Способ управления асинхронным двигателем с фазным ротором

 

Использование: в электроприводах переменного тока на базе асинхронного двигателя с фазным ротором, для механизмов, требующих стабилизации и регулирования величины крутящего момента. Сущность изобретения: формирование пилообразного напряжения с амплитудой, пропорциональной периоду напряжения ротора, и сравнение этого напряжения с опорным напряжением обеспечивают повышение точности регулирования величины стабилизированного момента в тормозных и двигательных режимах работы электропривода,путемулучшения стабилизации угла отпирания вентилей тиристорной силовой схемы независимо от частоты ЭДС ротора. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Н 02 P 7/62

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4760381/07 (22) 20.11.89 (46) 30,03,92. Бюл, ЬЬ 12 (71) Институт электродинамики АН УССР (72) К.П,Акинин, В.А.Войтех, И.В.Волков, В.Н.Исаков и А.П.Плугатарь (53) 621.313.777.7(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

ЬЬ 1408516, кл. Н 02 P 7/62, 1987.

Авторское свидетельство СССР

N646800,,кл. Н 02 P 7/62, 1979. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ С ФАЗНЫМ РОТОРОМ. (57) Использование: в электроприводах переменного тока на базе асинхронного двиИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах переменного тока на базе асинхронного двигателя с фазным ротором, для механизмов, требующих стабилизации и регулирования величины крутящего момента.

Известен способ, реализуемый электроприводом переменного тока по системе источник тока — асинхронная машина, обеспечивающий стабилизацию момента асинхронного двигателя.

Недостатком такого способа является необходимость регулирования напряжения, подводимого к статору асинхронного двигателя, посредством введения в электропривод регулируемого преобразователя . напряжения, что приводит к увеличению стоимости, массы и габаритов электропривода.

".Ы 1723652 А1 гателя с фазным ротором, для механизмов, требующих стабилизации и регулирования величины крутящего момента. Сущность изобретения: формирование пилообразного напряжения с амплитудой, пропорциональной периоду напряжения ротора, и сравнение этого напряжения с опорным напряжением обеспечивают повышениеточности регулирования величины стабилизированного момента в тормозных и двигательных режимах работы электропривода путем улучшения стабилизации угла отпирания вентилей тиристорной силовой схемы независимо от частоты ЭДС ротора. 2 ил.

Наиболее близким к изобретению является способ управления асинхронным двигателем с фазным ротором путем воздействия на тиристорную силовую схему в цепи ротора сигналом, пропорциональным разности сигналов заданного напряжения и фактического напряжения ротора электродвигателя, которое после понижения в трехфазном трансформаторе и до сравнения с сигналом задатчика преобразуют в находящийся в фазе с напряжением ротора электродвигателя сигнал пилообразной формы с постоянной амплитудой и длительностью, равной половине периода напряжения ротора.

Недостаток известного способа заключается в невозможности точной стабилизации амплитуды пилообразного напряжения, а следовательно, и угла отпирания вентилей тиристорной силовой схемы независимо от

1723652 частоты ЭДС ротора, что в свою очередь не позволяет стабилизировать заданную величину момента во всем диапазоне изменения частоты вращения при условии постоянства тока ротора. Это связано с тем, что для 5 стабилизации амплитуды пилообразного напряжения необходимо на вход интеграторов формирователя пилообразного напряжения подавать сигнал, пропорциональный скольжению. На практике получение такого 10 сигнала затруднительно, так как измеряемое напряжение ротора двигателя отличается от ЭДС ротора на величину падений напряжения в роторных обмотках. Следовательно, напряжение ротора непропор-.15 ционально скольжению. Кроме того, стабильность амплитуды пилообразного напряжения ухудшают колебания напряжений питающей сети.

Целью изобретения является повыше- 20 ние точности регулирования стабилизированного момента.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу управления асинхронным двигателем с фазным ротором, напряжение 25 ротора после понижения в трехфазном трансформаторе преобразуют в находящееся в фазе с напряжением ротора электродвигателя напряжение пилообразной формы с длительностью, равной половине 30 периода напряжения ротора, напряжение пилообразной формы сравнивают с опорным напряжением, и по результату сравнения осуществляют воздействие на тиристорную силовую схему в цепи ротора 35 электродвигателя, стабилизируют амплитуд тока ротора, амплитуду указанного напряжения пилообразной формы формируют пропорционально периоду напряжения ротора, указанное опорное напряжение фор- 40 мируют путем умножения напряжения, пропорционального амплитуде напряжения пилообразной формы, на величину напряия за ания момента. жен д

Предлагаемый способ отличается от известного тем, что амплитуду напряжения пилообразной формы формируют пропорционально периоду напряжения ротора, пилообразное напряжение преобразуют в 50 пропорциональное его амплитуде напряжение, которое после умножения на напряжение задания момента сравнивают с напряжением пилообразной формы, а результатом сравнения воздействуют на тири- 55 сторную силовую схему в цепи ротора электродвигателя. Формирование амплитуды напряжения пилообразной формы пропорционально периоду напряжения ротора означает, что на указанную амплитуду не оказывают влияния падения напряжения на роторных обмотках и колебания напряжения питающей сети. Сравнение напряжения пилообразной формы с произведением напряжений задания момента на напряжение, пропорциональное амплитуде пилообразного напряжения, обеспечивает стабилизацию угла отпирания вентилей тиристорной силовой схемы независимо от частоты ЭДС ротора и, следовательно, повышение точности регулирования стабилизированного момента двигателя.

