Устройство для определения характеристик гистерезисного электропривода Советский патент 1986 года по МПК H02P5/40 H02P7/36 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам управления гистерезисными электроприводами, оно может быть использовано са- мoctoятeльнo на стадии проектирования управляемых гистерезисных элек роприводов для определения и оптимизации характеристик, электропривода, а также как составная часть замкнутой по выходному параметру системы автоматического упразэления электроприводом.

Цель изобретения - повышение точности определения совокупности электромеханических и электромагнитных характеристик в статических и динамических режимах управления гистерезисным электродвигателем

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства для определения характеристик гистерезисно- го электропривода; на фиг,2 - схема электрической модели статорной цепи гистерезисного электродвигателя; на фиг.З и 4 - ф шкциональные схемы вариантов вьпюлнения формирователя пространственных кривых распределения индукции и напряженности ротора на полюсном делении; на - функциональная схема преобразования магнитных величин ротора; на фиг,6 - функциональная схема преобразования мгновенных электрических величин статора; на фит. 7 и 8 - схема замещения и векторная диаграмма гистерезисного электродвигателя о

Устройство для определения характеристик гистерезисного электропривода содержит электрическую модель 1 (фиг, 1) статорной цепи гистерезисного электродвигателя, подключенную основными фазными входами 2 к выходам преобразователя частоты 3 снабженного задающим генератором 4,

каналами регулирования частоты, кап

ряжения и импульсного намагнкчива- ния 5, 6 и 7 соотзетственно, фунгащ ональным преобразователем частота - напряжение 8, блоком управления 9 и первьш выходным усилителем 10„

В устройство для определения характеристик гистерезисного электропривода введены формирователь 1 пространственных кривых распределения индукции и напряженности ротора на полюсном делении, снабженный входом задания модуля 12 и входом

51276

задания частотъ; 13 магттитодлижугаей силы ротора и двумя группами выходов 14, 15 соответственно с мгновенными значениями индукции и напряжен5 ногти в элементах полюсного деления ротора, блок 16 преобразования мгновенных электрических величин статора, снабженный формирователем I7 опорной вращающейся систе -гы коор-10 динат, формирователем 18 результирующего вектора тока ротора с двумя выходами и первым определителем угла сдвига 19, блок 20 преобразования магнитных величин ротора, снаб 5 женный определителем 21 первой пространственной гармоники индукции ротора, определителем 22 первой простран - ственной гармоники напряженности ротора, вторым определителем угла

20 сдвига 23, определителем 24 параметров схемы замещения ротора и определителем 25 модуля и фазы результирующей ЭДС ротора, блок определения я ектромагнитного момента 26,

источиик синусоидальных сигналов 27 на базе преобразователя частоты с каналом регулирования напряжения 28, снабженным управляющим входом, с каналом регулирования частоты 29,

30 снабженным, управляющим и синхронизирующим входами, и вторым выходным усилителем 30, датчики 31 эквивалентных фазных, токов ротора, задат- пик скольжения 32, блок преобразо25 вания частоты в угол 33 и сумматор 34.

Электрическая модель 1 статорной цепи гистерезисного электродвигателя снабжена дополнительными ными входами 35, под ключ енньми через соответствующие датчики 31 эквивалентных фазньпс токов ротора к выходам источника синусоидальных сигналов 27„

л J

Выход задатчика скольжения 32 через блок преобразования частоты в угол 33 подключен к одному из входов сумматора 34S другой вход которого соединен с выходом первого определителя

50 угла сдвига 19о Выход задающего генератора 4 подключен к входу формирователя I7 опорной вращающейся системы координат. Выходы датчиков 31 эквивалектных фазных токов ротора

55 подключены к соответствующим входам формирователя 18 результирующего вектора тока ротора, первый выход которого и выход формирователя 7

3

опорной вращающейся системы координат подключетз к входам первого определителя угла сдвига 19.

Выход сумматора 34 подключен к входу задания частоты 13 магнитодви жущей силы ротора формирователя 1 1 пространственных кривых распределения индукции и напряженности ротора на полюсном делении, вход задания модуля 12 магнитодвижущей силы ро- ,тора которого объединен с одним из входов определителя 25 модуля и фазы результирующей ЭДС ротора и подключен к второму выходу формирователя 18 результирующего вектора тока ротора.

Выходы формирователя 11 пространственных кривых распределения индукции и напряженности ротора на полюсном делении подключены к вхо- дам соответствующих определителей 21 и 22 первых пространственных гармоник индукции и напряженности ротора, первые выходы которых подключены к попарно объединенным пер- вым двум входам определителя 24 параметров схемы замещения ротора и блока определения электромагнит.- ного момента 26.

