Электропривод переменного тока Советский патент 1986 года по МПК H02P7/42 

одному фазному выводу формирователя 6 опорных гармонических функ1щй.Выходы элементов 10, 11, 12 соединены с фазными опорными входами преобразователя 5 координат, Управляюпщй вход преобразователя 5 подключен к выходу блока 7 и входу ограничителя 9. Вход Делимое блока 7 соединен с выходом блока 3 задания момента, а вход Делитель блока 7 - с выходом вьтрямителя 8. Выходы преобразователя 5 через преобразователь 2 энергии связаны с обмотками синхронного двигателя 1. В электроприводе обеспечивается формирование момента, определяемого выражением К,-U,,-т/2 (

275732

j(p, где и, - сигнал задания момента; m - число фаз двигателя; К, К, постоянные коэффициенты пропорциональности; коэффициент, равный минимальному значению относительного момента fU у,„ . Формирование момента, пропорционального сигналу задания, привело к тому, что область линейного регулирования момента расширяется в сторону увеличения момента. При требуемом максимально возможном моменте ток формируют по прямоугольному закону. 5 этом случае момент зависит от углового положения, но максимален при данном угловом положении. 1 3. п. ф-л1з1, 1 табл. 4 ил.

Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является улучшение динамических показателей. Указанная цель достигается тем, что в электропривод переменного тока введены йпок 7 деления, шестипульсный вьшрямитель 8, ограничитель 9 урбвня сигнала и три элемента 10, 11, 12 с релейными характеристиками. Вход каждого элемента 10, 11, 12 объединен с соответствующим фазным входом выпрямителя 8 и подключен«к

Изобретение относится к электротехнике, в частности к управляемым электроприводам переменного тока на основе синхронных двигателей, и может быть использовано во всех областях промьшшенности для регулир1ования скорости к положения нагрузки электропривода с высокими динамическими . возможностями.

Цель изобретения - улучшение дийам1 ческих показателей злектропривода переменного тока за счет увеличения максимального момента при заданном максимальном токе синхронного двигателя.

На фиг, 1 представлена функциональная схема электропривода переменного тока, построенного на примере трехфазного синхронного двигателя (); на фиг. 2 - функциональная схема шестипульсного выпрямителя; на фиг. 3 и 4 - диаграммы поясняющие работу электропривода переменного тока.

Электропривод переменного тока, содержит синхронный двигатель J с трехфазной якорной обмоткой (), подключенной к выходам силового преобразователя 2 энергии, блок 3 задания момента, связанный выходом с управляющим входом А преобразователя 5 координат, формирователь 6 опорных гармонических функцдй, связанный выходами пофазно с соответствующими

опорными входами преобразователя 5 координат, фазные выходы которого подключены к соответствующим фазным управляющим входам силового преобразователя 2 энергии.

В электропривод переменного тока введены бдок 7 деления, шестипульсный вьшрямитель 8 с тремя фазными входами, ограничитель 9 уровня сигнала и три элемента 10-12 с релейными характеристиками, вход каждого из которых объединен с соответствующим фазным входом шестипульсного вьтрямителя В и подключен к соответствующему фазному опорному выходу формирователя 6 опорных гармонический функ1ЩЙ. При этом делимого блока 7 деления подключен к выходу блока 3 задания момента, .вход делителя - к

выходу шестипульсного выпрямителя 8, выход блока 7 деления объединен с выходом ограничителя 9 уровня сигнала и подключен к управляющему входу 4 преобразователя 5 координат, фазные опорные входы которого соединены с выходами соответствующих элементов 10-12 с релейными характеристиками,

Преобразователь 5 координат выполиен на основе блоков 13-15 угшожения. Шестипульсный вьтрямитель 8 снабжен сумматором 16 и тремя фазными блоками 17 - 19 выпрямления (фиг.2), каждый из которых содержит двухполу-

периоднын выпрямитель 20, нуль-орган 21 и коммутирующий элемент 22, Вход двухполупериодного вьшрямителя 20 образует соответствующий фазный вход шестипульсного вьшрямителя 8. Выход двухполупериодного вьтрямителя 20 объединен с входом коммутирующего элемента 22 и подключен к входу нульоргана 21, соединенного выходом с управляющим входом коммутирующего элемента 22, выход которого подключен к соответствующему входу сумматора 16. Выход сумматора 16 образует выход шестипульсного вьтрямителя 8.

В качестве синхронного двигателя 1 может, быть использована синхронная машина с неявновыраженными полюсами или синхронный редукторный двигатель аксиального типа.

Формирователь опорных гармонических функций 6 может быть выполнен на основе синусно-косинусного вращающегося трансформа-Еора (СКВТ), вал которого жестко соединен и валом синхронного двигателя 1. Входные обмотки СКВТ питаются опорными напряжениями высокой частоты, а выходная обмотка подключена к входу фазочувствительного выпрямителя.

