Вентильный электропривод Советский патент 1986 года по МПК H02P7/42 H02K29/00 

токов статора, а опорными входами с выходами датчика углового положения, первый, второй и третий выходы формирователя управляюпщх напряжений подключены соответственно к входу системы упрайления возбудителем, к входу системы управления выпрямителем и к управляющему входу блока фазосмещенияJ причем формирователь упр авляющих напряжений снабжен блоком заданий составляющих потокосцеплений, блоком фазового сдвига вектора потокосцепления статора, элементом умножения, первым и вторьш элементами дифференцирования, четырьмя сумматорами, блоком измерения ско рости изменения углового положения вектора тока статора и векторным анализатором, входы которого, объединенные соответственно с первым и вторым входами блока задание составляющих потокосдепленийд образуют первый и второй входы формирователя управляющих напряжений, третий вход которого образован третьим входом блока заданий составляющих потокосцеплений, объединенньм с одним из входов первого сумматора, соединенного другим входом через первый элемент дифференцирования с выходом задания потока возбуждения блока заданий потокосцеплений, выходы заданий составляющих потокосцепления статора которого подключены

Изобретение относится к электротехнике, в частности к вентильным электроприводам с синхронными двигателями и зависимыми инверторами тока и может быть использовано в ряде от- раслей промьшшенности (нефтяной, горнорудной, металлургической и др.) для регулируемых по частоте вращения электроприводов мощных быстроходных механизмов с повьшенными требования- ми к перегрузочной способности и быстродействию в переходных режимах

Целью изобретения является улучшение динамических свойств за счет повышения быстродействия,

На фиг, 1 представл ена функциональная схема вентильного электро05246

к одноименным входам блока фазового сдвига вектора потокосцепления статора, соединенного первым выходом через элемент умножения с первым входом второго сумматора, второй выход блока фазового сдвига вектора потокосцепления статора подключен к одному из входов третьего сумматора, выход которого через второй элемент дифференцирования подключен к второму входу второго сумматора, выход модуля векторного анализатора подключен к объединенным между собой другому входу третьего сумматора и третьему входу второго сумматора, выходы гармонических функций векторного анализатора подключены к опор- HbiM входам блока фазового сдвига вектора потокосцепления статора и к входам блока измерения скорости изменения углового положения вектора тока статора, выход которого подключен к одному из входов четвертого сумматора, соединенного выходом с другим входом элемента умножения, другой вход четвертого сумматора образует четвертый вход формирователя управляющих напряжений, а выходы первого и второго сумматоров и выходы гармонических функций векторного анализатора образуют соответственно первый , второй и третий выходы - формирователя управляющих напряжений.

привода; на фиг. 2 - функциональная схема формирователя управляющих напряжений; на фиг. 3 - векторная диаграмма синхронного двигателя.

Вентильный электропривод содержит синхронный двигатель 1 (фиг. 1), :таторные обмотки которого подключены к выходам преобразователя 2 частоты, снабженного последовательно соединенными управляемым выпрямителем 3, сглаживающим реактором 4 и инвертором 5 тока, а обмотка возбуждения синхронного двигателя 1 через датчик 6 тока возбуждения под-: ключена к выходу регулируемого возбудителя 7, соединенного входом с выходом системы 8 управления возт

будителем; датчик 9 углового положе Н}1 я и датчик 10 скорости, установленные на валу синхронного двигателя 1; последовательно соединенные задатчик 11 скорости, регулятор 12 скорости и формирователь 13 заданий составляющих тока статора rf тока вобуждения, связанный соответствующим выходами с входом системы 14 управления выпрямителем и управляющим входом блока 15 фазосмещения, соединенного выходом с входом системы 16 управления инвертором тока. При этом выход датчика 6 тока возбуждения подключен к входу обратной связи регулятора 17 тока возбуждения, управляющий вход которого соединен с соответствующим выходом формирователя 13 заданий составляющих тока статора и тока возбуждения, выход регулятора 17 тока возбуждения связан с входом системы 8 управления возбудителем; выход датчика 10 скорости подключен к входу обратной связи регулятора 12 скорости, а выход датчика 9 углового положения подключен к опорному входу блока 15 фазосмещения.

