Электропривод переменного тока Советский патент 1989 года по МПК H02P7/42 

1508

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электроприводам пере;менного тока с регулированием момента на валу путем формирования тока статора, и может быть использовано в системах управления скоростью вращения и угловым перемещением рабочих органов машин и механизмов общепро- мьшшенного назначения.

Цель изобретения - уменьшение потерь мощности в электроприводе при сохранении высокого быстродействия.

На чертеже изображена функциональная схема предлагаемого электропри- вода. .

: Электропривод содержит асинхронный двигатель 1 с короткозамкнутым ротором, подключенные к выходу управляемого источника 2 тока, формирова™ тель 3 опорных сигналов, связанный с асинхронным двигателем 1 с коротко- замкнутым ротором и подключенный выходом к входу для опорных сигналов блока 4 преобразования координат, вы- ход которого соединен с заправляющим входом управляемого источника 2 тока, задатчик 5 управляющего сигнала, связанный выходом с в.ходом для делимого блока 6 деления, формирователь 7 ре- активного тока, выход которого подключен к входу для делителя блока 6 деления. При этом входы для управления активным и реактивным токами блока 4 преобразования координат связа- ны соответственно с выходом блока 6 деления и с выходом формирователя 7 реактивного тока.

Кроме того, в электропривод введены блок 8 извлечения корня квадратного из модуля сигнала, определитель 9 знака сигнала, два блока 10 и 11 умножения и логический переключатель 12 сигналов.задания активного и реактивного токов, снабженный тремя входами 13 - 15 и подключенный выходами к одноименным входам для управления блока 4 преобразования координат. При этом выход задатчика 5 управляющих сигналов подключен к объединенным г между собой входу блока 8 извлечения корня квадратного из модуля сигнала, входу определителя 9 знака сигнала и первому входу 13 переключателя 12 сигналов задания активного и реактивного токов, второй 14 и третий 15 входы которого подключены соответственно к выходу первого блока 10 умножения и к выходу формирователя 7 реактивного тока. Выход определителя 9 знака сигнала подключен к первому входу второго блока 11 умножения, второй вход которого объединен со входом для делимого блока 6 деления и входом формирователя 7 реактивного тока и подключен к рыходу блока 8 извлечения корня квадратного из модуля сигнала. Выход второго блока 11 умножения подключен к первому входу первого блока 10 умножения, второй.вход которого соединен с выходом блока 6

деления.

Формирователь 7 реактивного тока выполнен в виде ограничителя скорости изменения сигнала. Логический переключатель 12 сигналов задания активного и реактивного токов снабжен четырьмя элементами 2-2И-2ИЛИ 16-19, двумя элементами 20 и 21 сравнения, задатчиком 22 минимального реактивного тока и задатчиков 23 реактивного тока насыщения, при этом второй и третий входы первого элемента 2-2И- 2ИЛИ 16 и второй и третий входы второго элемента 2-2И-2ИЛИ 17 объединены между собой и подключены к выходу первого элемента 20 сравнения. Второй и третий входы третьего элемента 2- 2И-21ШИ 18 и второй и третий входы четвертого элемента 2-2И-21Ш11 19 объединены между собой и подключены к выходу второго элемента 21 сравнения.

Выход задатчика 22 минимального реактивного тока подключен к объединенным между собой первому входз второго элемента 21 сравнения и четвертому входу четвертого элемента 2-2И- 2ИЛИ 19. Выход задатчика 23 реактивного тока насыщения подключен к объе- диненным между собой первом входу первого элемента 20 сравнения и четвертому входу второго элемента 2-2И- 2ШШ 17. Первый вход 13 логического переключателя 12 сигналов задания активного и реактивного токов образуют объединенные между собой четвертые входы первого 16 и третьего 18 элементов 2-2И-2ИЛН. Второй вход 14 логического переключателя 12 образует первый вход первого элемента 2-2И- 21ШИ 16. Третий вход 15 логического переключателя 12 образуют объединенные между собой вторые входы элементов 20 и 21 сравнения и первый вход второго элемента 2-2И-21ШИ 17. Выходы логического переключателя 12 сигналов задания активного и реактивного

токов образуют выходы третьего 18 и четвертого 19 элементов 2-2Ii-21iJLi,

Каждый из элементов 2-2И-2ШШ 16 - 19 содержит двухвходовые элементы Н 24-31 и подключенный к их выходам двухвходовый элемент Ш1И 32-35, образованные на основе соответствующих логических элементов.

