Электропривод переменного тока

 

Изобретение относится к электротехнике . Целью изобретения является улучшение регулировочных характеристик путем поддержания постоянства частоты токов ротора и обеспечения стабильности магнитного потока асинхронного двигателя с фазным ротором. Цель достигается тем, что в электропривод переменного тока, содержащий асинхронный двигатель 1 с фазным ротором и асинхронный возбудитель 2, валы которых жестко соединены между собой, обмотки статоров подключены соответственно к выходам преобразователей частоты 3, 4, а обмотки роторов соединены между собой с обратным порядком чередования фаз, введены блок задания опорного напряжения 8, блок 9 преобразования частота - напряжение , блок выделения модуля 13, блок 14 преобразования напряжение - частота , образующие канал управления для поддержания постоянства частоты токов роторов двигателя и возбудителя, и датчики ЭДС холла 1Ь, интегральный регулятор 17 в канале управления магнитным потоком двигателя. 2 ил. в (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 02 К 29/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Фиг. 7

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4414709/07 (22) 22,04,88 (46) 23.03.91. Вюл. Ф - 11 (71) Мордовский государственный университет им. Н.П.Огарева (72) Ю.П.Сонин, С.А.Юшков и Ю.И.Прусаков (53) 621.313.292 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1069083, кл. Н 02 К 29/00, 1982.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1561163, кл. Н 02 К 29/06, 1987. (54) Э11ЕК1РОПРИВОД ПЕРЕМЕННОГО ТОКА (57) ИзоЬретение относится к электротехнике ° Целью изоЬретения является улучшение регулировочных характеристик путем поддержания постоянства частоты токов ротора и обеспечения стабильности магнитного потока асинхронного двигателя с фазным ротором, „„Я0„„1636949 А 1

Цель достигается тем, что в электропривод переменного тока, содержащий асинхронный двигатель 1 с фазным ротором и асинхронный возбудитель 2, валы которых жестко соединены между собой, обмотки статоров подключены соответственно к выходам преобразователей частоты 3, 4, а обмотки роторов соединены между собой с обратным порядком чередования фаз, введены блок задания опорного напряжения 8, блок

9 преоЬразования частота — напряжение, Ьлок выделения модуля 13, блок

14 преобразования напряжение — частота., оЬразующие канал управления для поддержания постоянства частоты токов роторов двигателя и возбудителя, и Ж датчики ЭДС холла 16, интегральный регулятор 17 в канале управления магнитным потоком двигателя. 2 ил, 1636949

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводе, где требуется глубокое регулирование скорости высокая

Э

5 перегрузочная способность, обеспечение тяжелого пуска из стопорного режима и эксплуатации в загрязненных, влажных и агрессивных средах (электрическая тяга, гребной электропривод судов ледокольного типа и др".)..

Целью изобретения является улучше-. ние регулировочных характеристик путем поддержания постоянства частоты токов ротора и обеспечения стабильно- 15 сти магнитного потока асинхронного двигателя с фазным ротором.

На фиг.1 представлена функциональная схема электролривода переменного тока; на фиг.2 в зависимость частоты

И возбуждения двигателя и частоты

63 -тока ротора от частоты вращения

Я,, ротора.

Электропривод переменного. тока содержит асинхронный двигатель 1 25 (фиг.1) с фазным ротором и асинхронный возбудитель 2, валы которых .>кестко соединены между собой, обмотки статоров подключены соответственно к выходам преобразователей 3 и 4 час- 30 тоты, а обмотки роторов соединены между собой с обратным порядком чередования фаз, блоки 5 и 6 заданий амплитуды напряжений статоров, подклю" . ченные к первым управляющим входам

35 соответственно первого и второго преобразователей 3 и 4 частоты и датчик

7 фазных напряжений статора асинхронного двигателя 1 с фазным ротором, подключенный к второму управляющему входу преобразователя 3 частоты.

В электропривод введены блок 8 задания опорного напряжения и последовательно соединенные блок 9 преоб разования частота - напряжение, двух- 45 входовый сумматор 10, усилитель 11, двухвходовый сумматор 12, блок 13 выделения модуля, блок 14 преобразования напряжения — частота и двухвходовый блок 15 управления инверторным звеном, выход которого подключен к дополнительному управляющему входу преобразователя 4 частоты, В электропривод введены, кроме того, датчики 16 ЭДС Холла, установленные в воздушном зазоре асинхронного двигателя 1 с фазным ротором, интегратор 17, элементы 18 и 19 воз„ведения в квадрат, сумматор 20, блок

21 сравнения, задатчик 22 амплитуды магнитного потока и блок 23 преобразований магнитных потоков, входы которого подключены к выходам датчиков

16 ЭДС Холла .и датчика 7 напряжения статора асинхронного двигателя 1 с фазным ротором, а выходы — к входам элементов 18 и 19 возведения в квадрат, выходы которых подключены к вхо" дам сумматора 20, соединенного выходом с первым .входом блока 21 сравнения, к второму входу которого подключен выход задатчика 22 амплитуды магнитного потока.