Выход определителя 24 параметров схемы замещения ротора подключен к другому входу определителя 25 модуля и фазы результирующей ЭДС ротора выходы которого подключены к одноименным управляющим входам каналов регулирования напряжения 28 и частоты 29 источника синусоидальных сигналов 27. Синхронизирующий вход указанного канала регулирования частот 29 подключен к выходу задакяцего ге- нератора 4.

Электрическая модель 1 статорной цепи гистерезисного электродвигателя содержит в каждой фазе резисторы 36, 37 и катущки индуктивности 38, 39, 40 (фиг.2), соединенные по Т- образной схеме замещения гистерезисного электродвигателя. i

Формирователь 11 пространственных

кривых распределения индукции и нап- ряжения ротора на полюсном делении содержит по первому варианту (фиг.З) постоянные программируемые запоминающие устройства 4, по числу N элементов разбиения полюсного деления, входы которых объединены и соединены с входом задания частоты 13 магнитодвижущей силы ротора.

764

а выходы соединены с соответствующими блоками масштабирования амплитуды 42, вторые входы которых подключены к входу задания модуля 12, а выходы через блоки сравнения 43 и усилители 44 соединены с намагничивающими обмотками 45, размещенными в намагничивающих установках, содержащих в замкнутом магнитопрово- де элементы материала ротора 46 гистерезисного электродвигателя. Усилители 44 охвачены обратной связью по току путем соединения датчиков токов 47 со вторыми входами блока сравнения 43. На магнитопроводах элементов материала ротора размещены датчики 48 измерения индукции Вр, Вр , Ер и напряженности 49 соответственно Нр , Нр , Нр . Выходы уйомя- нутых датчиков подключены к двум группам выходов 14 и 15, формирующих соответственно кривые распределения индукции Вр (((Jp) и напряженности Нр((рр) в элементах полюсного деления ротора с , разделенного на N частей.

Данный вариант формирователя 11 пространственных кривых распределения индукции и напряженности ротора на полюсном делении моделирует ротор путем набора полюсного деления на дискретных элементах, каждый из которых перемагничивается током, отличающийся в любой момент времени мас- щтабным коэффициентом, задаваемым кривой распределения магнитодвижущей силы, запрограммированной в блоках 41 о Этот вариант является универсальным, так как позволяет произвольно менять материал ротора и задавать любую пространственную кривую распределения магнитодвижущей силы.

Другой вариант формирователя 11 пространственных кривых распределения индукции и напряженности ротора на полюсном делении (фиг.4) содержит реальную т-фазную гистерезисную мащину со статором 50 и заторможенным ротором 51. Обмотки статора подключены к источнику тока 52, формирующему т-фазную систему гармонических токов, изменяющихся по заданной частоте, определяемой сигналом с входа задания частоты 13 и модулем тока по сигналу входа задания модуля тока 12о Источник тока 52 содержит формирователь 53 гармониеских функций т-фазного напряжения, соединенный по входу с входом задания частоты 13, блоки масштабирования 54, выходы которых через блоки срйвнения 55 и усилители 56 соединены с фазными обмотками статора 50 гистерезисной машинЫо Вторые входы блоков масштабирования подключены к входу задания модуля 2, а вторые входы блоков сравнения 55 подключены по цепи отрицательной обратной связи с датчиками токов 57,

Измерение распределения поля в воздушном зазоре BS( p) производится элементами 58, расположенными на полюсном делении ротора В качестве таких элементов предпочтительно использование элементов Холла. Выходы элементов 58 соединены с блоком 59 формирователя пространственной кривой распределения индукции в воздзшном зазоре Вg(ф)выходы которого подключены к блоку 60.определения распределения поля в роторе, выходы которого являются выходами 1 4, формирующими крив ую распределения индукции Вр(Фр).

Нахождение зависимости Нр ((,) может быть реализовано также совокупностью датчиков Холла, расположенных, на поверхности ротора пер11енди7 кулярно силовым линиям поля в роторе На фиг.4 показан .другой вариант нахождения этой зависимости, для чего используется блок 6 вычисления распределения напряженности в воздуптом зазоре Н(СРр)э вход которого соединен с выходом блока 59, а выход - с блоком 62 определения вектора тока пропорционально маг ннтодвижущей воздушного зазора Выход блока 62 подключен к блоку 63 определения вектора тока 1 ротора,, вторые два входа которого соединены с входами 12 и 3 задания магните днил ун1;ей силы ротора, а выход подсоединен; к блоку 64 определения распределения Нр (), вьжод которого является выходом I 5, формирую- НЦ М упомянутую кривую распределения Блок 20 преобразования магнитных :в«5личин ротора (фиг о 5) снабжен определителем 2 первой пространственной гармоники индукции ротора :rf определителем 22 первой пространственной гармоники напряженности ротора, каждый из которьгх содержит регистры памяти 65, 66, вьтодьт которых подключены к блокам определения орто- гокальньгк составляющих индукции 67

