Вентильный электропривод

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах испытательных стендов. Целью изобретения является повышение динамической точности регулирования частоты вращения путем обеспечения адаптивности по отношению к потоку возбуждения. С этой целью в вентильный электропривод введен вычислитель 14 потока возбуждения, входами соединенный с выходами датчиков 11, 15 тока в цепи постоянного тока выпрямительно-инверторного преобразователя 3 и цепи обмотки возбуждения синхронной машины 1. Выход вычислителя 14 потока возбуждения подключен к третьему входу регулятора 12 частоты вращения, выполненного дискретным. Это дает возможность компенсировать влияние потока на контур регулирования частоты вращения. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„.80„„1584056

А1 (51)5 Н 02 P 6/02

P"„ ";I ß31М

< ) ° q-p(.; °

;,, „к йы ; «Й4 е.

;= БЙ10 й.

ОПИСАНИЕ HSGBPETEHHR

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4326360/24-07

1 (22) 14.09.87 (46) 07.08.90. Бюл, N 29 (71) Пермское отделение Всесоюзного научно-исследовательского проектного и проектно-конструкторского института по комплексной электрификации промышленных объектов "Тяжпромэлектропроект" им. Ф.Б.Якубовского (72) Г.А.Сторожев (53) 62-83:621.316.718.5 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1336187, кл . Н 02 P 6/00, 1985.

Сторожев Г.А., Винокур В.И. Приме нение вентильного электродвигателя

s высокоскоростном =-лектроприводе безмоторного испытательного стенда.

Инструктивные указания по проектированию электротехнических промышленных установок. 1986, h» 1, с. 6-10.

2 (54) ВЕНТИЛЬНЬЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах испытательных стендов. Целью изобретения является повышение динамической точности регулирования частоты вращения путем обеспечения адаптивности по отношению к потоку возбуждения. С этой целью в вен-.ильный электропривод введен вычислитель 14 потока возбуждения, входами соединенный с выходами датчиков

11,, 15 тока в цепи постоянного тока выпрямительно-инверторного преобразователя 3 и цепи обмотки возбуждения синхронной машины 1. Выход вычислителя 14 потока возбуждения подключен к третьему входу регулятора 12 частоты вращения, выполненного дискретным.

Это дает возможность компенсировать влияние потока на контур регулирования частоты вращения. ил.

f584055

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в быстродействующих регулируемых электроприводах, построенных по схеме вен- тильного электродвигателя, к которым предъявляют высокие требования в отношении динамической точности отработку. управляющих воздействий, например, в электроприводах испытатель- 10 ных стендов.

Целью изобретения является повышение динамической точности регулирова1 ния частоты вращения путем обеспечения адаптивности по отношению к пото- f5 ку возбуждения.

На чертеже изображена функциональная схема вентильного электропривода.

Вентильный электропривод содержит синхронную машину 1 с датчиком 2 по"

Г ожения ротора на валу, выпрямительно-индукторный преобразователь 3 для подключения выводов обмотки статора к сети, содержащий управляемый выпрямитель 4, на выход которого под- 25 . и ключен через сглаживающии дроссель

5 тиристорный инвертар 6.. Управление выпрямителем происходит от первой системы 7 управления ьыг.;»ямит.":— лем. Управляющий вход инвертора под- уд ключен к выходу второй системы 8 угравления, управляющий вход которой соединен с выходом датчика 2 положения ротора синхронной машины, обмотка возбуждения которой подключена к тиристорному возбудителю, Электропривод содержит также регулятор 10 тока, датчик 11 тока, включенный в цепь постоянного тока преобразователя 3, выходом подклю. ченный к второму входу регулятора

10 тока,. первым входом соединенного с выходом регулятора 12 частоты вра щения. Один вход регулятора 12 частоты вращения служит для задания 45 частоты вращения, а другой его вход, подключен к выходу тахогенератора-13, установленного на валу ротора синхронной машины 1. Выход регулятора частоты вращения подключен к информационному входу системы 8 уп равления. Регулятор 12 частоты вращения снабжен третьим входом и выполнен дискретным с возможностью реализации на интервалах дискретности зависимостей:

Щ. ° ° (»»» ш с, р-a(»М ð и в электропривод введен вычислитель

f4 потока возбуждечия с двумя входами» резли зующий зависимое ть

1 ° Х СОЯ Q + 1 81П (22

x cos g (х,„- х„ ), у - поток возбуждения синхронной машины;

> i.j< - ток возбуждения синхронной машины; х, х — индуктивные сопротивtn < леиия реакции якоря по продольной и поперечным осям синхронной машины; у .- угол управления тиристорными ключами выпрямительно-инверторного преобразователя, ш„, m 2 — выходные импульсы регулятора частоты для соответствующего интервала дискретности;

4/, » — потоки возбуждения для

1 соответствующего интервала дискРетности: — функции измерения. = 1 2 9,4 2. 2

1 2 1 » » 2» .» где с1» а1 q1»

2»

2 — коэффициенты, определяемые параметрами синхронной машины..