При этом выход блока 21 сравнения подключен к входу интегратора 17, соединенного выходом с вторым управляющим входом преобразователя 4 частоты. Вход блока 9 преобразования частота — напряжение подключен к выходу датчика 7 фазных напряжений статора. Второй вход сумматора 10 объединен с вторым входом второго сумматора 12 и подключен к выходу блока 8 задания опорного напряжения, выход второго сумматора 12 соединен с вто-,.:. рым входом блока 15 управления инверторным звеном.

Конструктивно каскад двух базовых асинхронных машин выполняется либо в одном корпусе с размещением роторов на общем валу, либо в виде одной асинхронной базовой машины с совмещенными обмотками HB разное число пар полюсов Р и Р> соответственно.

Электропривод переменного тока (IIo существу бесконтактный асинхронизированный вентильный электродвигатель) работает следующим образом.

На силовые входы преобразователей

3 и 4 частоты и входы блоков управления подают напряжение питания. (От сигналов блоков 5 и 6 задания амплитуд напряжений начинают .работать выпрямительные звенья соответственно первого 3 и второго 4 преобразователей частоты.

На выходе блока 8 задания опорного напряжения формируется опорный сигнал

У . При неподвижном роторе на первый вход второго сумматора 12 поступает напряжение Н =О, а на второй его вход - опорное напряжение Uo. Выходное напряжение второго сумматора 12, выполняющего функцию сложения входных сигналов, равно

"4 Н3+По Но

1б36949

Напряжение U поступает на вход блока 13 выделения модуля, на выходе которого сигнал U по величине равен

° входному, а его полярность не изменяется при изменении полярности входно5

ro сигнала V<. Сигнал Ug поступает на вход блока 14 преобразования напряжение — частота. Выходной сигнал этого блока частотой f., пропорциональ-)p ной входному напряжению U< поступает на первый вход блока 15 управления инверторным звеном преобразователя 4 частоты, на второй вход которого поступает сигнал U4. При положительной полярности сигнала U< на выходе бло.ка 15 формируется трехфазный сигнал частотой G3g с прямым чередованием фаз, при отрицательной полярности порядок чередования фаз меняется на 20 обратный. Сформированный трехфазный сигнал управления с выхода блока 15 поступает на соответствующий управляющий вход преобразователя 4 частоты.

Так как напряжение V<=V имеет поло- 25 жительную полярность, то на выходе с блока 15 формируется трехфазный сигнал управления с прямым чередованием фаз частотой Я = Я о.

Трехфазное напряжение частотой 30

Q = И с с выхода прес бра зова теля 4 то частоты подается на обмотку статора асинхронного возбудителя 2, Трехфазный переменный ток, протекающий по его обмотке статора, создает в нем вращающееся магнитное поле, которое

35 индуцирует ЭДС в обмотке его неподвижногоо ро тора той же ча с то ты (Д f о

Под действием ЭДС обмотки ротора асинхронного возбудителя 2 через нее 40 и обмотку ротора асинхронного двигателя 1 с фазным ротором, имеющую обратное чередование фаз, протекает трехфазный переменный ток. Последний создает в асинхронном двигателе 1 45 с фазным ротором вращающееся магнитное поле с встречным вращением относительно поля асинхронного возбудителя 2. ЭДС, индуктируемая в обмотке статора асинхронного двигателя 1 с 50 фазным ротором, частотой Я снимается с датчика 7 напряжения и подается на второй управляющий вход преобразователя 3 частоты, инверторное звено которого управляется по фазе

ЭДС напряжения статора, а также на вход блока 9 преобразования частота напряжение. Выходное напряжение U блока 9 преобразования частота напряжение, пропорциональное частоте

ЭДС, индуктируемой в обмотке статора асинхронного двигателя 1, поступает на первый вход первого сумматора 10,, на второй вход которого подается опорное напряжение U . Сумматор 10 выполняет функцию вычитания входных сигналов, т.е. его выходное напряжение равно и = U„„-и

Так как при неподвижном роторе в статоре асинхронного двигателя 1 наводится ЭЦС частотой 03@, то выходное напряжение блока 9 преобразования частота — напряжение равно опорному напряжению U Тогда выходное напряжение сумматора 10 равно У =О, Напряжение поступает на вход усйлителя 1 1, коэффициент усиления которого равен

Р

К

Р

Его выходной сигнал V> поступает на первый вход второго сумматора 12, Таким образом, при неподвижном ротое ПЭ=О °

При включении тиристоров первого преобразователя частоты по обмотке статора двигателя 1 протекает трехфазный переменный ток той же частоты

63g создающий вращающееся магнитное о поле статора двигателя. В результате взаимодействия магнитных полей статора и ротора асинхронного двигателя 1 и асинхронного возбудителя 2 на общем валу создаются электромагнитные вращающие моменты одинакового знака, Когда величина суммарного электромагнитного момента бесконтактного асинхронизированного вентильного электродвигателя превысит величину момента сопротивления на валу, его ротор начнет вращаться.