И напряженности 68 ротора, два выхода которых соответственно соединены с входами блоков определения модуля индукции 69 и напряженности 70, а два других выхода каждого подключены к второму определителю угла сдвига 23„

Выходы блоков 21 и 22 определения первой пространственной гармоники индукции и напряженности, а также выход, второго определения угла сдвига 23 подключены к определителю параметров схемы замещения ротора, состоящему из блока 71 определения магнитной проницаемости, входы которого подключены к выходам блоков 69 и 70J а выход соединен с блоком 72 определения параметров схемы замещения ротора, второй вход которого соединен с выходом блока 23, а выход подключен к блоку определения модуля ЭДС 73, входящему в coc f riB блока 25 определения модуля и фазы результирующей ЭДС. Второй вход блока 73 соединен с выходом формирователя 18 результирующего вектора тока роторас В блок 25 входит также блок 74 определения фазы результирующей ЭДС, вход которого соединен с выходом блока 23 о Выходы блоков 73 и 74 являются выходами блока 25,

Блок 16 преобразования мгновенных Электрических величин статора (фиг,6) содержит в блоке формирователя 17 опорной вращающейся системы координат последовательно соединенные формирователь 3-фазного гармо нического сигнала 75, преобразова- тель 76 3-фазного сигнала в 2-фазный векторный анализатор 77, а в блоке формирователя 8 результирующего вектора тока ротора - последовательно соединенные преобразователь 78 трехфазного напряжения в двухфазное и векторньй анализатор 79,

Устройство определения характеристик гистерезисного электропривода работает следующим образом,

В основу построения устройства положено представление о гистерезисном двигателе как синхронной машине с регулируемым магнитньк возбуждением. Известная схема замещения з гистерезисного двигателя приведена к виду (фиг.7)5 где параметры статора представлены традиционно в виде: активного Г| и индуктивного х, сап

ротивлений статора; х - индуктивного сопротивления воздушного зазора, соответствующего магнитной проводимости воздушного зазора и стали статора; rj - активного сопротивления, определяемого потерями в стали статора, которые находятся по формулам ,и добавлен контур ротора, содержащий противо-ЭДС ротора Ер Еу (1-), где Ё , приведенная к номинальной частоте ЭДС вращения ротора, определяемая остаточной намагниченностью ротора; параметрами Хр ft , г ft , характеризующими пе- ремагничивание и потери на него при. скольжении ротора, индуктивным сопротивлением Xg KjKe, определяемым интегральной дифференциальной проницаемостью прямых возврата на полюсном делении ; Xj - индуктивное сопротивление рассеяния ротора.

Параметр ft характеризует абсолютное скольжение ротора

г Kf), sin,;

Х2 K(p,cos J, -f ),

f.

отношение ампли

где К - конструктивный коэффициент, постоянный для данного двигателя}

BP,(V)

- H;,vp)

туд первых гармоник пространственных кривых распределения индукции и напряженности на полюсном делен1 и; jf, - угол сдвига между первыми гармониками пространственных кривых распределения Вр () и Нр, Хсрр) который характеризует величину электромагнитного момента, развиваемого двигателем.

Момент на валу гистереэисного двигателя может быть найден при известности кривых распределения Вр, (Vp) и Hp(ifp) по формуле

К - С Pd,l Q irBp ( Нр (Vp) sinji

I

где u - толщина активного слоя

ротора;

d,, 1, - геометрические размеры

статора; р - число пар полнюов.

Векторная диаграмма, соответствующая такому представлению гистере зисной машины, приведена на фиг ,8. ;Постоянная для первых гармоник временных параметров, она при перехо768

де к рассмотрению результирующих векторов соответствует пространственной векторной диаграмме, отражающей взаимное пространственное положение электрических векторов на комплексной плоскости в данный момент времени.