На фиг. 1 представлена функциональная схема электропривода, реализующего способ управления асинхронным двигателем с фазным ротором; на фиг. 2 — схема работы системы управления тиристорной силовой схемой.

Способ реализуют с помощью электропривода, который содержит асинхронный двигатель 1 (фйг. 1) с фазным ротором, статорнье обмотки которого подключены к сети переменного тока, а роторные — к трехфазным выводам тиристорной силовой схемы 2, выводы постоянного тока которой подключены к выводам параметрического стабилизатора тока 3, трехфазный вход которого соединен с сетью переменного тока.

Электропривод содержит также формирователь 4 импульсов, вход которого соединен с выходом схемы 5 сравнения, а выход — с управляющим входом тиристорной силовой схемы 2. Вход формирователя 6 пилообразного напряжения через трехфазный трансформатор 7 связан с ротором асинхронного двигателя 1, а выход подключен к первому входу схемы сравнения 5, Выход формирователя 6 пилообразного напряжения соединен также с входом устройства 8 выборки-хранения, выход которого подключен к первому входу перемножителей 9.

Второй вход перемножителя 9 соединен с выходом блока i0 задания момента, а выход— с вторым входом схемы 5 сравнения.

Момент, развиваемый асинхронным двигателем 1, записывается следующим образом:

М = См +la cos ф, (1) где Ф вЂ” магнитный поток двигателя;

Ь вЂ” действующее значение тока в роторной обмотке;

См — конструктивный коэффициент машины;

cos ф — фазовый угол между ЭДС и током ротора.

Так как неизменен магнитный поток Ф двигателя 1, подключенного к сети перемен1723652 ного тока, а также неизменен ток ротора lz, можно представить формулу (1) в виде

М= K>cos®, (2) где К = С» Ф !г — постоянный коэффициент.

Стабилизация тока ротора lz осуществляется с помощью параметрического стабилизатора 3 тока, выполненного, например, на базе индуктивно-емкостного преобразователя. Причем в случае работы тиристорной силовой схемы 2 в выпрямительном режиме параметрический стабилизатор 3 тока должен включать в себя, кроме индуктивно-емкостного преобразователя, и инвертор, ведомый сетью с фиксированным углом отпирания вентилей. В случае работы тиристорной силовой схемы 2 в инверторном режиме инвертор, ведомый сетью, не нужен.

Угол между ЗДС и током ротора ф при работе тиристорной силовой схемы 2 выпрямителем определяется по формуле (3) ф= а+ y/2, а при работе инвертором—

Т = Тк/S, (5) . где Т» — период напряжения заторможенного ротора.

Тогда амплитуда пилообразного напряжения (фиг, 2), длительность которого Т/2, равна (6) Uan = К20заТк/2Я, где и и P — углы отпирания вентилей тиристорной силовой схемы 2 в выпрямленном и инверторном режимах; у — угол коммутации.

При неизменном токе ротора lz угол коммутации остается неизменным при изменении скольжения S. Таким образом, Мо мент асинхронного двигателя 1 однозначно определяется величиной угла отпирания вентилей тиристорной силовой схемы 2.

Для повышения точности стабилизации угла отпирания вентилей на входы интеграторов формирователя пилообразных напряжений 6 подается неизменное по величине напряжение задания амплитуды

U3a, а синхронизируют интеграторы трехфазным напряжением ротора, пониженным в трехфазном трансформаторе 7.

Период напряжения ротора равен где Kz — постоянный коэффициент, зависящий от параметров формирователя 6 пилообразных напряжений.

Пилообразное напряжение с помощью

5 устройства 8 выборки-хранения преобразуется в напряжение

0увх = Кз0ап (7) 10 где Кз — постоянный коэффициент преобразования.

Напряжение на выходе перемножителя

9 равно

15 Uon = 0увх 0зм = К2КЗ0за0змТк/23, (8) 2 Uan Оon

Т Тотп

To = оп — = Кз U Т 12 S, (9)

Uап 2

Очевидно, что время Тотп обратно пропорционально скольжению и пропорционально напряжению задания момента UaM, а угол отпирания вентилей а можно определить как отношение ТоТп к периоду напряжения ротора Т

lb Кз а = К4 Тотп/Т =. 2 О, (10) где К4 — постоянный коэффициент.

Таким образом, угол отпирания вентилей а однозначно определен напряжением задания момента . где 0зм — напряжение задания момента, Из рассмотрения равенства (6) следует, что амплитуда пилообразного напряжения

20 Uan при изменении частоты вращения ротора изменяется обратно пропорционально скольжению S, а наклон этого напряжения постоянен и определен величиной KzUaa. В то же время напряжение 0зм, с которым

25 сравнивается пилообразное напряжение при фиксированном напряжении задания момента 0», также изменяется обратно пропорционально скольжению S.

