Электропривод переменного тока Советский патент 1988 года по МПК H02P7/42 

со а

ю

00

11

Изобретение относится к электротехнике, а именно к управляемому электроприводу на основе синхронного двигателя с электромагнитным воз- буждением и инвертора напряжения, и может быть использовано в системах и механизмах с высокими динамическими требованиями, например в приводах подач металлорежущих станков.

Целью изобретения является повышение быстродействия за счет увеличения скорости изменения тока возбуждения.

На чертеже представлена функ- циональная схема электропривода переменного тока.

Электропривод переменного тока содержит синхронный двигатель 1 с фазными обмотками 2 и 3 статора, подключенный к выходу усилителя 4 мощности, датчик 5 углового положения и датчик 6 частоты вращения, установленные на валу синхронного двигателя t, последовательно соеди- ненные блок 7 задания поперечной составляющей тока статора и регулятор 8 поперечной составляющей тока статора, блок 9 прямого преобразования координат, первьй вход которого под- ключей к выходу регулятора 8 попереч ной составляющей тока статора, а выходы соединены с управляющими входами усилителя 4 MOHJHOCTH, блок 10 задания продольной составляющей напряжения статора с двумя входами, блок I1 обратного преобразования координат с выходом поперечной составляющей тока статора, подключенным к другому входу регулятора 8 попе- речной составляющей тока статора и к первому входу блока 10 задания продольной составляющей напряжения статора, датчики 12 и 13 фазных токов статора, подключенные к входам бло ка 11 обратного преобразования координат , возбудитель 14, подключенный выходом к обмотке 15 возбуждения синхронного двигателя 1, регулятор 16 тока возбуждения, первьй вход которого подключен к выходу датчика 17 тока возбуждения, а выход - к управляющему входу возбудителя 14, последовательно соединенные блок 18 задания частоты вращения и регуля- тор 19 частоты вращения. Выходы дат чшса 5 углового положения соединены с опорными входами блоков прямого 9 и обратного 11 преобразования коор232

динат, а выход датчика б частоты вращения соединен с другим входом регулятора 19 частоты вращения и с вторым входом блока 1 О задания продольной составляющей напряжения статора,

В электроприводе переменного тока выход регулятора 19 частоты вращения соединен с вторым входом регулятора 16 тока возбуждения, выход блока 10 задания продольной составляющей напряжения статора подключен к второму входу блока 9 прямого преобразования коррдинат. Усилитель 4 мощности вьшолнен в виде инвертора напряжения.

Блок 9 прямого преобразования координат содержит умножители 20-2S и сумматоры 24 и 25. Первые входы умножителей 20 и 22 объединены и образуют первьй вход блока 9 прямого преобразования координат, второй вход которого образован гобъединен- ными между собой первыми входами умножителей 21 и 23. Вторые входы умножителей 20, 23 и 21, 22 попарно соединены и образуют опорные входы блока 9 прямого преобразования координат. Выходы умножителей 20 и 21 соединены с входами сумматора 24, а выходы умножителей 22 и 23 - с входами сумматора 25, выход которого и выход сумматора 24 образуют выход блока 9 прямого преобразования координат.

Блок 11 обратного преобразования координат содержит умножители 26 и 27 и сумматор 28. Первые и вторые входы умножителей 26 и 27 образуют соответственно основные и опорнне входы блока 11 обратного преобразова ния координат. Выходы умножителей 26 и 27 подключены к входам сумматора 28 5 выход которого образует выход поперечной составляющей тока статора блока 11 обратного преоб- разования координат,

Блок 10 задания продольной составляющей напряжения статора содержит последовательно соед 1ненные умножитель 29 и инвертирующий yci-ши - тель 30о

Синхронньй двигатель 1 представляет собой машину с неявнозыраженны ьш полюсами либо двигатель с элект - ромагнитной редукцией, частоты вращения. Датчик 5 УГЛОВОГО положения может быть вьшолнен на основе сикусно-косинусного вращающего трансфер- матора с соответствующей электронной схемой обработки его выходной информации. Усилитель 4 мощности и возбудитель 14 могут выполняться на основе транзисторных ключей с релейными регуляторами тока.