Приведенная схема замещения и векторная диаграмма отражают способность гистерезисной машины работать в асинхронном и синхронном режимах. При этом значения х и г неизменены по величине в асинхронном режиме, а их составляющие и Гр- р уменьшаются по мере снижения скольжения, обращаясь в нуль в синх ронном режиме. В свою очередь составляющая Е rj. возрастает от нуля до Ер.при входе двигателя в синхронизм, при неизменном угле б- ,

Мощность, передаваемая ротору, пределяется

Р,, m Е,, (e + 0)

Т7

m Е, - 1 sin у га Ej ----sin6p

Момент че)ез электрические величины определяется

м Sl2- E-SilisiDf ,siTv6p

ы

1Н

О)

1Н

W,H Xg

5

5

Эта схема позволяет физически имитировать ротор через составляющие Е , х , Гр, Xg. При этом часть из них исчезает в синхронном режиме, другие постоянны /Ef. , Xg/ в определенном диапазоне изменения нагрузки, которое определяется внутренним углом 9 р .

При изменении намагниченности тора и учете частных циклов перемаг- ничивания меняется как модуль /Е,../ и его фаза Sp , так и величина Xg. Сложность и нелинейность законов их изменения резко усложняет физическое и математическое моделирование.

В жанном устройстве задача учета явлений гистерезиса решена путем разбиения модели гистерезисной ма- шины на независимые функциональные части, которые на фиг.1 укрупненно могут быть охарактеризованы следующим образом.

Электрическая машина, а точнее модель, представлена линейно-независимой частью куда относится статорротор с условным замыкателем магнитного потока статора через магнито провод с бесконечно большой магнитной проводимостью. На фиг,1 эта част показана блоком 1, а вариант его реализации приведен на фиг,2

Ротор представляет собой реальную физическую систему, в которой протекают реальные процессы перемагничи- ваиия .с учетом пространственного рас пределения в реальной машине На фиг„1 он представлен формирователем 11 пространственных кривых распределения индукций и напряженности на полюсном делении. Варианты его реа лизахщи приведены на и 4,

Магнитодвижущая силн, приложенна к роторуS формируется по результатам изменения реальнык токов с по- Мощью датчиков 31 эквивалентных фазных токов ротора (фиг.1), которые после преобразования в формировате ле 8 в виде результирующего тока ротора подаются в формирователь 11 пространственных кривых распределе-

НИН.

Частота и фаза результирующего

Тока задается блоком суммирования . 34 по результатам определения часто™ ты скольжения в блоке заданий часто- ты 32 и фазового положения резУлЕ тирующего вектора5 онределкемого первым определителем угла сдвига 19

Переход от пространственных маг нктных величин Нр(фр) и Bp(tpp) на выходах , 15 блока П к электрг гчес ким и q /E|j/ согласно схемы замещения осзпцествляется через ВЕК торное преобразование сигналов в блоке 20 преобразовання магнитных величин ротора, вариант реализации которых приведен ка фш-,5.

.Электрическое раьновесие в системе т нтирутощей статор-ротор достигается под1акйчеыие1У в злект рической модел 1 1 статорной цепи гис террчисного электродвигателя источника синусоидальных ситналов 27 , сингхронизированного по частоте задающим генератором 4 с заеданием амп- литуды и фазы вькодного напряжения по сигналам

/Е, / и (./„ п I

rioHCHj-TM выполнение к работу ос- новньгк функциональньгк узлов устройства „

Электрическая модель статорной цепи на фиг.5 представлена в виде m Г-образных схем замещения, содержащих элементы, значения которых соответствуют г, , х,, xg и Гг, а также Xj, выполненньк либо на пассивных элементах типа резистора, катушки индзп тивности, либо на элементах, отражаюпщх передаточную функцию элемента схемыс

Возможен другой вариант, когда указанные статорные цепи являются полной аналогией реальной машины, у которой имеется статор, а вместо ротора другой статор с обмоткой, либо обе обмо гкй выполняются совместно, а ротор делается из магнитомяг- кой стали. Изменение соотношения составляющих схем замещения по отношению к xg может быть достигнуто введением дополнительных резисторов и дросселей.

Ротор на фиг.З и k представлен в виде формирователя iI пространствеяных кривых распределения индукции и напряженности и Фзшкционально представляет собой систему блоков, совокупности имитирутощих закон изменения во времени Магнитного состония ротора. Входная функция форми рователя должна отвечать следующей зависимости:

г ®

t). ). Fj(rpp) frco5t±

±e,(t) %(t),

где / Jg/ - модуль результирующего вектора тока, пропорционального Модулю НДС ротора, которьй может из-. меняться по амплитуде по произвольному закону;

F (Vp) пространственный закон распределения МДС ротора.

t ± 9(t) 5:ff{7)(t) - закон Маменения положения точки ротора относительно пространственной кривой распределения МДС в результате скольжения tog , изменения положения- ротора относительно см хронной системы координат 6 (t) приЫд О

и изменения фазы вектора тока относительно синхронной систеьад координат.

