Электропривод с асинхронным двигателем с фазным ротором Советский патент 1984 года по МПК H02P7/42 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к управляемым электроприводам на базе асинхрон ых двигателей с фазным ротором, и может быть использовано в электротяговых установках, для приводов моталок листовых станов холодной прокатки, гильотинных и летучих ножниц прокатных станов. Известен электропривод с асинхрон ным двигателем с фазным ротором, статорные обмотки которого подключены к питающей сети непосредственао, а роторные - через управляе фзй преобразователь частоты. Электропривод содержит датчики фазных токов и напряжений статора, датчики токов рото ра, блоки прямого и обратного преобразований координат, регулято л продольной и поперечной составляющих тока ротора, блок компенсации ЭДС и датчики углового положения и скорости вращения ротора 1 . Недостатками известного электропривода являются малый диапазон регулирования скорости вращения, а так же невысокие энергетические показатели. Наиболее близким к предлагаемому является электропривод с асинхронным двигателем с фазным ротором, статорные и роторные обмотки которого подкгаочены соответственно к выходам преобразователей частоты статора и ротора, содержащий датчики фазных токов, статора, подключенные выходами к управлятощим входам блока преобразований токов статора, снабженного двумя выходами, датчики фазных токов ротора, подключенные выходами к управляющим входам блока преобразова ний токов ротора, снабженного двумя выходами, регуляторы продольной и поперечной составляющих тока статора, выходы которых через первый блок прямого преобразования координат под ключены к управляющим входам преобра зователя частоты статора,, регуляторы продольной и поперечной составлянлдих тока ротора, выходы которых Через второй блок прямого преобразования координат подключены к управляющим входам преобразователя частоты ротора, генератор гармонических функций низкой частоты, связанный выходами с входами регуляторов продольной и попёречной составляющих токов статора .и ротора, блок компенсации ЭДС, подключенный входами к выходам блоков преобразований токов статора и ротора, а выходами -. к входам регуляторо продольной и поперечной составлякндих тока статора, датчик углового положе ния ротора, подключенный выходами к входам для опорныхсигналов блоков щ еобразовайий статора и ротора и входам для опЬрннх сигналов блоков прямого преобразования координат 2 , Недостатком указанного электропривода с асинхронным двигателем с фазным ротором являются невысокиs энергетические показатели. Цель изобретения - снижение электрических потерь в обмотках двигате-i ля при заданном электромагнитном моменте . Указанная цель достигается тем, что в электропривод с асинхронным двигателем с фазным ротором, статорные и роторные обмотки которого подключены соответственно к выходам преобразователей частоты статора и ротора, содержащий датчики фазных токов и напряжений статора, подключенные выходами соответственно к управлякздим входам и входам для опорных сигналов блока преобразований токов , снабженного двумя выходами, датчики фазных токов ротора, подключенные выходами к управляющим входам блока преобразований токов ротора, снабженного двумя выходами, датчики фазных напряжений ротора, блоки заданий амплитуд напряжения статора и ротора, подключенные выходами к первым управляющим входам соответственно преобразователей частоты статора и ротора, блок задания постоянной частоты токов ротора, подключенный выходом к второму управляющему входу преобразователя частоты ротора, блок компенсации ЭДС ротора, подключенный входами к выходам блоков преобразований токов статора и ротора, а выходами - к управлякяцим входам блока преобразований ЭДС ротора, выход которого соединен с третьим управляющим входом преобразователя частоты ротора, датчик углового положения ротора, подключенный входами к выходам датчиков фазных напряжений статора, а выходами - к входам для опорных сигналов блока преобразований токов ротора и блока преобразований ЭДС ротора введены два умножителя,, сумматор, интегратор и электромеханический датчик частоты статора, установленный на роторе асинхронного двигателя с фазныйротором и соединенный входами с выходами датчиков фазных напряжений ротора, а выходом - с вторым управляющим входом преобразователя частоты статора, при этом входы первого умножителя подключены к первым выходам блоков преобразований токов статора и ротора, входы второго умножителя подключены к вторым выходам блоков преобразований токов статора и ротора, выходы умножителей подключены к входам сумматора, выход которого подключен к входу интегратора,соединенного выходом с третьим управлякадим ВХОДОМ преобразователя частоты статора. . На фиг.1 представлена функциональная схема электропривода с асинхронным двигателем с фазным ротором; на фиг,2 - диаграмма токов.

