Устройство для управления асинхронной машиной с фазным ротором Советский патент 1985 года по МПК H02P5/34 

00

vl

ел

ф

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для управления асинхронными машинамис фазным ротором, и может быть использовано в системах управления электрических машин двойного питания, например асинхронизированнык генераторов, компенсаторов И двигателей.

Известно устройство для управления асинхронной машиной с фазньм ротором, содержащее электромеханический датчик углового положения ротора, соединенньй через согласующий блок с соответствуюпщми входами блока координатных преобразований р

Известное устройство характеризуется конструктивной сложностью из-за необходимости размещения на валу асинхронной машины электромеханического датчика углового положения ротора, что не всегда -оказывается технически возможным.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для управления асинхронной машиной с фазным ротором, содержащее координатный преобразователь с блоком нормрфования на выходе, соединенный ОДНИМ из двух входов с выходом блока формирования составляюш пс тока ротора в осях координат статора, связанного с выходами датчиков фазных токов и напряжений статора, датчик фазньк токов ротора 2 .

Однако известные технические решения не применимы в системах управления асинхронных машин с фазным- ротором, снабженных демпферными обмотками или массивным сердечником, В этом случае по сигналам датчиков фазных токов и. напряжений статора в блоке формирования составляющих тока ротора в осях координат статора могут быть выделены составляющие только суммарного тока ротора (сумма токов обмотки ротора и короткозамкнутых контуров). Дальнейшее сравнение этого сигнала в координат ном преобразователе с фазными токами ротора приводит к фазовой погрешности в получаемом сигнале углового положения ротора, свя.занной с протеканием неучтенных токов в короткозамкнутых контурах ротора. Использование такого сигнала в системе управления электрической машиной с

короткозамкнутыми демпферными контурами на роторе вызывает фазовую погрешность управления, снижение точности и ухудшение характеристик машины.

Цель изобретения - повьш1ение точности управления путем устранения фазовой- погрешности.

Указанная цель достигается

тем, что в устройство для управления асинхронной машиной с фазньв4 ротором, содержащее координатный преобразователь с блоком нормирования на выходе, соединенньй одним из двух

входов с выходом блока формирования составляющих тока ротора в осях .координат статора, связанного с выходами датчиков фазных токов и напряжений статора, датчик фазных токов ротора, введены блок формирования составлянэдих тока демпфера в осях координат ротора, датчик фазных напряжений ротора и векторный сумматор, выходом соединенный с другим

входом координатного преобразователя, а двумя входами связанньй с выходами датчика фазных токов ротора и блока формирования составляющих тока демпфера в осях координат ротора, два

входа которого связаны с выходами датчиков фазных токов и напряжений ротора соответственно.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства для управления

асинхронной машины с фазным ротором; на фиг.2 - вариант вьшолнения датчи- ка напряжения или тока ротора на фиг,3 - блок формирования тока демпфера в осях координат ротора (3)),

на фиг,4 - выполнение векторного сумматора на фиг.5 - блок формирования составляющих тока ротора в осях координат статора (sijjj )-, на фиг,6 - выполнение координатного

преобразователя.

Устройство для управления асинхронной машиной с фазным ротором содержит датчик 1 фазных токов статора и датчик 2 фазных напряжений

статора, выходы которых подключены к входам блока 3 формирования составляющих тока ротора в осях координат статора. Выход датчика 4 фазных токов ротора и выход датчика 5 фазных

напряжений ротора подключены к соответствующим входам блока 6 формирования составляющих тока демпфера в осях ротора, а вькод датчика 4 под3 .

ключей также к первому входу векторного сумматора 7, второй вход которого соединен с выходом блока 6 формирования составляющих тока демпфера в осях координат ротора. Выход блока 3 формирования составляющих тока ротора в осях координат статора и выход векторного сумматора 7 подкдючены к соответствующим входам координатного преобразователя 8, выход которого подключен к входу блока 9 нормирования, выход которого является выходом устройства.

Датчики 1 и 2 тока и напряжения статора могут быть выполнены на осн ве измерительных трансформаторов тока и -напряжения.