В цепь обмотки возбуждения синхронной машины включен второй датчик 15 тока„ выходом подключенный к одному входу регулятора 16 тока возбуждения, вторым входом подключенного к датчику 11 тока, а выходом — к управляющему входу тиристорного возбудителя.

Дискретный регулятор частоты вращения и вычислитель потока могут быть реализованы с помощью микроЭВМ.

Электропривод работает следующим образом.

Регулятор 10 тока вырабатывает . сигнал, пропорциональный разности между заданным,. в качестве которого используется сигнал с выхода регулятора 12 частоты вращения и фактическим значением входного тока инвертора. Полученным сигналом управляется

158 i056 6 ное ния (регулирование тока возбуждения синхронной машины в функции входного тока инвертора i ). .В динамике точная компенсация невозможна ввиду большой электромагнитной инерции обмотки возбуждения.

Система управления частотой вращения рассматривается как система с а- 10 мультиплнкативными сигналами внешнего воздействия — потоком, диские ретно вычисляемым по выражению (2) ок в интервалах квантования по измеренным значениям тока возбуждения и входного тока инвертора, сопротивлениям реакции якоря по продольной и попеи- речной осям синхронной машины хш и ю х, и параметрам соя, я1п ;,, котоае- рые превращаются в постоянные коэфя, 20 фициенты при принятом допущении постоянства . При этом гибкая связь по продольному потоку (> у не учитывается вследствие слабости ее влияния ввиду малой величины коэффициене- 25 1 та

dm — = О

1 1

dxg

dt (5) dx1

5 выпрямитель 4, определяя его выход напряжение и входной ток инвертора

Регулятор 16 тока возбуждения в соответствии с задающим сигналом, в качестве которого используется входной ток инвертора (ток нагрузки определяет ток возбуждения синхрон ной машины на уровне, достаточном для компенсации реакции якоря в ст тических режимах.

В динамических режимах вследств большой электромагнитной инерции т возбуждения. не успевает следить за током нагрузки, в результате чего возникает отклонение потока воэбуж дения от номинального значения, пр водящие в свою очередь к отклонени частоты вращения от значений задав мых регулятором 14 частоты вращени в частности к увеличению запаздыва ния.

С целью компенсации влияния ука занных изменений потока на частоту вращения регулятор 12 частоты вращ ния вырабатывает сигнал управления частотой вращения не только в функции задающего сигнала U я и сигнала тахогенератора 13, но и в функции сигнала потока возбуждения, вычисляе- 30 мого .вычислителем 14 потока по сигналам датчика 15 тока возбуждения и датчика 11 входного тока преобразователя частоты. Формирование этого сигнала производится по следующему алгоритму.

Вентильный электродвигатель при этом рассматривается как нелинейная многосвязная система с перекрестными связями, обусловленными взаимодействием обмоток синхронной машины, наиболее точно отражающая его динамические свойства. С учетом приемлемых для электроприводов многих механизмов допущений насыщение магнитной цепи машины не учитывается, угол управления инвертором 5 является постоянным с соответствующим максимальному входному току инвертора. 5О

Применяя принцип декомпозиции, выделяет контуры управления частотой вращенля и потоком возбуждения вентильного двигателя.

В контуре управления потоком возбуждения аддитивный сигнал внешнего воздействия 1gg (реакция якоря Ilo продольной оси) может. быть скомпенсирован в статике путем коипаундироваДля решения поставленной задачи предлагается подход, основанный на методе автономного управления. В рас матриваемом случае разработка дискретного управления частотой вращения автономность управления обеспечивается компенсацией влияния мультипликативных сипналов потока возбуждения у . Разработка оптимального управления в классе непрерывных функций дает ограниченные результаты.

Решение задачи эффективно на основе аппарата разностных уравнений

V (K + 1) = KV (К), (3) где К вЂ” матрица коэффициентов разностных уравнений.

Избрав s качестве вектора состояний V

V= со1 $r, m, х, x,j (4) по схеме в переменных состояния, составляют систему дифференциальных уравнений

1584056

1 О, О а, -а2 - а

О 1,, о (8) dm — О, dt (6) А V (e), dV

dt (,) 20 определяют матрицу

О (АТ, )

I+AT + — — — = о. усз) 4 с (10) (1- Ч с1 ) 4 Й Pd2 где с,, с, с

d 2 на соответствующих шагах квантования; вычисляют

2

1 2 4, 2 . 2 2 (12) с„ш, d„ у m, (14) Введя численные значения параметров, получают систему уравнений в виде — а ш- а х2- Май х„, dx2

de

1 где а, а, а, Ъ, — коэффициенты, 1 9 определенные по параметрам вентильного электродвигателя.

Представив уравнения (6) в матричной форме. — коэффициенты, определенные по ко- 35 эффициентам матрицы А по (8).

