Устройство для управления моментом синхронного двигателя

 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к управляемым электроприводам на базе синхронных двигателей и непосредственных преобразователей частоты. Целью изобретения является повышение точности управления моментом синхронного двигателя. Цель достигается введением формирователя 10 обратной связи по моменту, сумматоров 11, 12, интеграторов 13, 14 с входами сброса, блока 15 деления, источника 16 смещения и элемента ИЛИ 17. При этом обеспечивается коррекция сигнала задания по моменту на каждом интервале дискретности непосредственных преобразователей частоты, питающих обмотки двигателя, благодаря чему повышается точность управления моментом. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН сю 4 Н 02 Р 7/36

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

CO

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4383516/24-07 (22) 07,01.88 (46) 07.12.89. Бюл. Р 45 (71) Новосибирский электротехнический институт (72) А,Г,Грабовецкий (53) 621.316.718.5(088,8) (56) Бродовский В.H., Иванов Е.С.

Приводы с частотно-токовым управлением. — М.: Энергия, 1974, Слежановский О.В. и др. Система подчиненного регулирования электроприводов переменного тока с вентильными преобразователями. — M.: Энергоатомиздат, 1983, с. 96 — 99. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ИОМЕ11ТОИ СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ (57) Изобретение относится к электро„„SU„„152?700 А1 технике, а именно к управляемым электроприводам на базе синхронных двигателей и непосредственных преобразователей частоты. Целью изобретения является повьппение точности управления моментом синхронного двигателя, Цель достигается введением формирователя

10 обратной связи по моменту, сумматоров 11, 12, интеграторов 13, 14 с входами сброса, блока 15 деления, источника 16 смещения и элемента ИЛИ

17. При этом обеспечивается коррекция сигнала задания по моменту на каждом интервале дискретности непосредственных преобразователей частоты, питающих обмотки двигателя, благодаря чему повышается точность управления моментом. 4 ил, 1 527700

Изобретение относится к электротехнике, а именно к управляемым электроприводам общепромышленного назначения на базе синхронных двигателей и непосредственных преобразователей частоты.

Цель изобретения — повышение точности управления моментом синхронного двигателя.

На фиг, 1 представлена функциональная схема устройства для управления моментом синхронного двигателя; на фиг. 2 — формирователь обратной связи по моменту; на фиг. 3 — блок прямого преобразования координат; на фиг. 4— временные диаграммь>, поясняющие функционирование устройства. устройство для управления моментом

cHHxpoHHoI о двигателя 1 (фиг, 1) со держит непосредственные преобразователи 2 и 3 частоты (НПЧ), силовые выходы которых предназначены для подключения к соответствуюшим фаэным обмоткам якоря синхронного двигателя 1, 25 датчик 4 положения индуктора, датчики 5 и 6 фазных токов якоря, блок 7 задания момента, блоки 8 и 9 прямого и обратного преобразования коорд»нат соответственно. Опорные входы блоков

S и 9 подключены к соответствующим ьыходам датчика 4 положения индуктора. Выходы датчиков 5 и 6 фазных токов якоря подключены к соответствующил информаци<,.шым входам блока 9 обратного преобразования координат, Выходы блока 8 прямого преобразования координат подключены к управляющим входам соотвегствующих НПЧ 2 и 3 °

В ус>ройство для управления момен 40 том синхронного двигателя введены форлшрователь 10 обратной связи по моменту, сумматоры 11 и 12, интеграторы 13 и 14 с входами сброса, блок

15 деления, источник 16 смещения и 4 элемент ИЛИ 17, подключенный входами к выходам управления вентилями НПЧ

2 и 3 °

Входы формирователя 10 обратной связи Но моменту подключены к соот50 ветствующим выходам блока 9 обратного преобразования координат, а выход— к одному из -входов сумматора 11, соединенного выходом с входом интегратора 13. Выход источника 16 смеще55 ния подключен к входу интегратора 14, Выходы интеграторов 13 и 14 подключены cooòâe гственно к входам делимого и дели геля блока 15 деления, соединенного выходом с одним из входов сумматора 12, Другие входы сумматоров 11 и 12 объединены л>ежду собой и подключены к выходу блока 7 задания момента, Выход сумматора 12 соединен с информационным входом блока

8 прямого преобразования координат, а выход элемента ИЛИ 17 подключен к входам сброса интеграторов 13 и 14.