Датчики 4 и 5 тока и напряжения ротора выполняются, например, по принципу модуляция - демодуляция (на фиг.З раскрыт только канал управления оси координат ротора j ) . Входы датчиков 4 и 5 образованы делителем напряжения 10. Модулятор 11 входом связан с делителем напряжения 10, а выходом - через трансформатор 12 с демодулятором 13 выход которого образует выходы датчков 4 и 5.

Канал управления по оси координат ротора вьшолняется по аналогичной схеме. Датчик 4 может быть выполнен аналогично датчику 5, с той разницей, что вместо делителя напряжения используется измерительный шунт.

Блок 6 формирования составляющих тока демпфера в осях координат ротора вьтолняется, например, по схеме, представленной на фиг.5, где показан только канал управления по оси координат d ротора, который содержит дифференцирующий усилитель 14, суммирующий усилитель 15, выход которого связан параллельно с входами N апериодических звеньев (фильтров) 16, число которых равно числу учитываемых демпферных контуров. Выходы фильтров 16 образуют выходы блока 6, а его входы образованы входом усилителя 15 и одним входом усилителя 15. Канал управления по оси координат ротора С выполнен аналогично каналу управления по оси координат ротора (3 .

Векторный сумматор 7 выполняется например, по схеме, представленной на фиг.4, и состоит кз суммирующих

375614

усилителей 17 (по одному в каналах управления по осям координат ротора сЗ и jc| ),

Каждый из суммирующих усилителей 5 имеет вход для сигнала составляю.щей тока ротора и группу входов для сигналов составляющих токов демпфирующих контуров в количестве, равном числу выходов блока 6 формирования составляющих тока демпфера в осях ротора на одну фазу.

Блок 3 формирования составляющих тока ротора в осях координат статора (фиг.5) выполняется с использованием интегросумматора 18 и суммирующего усилителя 19 (раскрыт только канал управления оси координат статора oi , канал управления по оси координат статора j /3 выполняется по аналогичной схеме).

Координатный преобразователь 8, выполняется, например, как показано на фиг.6, с использованием перемно- жителей 20-23 и суммирующих усилителей 24 и 25, выходы которых образуют выходы координатного преобразователя, а его входы образуют входы перемножителей 20-23.

Блок нормирования 9 выполняется

0 аналогично соответствующему блоку прототипа.

Устройство работает следующим образом.

Действие устройства основано

, на независимом вычислении одной и той же векторной величины, характеризующей режим работы электрической машины (опорного параметра) в двух системах коордгшат: статорной (0 J j /5 )

Q и роторной ( с) , jO )., с последующим выделением фазового сдвига между, полученными векторными сигналами. В данном устройстве в качестве опорного параметра используется результирующий ток Ijj ротора, равный сумме токов обмотки ротора и демпфирующих контуров ротора. Если в статорной системе координат . -i.