Для определения оптимальной управляющей последовательности с учетом воздействия мультипликативных сигна- 40 лов рассчитывают вектор состояния системы на двух интервалах квантования Т, 2Т, что является достаточным при существующей размерности объекта управления. Определив вектор 45 начальных условий в виде

V (О+) col fm; О; О) V(T ) PI+ATo + — — 3 (О )

+ (ATo) о О

Используя разложение в степенной ряд соответственно (6), определяют матрицу перехода системы Ф(Т.):

Значение Т с учетом производио тельности вычислителя и искажений уцравляющих импульсов тиристорными преобразователями избрано 20 мс. Исследованиями установлено, что при аппроксимации систем рассматриваемого класса разностными уравнениями, достаточная точность аппроксимации достигается вторым приближением разложения:

V(2T ) = (l + АТ + — — --)Ч(Т+)

+ (АТо) о 0 2 I о

m с,ш,+0,-1, 4r,,-k2 4 <)m, d y m+(1у +dg, -1, ill Ч>,)- m, где ш, ш, m> — управляющая последовательность соответственно порядку шагов квантования; — измеряемые мультипликативные сигналы — коэффициЕнты,,определяемые по коэффи- циентам (10) из пе" ремножения матриц.

Введя подстановку функций измерения

15840зо определяют конечное состояние сис.темы

Ч(2т, ) =- с, m, - a m, с1, ) ш (1Я

Избрав желаемое стацйонарное состояние системы в виде получают систему алгебраических уравнений с m + aш„= О;

pm,= 1, о„ ш,+ откуда определяют оптимальную управляющую гсследовательность (18) o( ш

Как видно из выражения (18) автономность контура управления частотой вращения обеспечивается адаптацией управляющего сигнала по отношению к мультипликативным сигналам потока возбуждения.

Разработанная оптимальная управляющая псследовательнасть реализуе ся в виде управляющей программы для микропроцессорной системы управления вентильным двигателем.

МикрсЗЗМ в соответствии с этой программой выдает сигналы управления электроприводом, и, кроме того, вычисляет поток.

Вентильный злектропривод позволяет компенсировать влияние мультипликативных сигналов потока синхронной машины в контуре управления частотой вращения, что в дополнении с возможностью реализации разработанного дискретного алгоритма на ЭЦВМ ведет к повышению динамической точности отработки вентильным электродвигателем управляющих воздействий, определяющих закон изменения частоты вращения.

Вентильный электропривод, содержащий синхронную машину, выпрямитель. 55

Формула из обр етения датчи<а тока в пепи постоянного тока выпрямительно-инверторного преобразователя, а выход регулятора тока соединен с. вхсцом системы управления выпрямителем, один вход регулятора частоты вращения служит для задания частоты вращения, второй вход соединен с выходом такого нератсра, выход регулятора частоты ;--щения подключен к информацисннс:! вх ду системы управления инверiсрсм, - r.çàâëÿþöèê вход кстсрой псдклг .ен к выходу датчика полсжен..л ротора, тиристорный

-сзбудите Ib для пи. ания с бм ) -:<è возбу;-.гения синхронной машин:., втс ой да ик тока в;епи обмотки возбужде-ни.—., выходом cc. .. иненньп = . с одним входсь. регулятора тока всзбу:бдения вторым входом Г- сдкпкчеелсгс к выхс ду датчика тскя ь пи псстсянеогс тока выпрямит=.;ьнс-инв:pòñðíaãî преобра.:сва"геля, а -.. . o;;o:; — к вхсцу тиристорного возбудителя, о т л и— чаюmий с =. те !! что, с целью повышения динамической точности регулирс-*..анин частоты вращения путем обеспечения адаптивное-и по отнсше-;HO к потоку Bñ35ó öå!-:èÿ, введен вычислитель потока всзбу; дени:; с двумя входами с возможностью реализации зависимости х., х„„ссз Ц + i> sarge и -" (х,, — х,,), ccs g — поток возбуждения син-хронной мапыны, — ток возбуждения синхрон-. ной машины, — индуктивные сопротивления реакции якоря по продольной и поперечной ос =:-. . синхронной машины; где х, х но-инверторн f.,.реобразователь с дсссселем в з;ене псстоянногс тока для подключения выводов обмотки статора к сети переменного тока, тахогенератор и датчик положения ротора, установленные на валу синхронной машины, дв- системы управления. выход одной из которых подключен к управляющему входу в; †.прямителя, а выход другой— к .правляюшему входу инвертора указанного пресбразсвателя, последовательно соединенные регулятор частоты вращения, регулятор тока, снабженный вторым входом. соединенным с выходом

1584056

Составитель А.Голо@чакко

Техред Л.Олийнык Корректор Л.Патйй

Редактор М.Бланар

Заказ 22б1 Тираж 448 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 (/ - угол управления тиристорными ключами выпрямительно-инверторного преобразователя

- входной ток инвертора; регулятор частоты вращения снабжен третьим . входом и выполнен дискретным с возможностью реализации на 10 интервалах дискретности зависимостей где m m - выходные импульсы регулятора частоты для соответствующего интервала

:.-.дискретности; у,, g - потоки возбуждехия для соответствующего интервала дискретности;

)5 — функции измерения;

k3 12

Ф

1 yã É1 Ч 1< Ч 9т,, r где с, É1, q, К, -" коэффициенты, . определяе1„, мые параметрами электроl двигателя; при этом укаэанные. входы вычислителя потока возбуждения соединены с выходами датчиков тока, а выход - с третьим входом регулятора частоты вращения.