На фиг„3 функцию пространственного распределения МЦС ротора F ((р) для каждой точки ротора реэ.гдазует совокупность из Ы постоянных прог- :pa миpyeмьк запоминающих устройств

(ППЗУ) 41, в которых записана программа изменения пространственной кривой распределения для каждой точки ротора. Возможно использование одного общего ППЗУ с сохранением информации в течение периода кванто- вайия в буферньсх регистрах. Задание закона изменения точки ротора относительно Р„ (ff p) формируется по входу 13 задания частоты магнитодви- жущей силы. Задание модуля /З / осуществляется по входу 12.

Выходы ППЗУ 41 подключены к блокам масштабирования амплитуды 42, выходы которых через блоки сравнения 43, усилители 44 подключены к обмоткам 45 намагничиваюпшх установок, магнитопровод 46 которых содержит элементы реального материала ротора, Система измерения индукции BpCcj) ) и напряженности Нр((р) с соответствующими датчиками индукции и напряженности 48, 49 дает одновременное магнитное состояние всех наблюдаемых точек ротора

Работа формирователя I1 состоит в том, что вначале задают пространственный сдвиг кривой распределения на угол, определяемый числом N раз10

15

20

23

значения напряженности в соответствии с частотой скольжения высших гармоник.

Выходы блоков масштабирования задают значение тока, которые через усилители 44, охваченные обратной связью,подаются на намагничивающие установки. Измерение сигналов ВрИ Нр в любой момент времени производится с помощью, например, датчиков Холла, Выходная совокупность 14 и 15 сигналов в блоках дает мгновенное значение пространственньрс кривых распдзеделения Вр(й р) и Нр((рр).

Вариант формирователя ) I (фиг.4) более прост в реализации, но и с меньшими функциональными возможностями. Здесь в качестве намагничивающей установки и формирователя пространственной кривой распределения выступает статор 50 реальной машины. Для формирования амплитуды и поворота поля, приложенного к ротору, необходимо формирование периодической функции, которая создается имитатором источника тока 52, содержащим на каждую фазу задатчики формы тока. Синхронизация источника тока 52 по частоте осуществляется по

биения полюсного деления t /N, Функ- зо входу 13, а задание амплитуды тока по входу 12, задающим модуль тока на блоки масштабирования 54.

Измерение распределения поля в воздушном зазоре Bg (() (блоки 59) и пропорционального ему значения Вр (фр) (блок 60) производится в элементах 58, расположенных на неподвижном роторе 51. При извест- . ном законе Bg f(Vp) рассчитываетция распределения задается программированием ППЗУ 41. Она может быть неизменной или корректироваться в соответствии с желанием оператора или при идентификации модели и реального об- ,, разца.

Возможность гибкой перестройки кривой распределения напряженности (или соответствующей ей МДС ротора)

позволяет промоделировать любую, ре- Q ся составляющая магнитодвижущей силы ализуемую в реальной машине форму и получить результат в виде выходных характеристик машины.

Функи.ия единичного сигнала каждого ППЗУ масштабируется в блоках 42 сигналом. Соответствующему амплитуде МДС ротора или эквивалентной ей мо- дулем /1, / . Изменение модуля /J / отражает временную модуляцию (временные гармоники). Изменение фазы 1 учитьгоается в сигнале, поступающем с блока 34 (фиг.1).

В принципе можно проимитирОвать и высшие пространственные гармонические, вызванные зубчатостью статора. Для этого каждое значение масштабируемого сигнала в блоках 42 должно изменяться в долях от мгновенного

Fy 1,6 Eg, затрачиваемой на зазор и статор (блок 61), а по Fg

Р F J находится модуль /Jj/ m

KNW

и его фаза, совпадающая по фазе Fj и В,,(блок 62). В блоке 63 по данным модуля и фазы тока J, поступающим по входам 12 и 13, и. по вычисленному значению вектора ig находится 50 значение Jg (см.векторную диаграмму фиг.8). По значению j блоке 64 определяется кривая распределения первой гармоники Нр (((Jp).

Блок 20 преобразования магнитных величин ротора (фиг.5) преобразует пространственные кривые распределения Вр(р) и Нр((р) в модуль,,фазу ЭДС ЁЬ (см.фиг.8), для чего в ре55

0

5

0

3

значения напряженности в соответствии с частотой скольжения высших гармоник.

Выходы блоков масштабирования задают значение тока, которые через усилители 44, охваченные обратной связью,подаются на намагничивающие установки. Измерение сигналов ВрИ Нр в любой момент времени производится с помощью, например, датчиков Холла, Выходная совокупность 14 и 15 сигналов в блоках дает мгновенное значение пространственньрс кривых распдзеделения Вр(й р) и Нр((рр).