Силовой преобразователь 2 энергии может быть вьтолнен на основе транзисторных ключей с релейными регуляторами тока. Ограничитель 9 уровня сигнала может быть выполнен на основе резисторно-диодных цепей, связанных с источниками опорных сигналов.

Электропривод переменного тока работает следующим образом.

Для примера возьмем трехфазный синхронный двигатель 1 (), у которого в создании момента на валу участвует только поперечная составляющая In якорного тока.

Вьфажение - для момента может быть записано в виде:

М К Г i.-sinf ECf- (j-1) ---1 , ( L J

где ij - мгновенный ток в j-й фазе; ( - угловое положение вала машины;

Z - коэффициент электромагнитно редукции или число пар полюсов;К - постоянный коэффициент. Если токи ij формировать по гармоническому закону

ij 1„sin Г (J - 1) (2)

Lm J

с амплитудой 1, пропорциональной сигналу задания момента Ид,, т.е. IQ м 1 постоянный коэффициент пропорциональности), то из выражения (1) получаем

М К1„ -|- КК,и„ -|-. (3)

При максимальном значении тока -макс максимальный момент машины

m

(4)

V/ ss If т

мокс Marc 2

Введем относитедьное значение момента РО которое при законе тока, определяемом выражением (2), будем, считать равным единице: (UQ - 1.

Исследование выражения (1) на максимальное значение величины М при условии, что максимальный ток в фазе не должен превьшать величину макр приводит к следующему з.акоиу формирования тока:

ij /.,a.cSi8n sin z(f- (J-l)(5)

To есть ток в j-й фазе должен равняться по модулю максимальному значению и менять свой знак при смене знака ЭДС вращения в этой же фазе.

Выражение для момента с учетом выражения (5) принимает вид:

,а.с , sin zcf- -t - о

где entr - целая часть числа; 6,- коэффициент.

На фиг. 3S, Ь и 2 показаны эпюры токов, построенные по выражению (5) для m 3, на фиг. 3q - система гармонических функций

Од sin zqj ;

Ujj sin (z cf - --) ;

U- sin ().

t- Ш

Ha фиг. ЗА приведена зависимость

М

В функции углового положения.

АЛО КС

построенная по вьфажению (7).

Момент на валу двигателя получается пульсирующим (фиг. Зд) и пред::тавляет собой отрезки синусоид. Он 51275732 достигает своего максимального значения и минимального м),„ . В таблице приведены относительные значения . . „ rii „ макс М PWKH м мaкc I «Cltcc где определяется вьфажением (4), для различных т, рассчитанные по выражению (6). 1,41 1,33 1,306 1,2 ,15 1,207 1,2 Коэффициент otn, зависит от количества фаз якорной обмотки и числен но совпадает с величиной Если формировать не максимальный ток, а некоторый ток 1 , но фО|рму тока оставить прямоугольной, то момент машины будет пропорционален .величине I и по-прежнему будет за висеть от УГЛОВОГО положения вала; oc sinUcf-entr(-f-5-1)-1 °/ m.111 (-j Таким образом, формирование тока по прямоугольному закону - по выражению (5) приводит к зависимости мо мента от углового положения, что уменьшает точность управления машиной в регулируемом электроприводе. Если ток из прямоугольной формы величины Ijj (фиг. 3 & , & иг) преобразовать к виду Ig, зависящему от углового положения, след,тощим образом:ft т I о ™. -«-p-.ee.-i -.------ - - Г / ««-V ( ог sin 1 zcf encr (.- - -

где Рт коэффициент, численно равный fU ,„ , то для момента справедливо выражение М с са

i и.-и.о;

(14)

