Электропривод переменного тока

 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к управляемым электроприводам, построенным на основе синхронных двигателей, и может быть использовано в различных областях промышленности для регулирования частоты вращения нагрузки. Целью изобретения является повышение эффективности использования установленной мощности электрооборудования за счет увеличения максимально достижимого момента двигателя. Указанная цель достигается тем, что в электропривод, содержащий синхронный двигатель 1, датчик угла 4, датчик частоты вращения 5, введены суммирующий усилитель 11, задатчик 12 однополярного напряжения, управляемый коммутирующий элемент 13, нуль-орган 14. При этом осуществляется формирование задания для продольной составляющей тока статора в виде разности задания для поперечной составляющей и некоторой уставки, что обеспечивает возможность установки фазового сдвига между ЭДС и током близкого к 120° и получение максимального момента, развиваемого двигателем с учетом насыщения его магнитопровода. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) (51)5 Н 02 Р 7 42 -с1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ к авторском свидктельствм

Р, !

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4467124/24-07 (22) 08.06.88 (46) 23.03.90. Бюл, Р 11 (71) Новосибирский электротехнический институт (72) В. В.Жуловян, Д.Л.Калужский, T.Ä.Êèì, Е.И.Кутузов, А.Н.Панарин, М.В.Толстиков и Н.В.Федчун (53) 621.316.718.5(088.8) (56) Бродовский В.Н., Иванов Е.С.

Приводы с частотно-токовым управлением. — N. Энергия, 1974, Авторское свидетельство СССР

Р 1264292, кл. Н 02 P 7/42, 1986. (54) ЭЛЕКТРОПРИВОД ПЕРЕМЕННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнике, а именно к управляемым электроприводам, построенным на основе синхронных двигателей, и может быть использовано в различных областях промышленности для реГулирования частоты вращения нагрузки. Целью изоб2 ретения является повышение эффектив- ности использования установленной мощности электрооборудования за счет увеличения максимально достижимого момента двигателя. Указанная цель достигается тем, что в электропривод, содержащий синхронный двигатель 1, датчик 4 угла, датчик 5 частоты вращения, введены суммирующий усилитель

11, задатчик 12 однополярного напряжения, управляемый коммутирующий элемент 13, нуль-орган 14. При этом осуществляется формирование задания для продольной составляющей тока статора в виде разности задания для поперечной составляющей и некоторой уставки, что обеспечивает возможность установки фазового сдвига между ЭДС и током близкого к 120 и получение максимального момента, развиваемого двигателем с учетом насыщения его магнитопровода. 3 ил.

1552335

Изобретение относится к электротехнике, а именно к управляемым электроприводам, построенным на основе синхронных двигатйпей, и может быть

5 использовано в различных областях промышленности для регулирования частоты вращения нагрузки, Цель изобретения — повьппение эффективности использования установленной мощности электрооборудования за счет увеличения максимально достигаемого момента двигателя, ..Ha фиг. 1 представлена функциональная схема электропривода перемен- 15 ного тока; на фиг. 2 — зависимость для электромагнитного момента двигателя; на фиг. 3 — положение вектора тока в ортогональных осях d q.

Электропривод содержит синхронный двигатель 1, обмотки статора кото, рого через датчик 2 тока подключены к выходу усилителя 3 мощности, датчик

4 угла и датчик 5 частоты вращения, установленные на одном валу с синхрон-)5 ным двигателем l регулятор 6 тока, блок 7 преобразования координат с входами задания продольной и поперечной составляющих тока статора и входом для опорных гармонических функций, задатчик 8 частоты вращения, регулятор 9 частоты вращения и выпрямитель 10, При этом выход задатчика

8 частоты вращения подключен к первому входу регулятора 9 частоты враще->5 ния, второй вход которого соединен с выходом датчика 5 частоты вращения.

Выход указанного регулятора 9 подключен к входу выпрямителя 10, и к входу задания поперечной составляющей 40 тока статора блока 7 преобразования координат, вход для опорных гармонических функций которого подключен к выходу датчика 4 угла. Выход блока

7 преобразования координат соединен 45 с одним из входов регулятора 6 тока, другой вход которого подключен к выходу датчика 2 тока, а выход — к управляющему входу усилителя 3 мощности.

