квадрат его модуля, после чего на выходе блока 9, который является выходом устройства, получается парафазный сигнал 1 1О (соя + j s in g), нормированной единичной амплитуды, дающий информацию об угловом положении ротора электрической машины.

Датчики 4 и 5 (фиг.2) функциони- 15 руют следующим образом.

Входной сигнал через делитель напряжения 10 на резисторах R, и И поступает в модулятор 11, где преобразуется в сигнал высокой частоты 20 с амплитудой, пропорциональной входному сигналу. Трансформатор 12 осу.— ществляет потенциальное разделение входной и выходной цепей, а демодулятор 13 производит детектирование 25 высокочастотного сигнала, и на выход блока поступает сигнал, повторяющий по форме входной.

Блок 6 формирования составляющих тока демпфера в осях координат 30 (фиг.3) функционирует следующим образом.

Вычисление составляющей ЭДС в воздушном зазоре производится при помощи схемы, состоящей из дифферен- 35 цирующего 14 и суммирующего 15 усилителей. Составляющие токов демпферных контуров вычисляются при помощи апериодических звеньев — фильтров 16, число которых равно числу реальных или эквивалентных короткоэамкнутых контуров ротора электрической машины. Канал фазы q функционирует аналогично каналу фазы

В векторном сумматоре 7 (фиг,4) производится раздельное суммирование сумматорами 17 составляющих сигналов по действительной и мнимой осям так, что фазовый сдвиг между

I выходными сигналами 1 Rd и 1 составс ляет /2.

В блоке 3 формирования составляющих тока ротора в осях координат статора (фиг.5) проиэвбдится вычисление указанных составляющих IR и IR@ по информационным сигналам, поступающим с датчиков 1 и 2.

Координатный преобразователь 8 (фиг.6) с блоком нормирования на выходе работает аналогично прототипу;

Таким образом, в соответствии с изобретением гармонические функции . положения ротора, используемые для управления асинхронной машиной с фазным ротором, формируются по

1 результатам измерений токов и напряжений обмоток статора и ротора без применения механических датчиков углового положения, при вычислении углового положения ротора учитывается наличие на роторе короткозамкнутых контуров.

Это позволяет повысить точность управления и обеспечить более широкую область применения машин двойного питания с демпферными контурами

I на роторе, а также с массивным ротором.

1137561

1137561

113756l

Фие.5

Фие. Ф

Составитель И.Волошиновский

Техред Т.Маточка

Редактор М.Келемеш

Корректор Д,Пилипенко

Подписное

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

Заказ 10538/41 Тираж 646

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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