Способ управления асинхронным двигателем с фазным ротором Советский патент 1992 года по МПК H02P7/62 

(Л

С

Использование: в электроприводах переменного тока на базе асинхронного двигателя с фазным ротором, для механизмов, требующих стабилизации и регулирования величины крутящего момента. Сущность изобретения: формирование пилообразного напряжения с амплитудой, пропорциональной периоду напряжения ротора, и сравнение этого напряжения с опорным напряжением обеспечивают повышение точности регулирования величины стабилизированного момента в тормозных и двигательных режимах работы электропривода,путемулучшения стабилизации угла отпирания вентилей тири- сторной силовой схемы независимо от частоты ЭДС ротора. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах переменного тока на базе асинхронного двигателя с фазным ротором, для механизмов, требующих стабилизации и регулирования величины крутящего момента.

Известен способ, реализуемый электроприводом переменного тока по системе источник тока - асинхронная машина, обеспечивающий стабилизацию момента асинхронного двигателя.

Недостатком такого способа яйляется необходимость регулирования напряжения, подводимого к статору асинхронного двигателя, посредством введения в электропривод регулируемого преобразователя напряжения, что приводит к увеличению стоимости, массы и габаритов электропривода.

Наиболее близким к изобретению является способ управления асинхронным двигателем с фазным ротором путем воздействия на тиристорную силовую схему в цепи ротора сигналом, пропорциональным разности сигналов заданного напряжения и фактического напряжения ротора электродвигателя, которое после понижения в трехфазном трансформаторе и до сравнения с сигналом задатчика преобразуют в находящийся в фазе с напряжением ротора электродвигателя сигнал пилообразной формы с постоянной амплитудой и длительностью, равной половине периода напряжения ротора.

Недостаток известного способа заключается в невозможности точной стабилизации амплитуды пилообразного напряжения, а следовательно, и угла отпирания вентилей тиристорной силовой схемы независимо от

VJ

ю со о ел го

частоты ЭДС ротора, что в свою очередь не позволяет стабилизировать заданную величину момента во всем диапазоне изменения частоты вращения при условии постоянства тока ротора. Это связано с тем, что для стабилизации амплитуды пилообразного напряжения необходимо на вход интеграторов формирователя пилообразного напряжения подавать сигнал, пропорциональный скольжению. На практике получение такого сигнала затруднительно, так как измеряемое напряжение ротора двигателя отличается от ЭДС ротора на величину падений напряжения в роторных обмотках. Следовательно, напряжение ротора непропорционально скольжению. Кроме того, стабильность амплитуды пилообразного напряжения ухудшают колебания напряжений питающей сети.

Целью изобретения является повышение точности регулирования стабилизированного момента.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу управления асинхронным двигателем с фазным ротором, напряжение ротора после понижения в трехфазном трансформаторе преобразуют в находящееся в фазе с напряжением ротора электродвигателя напряжение пилообразной формы с длительностью, равной половине периода напряжения ротора, напряжение пилообразной формы сравнивают с опорным напряжением, и по результату сравнения осуществляют воздействие на тиристорную силовую схему в цепи ротора электродвигателя, стабилизируют амплитуд тока ротора, амплитуду указанного напряжения пилообразной формы формируют пропорционально периоду напряжения ротора, указанное опорное напряжение формируют путем умножения напряжения, пропорционального амплитуде напряжения пилообразной формы, на величину напряжения задания момента.

Предлагаемый способ отличается от известного тем, что амплитуду напряжения пилообразной формы формируют пропорционально периоду напряжения ротора, пилообразное напряжение преобразуют в пропорциональное его амплитуде напряжение, которое после умножения на напряже- ние задания момента сравнивают с напряжением пилообразной формы, а результатом сравнения воздействуют на тиристорную силовую схему в цепи ротора электродвигателя. Формирование амплитуды напряжения пилообразной формы пропорционально периоду напряжения ротора означает, что на указанную амплитуду не

оказывают влияния падения напряжения на роторных обмотках и колебания напряжения питающей сети. Сравнение напряжения пилообразной формы с произведением напряжений задания момента на напряжение, пропорциональное амплитуде пилообразного напряжения, обеспечивает стабилизацию угла отпирания вентилей тиристорной силовой схемы независимо от частоты ЭДС

ротора и, следовательно, повышение точности регулирования стабилизированного момента двигателя.

На фиг. 1 представлена функциональная схема электропривода, реализующего

способ управления асинхронным двигателем с фазным ротором; на фиг. 2 - схема работы системы управления тиристорной силовой схемой.