Электропривод содержит асинхронный двигатель 1 с фазным ротором (фиг.1), статорные и роторные обмотки которого подключены соответственно к выходам преобразователя 2 частоты статора и преобразователя 3 частоты ротора, датчики.фазных токов 4 и напряжений 5 статора, подключенные выходами к управляющим входам и входам для опорных сигналов блока б прёобразоватт НИИ токов статора, снабженного двумя выходами, датчики 7 фазных токов ротора, подключенные выходами к управля-) ющим входс1м блока 8 преобразований токов ротора, снабженного двумя выходами, датчики 9 фазных напряженийротора, блоки 10 и 11 заданий ампли--туд напряжений статора и ротора, подключенные выходами к первым управляющим входам соответственно преобразователей .2 и 3 частоты статора и ротора, блок 12 задания постоянной частоты токов ротора,подключенный выходом к второму управляющему входу пре йбразователя 3 частоты ротора, блок 13 компенсации ЭДС ротора,подключенный входами к выходам блоков 6 и 8 преобразований токов статора и ротора, а выходками - к управляющим входам блока 14 преобразований ЭДС ротора, выход которого соединен с третьим управляющим входом преобразователя 3 частоты ротора, датчик 15 углового положения ротора, подключен вый входами к выходам датчиков 5 фазных напряжений статора, а выходами к входам для опорных сигналов блока 8 преобразований токов ротора и блока 14 преобразования ЭДС ротора.

.В электропривод с асинхронным дайгателем с фазным ротором введены два умножителя 16 и 17, сумматор 18, интегратор 19 и электромеханический датчик 20 частоты статора, установленный нароторе асинхронного двигателя 1 с фазным ротором и соединенный входами-с выходами датчиков 9- фазных напряжений ротора, а выходом - с вто1йлм управляющим входом преобразователя 2 частоты статора, при этом входы первого умножителя 16 подключены к первь1м ыходам блоков б и 8 преоб рМзований токов статора и ротора, вхоАы второго умножителя 17 подключены к вторым выходам блоков б и 8 преобразований токов статора и ротора, выходы умножителей 16 и 17 подключены к входам сумматора 18, выход KOTOJpbг6 подключен к входу интегратора 19, соединенного выходом с третьим Управляющим входом преобразователя 2 частоты статора.

Блок 13 компенсации ЭДС ротора содержит блоки 21 и 22 вычислений составлякяцих потокосцепления ротора, входы которых образуют, входы блоков компенсации ЭДС ротора, и умножители 23 и 24, первые входы которых подключены к выходам блоков 21 и 22 вычислений составляющих потокосцепления ротора, а выходы образуют выходы блока компенсации ЭДС ротора, при этом вторые входы умножителей 23 и 24 объединены между собой и подключены к задатчику нулевой частоты токов ротора.

Электропривод с асинхронным двигателем с фазным ротором работает следукнцим образом.

Регулирование скорости вращения осуществляется по двум каналам. ПО первому каналу (якорного регулирования) блок 10 задания амплитуды напряжения статора воздействует на фазу управления выпрямительного звена преобразователя 2 частоты статора и регулирует тем самым его выходное напряжение. По второму каналу (регулирования возбуждения) блок 11 задания амплитуды напряжения ротора определяет амплитуду выходного напряжения преобразователя 3 частоты ротора.

При подаче напряжения питания на преобразователи 2 и 3 частоты- статооа и ротора блок 12 задания постоянной частоты токов ротора (задает постоянную частоту порядка 3-5 Гц) открывает управляемые вентили (тиристоры) преобразователя 3 частоты ротора и по обмотке ротора асинхронного двигателя 1 начинает протекать трехфазный низкочастотный ток возбуждения, создающий вращающееся магнитное поле.

Так-как вначале ротор асинхронного двигателя 1.неподвижен, то с выхода датчика 20 частоты статора, подключенного к датчикам 9 фазных напряжений ротора, на управляющий вход преобразователя 2 частоты статора (на управляющий вход инвертора) поступают сигналы управления с частотой питания ротора Шр, открывающие управляемые вентили. При этом по обмотке статора асинхронного двигателя 1 протекает трехфазный ток и.создается врщающееся магнитное поле, которое при вращении в одном направлении и с одинаковой скоростью с полем ротора взаимодействует с ним, создавая вращающий момент. Когда последний превысит момент сопротивления нагрузки, ротор асинхронного двигателя I начинает врщатьсй.

С выхода датчика 20 частоты статора снимается после этого сигнал с частотой, равной сумме частот питания и вращения ротора, т.е.

(1)