Вследствие вращения ротора в обмотке статора асинхронного двигателя 1 наводится ЭДС частотой

M ™1 " 1

rpe 63> — угловая частота вращения ротора, соответствующая числу пар полюсов асинхронного двигателя 1 Р

Напряжение U1 на выходе блока 9 преобразования частота — напряжение пропорционально частоте Й г

Отсюда

У"Ф ы У4

1636949

Так как напряжение U1 пропорционально частоте Q а напряжение U пропорцио н аль но час то т е Я у, то выход но е .напряжение сумматора 10, равное

П2 Ul о» пропорционально частоте Я1,, Выходное напряжение U усилителя 11, усиленное с коэффициентом усиления К = - р-, Рв пропорционально частоте

= -Кяг, Рв

"8 Р "P, P Д где Я вЂ” угловая частота вращения ротора асинхронного возбудителя 2, соответствующая числу его пар полюсов Рв, 10

Ре

К =

РР— отношение чисел пар полюсов асинхронного возбудителя 2 20 и асинхронного двигателя 1.

Напряжени: П с выхода сумматора

12 равно 4 Uo+U3

25 а следовательно, напряжение Vg с выхода блока 13 выделения модуля про1 порционально частоте о

Выходной сигнал блока 14 преобразования напряжение — частота, пропор- 30 циональный частоте О, поступает на первый вход блока 15 управления инверторным звеном преобразователя 4 частоты, на выходе которого формируется трехфазный сигнал управления 35 частотой Яg.

Таким образом, на обмотку статора асинхронного возбудителя 2 при вращении ротора подается трехфазное переменное напряжение частотой 40 (1 = 4о (В а частота наводимой ЭДС в роторе асинхронноro возбудителя 2

Я„=Ц+Я„=И1 -43 +ß =Я =const поддерживается постояннои, 45

При увеличении скорости вращения ротора двигателя 1 частота Qg уменьшается (фиг. 2) . Когда угловая частота вращения ротора бесконтактного асинхронизированного вентильного электро- 50 двигателя Юг достигнет величины («, частота G3 станет равной

Я =5jе -Q =Я. -К g =Я. -К . =0 î "в <о р "A 4 PK

55 т.е. по обмотке статора асинхронного возбудителя 2 будет протекать постоянный ток. При этом напряжение U< с выхода сумматора 12, пропорциональ- ное частоте g, также будет равно нулю.

При дальнейшем увеличении скорости вращения ротора двигателя 1 частота

Я напряжения питания статора асинхронного возбудителя 2 начинает возрастать, но с отрицательным знаком, т,е, меняется порядок чередования Р фаз трехфазного питающего напряжения статора асинхронного возбудителя 2.

Напряжение U, пропорциональное частоте G3 становится .отрицательным, Это напряжение поступает на вход блока 13 выделения модуля, выходное напряжение U которого равно по величине напряжению U<, но имеет положительную полярность. Напряжение U поступает на вход блока 14 преобразования напряжение — частота, частота выходного сигнала которого f становится отличной от нуля. Сигнал частотой f. поступает на первый вход блока 15 управления инверторным зеком преобразователя

4 частоты, на второй вход которого поступает напряжение V отрицательной полярности. При отрицательной полярности сигнала Uy меняется порядок чередования фаз выходного трехфазного сигнала управления, что обеспечивает изменение чередования фаз трехфазного питающего напряжения статора асинхронного возбудителя 2.

Таким образом, за счет изменения частоты Я трехфазного напряжения статора асинхронного возбудителя 2 по заданному закону (фиг.2} поддерживается постоянной величина частоты тока ротора Q бесконтактного асинх5 ронизированного вентильного электродвигателя во всем диапазоне изменения скорости вращения ротора. При этом величина частоты скольжения ротора может быть выбрана оптимальной по максимуму механической мощности дви.гателя.

B электроприводе имеется автоматическая система поддержания постоянства результирующего магнитного потока в воздушном зазоре асинхронного двигателя 1 с фазным ротором.