В вентильный электропривод вве- даны датчики 18-20 фазных токов статора, блок 21 обратного преобразования координат, регуляторы 22 и 23 продольной и поперечной составляющих тока статора, формирователь 24 управляющих напряжений, первый, второй, третий и четвертый входы которого подключены соответственно к выходам регуляторов 22 и 23 продольной и поперечной составляющих тока статора, регулятора 17 тока возбуждения и датчика 10 скорости. При этом управляющие входы регуляторов 22 и 23 продольной и поперечной составляющих тока статора подключены к одноименным выходам формирователя 13 заданий составляющих тока статора и тока возбуждения, входы обратной связи регуляторов 22 и 23 продольной и поперечной состав- ляю.щих тока статора подключены к соответствующим выходам блока 21 обратного преобразования координат, соединенного, управляющими входами с выходами датчиков 18-20 фазных токов статора, а опорнь1ми входами - с выходами датчика 9 углового положения. Первый, второй и третий выходы формирователя 24 управляющих

напряжений подключены соответственно к входу системы 8 управления возбудителем, к входу системы 14 управления выпрямителем и к управляющему входу блока 15 фазосмещения.

Формирователь 24 управляющих напряжений снабжен блоком 25 (фиг.2) заданий составляющих потокосцеплений, блоком 26 фазового сдвига вектора потокосцепления статора, элементом 27 умножения, первым и вторым элемента- ми 28 и 29 дифференцирования, четырьмя сумматорами 30-33, блоком 34 измерения скорости изменения углового положения вектора тока статора и век- торньм анализатором 35, входы которого объединены с первым и вторым входами блока 25 заданий составляю- ,щих потокосцеплений и образуют первый и второй входы формирователя 24 управляющих напряжений, третий вход которого образован третьим входом блока 25 заданий составляющих потокосцеплений, объединенным с од- ним из входом первого сумматора 30, соединенного другим входом через первьй элемент 28 дифференцирования с выходом задания потока возбуждения блока 25 заданий составляющих потокосцеплений, выходы заданий составляющих потокосцепления статора которого подключены к одноименным входам блока 26 фазового сдвига вектора потокосцепления статора, соединенного первым выходом через элемент 27 умноже

НИН с первым входом второго сумматора 31, второй выход блока 26 фазового сдвига вектора потокосцепления статора подключен к одному из входов третьего сумматора 32, выход котороро через второй элемент 29 дифференцирования подключен к второму входу второго сумматора 31, выход модуля векторного анализатора 35 подключен к объединенным между собой другому

входу третьего сумматора 32 и третьеу входу второго сумматора 31. Выходы гармонических функций векторного анализатора 35 подключены к опорным входам блока -26 фазового сдвига

50

вектора потокосцепления статора и

к входам блока 34 измерения скорости изменения углового положения вектора тока статора, выход которого подключен к одному из входов четвертого сумматора 33, соединенного выходом с другим входом элемента 27 умножения, другой вход четвертого сумматора 33 образует четвертьй вход формирователя 24 управляюЕДИх напряжений, а выходы первого и второго сумматоров 30 и 31 и выходы гармонических функций векторного анализатора 35 образуют соответственно первый, второй и третий выходы формирователя 24 управляющих напряжений.

Вентильный электропривод работает следующим образом.

Сигнал задания скорости Ы с выхода задатчика 11 скорости поступает на вход регулятора 12 скорости где сравнивается с сигналом действитель.него значения скорости CJ , поступающим от датчика 10 скорости. Заданное значение момента rn.j синхронного двигателя 1 с выхода регулятора 12 скорости поступает на вход формирователя 13 заданий составляющих тока статора и тока возбуждения, которьш вырабатывает заданные значения тока возбуждения i 3 продольной ig поперечной igq составляющих тока статора в системе коорд1-1нат5 связанной с продольной d и поперечной q осями индуктора (фиг„ 3) таким образом, чтобы обеспечить формирование требуемых характеристик вентильного электропривода, поддержание заданного электромагнитного состояния синхронного двигателя (например,,(j;g

iconst), устойчивость работы инвертора тока с задаиньи углом

S

из

восстановления запирающих свойств вентилей

Заданные значения тока возбуждения , продольной и поперечной составляющих тока статора подаются на входы регулятора 17 тока возбуждениЯа регуляторов 22 и 23 продольной и поперечной составляющих тока статора j где они сравниваются с сигналами действительных значений тока возбуждения i| , продольной i,; i

И поперечной i составляющих тока статора.