поступа1ющий на управляющий йход преобразователя 2 частоты статора и обеспечивающий одинаковую скорость вращения магнитных полей статора и ротора. Выходные сигналы с датчиков 4 фа ных токов статора преобразуютсяс помощью блока б преобразов-аний токо статора в составляющие нулевой частоты igy, ig , представленные в осях х,у, синхронно вращающихся с полем двигателя (фиг.2). Выходные сигналы с датчиков 7 фазных токов ротора пр образуются с помощью блока 8 преобр зований токов ротора в составлянмцие нулевой частоты i., i, , В умножителях 16 и 17 осуществля тся перемножение указанных .составляю щих токов, т.е. на выходе умножител 16 получают (, а на выходе умн жителя 17 - i,.-ig . В электроприводе с асинхронным двигателем с фазным ротором осущест ляется контроль ортогональности век торов тока статора и ротора (фиг.2) что выполняется при условии равенст нулю их скалярного произведения или в координатах х,у гх- Чл г isv О Полученное условие (2) реализует ся с помощью сумматора 18 и астатического регулятора 19, выполненного в виде интегратора, сигнал с выхода которого при невыполнении (2) поступает на управляющий вход преобразова теля 2 частоты статора (на управляющий вход инвертора) и определяет сме щение фазы управляющих импульсов до тех пор, пока не будет выполнено условие ортогональности векторов ток статора и ротора (2). При выполнении (2) одновременно достигается минимизация токов статора и ротора, а также электрических потерь в обмотках двигателя при данном значении электромагнитного, вращающего момента. Вектор вращающего момента равен .. 3 . . . /-Л j mVsS Vr3lа его модуль и при угле сдвига фаз обобщенных векторов тока ротора I и статора ig, равном i I где . Сумма электрических потерь в обмотках двигателя тоже минимальна .V sl rV aAmin. () что следует из условий J- Ч -1- J, Д. . По составляющим токов, полученных на выходах блоков б и 8 преобразований токов статора и ротора, определяются с помощью блоков 21 и 22 составляющие потокосцеплений ротора . которые подаются на первые входы умножителей 23 и 24. На вторые входы последних поступает сигнал нулевой частоты с амплитудой, пропорциональной частоте возбуждения Wf. . Выходные сигналы е, , е умножителей 23 и 24 поступают на входы блока 14 пресэбразований ЭДС ротора, где преобразуются в сигналы компенсации ЭДС скольжения ротора, поступающие на управляющий вход преобразователя 3 частоты ротора. Асинхронный двигатель с фазным ротором в предлагаемом электроприводе обладает свойствами и Характеристика ми двигателя постоянного тока с независимым или компаундным возбуждением. При этом бесколлекторная вентильная машина характеризуется высокой перегрузочной способностью и динамической устойчивостью, возможностью регулирования скорости вращения во всем Диапазоне двигательного и генераторного режимов работы. По сравнению с вентильным двигателем постоянного тока на базе синхронной машины асинхронный двигатель с фазным ротором обеспечивает коммутацию тока в обмотке якоря с частотой возбуждения при неподвижном роторе - в. режиме упора. Последнее позволяет снизить установленную мощность главного преобразователя преобразователя якоря и самого двигателя, работающих в условиях тяжелых повторных пусков. Таким образом, введение в электропривод с асинхронным двигателем с фазным ротором двух умножителей, сумматора, интегратора и датчика частоты статора позволяет решить задачу поддержания ортогональности векторой токов статора и ротора, что при заанном моменте обеспечивает режим минимально возможных токов в двигателе и, как следствие, снижение электрических потерь в обмотках двигателя.

ifx

isx

PU8. S

ЭЛЕКТРОПРИВОД С АСИНХРОННИМ ДВИГАТЕЛЕМ С ФАЗНЫМ РОТОРОМ, статорные и роторные обмотки которого подключены соответственно к выходам преобразователей частоты статора и ротора, содержащий датчики фазных токов и напряжений статора, , подключенные выходами соответственно к управляющим входам и входам для опорных сигналов блока преобразований токов статора, снабженного двумя выходами, датчики фазных, токов ротора, подключенные выходами к управляющим входам блока преобразований то- ; ков ротора, снабженного двумя выходами, датчики фазных напряжений ротора,блоки заданий амплитуд напряжений статора и ротора,подключенные выходами к первым управляющим входам соответственно преобразователей частоты статора и ротора, блок задания постоянной частоты токов ротора, подключенный выходом к второму управляющему входу преобразователя частоты ротора, блок компенсации ЭДС ротора, подключенный входами к выходам блоков преобразо- . ваний токов статора и ротора, а выхолаМи - к управляющим входам блока преобразований ЭДС ротора, выход которого соединен с третьим управляющим входом преобразователя частоты ротора, датчик углового положения ротора,подключенный входами к выходам датчйков фазных напряжений статора, а выходами - к входам для опорных сигналов блока преобразований токов ротора и блока преобразований ЭДС ротора, отличающийся тем, что, с целью снижения электрических потерь в обмотках двигателя при заданном электромагнитном моменте, в него вве § дены два умножителя, сумматор, интег (Л ратор и электромеханический .датчик частоты статора, установленный на роторе асинхронного двигателя с фазным ротором и соединенный входами с выходами датчиков фазных напряжений ротора, а выходом - с вторым управляющим входом преобразователя частоты статора, при этом входы первого умножителя подключены к первым выхо00 00 00 дам блоков преобразований токов статора и ротора, входы второго умножителя подключены к вторым выходам бло ков преобразований токов статора и ротора, выходы умножителей подключеIND ны к входам суммат.ора, выход которого подключен к входу интегратора, соединенного выходом с третьим управ ляющим входом преобразователя, частоты статора.