В электропривод переменного тока введены суммирующий усилитель 11, задатчик 12 однополярного напряжения, управляемый коммутирующий элемент 13 и нуль-орган 14,.первый вход которо го объединен с первым входом суммирующего усилителя 11 и подключен к (Ь выходу выпрямителя 10. Второй вход нуль-органа 14 объединен с вторым входом суммирующего усилителя 11 и подключен к выходу задатчика однополярного напряжения. Выход нуль-органа

14 подключен к управляющему входу коммутирующего элемента 13, выводы которого подключены к выходу суммирующего усилителя ll и к входу задания продольной составляющей тока статора блока преобразования координат. . В качестве двигателя 1 может быть использован синхронный двигатель с электромагнитной редукцией частоты вращения. Усилитель 3 мощности представляет собой транзисторный или тиристорный импульсньгй преобразователь энергии, Датчик 4 угла может быть выполнен на основе сельсина, поворотного трансформатора или оптического кодирующего преобразователя.В качестве датчика 5 частоты вращения может быть использован трансформатор постоянного тока, Регулятор 9 частоты вращения выполнен, например,в виде пропорционально-интегрального звена. Выпрямитель 10 выполнен,например, по двухполупериодной схеме.

Электропривод работает следую-. щим образом.

Для отработки заданной частоты вращения в регуляторе 9 производится сравнение сигнала задания, поступающего с выхода задатчика 8, с вьгходным сигналом датчика 5. В результате на. выходе регулятора 9 вырабатывается управляющее напряжение. Это напряжение поступает на вход задания поперечной оставляющей I статорного тока блока 7 преобразования координат, на вход для гармонических функций которого поступает сигнал с датчика 4 угла. С выхода блока 7 преобразования координат на вход регулятора 6 тока поступают задания.для фазных токов, амплитуда и фаза которых определяется сигналами на его входах. Регулятор 6 тока управляет усилителем 3 мощности таким образом, чтобы фаэные токи синхронного двигателя 1 соответствовали сигналам saдания токов на входе регулятора 6 тока. Под действием возникающего электромагнитного момента синхронный двигатель 1 приводит so вращение нагрузку и отрабатывает заданную частоту вращения.

Для получения предельных значений момента при ненасьпценной магнитной

1552335 системе двигателя регулирование частоты вращения синхронных двигателей осуществляется путем управления поперечной составляющей тока I и поддер1 жания продольной составляющей тока

I>-=O.

Однако для двигателей с электромагнитной редукцией частоты вращения высокое использование активных материалов достигается за счет увеличения значений индукции в воздушном зазоре до 0,9 Т (в зубцах до 2,5 Т), что обуславливает сильную насыщенность магнитной системы. При этом управление с I =0 оказывается неопd тимальным, поскольку при сохранении амплитуды тока якоря и возбуждения двигатель развивает больший момент, когда вектор магнитодвижущей силы (МДС) якоря F> ïîâåðíóò на определенный угол от оси d ротора, которая совпадает с максимумом магнитной проводимости. В результате появляется размагничивающая реакция якоря У1, которая уменьшает насыщение магнитной системы, поэтому увеличивается доля МДС, приходящейся на воздушный зазор и, следовательно, растет магнитная энергия в рабочем зазоре ° В то же время при больших смещениях . вектора F растет МДС продольной реЯ акции якоря и падает МДС поперечной реакции якоря. Начиная с некоторого угла наступает обратное явление— момент уменьшается. Величина угла зависит от ссютношения МДС якоря и возбуждения и .конструктивных данных магнитопровода двигателя. На фиг ° 2 представлены зависимости момента М

/\.

h от угла (9+ -) при фиксированных зна2 чениях тока Е, где 8 =arctg Id/I — угла фазового сдвига между гармоническими функциями ЭДС и тока (указанные зависимости получены в результате расчетов на ЦВМ и экспериментальных исследований для ряда двигателей с электромагнитной редукцией частоты вращения аксиального и радиального типов). Иэ представленных зависимостей следует,.что при токах

I> I вследствие насьпцения двигатеъо ля происходит заметное смещение максимальных значений момента в сторону