Пилообразное напряжение синхрони30 зируется в формирователе 6 пилообразного напряжения с напряжением ротора. Определим момент отпирания Тотп вентилей тиристорной силовой схемы 2 (фиг. 2) относительно точки 0 (в общем случае точка

35 0 может не совпадать с точкой естественной коммутации вентилей), записав выражение для двух подобных треугольников 0АВ и

ОАВ с учетом выражений (6) и (8) 1723652

М =К cos U. +, (1!)! 3 4 ) а регулирование момента М асинхронного 5 двигателя 1 можно осуществлять изменением U M, причем величина стабилизированного момента не зависит от частоты вращения двигателя 1.

Аналогичные выражения можно пол- 10 учить для случая работы тиристорной силовой схемы 2 в инверторном режиме.

B зависимости от характера нагрузки на валу асинхронного двигателя 1 электропривод обеспечивает регулирование стабили- 15 зированного момента в различных тормозных и двигательных режимах, При работе тиристорной силовой схемы 2 выпрямителем электропривод обеспечивает двигательный режим в квадранте и 20 торможение противовключением в И квадранте.

При работе тиристорной силовой схемы

2 инвертором, т,е. при вращении ротора против поля статора, обеспечивается рабо- 25 та привода в следующих режимах: генераторное торможение при скорости ниже синхронной во ll квадранте; двигательный режим в !!! квадранте, причем обеспечивается стабилизация мо- 30 мента при S 2.

Способ осуществляют следующим образом, В результате подачи напряжения сети переменного тока на статорные обмотки 35 асинхронного двигателя 1 в роторных обмотках наводится ЭДС, которая после понижения в трехфазном трансформаторе 7 преобразуется с помощью формирователя 6 пилообразных напряжений в находящееся в 40 фазе с напряжением ротора напряжение пилообразной формы с длительностью, равной Т/2, и амплитудой, пропорциональной периоду роторного напряжения Т. Пилообразное напряжение посредством устройст- 45 ва 8 выборки-хранения преобразуют в напряжение U»z, пропорциональное амплитуде пилообразного напряжения. Напряжение U»x в перемножителе 9 умножается на напряжение задания момента U>M, а пол- 50 ученное произведение напряжений U» подают на второй вход схемы 5 сравнения, на первый вход которой поступает пилообразное напряжение. Результат сравнения пилообразного напряжения с напряжением 55

Uon преобразуют с помощью формирователя 4 импульсов в управляющие импульсы напряжения, которые подают на управляющие входы тиристорной силовой схемы 2, причем управляющие импульсы сдвинуты относительно точки естественной коммутации вентилей на угол а.

После подачи напряжения сети на вход параметрического стабилизатора 3 тока в цепи постоянного тока протекает неизменный выпрямленный ток 4, который коммутируют тиристорной силовой схемой 2 в моменты поступления на ее управляющие входы импульсов формирователя 4. Тем самым преобразуют неизменный ток !! в неизменный по амплитуде переменный ток ротора асинхронного двигателя 1. Фазовый угол между ЭДС и током ротора lz определен выражением (3) или (4).

Таким образом, асинхронный двигатель

1 развивает крутящий момент, величина которого однозначно определена напряжением задания момента 0зм в соответствии с формулой (11) и не зависит от частоты вращения двигателя 1.

Ф нормирование пилообразного напряжения с амплитудой, пропорциональной периоду напряжения ротора, и сравнение этого напряжения с указанным опорным напряжением обеспечивает по сравнению с прототипом повышение точности регулирования величины стабилизированного момента в тормозных и двигательных режимах работы электропривода путем улучшения стабилизации угла отпирания вентилей тиристорной силовой схемы независимо от частоты ЭДС ротора. Это позволяет использовать данный способ управления в электроприводах механизмов, требующих стабилизацию и регулирование момента, формирование процесса пуска двигателя с заданным ускорением, а также регулирование частоты вращения в механизмах с вентиляторной характеристикой.

Формула изобретения

Способ управления асинхронным двигателем с фазным ротором, при котором напряжение ротора после понижения в трехфазном трансформаторе преобразуют в находящееся в фазе с напряжением ротора электродвигателя напряжение пилообразной формы с длительностью, равной половине периода напряжения ротора, напряжение пилообразной формы сравнивают с опорным напряжением, и по результату сравнения осуществляют воздействие на тиристорную силовую схему в цепи ротора электродвигателя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности регулирования стабилизированного момента, стабилизируют амплитуду тцка ротора, амплитуду указанного напряжения пилообразной фор10

1723652 мы формируют пропорционально периоду напряжения, пропорционального амплитунапряжения ротора, а указанное опорное денапряженияпилообразнойформы,нананапряжение формируют путем умножения пряжение задания момента. риу. 2

Составитель О.Бодряшова

Редактор Т.Лошкарева Техред М.Моргентал Корректор И.Муска

Заказ 1069 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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