(5 то в роторной системе

l , ( 4 - вектора

о на соответствующие координатные V - угловой сдвиг между системами (ог; i |5) и (jjc) равный угловому положению ротора электрической мапшны относительно статора. Для вьщеления гармонических сигна лов углового положения ротора требуется выполнить действия ;iifi J т2 f . . Ч S где 1 - вектор, сопряженный эекто1 - его модуль. Деление полученного результата на дает гармонические функции частоты вращения cosY и sin нормированной единичной амплитуды. Первичная информация о режиме работы машины, необходимая для работы устройства, поступает с датчиков 1 и 2, которые производят измерение соответственно фазных токов и напряжений статора асинхронной машины и формирование векторных сигналов то ка I и напряжения V в виде двух проекций на ортогональные оси одной и той же системы координат (ot; j i ) , жестко связанной -со статором и неподвижной в пространстве. Датчики 4 и 5 дополнительно производят обработку результатов измерений соответственно фазных токов и напряжений ротора и формируют векторные сигналы тока It и напряжения Vi обмотки ротора в виде проекций на ортогональные оси системы координат (J ijq) жестко связанной с рото ром и вращающейся с частотой вращени ротора. ... Сигналы I и V поступают в блок 3 который производит выделение векторного сигнала суммарного тока ротора i (сумма токов обмотки возбуждения и демпферных контуров) в проекциях на оси системы координат статора ( чС) } Р ) по сигналам датчика 1 тока 1 статора, датчика 2 напряжения V статора и известным параметрам машины g соответствии с управлением 1 iri xi «pUaiN i где г и X соответственно активное и индуктивное сопротивления статорной цепи; X(j| - сопротивление взаимоиндукции цепей статора и ротора 1/р-оператор интегрирования. Сигналы I и Vj с датчиков 4 и 5 поступают в блок 6, который производит выделение векторного сигнала тока демпферного контура.1 в проекциях на оси системы координат ротора iV по сигналам датчика 4 токаГ обмотки ротора и датчика 5 напряжения V обмотки ротора и известным параметрам машины в соответствии с вьфажениями Eg-N/i riti+px ij 1 . де Eg - ЭДС в воздушном зазоре, i KX.J - соответственно активное и-индуктивное сопротивления рассеяния обмотки ротора-, j)5n)Cj/B постоянная времени демпферного контура , Гд ик - соответственно активное и индуктивное сопротивле ния рассеяния демпферного контура, оператор дифференцирования. Сигнал Ijj с выхода блока 6, а таке сигнал 1 с датчика 4 поступают а входы векторного сумматора 7, где роизводится их сложение и вычислятся векторный сигнал результируюего тока ротора IH- в проекциях а оси ррторной системы координат. Сигналы 1 .. выходы блока 3 формироания составляюп1их тока ротора в сях статора и 13 с векторного суматора 7 подаются на входы преобраователя координат 8, в котором прозводится операция умножения векторого сигнала на сопряженный векорный сигнал 1 J . (%U 4a-ilRc V ЧЧосЧа Rpb vV UR(iiRd-bci Это позволяет получить гармониеский векторный сигнал, изменяющийс частотой вращения ротора и имеющий амплитуду , пропорциональмуто квадрату модуля 1ц вектора тока. Сигнал с выхода координатного преобразователя 8 поступает на вход блока 9 нормирования, в котором производится операция деления входного векторного сигнала на квадрат его модуля, после чего на выходе блока 9 который является выходом устройства получается парафазный сигнал 1 (cosY ), нормированной единичной амплитуды, дающий информацию об угловом положении ротора электрической машины. Датчики 4 и 5 (фиг.2) функционируют следующим образом. Входной сигнал через делитель напряжения 10 на резисторах R, и К„ поступает в модулятор 11, где преобразуется в сигнал высокой частоты с амплитудой, пропорциональной входному сигналу. Трансформатор 12 осуществляет потенциальное разделение входной и выходной цепей, а демодулятор 13 производит детектирование высокочастотного сигнала, и на выход блока поступает сигнал, повторяющий по форме входной. Блок 6 формирования составляющих тока демпфера в осях координат (фиг.З) функционирует следующим образом. Вычисление составляющей ЭДС в воздушном зазоре производится при помощи схемы, состоящей из дифференцирующего 14 и суммирующего 15 усилителей. Составляющие токов демпферных контуров вычисляются при помощи апериодических звеньев - фильтров 16, число которых равно числу ре альных или эквивалентных короткозамкнутых контуров ротора электрической машины. Канал фазы о функционирует аналогично каналу фазы J . В векторном сумматоре 7 (фиг,4) производится раздельное суммирование сумматорами 17 составляющих сигналов по действительной и мнимой осям так, что фазовый сдвиг между выходными сигналами в i и 1., составляет 7/2. В блоке 3 формирования составляющих тока ротора в осях координат статора (фиг.З) производится вычисление указанных составляющих Inj иГра по информационным сигналам, поступающим с датчиков 1 и 2. Координатный преобразователь 8 (фиг.6) с блоком нормирования на. выходе работает аналогично прототипу. Таким образом, в соответствии с изобретением гармонические функции . положения ротора, используемые для управления асинхронной машиной с фазным ротором, формируются по результатам измерений токов и напряжений обмоток статора и ротора без применения механических датчиков углового положения, при вычислении углового положения ротора учитывается наличие на роторе короткозамкнутьк контуров. Это позволяет повысить точность управления и обеспечить более широкую область применения машин двойного питания с демпферными контурами на роторе, а также с массивным ротором.

f f

w V

фиг. i

J

/d

u.

/

ФигЛ

Ifffa

srrd

.

Jsf4

1упч

hd

I If ц,

Фиг Л

Цц

/jjfffsjj

г

w