Электропривод работает следуклцим образом.

Регулирование момента на валу асинхронного двигателя 1 обеспечивается путем раздельного и независимого ре

ной составляющих тока статора в статических режимах работы.

С выхода задатчика 5 управляющих сигналов (его роль в замкнутой системе играет, например, регулятор скорости) поступает сигнал U,, Коэффицн- центы передачи упоминаемых далее блоков принимаются равными единице.

На выходе определителя 9 з мм сигнала получают с. U, ; 1(::-:ичисй а -тлитуды, равный

и, 1 .SignU. (1)

На выходе блока 8 извлечения кор

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления рабочих органов машин и механизмов общепромышленного назначения. Целью изобретения является уменьшение потерь мощности при сохранении высокого быстродействия. Электропривод переменного тока содержит асинхронный двигатель 1 с короткозамкнутым ротором, блок 4 преобразования координат. Входы блока 4 подключены соответственно к выходам логического переключателя 12 сигналов задания активного и реактивного токов и выходу формирователя 3 опорных сигналов, связанного с асинхронным двигателем. В электроприводе обеспечиваются три режима работы. Первый режим работы характеризуется постоянным по величине потокосцеплением двигателя 1, равным (0,3-0,5)Ψ_н, где Ψ_н - номинальное значение потокосцепления, соответствующее насыщению. В указанном режиме регулирование момента осуществляют при изменении сигнала U_Q (активная составляющая тока) и поддержании U_D (реактивная составляющая тока) постоянной. Второй режим работы характеризуется одновременным изменением сигналов U_Q и U_D , их выравниванием, обеспечивая при этом минимум потерь. Магнитный поток двигателя 1 в этом режиме изменяется до значения ψ_H. В третьем режиме работы обеспечивается получение перегрузочных моментов при номинальном значении потока, равном ψ_H. Увеличение момента до сверх номинального значения в этом режиме происходит за счет увеличения сигнала U_Q. 1 ил.

Гулирования составляющих тока статора ( ня квадратного из модуля сигнала ново вращающейся ортогональной системе координат, ориентированной по вектору потокосцепления ротора. Регулирование указанных составляющих тока статора осуществляется по сигналам UB и UQ задания постоянного тока, причем сигнал U, определяет составляющую тока статора, ориентированную вдоль вектора потокосцепления (называемую условно реактивной составляющей тока) , а сигнал UQ- определяет составляющую тока статора, ортогональную в опережающем направлении вектору потокосдепления ротора (называемую усдовно активной составляющей тока).

Формирование управляющих сигналов для фазных токов асинхронного двига- теля 1 в неподвижной системе координат, связанн ой со статором, осуществляется с помощью блока 4 преобразования координат. Необходимые для координатных преобразований гармонические сигналы, изменяющееся с частотой вращающегося магнитного поля асинхронного двигателя 1, образуются с помощью формирователя 3 опорных сигналов. Формирователь 3 опорных сигналов может быть построен на основе датчика углового положения вала двигателя и отдельного определителя скольжения, а также на основе датчиков потока или ЭДС. На входы формирователя 3 опорных сигналов в зависимости от его конкретного исполнения могут поступать также сигналы Ujj и UQ задания (показано на чертеже штрихами).

В электроприводе переменного тока решается задала минимизации потерь мощности в асинхронном двигателе при регулировании момента в пределах до номинального, что определяется поддержанием равенства активной и реактив-

20

лучают сигнал U, равный

и .(2)

С помощью блока 10 умножения получают сигнал Uj, равный

,. U,SignU.

(3)

Формирователь 7 реактивного тока выполнен в виде ограничителя скорости изменения сигнала U и скорость изме- 5 нения сигнала U на его выходе не превышает возможной скорости изменения магнитного потока в асинхронном двигателе 1.

В простейшем случае ограничитель 30 скорости изменения сигнала представляет собой апериодическое звено с постоянной времени Т, величину которой определяют из условия

, ,5 r fls , постоянная времени цепи

намагничивания асинхронного двигателя 1. При этом с учетом (2) получают:

40

.(4)

Па выходе блока 6 деления и блока 11 умножения с учетом (2) - (4) получают соответственно:

45

U5(1-bpT);

(5)

U5(1+pT)SignU. 41иГ. (6)

5

Сигналы и и Ug поступают соответственно на входы 15 и 14 логического

50 переключателя 12, с помощью которого в электроприводе реализуются три режима работы.