Формирователь 10 обратной связи по моменту может быть выполнен с умножителем 18 (фиг. 2), масштабирующими усилителями 19 и 20 и сумматором

21, Первый и второй входы умножителя 18 образуют соответствующие входы формирователя 10. Второй вход умножителя 18 объединен с входом масштабирующего усилителя 20. Выход умножителя 18 подключен к входу масштабирующего усилителя 19, Выходы масштабирующих усилителей 19 и 20 подключены к входам сумматора 21, выход которого образует выход формирователя 10.

Блок S прямого преобразования координат может быть выполнен с масштабирующим усилителем 22 (фиг. 3), инвертором 23 и умножителями 24 и 25.

Вход усилителя 22 образует информационный вход блока 8, Выход усилителя 22 подключен к первому входу умножителя 24 непосредственно, а к первому входу умножителя 25 через инвертор 23 ° Вторые входы умножителей 24 и 25 и их выходы образуют соответственно опорные входы и выходы блока 8 прямоro преобразования координат.

Блок 7 задания момента и источник

16 смещения могут быть выполнены в виде источников постоянного напряжения. Блок 15 деления может быть выполнен с использованием микросхемы аналогового перемножения 525ПС2 в обратной связи операционного усилителя.

Датчики 5 и 6 фазных токов якоря можно реализовать в виде шунтов, включенных в соответствующие цепи обмоток двигателя 1 с применением оптронной развязки. В качестве датчика 4 положения индуктора может быть исполь:ован вращающийся трансформатор.

НПЧ .2 и 3 могут быть выполнены по трехфаэной моСтовой схеме с многоканальной системой управления, постг>оенной по вертикапьному принципу. Ъ

5 15 состав НПЧ 2 и 3 входят системы регулирования тока.

Устройство для управления моментом синхронного двигателя работает следующим образом, Сигнал U>„ ñ выхода блока 7 задания момента при частотно-токовом управлении определяет поперечную составляющую (по оси q) вектора тока синхронного двигателя 1, а продольная составляющая (по оси d) при этом равна нулю. Задание для поперечной составляющей вектора тока определяется выражением

U . = U мй где К. — коэффициент пропорциональ1 ности потокосцепление индуктора о двигателя 1 (выполненного, например, на постоянных магнитах); сигнал на выходе сумматора 12.

Задания для токов в фазах Г, G двиrателя 1, формируемые с помощью блока 8 преобразования координат, записываются:

U>; U cosу, % (2) где — угловое положение индуктора.

С помощью НПЧ 2 и 3, содержащих системы регулирования тока нагрузки, осуществляется отработка заданных по (2) фаэных токов с достаточно высокой точностью по средним за интервал дискретности значениям.

Нз-за несоответствия по мгновенным значениям реальных токов якоря заданию кривая реального момента двигателя 1 даже при его постоянном задании будет пульсировать. Устранение этого недостатка и повышение точности управления моментом связано с введением цепи обратной связи по реальному моменту нагрузки, Соответствующий сигнал обратной связи получают на выходе формирователя 10 по сигналам продольной и поперечной составляющих вектора тока

П ... U соответственно, полученос, ных с помощью блока обратного преобразования координат (фиг. 3) по выражениям

d F

Пос, = UUU; соз .1 + Бос, $1п "1", -U„sin 1+ U„< cos, И=К„(,„. i+(L -L„)+ ч, ), (4) где I<„ — коэффициент пропорциональ0 HocTH j

i d, i — токи по осям d индуктивности по осям d, q.

Управление по мгновенным значениям момента И не имеет смысла, поскольку НПЧ обеспечивает дискретный характер его отработки, В устройстве обеспечивается слеже— ние за величиной среднего за интер— вал дискретности момента двигателя 1.

При этом должно выполняться равенство

1„, 1 (t)dt ,-" (4g

25 (5)

U„„(t)dt, 4+(4 где t<, t 1(„— начапо и конец k-ro интервала дискретности.

Результирующлй сигнал задания момента должен формироваться в виде

Uçì (t) + U3" (t) (t) = зм где Oз,м Д(t ) ошибка в отработке среднего момента; коэффициент пропорциональности, t — — ) (и,„(t)1 (t, v (t) =—

t (7) 40 — U„„(t))dt

Игновенное значение ошибки по моменту вычисляется сумматором 11 и поступает на интегратор 13 со сбро45 сом, момент начала интегрирования которого t > определяется моментом поступления импульса сброса 8 . Выходной сигнал интегратора 12, равный

Ф

Ut (t) = k 1 (Ut (t) U (t)) dt (8)

1 поступает на вход делимого блока 15 деления, на вход делителя которого поступает сигнал U с выхода интегратора 14 со сбросом. Поскольку в интеграторе 14 интегрируется постоянный сигнал смещения U и сбрасывается теми же импульсами ), что и интегратор 13, то

27700 6 с с где U ., U,(; — сигналы на выходах ос датчиков 5 и 6 фазных токов якоря.