Выходные сигналы с датчиков 16

ЭДС Холла, пропорциональные величинам магнитных потоков ф„,,(P воз-, душного зазора по осям фаз обмоток статора, преобразуются с помощью блока 23 преобразования магнитных потоков в составляющие У у, P g нулевой частоты, представленные в осях Х, 1636949

Y синхронно вращающихся с полем двигателя. После возведения в квадрат составляющих магнитного потока в эле ментах 18 и 19 и суммирования их в сумматоре 20 выходной сигнал с последнего, пропорциональный квадрату амплитуды магнитного потока ф в возо душном зазоре асинхронного двигателя

1, поступает на первый вход блока 21 сравнения, на второй вход которого поступает сигнал с блока 22 задания квадрата амплитуды магнитного потока лъ2 у д в воздушном зазоре асинхронного двигателя 1. С выхода блока 21 сравгт 2 нения сигнал рассогласования F 6 с помощью астатического регулятора, выполненного в виде интегратора 17, преобразуется в сигнал напряжения смещения + QU и подается на второй управляющий вход выпрямительного звена второго преобразователя 4 частоты и так изменяет величину тока возбуждения, чтоЬы оЬеспечить постоянство результирующего магнитного потока 25 в воздушном зазоре асинхронного двигателя 1 Р - =ф - =const в соответсто ар, вии с заданной величиной.

Скорость вращения двигателя регулируется подобно двигателю постоянно- 30 го тока лиЬо изменением величины нап1 ряжения стятора асинхронного двигате-, ля 1 и посредством фазового регулирования выпрямительного звена первого преобразователя 3 частоты, либо изменением величины магнитного потока

35 асинхронного двигателя 1 аналогичным регулированием выпрямительного звена второго преобразователя 4 частоты.

При управлении сЯ =const бесконтактный асинхронизированный вентильный электродвигатель близок по своим свойствам к контактному асинхронизированному венти>пьному двигателю, Величина Я выЬирается из условия мини45 мума расчетной мощности асинхронного возбудителя.

В зависимости от параметров базовых асинхронных двигателей с фазным ротором в номинальном режиме величина

Я составляет порядка 0,314-0,628 1/с.

Таким оЬразом, введение в электропривод переменного тока (бесконтактный асинхронизировянный вентильный электродвигатель) контуров регулирования частоты токов ротора и магнит— ного потока асинхронного двигателя обеспечивает в сравнении с известным решением улучшение регулировочных характеристик.

По сравнению с бесконтактным вентильным двигателем постоянного тока рассмотренный бесконтактныи асинхрониэировянный вентильный электродвигатель не имеет ограничений стопорного режима, позволяет осуществить элект-:. рическое торможение до полной оста-.; новки

Формула из о бр етения

Электропривод переменного тока, содержащий асинхронный двигатель с фазным ротором и асинхронный возбу-. дитель, валы которых жестко соединены между собой, обмотки статоров подключены соответственно к выходам первого и второго преобразователей частоты, каждый из которых снабжен двумя управляющими входами, а обмотки роторов соединены между собой с обратным порядком чередования фяз, первый и второй блоки задания амплитуды напряжений стяторов, подключенные к первым управляющим входам соответственно первого и второго преобразователей частоты, датчик фазных напряжений стятора асинхронного двигателя с фаэным ротором, подключенный выходом к второму управляющему входу первого преобразователя частоты, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью улучшения регулировочных характеристик путем поддержания постоянства частоты токов роторов и обеспечения стаЬильности магнитного потока асинхронного двигателя с фазным ротором, второй преобразователь частоты снаб-. жен дополнительным управляющим входом и введены блок задания опорного напряжения и последовательно соединенные блок преобразования частота

I напряжение, первый двухвходовый сумматор, усилитель, второй двухвходовый сумматор, блок выделения модуля, блок преобразования напряжение — частота и двухвходовый Ьлок управления инверторным звеном, выход которого подключен к дополнительному управляющему входу второго преобразователя частоты, датчики ЭДС Холла, установленные в воздушном зазоре асинхронного двигателя с фязным ротором, интегратор, два элемента возведения в квадрат, третий двухвходовый сумматор, блок

163б 949

I

Составитель А.Жилин

Редактор О.Юрковецкая Техред Л.Сердюкова

Корректор М.Лемчик

Заказ 821 Тираж 329 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 сравнения, задатчик амплитуды магнитного потока и блок преобразований магнитных потоков, входы которого подключены к выходам датчиков ЭДС

Холла и датчика напряжения статора асинхронного двигателя с фазным ротором, а выходы — к входам двух элементов возведения в квадрат, выходы которых подключены к входам третьего сумматора, соединенного выходом с первым входом блока сравнения, к второ у входу которого подключен выход задатчика амплитуды магнитного потока, при этом выход блока сравнения подключен к входу интегратора, соединенного выходом с вторым управляющим входом второго преобразователя частоты, вход блока преобразования частота — напряжение подключен к выходу датчика фазных напряжений статора асинхронного двигателя с фаэным ротором, вторые входы первого и второго сумматоров объединены и подключены к выходу блока задания опорного напряжения, а выход второго сумматора объединен с другим входом блока управления инверторным звеном.