Вариант формирователя ) I (фиг.4) более прост в реализации, но и с меньшими функциональными возможностями. Здесь в качестве намагничивающей установки и формирователя пространственной кривой распределения выступает статор 50 реальной машины. Для формирования амплитуды и поворота поля, приложенного к ротору, необходимо формирование периодической функции, которая создается имитатором источника тока 52, содержащим на каждую фазу задатчики формы тока. Синхронизация источника тока 52 по частоте осуществляется по

ся составляющая магнитодвижущей силы

Fy 1,6 Eg, затрачиваемой на зазор и статор (блок 61), а по Fg

Р F J находится модуль /Jj/ m

KNW

и его фаза, совпадающая по фазе Fj и В,,(блок 62). В блоке 63 по данным модуля и фазы тока J, поступающим по входам 12 и 13, и. по вычисленному значению вектора ig находится значение Jg (см.векторную диаграмму фиг.8). По значению j блоке 64 определяется кривая распределения первой гармоники Нр (((Jp).

Блок 20 преобразования магнитных величин ротора (фиг.5) преобразует пространственные кривые распределения Вр(р) и Нр((р) в модуль,,фазу ЭДС ЁЬ (см.фиг.8), для чего в ре

13

гистрах памяти 65 и 66 фиксируются состояния составляющих магнитного поля в N точках ротора. Нахождение составляющих в ортогональных осях d и q проводится по формулам

IlHp - Нр sin(, Нр sint, + + ....+ Н, stn(t ,

10

2:Н,р Нр COS9, «- Нр + ... HP cosVn ,

где HP j HP , HP - мгновенные зна- чения напряженности, определяемые блоками (фиг.3)5

(у, (г 2 if/N - угловые положения для N точек ротора.

Модуль /Нр / рассчитывается по формуле

/Нр, / К,(Нр,. slnc,) 4 (,t.,. Tli.p (HP, costp, +Hp cos ф,ь ч Нр cosvn )

г

По аналогичным формулам находятся значения pj /Bj,,/.

На фиг,5 функционально представлены блоки определения составляющих индукции 67 и Напряженности 68.

Угол I arctg l i- +

ZH

PJ

35

ц. arctg -J-elt

ZB

Pd

находится e.nojcpw 23.

Преобразование найденных величин э составляющие (/, (блок 7), Г| и Xj, (блок 72) осуществляется по уравнениям

i-p rivp) ч .

Кр, cosy,,,

X,

Нахождение /EL/ проводится в блоке 73 по формуле

/E./ /lAi,

а фаза у/ находится относительно фазы 3- согласно фиг.8 по формуле

f /, ) + -у .

761/4

Формирователь модуля нз фазы 3, в блоке 16 преобразовз1 ия мгновенных электрических величин статора осуществляется согласно схем1 1 (фчг.6),которая имеет однотипные блоки в канале формирования опорной вращающейся системы координат 17 и результирующего вектора тока 18, Модуль вектора напряжения или тока определяется по мгновенным значениям фазных значений и, Uj,, и уравнением

/и/ 2/3(и

Фаза вектора, например, напряжения

ср arctg (5 |л 1;ь

Блок 17 формирует опорную систему координат, которая в установивщемся режиме совпадает с результирующим вектором напряжения, частота вращения KOTopoi o определяется частотой задающего генератора 4. о Угол вектора резулътирукщего вектора тока CfA f (t) находится относительно фазы вектора опорной системы координат в блоке 19. Относительно фазы Ч З f (t) формируется задание фазы Ц )А I f(t), которая идет на управление источником синусоидальных сигналов 27.

В целом работа устройства по определению характеристик гистере- зисного электропривода состоит в следующем,

В исходном состоянии требуется установить параметры схемы замещения статора, которые получают по результатам поверочного расчета злект- родвигателя или при имитации заданных отношений параметров г , х, х, y-g и т.д.