i и,-и,, .;; i и, Ui, ., i --Jвателя 5 координат формируются сигнаиК1„--|-.(3 К-К.и -|-р. (9) ля мгновенного тока в j-й фазе етом выражения (8) можно запи Г 4- /-zcf m 1 Ы„ sin z(f -entr (--тцг1) ---J ignj sin 1 zq - (j-1) sign В соответствии с выражением (10) на фиг. 3 е , А иг показаны токи для . Если сравнить момент машины при гармонической форме тока и форме, определяемой выражением (10), т.е. выражения (3) и (9), то можно вьщеть, что во втором случае максимальный момент двигателя выше в раз, причем эта величина зависит от фазности якорной обмотки машины: чем больше т, тем больше (( Электропривод переменного тока (фиг. 1) реализует формирование момента по выражению (9). Сигнал задания момента с блока 3 поступает на вход делимого блока 7 деления. На другой его вход поступает сигнал с выхода шестипульсного вьтрямителя 8, на вход которого поступает трехфазная система напряжений (фиг. 3 а или 4 Q ), Следовательно, выходной сигнал шестипульсного вьтрямителя 8 (фиг. 4Д ) Ug sin Г zcf - entr ( -1) 5- „«7Выходной сигнал блока 7 деления и Нй . и. ц ., -en., ()j Этот сигнал поступает на управляющий вход ,4 преобразователя 5 координат, на входы для опорных функций которого поступают сигналы U,t, sign Цд, и,, sign UB, U, sign Up . . .Соответственно, на выходе преобразо f хш задания токов Из выражений (12) - (14) видно, что токи в фазах, которые формирует силовой преобразователь 2 энергии в соответствии с его входными сигнала ми i, i и ij, определяются выра жением (10) при (фиг. Зе , и j). Следовательно, и момент двигателя получается из выражения (9) при М 1,725 KIg 1,725 . (15) Ограничитель 9 уровня сигнала ограничивает сигнал U на таком уровне, чтобы ток не превышал свое го максимального значения при больших значениях Уд, для любого углов го положения. В этом случае сигнал и const, а следовательно, ток в двигателе изменяется по прямоугольному закону -по вьфажению (5) (фиг. 38 ,8 иг.). Хотя в этом случае появляется зависимость момента двигателя от уг лового положения, но он будет макси мально возможным и, следовательно, ускорение также будет максимально возможным. При уменьшении сигнала U((, ограничитель 9 уровня сигнала .-.отключается от работы и момент маши ны опять пропорционален сигналу U. На входы шестипульсного вьтрямителя 8 (фиг. 2) подается трехфазная система напряжений U, Ug, U (фиг. 4а). Выходной сигнал двухполу периодного вьшрямителя 20 Uj I (фиг. 4&) поступает на вход нульоргана 21, на другой вход которого поступает постоянный сигнал U,, выбираемый из условия и„ sin zip пр 1Г zcf -5-. Выходной сигнал нуль-органа 21 поступает на управляклций вход комму тирующего элемента 22, которьй разр шает-прохождение сигнала на суммато 16, если г и, т.е. сигнал на выходе элемента 22 (фиг. 4г) |ид , если |UJ Un О, если ид| и„ Аналогично работают блоки 18 и 1 В результате выходной сигнал сумматора, являющийся выходным сигналом шестипульСНого выпрямителя 8, записьшается в виде (фиг. 4А) . г, .4 ТГ 1 и sin ztj - entr (.-Tj-- -и -:j Таким образом, введение в электпропривод элементов с релейной характеристикой, блока деления, вьшрямителя и ограничителя уровня позволяет формировать ток в соответствии с вьфажением (10),что приводит к увеличению момента машины по сравнению с гармонической формой тока при ограниченной величине максимального тока. Причем область линейного регулирования момента в функции его сигнала задания также расширяется в сторону увеличения момента. При требуемом максимально возможном моменте ток формируют по прямоугольному закону согласно выражению (5). В этом случае момент зависит от углового положения, но максимален при данном угловом положении. Этот режим целесообразен при больших ошибках регулируемых координат электропривода и их задания.„Увеличение момента двигателя увеличивает динамические возможности предлагаемого электропривода по сравнению с известным. Формула изобретения 1. Электропривод переменного тока, содержащий синхронный двигатель с гафазной якорной обмоткой, подключенной к выходам силового преобразователя энергии, блок задания момента, связанный выходом с управляющим входом преобразователя координат, формирователь опорных гармонических функций, связанный выходами пофазно с соответствующими опорными входами преобразователя координат, фазные выходы которого подключены к соответствующим, фазным управляющим входам силового преобразователя энергии, отличающийся тем, что, с целью улучшения динамических показателей за счет увеличения максимального момента при заданном максимальном токе, введены блок деления, 2т-пульсный выпрямитель с m фазными входами, ограничитель уровня сигнала и m элементов с релейными характеристиками, вход каждого из которых объединен с соответствующим фазным входом 2тпульсного выпрямителя и подключен к соответствующему фазному опорному выходу формирователя опорных гармонических функций, при этом вход делимого блока деления-подключен к вькоду 9 блока задания момента, вход делителя - к выходу 2т-пульсного выпрямителя, выход блока деления объединен с выходом ограничителя уровня сигна ла и подключен к управляющему входу преобразователя координат, фазные опорные входы которого соединены с выходами соответствующих элементов с релейными характеристиками. 2. Электропривод по п. 1, отл чающийся тем, что 2т-пульсный выпрямитель снабжен m двухполупериодными выпрямителями, вход кажд го из которых образует соответствую

8

Фиг.г 3210 щий фазный вход 2га-пульсного выпрямителя, m нуль-органами, m коммутирующими элементами и сумматором, при этом выход каждого из ш-х двухполупериодных выпрямителей объединен с входом соответствующего т-го коммутирующего элемента и подключен к входу соответствующего т-го нуль-органа, соединенного выходом с управляющим входом соответствующего т-го коммутирующего элемента, а выходы всех та коммутирующих элементов под ключены к входам сумматора, выход которого образует выход 2т-пульсного вьшрямителя.

tfyl UB Uc

У99 X

//

4

222222222

UA

. . . y

г/

P

I

-t

2f

Фиг.З itn