Способ реализуют с помощью электропривода, который содержит асинхронный двигатель 1 (фиг. 1) с фазным ротором, ста- торнье обмотки которого подключены к сети переменного тока, а роторные - к трехфазным выводам тиристорной силовой

схемы 2, выводы постоянного тока которой подключены к выводам параметрического стабилизатора тока 3, трехфазный вход которого соединен с сетью переменного тока. Электропривод содержит также формирователь 4 импульсов, вход которого соединен с выходом схемы 5 сравнения, а выход - с управляющим входом тиристорной силовой схемы 2. Вход формирователя 6 пилообразного напряжения через трехфазный трансформатор 7 связан с ротором асинхронного двигателя 1, а выход подключен к первому входу схемы сравнения 5. Выход формирователя 6 пилообразного напряжения соединен также с входом устройства 8

выборки-хранения, выход которого подключен к первому входу перемножителей 9. Второй вход перемножителя 9 соединен с выходом блока 10 задания момента, а выход - с вторым входом схемы 5 сравнения.

Момент, развиваемый асинхронным двигателем 1, записывается следующим образом:

50

М СмФ112Соз-г/$,(1)

где Ф1 - магнитный поток двигателя;

12-действующее значение тока в роторной обмотке;

См - конструктивный коэффициент ма- шины;

cos t/Ј - фазовый угол между ЭДС и током ротора.

Так как неизменен магнитный поток Ф| двигателя 1, подключенного к сети переменного тока, а также неизменен ток ротора ъ можно представить формулу (1) в виде

М Kicos fc,

где Ki См постоянный коэффициент.

Стабилизация тока ротора г осуществляется с помощью параметрического стабилизатора 3 тока, выполненного, например, на базе индуктивно-емкостного преобразо- вателя. Причем в случае работы тиристорной силовой схемы 2 в выпрямительном режиме параметрический стабилизатор 3 тока должен включать в себя, кроме индуктивно-емкостного преобразователя, и ин- вертор, ведомый сетью с фиксированным углом отпирания вентилей. В случае работы тиристорной силовой схемы 2 в инвертор- ном режиме инвертор, ведомый сетью, не нужен.

Угол между ЭДС и током ротора грг при работе тиристорной силовой схемы 2 выпрямителем определяется по формуле

Vs а+ у/2,(3)

а при работе инвертором Vu-jS-y/2.(4)

где а и j3 - углы отпирания вентилей тири- сторной силовой схемы 2 в выпрямленном и инверторном режимах;

у-угол коммутации.

При неизменном токе ротора i угол коммутации остается неизменным при изменении скольжения S. Таким образом, момент асинхронного двигателя 1 однозначно определяется величиной угла отпирания вентилей тиристорной силовой схемы 2.

Для повышения точности стабилизации угла отпирания вентилей на входы интеграторов формирователя пилообразных напряжений 6 подается неизменное по величине напряжение задания амплитуды 1)3а, а синхронизируют интеграторы трехфазным напряжением ротора, пониженным в трехфазном трансформаторе 7. Период напряжения ротора равен

T TK/S,

(5)

где Т к - период напряжения заторможенного ротора.

Тогда амплитуда пилообразного напряже- ния (фиг. 2), длительность которого Т/2, равна

Dan K2U3aTK/2S,

(6)

где Ка - постоянный коэффициент, зависящий от параметров формирователя 6 пилообразных напряжений.

Пилообразное напряжение с помощью устройства 8 выборки-хранения преобразуется в напряжение

Uyex - KaUan,

(7)

где Кз постоянный коэффициент преобразования.

Напряжение на выходе перемножителя 9 равно

Don Uyex-UsM К2КзизаизмТк/25, (8)

где Узм напряжение задания момента.

Из рассмотрения равенства (6) следует, что амплитуда пилообразного напряжения Dan при изменении частоты вращения ротора изменяется обратно пропорционально скольжению S, а наклон этого напряжения постоянен и определен величиной KaUsa. В то же время напряжение 11зм, с которым сравнивается пилообразное напряжение при фиксированном напряжении задания момента 1)зм, также изменяется обратно пропорционально скольжению S.

Пилообразное напряжение синхронизируется в формирователе 6 пилообразного напряжения с напряжением ротора. Определим момент отпирания Тот вентилей тиристорной силовой схемы 2 (фиг. 2) относительно точки 0 (в общем случае точка О может не совпадать с точкой естественной коммутации вентилей), записав выражение для двух подобных треугольников ОАВ и ОАВ с учетом выражений (6) и (8)

2 Dan иоп Т Тотп

Тотп -

Uc

ист

и

an

Ј Кз U3M Тк/2 S . (9)

Очевидно, что время Тотп обратно пропорционально скольжению и пропорционально напряжению задания момента 1Ьм, а угол отпирания вентилей а можно определить как отношение Тотп к периоду напряжения ротора Т

К4Тотп/Т Д изм

а К4

(10)

где К.4 - постоянный коэффициент.