После подключения электрической модели 1 статора к преобразователю 3 (фиГо) необходимо установить равновесное состояние в устройстве, что достигается заданием начальной частоты скольжения Ы которая через блок 33 преобразования частоты в угол поворота и блок суммирования ЗА обеспечивает циклкчиюе перемаг- ничивание магнитных элементов 46 формирователя 11 (фиг.З). Выбором масштаба коэффициентов в блоках А2 (фиг.З) устанавливается начальньм ток (J) перемагничивания. На вькоде

5

формирователя 11 образуются пространственные кривые распределения Вр((Р и Нр((, р) с предельным углом сдвига у , характерным для асинхронного режима работы гистерезисного электродвигателя.- В результате преобразования пространственных кривых распределения в электрически величины в блоке 20 преобразования магнитных величин на входы источник синусоидальных сигналов 27 поступаю сигналы задания (Е,) и if (Ё), которые определяют параметры ЭДС, устанавливающей величину токов 5 с фазах модели 1 статора. Ус-, тановившееся состояние характеризует асинхронный режим работы. Величина электромагнитного момента определяется блоком 26, значения токов, напряжений, внутренней ЭДС электродви- гателя Е находятся путем измерения в точках 2, 31, 35 модели 1 статора.

При дополнении данного устройства моделью управления движения рото-

ра Д/Р -т:: М, - Mg находится частота скольжения i 2 Д Сд), HCOj соответственно частоты поля ; статора и вращения ротора. Этим са- мым частоту Wj на выходе блока задания 32 частоты можно либо принудительно устанавливать, либо изменять, имитируя процесс запуска гистерезисного электродвигателя с опреде- лением механической характеристики

М («2).

Вход в синхронизм соответствует заданию Og 0. Угол б + Q + Oj, согласно фиг.8 остается предельным. Уменьшение момента достигается за счет уменьшения угла, задаваемого блоком 33, при этом необходимо обеспчить обратное перемагничивание по отношению к направлению перемагничи- вания при скольжении. То же самое касается утла поворота Э„ , который изменяется автоматически благодаря наличие обратной связи через источ ник синусоидальных сигналов, форми- рующий вектор Ец.

При решении уравнения движения ротора автоматически моделируется вход в синхронизм и колебания ротора при изменении электромагнитного момен- та.

Режим изменения возбуждения достигается изменением параметров питания

7616

преобразователя 3, например, понижением напряжения. До определенного уровняв формирователь изменяет фазовые положения Н ((р ) и Вр(( ) таким образом, что величина , изменяется незначительно. Фаза тока 5j и модуль при этом резко изменяются, имитируется режим перевозбуждения.

Аналогичным образом имитируются режимы импульсного нама гничивания, развозбуждения„

Возможность контроля электрических магн.итных, механических параметров позволяет получить всю совокупность внешних и внутренних характеристик гистерезисного электродвигателя. Представление всех величин в относительных единицах позволяет выполнять задачи анализа и синтеза электропривода для различных соотношений параметров схемы замешения.

Особый интерес представлягет возможность использования устройства Для исследования поведения гистерезисного электродвигателя при различных переходных процессах, вызванных изменениями в системе питания, в нагрузке.

Повьшгение точности определения электромеханических и электромагнитных характеристик достигается за счет того, что возможно поэтапное определение любого переходного процесса с фиксацией всей системы преобразования в любом состоянии на неограниченное время. Современные методы управления гистерезисным электроприводом используют импульс- ные методы регулирования намагниченности ротора длительностью десятые доли частоты питания. Использование обычных методов испытаний не позволяет выяснить существо и характер изменения момента электродвигателя во время намагничивания. Данное устройство позволяет это делать.

Повышение точности достигается также и за счет того, что в данном устройстве исключенъ влияния ненаблюдаемых и неконтролируемых явлений - изменение трения в подшипниках,

нагрев элементов конструкции и т.д. Возможность цифрового выполнения с

инимальной постоянной времени преобразователя информации, которая ожет быть значительно меньше, чем остоянные времени в цепях, ими-

тирующих статор-ротор, а также обработка результатов в параллельном цикле значительно повышает точность измерения.

Использование модели позволяет сократить время проектирования и натурного моделирования с изготовлением вариантов требуемого устройства что в условиях мелкосерийности и частотой смены технических заданий в гироскопической области применения гистерезисного привода может дать. существенную экономию.

Использование модели при обработке больших систем многодвигательных электроприводов с единичными установленными Мощностями источников в сотни и более киловольтампер позволяет исключить или уменьшить время натурного моделирования. Поскольку йоследнее проводится только на реальных образцах (участок, цех, использзтощих многодвигательный электропривод), то это позволяет не останавливать основное производ- ство, что дает значительную экономию