Обратная связь на вход регулятора 17 тока возбуждения подается от датчика 6 тока возбуждения. Обратные связи на входы регуляторов 22 и 23 продольной и поперечной составляющих тока статора подаются от блока 21 обратного преобразования координат на входы которого подаются сигналы датчиков 18-20 фазных токов статора и датчика 9 углового положения. Регулятор 17 тока возбуждения, регуляторы 22 и 23 продольной и попе

Wi(p)

(1)

речной составляю1цих тока статора имеют передаточные функции:

1

(Ц-Т,ир) где Т,ц - постоянная времени, выбираемая в соответствии с требованиями к вентильному электроприводу и определяющая быстродействие системы автоматического регулирования. Регуляторы токов обеспечивают

равенство токов их заданным значениям в установившихся режимах работы электропривода.

Выходные сигналы регуляторов 22 И 23 продольной и поперечной составляющих тока статора - ifjgj , ig , регулятора 17 тока возбуждения -R

датчика 10 скорости - о подают20

39

Q

5

0

5

ся соответственно на первый - четвертый входы формирователя 24 управляющих напряжений, на первом - третьем выходах которого формируются управляющие сигналы регулируемого возбудителя - Ujy, управляемого выпрями25 теля преобразователя частоты - U

84

инвертора тока преобразователя частоты - sin 3t, соБ зе,

Векторный анализатор 35 из сигналов токов ifj5j , R6a формирует сигналы модуля вектора тока статора ig, гармонические функции его аргумента з1пэг,, COS94, где эе - угол, определяющий положение оси вектора тока статора относительно поперечной оси ротора (фиг. 3),

Сигналы гармонических функций векторного анализатора 35 подаются на третий выход формирователя 24 управляющих напряжений и через блок 15 фазосмещения осуществляют управление инвертором 5 тока преобразователя 2 частоты. Управление инвертором 5 тока преобразователя 2 частоты связано с продольной и поперечной осями ротора синхронного двигателя 1 при пбмощи датчика 9 углового положения так, что система 16 управления инвертором формиру- ат управляющие импульсы для тиристоров в определенных угловых положениях ротора относительно статора синхронного двигателя.

Управляющие сигналы sinat, созэь изменяют эти угловые положения, определяя тем самым усредненное угловое положение вектора тока статора в системе координат d,. q так, что (фиг. 3):

r

/Й

ig-cos9e.

Блок 25 заданий составляющих пото- косцеплений осуществляет переход от сигналов токов i , , к сигналам составляющих потокосцепле- ний (, , t sq с учетом особенност тей синхронного двигателя (насыщения, демпферных контуров и т.д.).

Блок 26 фазового сдвига вектора потокосцеплений статора из выходных сигналов Vsdj t sq блока 25 заданий составляющих потокосцеплений и выходных сигналов , cos9e векторного анализатора 35 формирует сигналы потокосцеплений статора (ff , Vgy в осях X , ij , реализуя преобразование поворота координат на угол де по соотношениям:

5х cos3t+ Vsq sinae;

1 (3)

Vsy - l 5j-sin3t+V5. cos9e. Оси X , ц жестко связаны с вектором тока статора ig так, что (фиг.З):

12052468

вания сигнал (f. с выхода блока 25 (2) заданий составляющих потокосцеплений, формируется управляющий сигнал регулируемого возбудителя по соот- 5 ношению:

.sr.