На выходе формирователя 10 (фи г. 2) получают сигнал U«„, пропорциональный реальному моменту М двигателя: 527700

U, - U.dt = U (t — t ). (9) т

При U о = 1 на выходе блока 15 деления формируется сигнал U в полном

Зм 5 ,соответствии с (7).

Импульсы сброса интеграторов 13 и 14 формируются элементом ИЛИ 17 из импульсов управления НПЧ 2 и 3, принимающих участие в формировании токов якоря двигателя l. Действительно, если производится слежение за средним током НПЧ, то интервал дискретности отсчитывается по расстоянию между двумя соседними импульсами управ ления вентилями НПЧ. Если слежение идет за моментом двигателя 1, который образуется за счет взаимодействия нескольких токов, формируемых несколькими НПЧ, то интервал дискретности при формировании момента определяется временным интервалом между соседними импульсами управления тиристоров, относящихся к любому НПЧ, что и делается благодаря использова- 25 нию для сброса интеграторов 13 и 14, F как импульсов управления НПЧ V ° .V так и импульсов управления НП I< . „, „V„, С G

Повышение точности отработки задания момента достигается благодаря;10 двум обстоятельствам, Во-первых, принцип слежения за средним на интервале дискретности моментом позволяет обеспечить значительно большее быстродействие си-.темы регулирования, чем применен;1е известного ПИ-регулятора момента, поскольку накопления ошибки регулирования не происходит иэ-за периодического сброса интегратора. Кроме того, возможная неточ- 40 ность в отпирании вентиля одного НПЧ учитывается и корректирует момент отпирания вентиля другого НПЧ в зависимости от конечного результата— ошибки в среднем формируемом моменте. 4>

Так, например, ошибка, возникающая после отпирания вентиля НПЧ вЂ” (фиг. 4), корректирует момент отпираF ния вентиля НПЧ вЂ” с так, чтобы указанная ошибка была минимальной, и на- 0 оборот, ошибка в моменте, возникающая после момента времени t, корректирует момент отпирания вентиля (это влияние показано на фиг, 4 стрелками). Ло-вторых, участие в образовании момента двигателя нескольких преобразователей, моменты включения вентилей которых в общем случае не совпадают (фиг. 4), приводит к эквивалентному уменьшению интервала дискретности при формировании момента, что также позволяет увеличить быстродействие и точность слежения при управлении моментом синхронного двигателя, Таким образом, введение в устройство для управления моментом синхронного двигателя формирователя обратной связи по моменту, сумматоров, интеГраторов со сбросом, блока деления, источника смещения и элемента ИЛИ обеспечивает коррекцию сигнала задания по моменту на каждом интервале дискретности непосредственных преобразователей частоты, питающих обмотки двигателя, благодаря чему повышается точность управления моментом в сравнении с известным решением, Ф о р M у- л а и з о б р е т е H и я

Устройство для управления моментом синхронного двигателя, содержаыее непосредственные преобразователи частоты с силовыми выходами для подключения к соответствующим фазным обмоткам якоря синхронного двигателя, датчик положения индуктора, датчики фа:-vv; токов якоря, блок задания момента, блоки прямого и обратного преобразования координат, опорные входы которых подключены к соответствующим выходам датчика положения индуктора, при этом выходы датчиков фаэных токов якоря подключены к соответствующим информационным входам блока обратного преобразования координат, а выходы блока прямого преобразования координат подключены к управляющим входам соответствующих непосредственных преобразователей частоты, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, введены формирователь обратной связи по моменту, два сумматора, два интегратора с входа:1и сброса, блок деления, источник смещения и элемент ИЛИ, подключенный входами к выходам управления вентилями непосредственных преобразователей частоты, при зтом входы формирователя обратной связи по моменту подключены к соответствующим выходам блока обратного преобраэовагеля координат, а выход — к одному из входов первого сумматора, соединенного выходом с входом первого интегратора, выход источника смеще)527700

10 ния подключен к входу второго интегратора, выходы первого и второго интеграторов подключены соответственно к входам делимого и делителя блока деления, соединенного выходом с одним из входов второго сумматора, другой вход которого соединен с другим входом первого сумматора и подключен к выходу блока задания момента, выход второго сумматора соединен с информационным входом блока прямого преобразования координат, а выход элемента ИЛИ подключен к входам сброса указанных интеграторов.

Составитель А.Жилин

Редактор Н. Тупица Техред М.Дидык Корректор М,лароши

Заказ 7517/56 Тираж 551 Подписное дущи Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101