Первый режим работы электропривода переменного тока характеризуется

55 постоянным по величине потокосцепле-. кием асинхронного двигателя, равным (0,3-0,5), где1()„ - номинальное значение потокосцепления, соответствующее насыщению.

20

лучают сигнал U, равный

и .(2)

С помощью блока 10 умножения получают сигнал Uj, равный

,. U,SignU.

(3)

Формирователь 7 реактивного тока выполнен в виде ограничителя скорости изменения сигнала U и скорость изме- 5 нения сигнала U на его выходе не превышает возможной скорости изменения магнитного потока в асинхронном двигателе 1.

В простейшем случае ограничитель 30 скорости изменения сигнала представляет собой апериодическое звено с постоянной времени Т, величину которой определяют из условия

, ,5 r fls , постоянная времени цепи

намагничивания асинхронного двигателя 1. При этом с учетом (2) получают:

40

.(4)

Па выходе блока 6 деления и блока 11 умножения с учетом (2) - (4) получают соответственно:

45

U5(1-bpT);

(5)

U5(1+pT)SignU. 41иГ. (6)

5

Сигналы и и Ug поступают соответственно на входы 15 и 14 логического

переключателя 12, с помощью которого в электроприводе реализуются три режима работы.

Первый режим работы электропривоа переменного тока характеризуется

постоянным по величине потокосцепле-. кием асинхронного двигателя, равным (0,3-0,5), где1()„ - номинальное значение потокосцепления, соответствующее насыщению.

71508

В указанной зоне нет строгого соответствия величины потокосцепления сигналу и.р задания, в частности из-за явления остаточного намагничивания.

Минимизация потерь мощности за счет изменения реактивной составляющей тока здесь не имеет смысла, поэтому регулирование момента осуществ

ляют при изменении сигнала UQ и под- держании U const.

С выхода задатчика 22 минимального реактивного тока поступает сигнал Uy , равный

.|lJ7,

(7)

где

UH величина управляющего сигнала, соответствующего номинальному потокосцеплению N - коэффициент, равный 0,3-0,5. Сигнал Uy сравнивается на входах элемента 21 сравнения с сигналом U. Рассматриваемый первый режим работы электропривода соответствует условию . При этом элементы И 29 и 31 открыты и на выходах логического переключателя 12 формируются сигналы Ujj и Uq задания, определяемые по формулам

Uj,

(8)

.

С учетом (8) выражение для момента в первом режиме определяется по формуле

M U-N-nfu|,(9)

т.е. момент является линейной функцией от управляющего сигнала U.

Второй режим работы электропривода переменного тока характеризуется одновременным изменением активной и реактивной составляющих тока, здесь решается задача выравнивания указанных составляющих тока по величине и обес- печения минимума потерь мощности. Магнитный поток асинхронного двигателя изменяется в указанном режиме до значений Cj) .

в этом режиме вьтолняется условие , при котором элементы И 29 и 31 закрываются и открываются элементы Н 28 и 30.

С выхода задатчика 23 реактивного тока поступает сигнал , который

сравнивается с сигналом U, на входах элемента 20 сравнения. Если , то элементы И 24 и 26 открываются, а элементы И 25 и 27 закрываются. При

8

этом на выходах логического пер- :с.т1Ю- чателя 12 получают с учетом (4). (6):

,-|fUr

(

(i+pT)signu--| ur. (10)

jg

35

Q с 0

5

с учетом (10) выражение для момента во втором режиме,определяется по формуле

,(11)

т.е. момент пропорционален управляющему сигналу и. При этом, как это следует из (10), выполняется, кроме то15 го, равенство активной и реактивной составляющих тока в установившихся режимах работы, а следовательно, выполняется условие минимума потерь мощности.(

20 В третьем режиме работы электропривода переменного тока обеспечивается получение перегрузочных моментов при номинальном значении потока, равном С( . Регулирование потока свьше

25 Ц)ц нецелесообразно, так как из-за насыщения двигателя увеличение потока Может произойти только за счет существенного увеличения реактивного тока, определяемого сигналом Uj, зада30 ния. Увеличение момента сверх номинального в указанном режиме происходит за счет увеличения активной составляющей тока, определяемой сигналом UQ задания. В рассматриваемом режиме выполняются условия и , при которых элементы Н 25,27,28 и 30 открываются, а элементы И 24,26,29 и 31 закрываются. При этом на выходах логического переключателя 12 получают:

ил,лЕ; 1

. J (12) С учетом (11) выражение для момента в третьем режиме определяется по формуле,

,(13)

т.е. момент линейно зависит от управляющего сигнала U и возможно получение перегрузочных моментов при постоянном потоке двигателя.