Электропривод переменного тока работает следующим образом (для примера возьмем неявнополюсный синхронный двигатель 1).

Для создания момента на валу двигателя формируют токи в обмотке возбуждения f и в якорной обмотке по поперечной оси q ротора, не равные нулю. Момент двигателя при этом определяется выражением

М K-i

f4

где

Ч

ч

к ток в обмотке возбуждени

поперечная составляющая

якорного тока;

постоянный коэффициент,

зависящий от параметров

двигателя.

Регулирование величины момента двигателя можно осуществлять как за счет изменения величины i, номинальном токе возбуждения ir , в этом случае

t К .

-q, при Ч

K-i

di

Hdt

так и за счет изменения величины i.

при номинальной величине в этом случае

н

q,n

dM . „ к

dif:.

HMdt

Как следует из выражений (2 ) и (3 ), максимальньш темп изменения момента определяется максимальным темпом изменения тока. Последний определяется в первом случае индуктивностью якорной обмотки по поперечной

оси ротора L,

тивностью обмотки возбуждения ь

во втором - индук- L,

Чем больще величины Ьл и

L г., тем

меньшем допустимый темп изменения тока, а следовательно, и момента двигателя при фиксированной величине приложенного напряжения.

В рассматриваемом электроприводе решается задача увеличения требуемо

о е

й

10

15

20

30

35

40

45

50

й

25

скорости изменения тока возбуждения dif/dt.

Сигнал La на выходе блока 7 задания поперечной составляющей статора задает постоянное значение последней на входе регулятора 8. Регулятор 8 на основе информации о требуемом токе i и реальном i( формирует на своем выходе сигнал задания поперечной составляющей якорного напряжения Ut. Величина ut с помощью блока 9 прямого преобра- , зования координат преобразуется в сигналы задания фазных напряжений И и а ДЛЯ усилителя 4 мощности, в результате в фазах 2 и 3 протекают токи i и . Датчики 12 и 13 фазных токов опреде ляют значения этих токов, а на основе этой, информации с помощью блока 11 обратного преобразования координат определяется поперечная составляющая якорного тока i(s которая и поступает на другой вход регулятора 8 тока. На выходе блока 10 задания формируется сигнал, пропорциональный произведению частоты вращения ротора синхронного двигателя 1, получаемой с поиощью датчика 6 частоты вращения, и поперечной составляющей тока статора io, снимаемой с выхода блока 11 обратного преобразования координат. Этот сигнал задает про дольную составляющую напряжения с татора .

При этом регулирование момента 1Эигателя осуществляется за счет изменения тока возбуждения i. Сигна лом задания момента является выходной сигнал регулятора 19 частоты вращения на вхад которого подается сигнал задания с выхода блока 18 и сигнал, пропорциональный частоте вращения ротора двигателя 1 с вькода датчика 6. Выходной сигнал регулятрра 19 задает ток возбуждения i, а следовательно, и момент двигателя в соответствии с выражением (1). Управление током i осу- , ществляется с помощью регулятора тока возбуждения 16 и возбудителя 14.

В рассматриваемом электроприводе поперечная составляющая тока i о gg задаетея постоянной, а регулирование момента осуществляется за счет управления током возбуждения.

Требуемое значение поперечной с оставляющей якорного тока формирует-.

1

ся за счет соответствующего задания поперечной составляющей якорного напряжения IL , а продольная составляющая напряжения Uo формируется пропорциональной произведению частоты вращения и тока .

Покажем, что при этом обеспечивается высокий темп изменения тока возбуждения, а следовательно, и вы- сокий темп изменения момента по сравнению с известнь устройством.