Таким образом, угол отпирания вентилей а однозначно определен напряжением задания момента

М Ki cos

КзК4

U3M+Ј

(11)

а регулирование момента М асинхронного двигателя 1 можно осуществлять изменением и3м, причем величина стабилизированного момента не зависит от частоты вращения двигателя 1.

Аналогичные выражения можно получить для случая работы тиристорной силовой схемы 2 в инверторном режиме.

В зависимости от характера нагрузки на валу асинхронного двигателя 1 электропривод обеспечивает регулирование стабилизированного момента в различных тормозных и двигательных режимах. При pa6oteтиристорной силовой схемы 2 выпрямителем электропривод обеспечивает двй- гательный режим в I квадранте и торможение противовключением в IV квадранте.

При работе тиристорной силовой схемы 2 инвертором, т.е. при вращении ротора против поля статора, обеспечивается работа привода в следующих режимах:

генераторное торможение при скорости ниже синхронной во II квадранте;

двигательный режим в ill квадранте, причем обеспечивается стабилизация момента при S 2,

Способ осуществляют следующим образом.

В результате подачи напряжения сети переменного тока на статорные обмотки асинхронного двигателя 1 в роторных обмотках наводится ЭДС, которая после понижения в трехфазном трансформаторе 7 преобразуется с помощью формирователя 6 пилообразных напряжений в находящееся в фазе с напряжением ротора напряжение пилообразной формы с длительностью, равной Т/2, и амплитудой, пропорциональной периоду роторного напряжения Т. Пилообразное напряжение посредством устройства 8 выборки-хранения преобразуют в напряжение 11увх, пропорциональное амплитуде пилообразного напряжения.. Напряжение Uyex в перемножителе 9 умножается на напряжение задания момента Узм, а полученное произведение напряжений Uon подают на второй вход схемы 5 сравнения, на первый вход которой поступает пилообразное напряжение. Результат сравнения пилообразного напряжения с напряжением Uon преобразуют с помощью формирователя 4 импульсов в управляющие импульсы напряжения, которые подают на управляющие входы тиристорной силовой схемы 2,

причем управляющие импульсы сдвинуты относительно точки естественной коммутации вентилей на угол о..

После подачи напряжения сети на вход

параметрического стабилизатора 3 тока в цепи постоянного тока протекает неизменный выпрямленный ток Id, который коммутируют тиристорной силовой схемой 2 в моменты поступления на ее управляющие

входы импульсов формирователя 4. Тем самым преобразуют неизменный ток Id в неизменный по амплитуде переменный ток ротора асинхронного двигателя 1. Фазовый угол между ЭДС и током ротора г определен выражением (3) или (4).

Таким образом, асинхронный двигатель 1 развивает крутящий момент, величина которого однозначно определена напряжением задания момента Узм в соответствии с

формулой (11) и не зависит от частоты вращения двигателя 1.

Формирование пилообразного напряжения с амплитудой, пропорциональной периоду напряжения ротора, и сравнение

этого напряжения с указанным опорным напряжением обеспечивает по сравнению с прототипом повышение точности регулирования величины стабилизированного момента в тормозных и двигательных режимах

работы электропривода путем улучшения стабилизации угла отпирания вентилей тиристорной силовой схемы независимо от ча- стоты ЭДС ротора. Это позволяет использовать данный способ управления в

электроприводах механизмов, требующих стабилизацию и регулирование момента, формирование процесса пуска двигателя с заданным ускорением, а также регулирование частоты вращения в механизмах с вентиляторной характеристикой.

Формула изобретения

Способ управления асинхронным дви- гателем с фазным ротором, при котором напряжение ротора после понижения в трехфазном трансформаторе преобразуют в находящееся в фазе с напряжением ротора электродвигателя напряжение пилооб- разной формы с длительностью, равной половине периода напряжения ротора, напряжение пилообразной формы сравнива- ютс опорным напряжением, и по результату сравнения осуществляют воздействие на тиристорную силовую схему в цепи ротора электродвигателя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности регулирования стабилизированного момента, стабилизируют амплитуду тока ротора,амплитуду указанного напряжения пилообразной формы формируют пропорционально периоду напряжения ротора, а указанное опорное напряжение формируют путем умножения

напряжения, пропорционального амплитуде напряжения пилообразной формы, на напряжение задания момента.

Фиг.1

UAn