I

Во всех рассмотренных режимах работы электропривода переменного тока обеспечивается высокое быстродействие в образовании момента, несмотря на наличие постоянной времени цепи намагничивания.

При регулировании момента в пределах до номинального значения в статических режимах достигается, кроме того, минимум потерь мощности,

Таким образом, введение в предлагаемый электропривод переменного тока блока извлечения корня квадратного из модуля сигнала, определителя знака сигнала, блоков умножения и логического переключателя сигналов задания активного и реактивного токов обеспечивает уменьшение 1тотерь мощности.

Формула йэоб.ретения

Электропривод переменного тока, содержащий асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, подключенный к выходу управляемого источника тока, форг-шрователь опорных сигналов связанный с асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором и подключенный выходом к входу для опорных сигналов блока преобразования координат, выход которого соединен с управляющим входом управляемого источника тока, задатчик управляющего сигнала, связанный выходом с входом делимого блока деления, формирователь реактивного тока, выход которого подключен к входу делителя блока деления, при этом входы для управления активным и реактивным токами блока преобразов -- ния координат связаны соответственно с выходом блока деления и выходом формирователя реактивного тока, отличающийся тем, что, с целью уменьшения потерь мощности, в него введены блок извлечения корня квадратного из модуля сигнала, определитель знака сигнала, два блока умножения и логический переключатель сигналов задания активного и реактивного токов, снабженный тремя входами и подключенный выходами к одноименным входам для управления блока преобразования, при этом выход задатчи- ка управляющих сигналов подключен к объединенным между собой входу блока извлечения корня квадратного из модуля сигнала, входу определителя знака сигнала и первому входу переклгочате- ля сигналов задания активного и реактивного токов, второй и третий входы которого подключены соответственно к выходу первого блока умножения и выходу формирователя реактивного то0

0

5

0

5

0

5

0

5

ка, выход определителя знака сигнала подключен к первому входу второго блока умножения, второй вход которого объединен с входом делимого блока деления, входом формирователя реактивного тока и подключен к выходу блока извлечения корня квадратного из модуля сигнала, выход второго блока умножрния подког-.чрн к п Г Вому Еходу первого умножения, второй вход которого соединен с выходом блока деления, причем формирователь реактивного тока вьтолнен в Риде ограничителя скорости изменения сигнапа, а логический переключатель сигналов задания активного и реактивного токов снабжен четырьмя элементами 2-2И-2ИЛН с двумя элементами сравнения, задат- чиком минимального реактивного тока и задатчиком реактивного тока насыщения, при этом второй и третий входы первого элемента 2-2Н-21ШИ и второй и третий входы второго элемента 2-2И- 2ИЛИ объединены между собой и подключены к выходу первого элемента сравнения, второй и третий входы третьего элемента 2-2И-.ИЛИ и второй и третий вхо/;Ы четвертого элемента 2-2И- 2ИЛИ объе,г,инены собой и подключены к выходу второго элемента сравнения, выход задатчика минимального реактивного тока подключена к объединенным между собой первом входу второго элемента сравнения и четвертому -входу четвертого элемента 2-2И-2ИЛИ, выход задатчика реактивного тока насьпцения подключен к объединенным между собой первому входу первого элемента сравнен гя и четвертому входу второго элеме-нта 2-2Г1-21ШИ, первый вход логического переключателя сигналов задания активного и реактивного токов образуют объединеннме между co6efi четвертые входы первого и третьего элементов 2-211-2МЛИ, второй вход указанного логического переключателя образует первый вход первого элемента , третий вход указанного логического переключс1тсля образует объединенные между собой вторые входы элементов сравнения и первый вход второго элемента 2-211-2ИЛЛ, а выходы логического переключаа еля сигналов задания активного и реакп-ив- ного токов образуют выходы третьего и четвертого элементов 2-211-210111.