Уравнения,описьшающие электромагнитные процессы синхронного двигателя в осях ротора d и q, имеют вид

.l. 5r- 5r-- -iv

( +wLi,, + ;

Ч -

23

- i. -f

При выборе запаса по напряжению источника питания, значительно большого падения напряжения на активном сопротивлении, уравнение (9 ) можно заменить приближенньи

, . - Z

IT т -ii-n- I dt L-Lf

(10)

У существующих синхронных машин величина коэффициента магнитной связи составляет

т 2

V я О Q

h L-Lj

С учетом этого из выражения (Ю)

получаем

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в приводах подач металлорежущих станков . Целью изобретения является повышение быстродействия за счет увеличения скорости изменения тока возбуждения. Указанная цель достигается подключением в электроприводе переменного тока выхода регулятора 19 частоты вращения к второму входу регулятора 16 тока возбуждения. Выход блока 10 задания продольной составляющей напряжения статора синхронного двигателя 1 подключен к второму входу блока 9 прямого преобразования координат. Усилитель мощности 4 в электроприводе выполнен в виде инвертора напряжения. В электроприводе обеспечивается регулирование . момента двигателя 1 за счет изменения тока возбуждения с увеличенной требуемой скоростью изменения тока возбуждения. 1 ил. с SS (Л

(5)

25

30

35

t- -й - (,- («

де i.ij - поперечная и продольная составляющие якорного тона;

R,rA - активные сопротивления фазы якорной обмотки и обмотки возбуждения;

L - собственная индуктивность ,якорной обмотки;

Lr. - собственная индуктивность обмотки возбуждения;

L - взаимная индуктивность

Тп

между якорной обмоткой и обмоткой возбуждения; U) частота вращения ротора двигателя;

1„ - ток в обмотке возбуждения;U- - напряжение на обмотке

возбуждения; и,,и - продольная и поперечная составляющие напряжения, приложенного к якорной обмотке.

Так как напряжение U формирует- 50 я.в электроприводе по выражению y -LoLia (7), то из выражения 4 имеем

40

45

-H L

0 (8)

did . di

----- + L -j-Из выражений (6 и (.7 Т получаем

2;.

тт т dif ,, L hi .

г (9)

,.,„

(И)

5

5

0

5

0

0

5

Таким образом, реализация в электроприводе переменного тока управления синхронным двигателем со стороны обмотки возбуждения и выполнение соотношения (7) эквивалентного расположению на статоре короткозамкну- того контура по продольной оси ротора, обеспечивает в сравнении с известным решением увеличение скорости изменения тока возбуждения, а следовательно, и быстродействия примерно в 10 раз.

Формула изобретения

Электропривод переменного тока, содержащий синхронный двигатель, подключенный к выходу усилителя мощности, датчик углового положения и датчик частоты вращения, установленные на валу синхронного двигателя, последовательно соединенные блок задания поперечной составляющей тока статора и регулятор попереч- .ной составляющей тока статора, блок

прямого преобразования координат, первый вход которого подключен к выходу регулятора поп еречной составляющей тока статора, а выходы соединены с управляющими входами усилителя мощности, блок задания продольной составляющей напряжения статора с двумя входами, блок обратного преобразования координат с выходом поперечной составляющей

тока статора, подключенньм к другому входу регулятора поперечной состав- ляпощей TOKffi статора, и к первому входу блока задания продольной сое тавляющей напряжения статора, датчики фазных токов статора, подключенные выходами к входам блока обратно го преобразования координат, возбудитель, подключенный выходом к об- мотке возбуждения синхронного двигателя, регулятор тока возбуждения, первый вход которого подключен к выходу датчика тока возбуждения, а вы- ход - к управляющему входу возбуди- теля, последовательно соединенные .блок задания частоты вращения и регулятор частоты вращения, при этом выходы датчика углового положения соединены с опорными входами блока

прямого и обратного преобразования координат, а выход датчика частоты вращения соединен с другим входом регулятора частоты вращения и с вторым входом блока задания продольной составляющей напряжения статора отличающийся тем, что; с целью повышения быстродействия за счет увеличения скорости изменения

тока возбуждения, выход регулятора частоты вращения соединен с вторым входом регулятора тока возбуждения, выход блока задания продольной составляющей напряжения статора подключен к второму входу блока прямого преобразования координат, а усилитель мощности вьполнен в виде инвертора напря - жения.