где R, , (f f - сопротивление и потокосцепление обмотки воз- 10буждения синхронного

двигателя: К, - коэффициент передачи

регулируемого возбудителя по напряжению.

f5 На выходе сумматора 31, соединенном с вторым выходом формирователя 24 управляющих напряжений, с помощью элемента 27 умножения, третьего сумматора 32 и второго элемен- 20 та 29 дифференцирования формируется

управляющий сигнал U.. управляемого

выпрямителя преобразователя частоты

по соотношению:

и, J-(i. R.). (8)

25

84 К,

dt

0; LC

1,

(4)

5х Блок 34 измерения скорости изменения углового положения вектора тока статора формирует из выходных сигналов векторного анализатора 35 sin9e, созэесигнал скорости изменения углового положения вектора тока статоdgepa -j- в соответствии, например,

с соотношением:

dew о.Q

-J- cosM -7-(з1пэ«)-з1пз€ зг(со5Эе) .

dt dt dt

(5)

На выходе четвертого сумматора 33, на входы которого подаются сигналы скорости вращения 0) синхронного двигателя 1 от датчика 10 скорости изменения углового положения вектоdu ,, -.

pa тока статора - от блока 34 измерения скорости изменения углового положения вектора тока статора, формируется сигнал скорости со вращения системы координат л, у : d-x,,,4

dt(

На соединенном с первым выходом формирователя 24 управляющих напряжений выходе первого сумматора 30, на входы которого подаются сигнал ipl с третьего входа формирователя 24 управляющих напряжений и через первый элемент 28 дифференцирогде R R +Rp+R5;

sv+Xr-ig; Xj.Xg+Xp;

R , Хр - параметры сглаживающего 30реактора 4 преобразователя частоты;

Rg, Xg - параметры эквивалентной схемы управляемого выпрямителя 3 преобразователя частоты, обусловленные реактивностью питающей сети; R - сопротивление обмотки

35

40

статора синхронного двигателя; Кц - коэффициент передачи

(О, т

управляемого выпрямителя по напряжению.

При этом операции дифференцирова- ния, реализуемые элементами 28 и 29 дифференцирования, выполняются с необходимой точностью, поскольку на вход формирователя 24 управляющих напряжений поступают сигналы i, , прошедшие фильтрацию.

Принятое построение системы автоматического регулирования вентильного электропривода с использованием в ней двух систем координат 55 (d, q и X, у ) позволило осуществить учет насьш1;ения, демпферных контуров тока к одной из осей (к оси у) синхронного двигателя 1 и обеспечить

и, J-(i. R.

84 К,

dt

де R R +Rp+R5;

sv+Xr-ig; Xj.Xg+Xp;

R , Хр - параметры сглаживающего реактора 4 преобразователя частоты;

Rg, Xg - параметры эквивалентной схемы управляемого выпрямителя 3 преобразователя частоты, обусловленные реактивностью питающей сети; R - сопротивление обмотки

40

статора синхронного двигателя; Кц - коэффициент передачи

управляемого выпрямителя по напряжению.

При этом операции дифференцирова- ния, реализуемые элементами 28 и 29 дифференцирования, выполняются с необходимой точностью, поскольку на вход формирователя 24 управляющих напряжений поступают сигналы i, , прошедшие фильтрацию.

Принятое построение системы автоматического регулирования вентильного электропривода с использованием в ней двух систем координат 5 (d, q и X, у ) позволило осуществить учет насьш1;ения, демпферных контуров тока к одной из осей (к оси у) синхронного двигателя 1 и обеспечить

91

достаточно полный учет свойств объекта регулирования (синхронного двигателя с зависимым инвертором тока).

Таким образом, введение в вентильный электрогфивод датчиков фазных токов статора, блока обратного преоб разования координат, регуляторов прО дольной и поперечной составляющих

05246 0

тока статора и формирователя управляющих напряжений позволило реализовать типовые свойства систем подчиненного регулирования (заданное

5 быстродействие, стандартный характер переходных процессов) и улучшить за счет этого динамические свойства вентильного электропривода в сравнении с известным решением.

Фиг.1

Ф(1г.З