/сг и увеличения угла (О+ 2). Предельное значение момента Y„«,äîñòèãàåòñÿ при углах, близких к 120, и ограничивается по условиям допустимого нагрева двигателя, Практически обеспечить максималь5 ный момент можно линейным увеличением составляющей статорного тока Е1 в зависимости от разности (Е -Е1р) (фиг. 3), что с достаточной степенью точности будет аппроксимировать рост угла 8 в зоне насьппения (фиг. 2),qo значения, соответствующего максимальному моменту двигателя при каждом значении Е,1 > Е, Для формирования составляющей I сигнал с выхода регулятора поступает на выпрямитель 10, где выделяется его абсолютная величина, и поступает на одни входы сумматора 11 и нуль-орга- . на 14, на другие входы которых подается напряжение с задатчика 12 однополярного напряжения U „. При значениях выходного сигнала регулятора 9 (Е!,j

25 состоянию коммутируищего элемента

13, и задание продольной составляющей статорного тока Е1†=. При увеличении напряжения на выходе регулятора 9 до значения (Ирс! Е1 „, т.е. при

3Q задании момента Y. ) 1 (фиг. 2), нульорган 14 принимает состояние, при котором коммутирующий элемент 13 оказывается замкнутым, и на вход задания продольной составляющей статорного тока Id блока 7 преобразования координат гоступает сигнал (Е -I< )..

О

Нуль-орган 14 введен для йолучения напряжения, знак которого определяется знаком выходного сигнала регу4р лятора 9, а уровень — величиной I

"o с тем, чтобы на входе коммутирующего элемента 13 напряжение линейно нарастало, начиная от нулевого значения с момента срабатывания-.

45 Таким образом, введение в электропривод переменного тока суммирующего усилителя, задатчика однополярного напряжения, управляемого коммутирующего элемента и нуль-органа обеспечи5О вает в насыщенном состоянии двигате ля формирование составляющей статорного тока по продольной осн по закону

t>(I -Ед ), который с достаточной то точностью воспроизводит смещение мак55 симального момента на эксперименталь/ . ной характеристике N=f(0+ -), а сле2 довательно, для каждого значения составляющей тока по погеречной оси

1552335

i 6),рад

6 д 2 6

Фиг.2

Составитель А.Жилин

Редактор Е.Панп Техред Л.Олийнык Корректор В. Кабаций .

Заказ 338 Тираж 45б Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101

I > I происходит увеличение макси-"1 0 мального момента, развиваемого двигателем, и достижение предельного по нагреву машины момента М„„„ что позволяет наиболее полно использовать двигатель в сравнении с известным решением. формула изобретения

Электропривод переменного тока, содержащий синхронный двигатель, обмотки статора которого через датчик тока подключены к выходу усилителя мощности, датчики угла и частоты 5 вращения, установленные на валу синхронного двигателя, регулятор тока, блок преобразования координат с входами задания продольной и поперечной составляющих тока статора и входом для20 опорных гармонических функций, задатчик частоты вращения, регулятор частоты вращения и выпрямитель, выход задатчика частоты вращения подключен к первому входу регулятора частоты вращения, второй вход которого соединен с выходом датчика частоты вращения, выход регулятора частоты вращения подключен к входу выпрямителя ик входу задания поперечной 30 составляющей тока статора блока пре/ образования координат, вход для опорных гармонических функций которого подключен к выходу датчика угла, а выход блока преобразования координат соединен с одним из входов регулятора тока, другой вход которого подключен к выходу датчика тока, а выход — к управляющему входу усилителя мощности, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью повышения зффективности использования установленной мощности путем увеличения максимально достижимого момента двигателя, введены суммирующий усилитель, задатчик однополярного напряжения, управляемый коммутирующий элемент и нуль-орган, первый вход кото1 рого объединен с первым входом суммирующего усилителя и подключен к выходу выпрямителя, второй вход объединен с вторым входом суммирующего усилителя и подключен к выходу задатчика однополярного напряжения, а выход нуль-органа подключен к управляющему входу коммутирующего элемента, выводы которого подключены к выходу суммирующего усилителя и к входу задания продольной составляющей тока статора блока преобразования координат.