Формула изобретения

Устройство ,цля определения характеристик гистерезнсного электропри- вода содержащее электрическую модель статорной цепи гистерезисного. злектродвигателя5 подключенную основными фазными входами к выходам преобразователя частотыд скабженно- го задающим генератором, каналами регулирования частоты, напряжения и импульсного на шгничивания, функциональным преобразователем частота - напряжение ; j, блоком управления и первым выходным усилителем о т - личающееся тем, что с целью п6вьщ|ения точности определения совокупности электромеханичес- кнх и электромагнитных характерис- тик, в него введены формирователь пространственных кривых распределения индукции и напряженйости ротора на полюсном делении,, снабженньй входами задания модуля и частоты магнитодвижущей силы ротора и .двумя группами выходов соответственно с мгновенными значениями индукции и напряженности в элементах полюсного делений ротора, блок пре- образования мгновенных электрическиз величин статора, снабженный формирователем опорной вращающейся системы

координат, формирователем результирующего вектора тока ротора с двумя выходами и первым определителем угла сдвига, блок преобразования магнитных величин ротора, снабженный определителем первой пространственной гармоники индукции ротора, определителем первой пространственной гармоники напряженности ротора, вторым определителем угла сдвига, определителем параметров схемы замещения ротора и определителем модля и фазы результирующей ЭДС ротора блок определения электромагнитного момента, источник синусоидальных си1 налов на базе преобразователя частоты с каналом регулирования напряжения, снабженным управх1яющим входом, с каналом регулирования частоты, снабженным управляющим и синхронизирующим входами, и вторым выходньтм усилителем, датчики эк вивалентных фазных токов ротора, задатчик скольжения, блок преобра- зовагшя частоты в угол и сумматор, а электрическая модель статорной цепи гистерезисного электродвигателя снабжена дополнительными фазными входами, подключенными через соответствующие датчики эквивалентных фазных токов ротора к выходам источника синусоидальных сигналов, при этом выход задатчика скольжения через блок преобразования частоты в угол подключен к одному из входов сумматора, другой вход которого соединен с выходом первого определителя угла сдвига, выход задающего генератора подключен к входу, формирователя опорной вращающейся системы координат, выходы датчиков эквивалентных фазных токов ротора подключены к соответствующим входам формирователя результирующего вектора тока ротора, первый выход которого и выход формирователя опорной вращающейся системы координат подключены к входам первого определителя угла сдвига, выход сумматора подключен к входу задания частоты маг.нитодвижу1дей силы ротора формирователя пространственных кривых распределения индукции и напряженности ротора на полюсном делении, вход задания модуля магнитодвижущей си- пы ротора которого объединен с одним из входов определителя модуля и фазы результирующей ЭДС ротора и

подключен к второму выходу формирователя результирующего вектора тока ротора, вькоды формирователя пространственных кривых распределения индукции и напряженности ротора на полюсном делении подключены к входам соответствующих определителей первых пространственных гармоник индукции и напряженности ротора, первые выходы которых подключены к попарно объединенным первым двум входам определителя параметров схемы замещения ротора и блока определения электромагнитного момента, вторые и третьи входы определителей первых пространственных гармоник индукции и напряженности ротора подключены к соответствующим входам второ 13

го определителя угла сдвига, выход которого подключен к объединенным между собой третьим входом определителя параметров схемы замещения ротора и блока определения электромагнитного момента, выход определителя параметров схемы замещения ротора подключен к другому входу определителя модуля и фазы результирующей

ЭДС ротора, выходы которого подключены к одноименным управляюпщм входам каналов регулирования напряжения и частоты источника синусоидальных сигналов, а синхронизирующий вход указанного канала регулирования частоты подключен к выходу задающего генератора.

15 Нр(р }

B/fOMрегистра(41/и Мэл

ts

ТГ

rfl

Si

/,

1112

OpfVf) f/pfV p)

rs

фие.З

Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам.управления гистерезисными электропри ода- мИо Цель изобретения - повьппение точности определения совокзшности электромеханических и электромагнитных характеристик в статических и динамических режимах управления гистерезисным электродвигателем (ГЭ). Устройство позволяет получить совокупность внешних и внутренних характеристик ГЭ, представление всех величин в относительных единицах позволяет вьшолнять задачи анализа и синтеза электропривода. Устройство представляет возможность исследования ГЭ при различных переходных процессах, вызванных изменениями в системе питания, в нагрузке, поэтапное определение любого процесса с фиксацией всей системы преобразования в любом состоянии на неограниченное время. В устройстве исключены влияния ненаблюдаемых и йеконтактиру- емых явлений - изменение трения в подшипнике, нагрев элементов. 8 ил. ю (Л

)

jS

) f4ttft tttt

//

/Д

71 Gfl, Вр, Врз Вр f / /

2 Рг ± f 1/ 1

1рив. 5

54 (рал. 6

Редактор И,Бандура

Составитель Л.Жилин

Техред Г.Гербер Корректор А Тяско

Заказ 4424/56Тираж 631Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д.4/5

Производственно-полиграфическое лредприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,4