Устройство для частотного управления синхронным двигателем Советский патент 1975 года по МПК H02P5/34 

На ,фиг. изображена схема устройства; па фиг. 2-векторлая диаграмма сшьх-роиного двигателя, на фиг. 3--векторная диаграмма разложения потоков по осям обмоток.

Уст-ройстсо состоит из задатчика яйтеясивности 1, регулятора скорости 2, тахогенератора 3, датчргков потока 4-6 с усилителями, регуляторов тока 7-9, уиравляющих реверсивиыми :Иреобраз-ователями 10-12, питающими статорные обмотки 13 сиихроииого двигателяЧасть устройства, управляющая возбуждеиием сиихроииого двигателя, состоит из датчвков иотока 14-16, вьтрям ителя 17, регулято ра потока 18, уиравляющего иреобразователем 19, иита-ющим обмотку возбуждения 20 сиихроииого двигателя. Обратиая связь по току статора снимается с датчиков тока 21-23. Задатчик иитеис(виости 1 представляет собой airaiapaT. вы.ходиое иапряжеиие которого измеияется по времеии, линейио задавая ,постояпиый теми изменения скорости в -переходиых режид1ах. Установившееся значеине выхода задатчика питепсивности соответствует заданному устаиовивщемуся значению скорости привода бздд. Задатчик интенсивности соединен с одним из входов регулятора скорости 2.

Реулятор скорост вынолнеи в виде оиераниошюго усилителя, иа второй вход которого подается отрицательная обратная связь но скорости с та.хогеиератора 3. Передаточная фуикция регулятора выбирается, исходя из ириндинов подчиненного регулировання, 1Н выходной снгиал регулятора скоросчи служит заданием для момента двигателя.

Регулятор скорости является источником нитания для датчиков потока 4-6, установленных в зазоре между статором н |)отором снихроИиого двигателя по осям обмоток меремеиного тока. В качестве датчиков нотока иснользованы серийные датчики Холла. Выходное нанряжепне датчиков Холла иролорпиоиа.чьно произведеиню тока унравления, источником которого является выходной сигнал регулятора скорости, иа величииу нотока, иересекающего плоскость датчика. Уснлнтелн датчиков отдельно ие иоказаны.

Датчики нотока соединены .попарно со входам регуляторов тока 7-9. Причем датчик, усгаповлениьн иа оси обмотки фазы Л, соединен со входами регулято)ов тока фаз В н С, датчик, стаиовлеи1Ный иа оси обмотки фазы В со входа.АПг регулятора тока фаз Л н С, датчлк установлеи 1ьн 1 на ocir облготки фазы С со входами регуляторои тока фа;; Л и В- Таким образом, на каждом регуляторе тока су.ммироваио два сигиала датч1жОВ нотока. Эги снгналы суммируются с разиы.ми з)1ака.м11.

ОнераНиоииые усилители, явля оии1еся )е уляторамп тока, управляют н)еобразовагелями 10-12. Па регуляторы, кроме сигиала задания, нодаиа обратная связь но току соответствующих обмоток статора. Передаточиая фуикиия регуляторов тока рассчгггывается, исходя 113 УСЛОВИЙ компенсации постоянной

времеии обмотки статора аналогично тому, как это осуществляется в регуляторе тока для электроприводов аюстояниого тока с нодчниеииым регулироваиием. Реверсивные вен5 тильиые преобразователи включеиы иа обмотки статора сип.кронного двнгателя.

Обмотка возбуждения 20 синхронною двигателя нитается от тирнсторного преобразователя 19, который унравляется регулятором тоо ка возбуждеиня 18. Па регулятор тока возбуждения нодаи иостоянный задающий сигиал, соответствуюн.и1Й номинальному результирующему иотоку Б мащнпе н в качестве обратной связи сщиал, снимаемый с выирями5 теля 17, где выпрямляется нанряжеине. нолуче 1иое с трех датчиков нотока 14-10. установленных в зазоре между стато)ом и ротором двигателя иа расстоянии 120 эл. град, друг от друга. Питаиие этих датчиков в отли0 чие от датчиков 4-6 осуи1ествляется ностоянНЫМ ТО.КОМ.

Для разъяснення нрнинипа работы ycTpoiiства рассмотрим векторную диаграмму синхронного двнгателя (фнг. 2).

5 Поток возбуждения в су.мме с потоком статора i создает результирующее иоле ij). С вектором результирующего потока TJ- связаио иатфяжеине сетн U, сдв)П1утое в сторону онереження -на 90 эл. град., а с вектором фт вектор э. д. с. Е, индуктируемый :в стато1)е иотокам г).

Величина , развивае.мого двигателем, иронорцнональна площади треуго.чьиика нотоков г(;т, ijji, ij).

5 Работа двигателя с , равнькм единице, соответствует (Прямоугольном} треугольнику иотоков (случай, нзображенный на фиг. 2). Модуль результирующего потока if) с целью иаплучщего исиользоваиня двигателя должен

0 быть постоянным но величине н равным номниалыюму потоку мащины. В этом случае двпженне вектора при регулироваи1И1 lOMeina должно происходить но окружпостн, а велпчнны г()1 и т, задавае.мые системой регулирова5 НИИ иосредством задания тока статора н тока возбуждення, должны обесиечивать нрямой угол между нотоками ф и J)i.

Так ка:к нлоа1адь прямоугольного т)еугольннка нронорциональиа произведению катетов,

0 а -ф нронорцноналеи току статора, момент д1М1гателя иря.мо нронордионален току статора, если ноддержнвается иостоянным результируюигий ноток . Задание по моменту система унравления ио5 ;п чает от регулятора скорости 2. Пазначение датчиков 4-6 и регуляторов тока 7--9 заключается в то.м, чтобы, используя это задание совместно с ре1улятором тока возбуждеиня 13. В1 работать иа выходе .)егуляторов 7-7-9 такой

управления, который, будучи восироизводеи тнрнсториыми нреобразователя.ми в виде тока статора, даст в результате векторную диграмм) с пямоугольиы.м треугольпш о.м иоTOKOI н номинальным 1езультпрующ11м но5 током. Необходимая величина тока .возбуждения задается при помощи С:,ад, подаваемого на регулятор 18. 6зад. соответствует номинальному потоку, любое отклонение от заданно величины регистрируется датчиками Холла 14, 15, 16 и поданное через иынрячмитель 17 на регулятор 18 в качестве обратной связ1 вызывает иемедленпое 1зменение тока возбуждения и составляющей |;т треугольинка потоков, т. е. гипотенузы треугольника (фиг. 2) до величины, устраняющей несоответствие i номиналу. Прямоуголыюсть треуголыпжа истоков поддерживается действием онисаиного ниже узла из датчиков 4-6 и регуляторов 7-9, т. е. узла задания токов статора. Для разъяснения нриииииа действия узла зада1 ия юкоз расс :отрим фиг. 3. На фиг. 3 изображены три вектора потока ЧЬ ita, х|:з, соответствующие ноказанням датчиков Холла 4-6 в случайный момент времени. Составляющие , -4:2, ts сумме дают результируюни1Й поток 1|:ч (фиг. 2). Поток, связанный с током якоря -i, должен быть повернут относгггельно -i|5 на угол 90°. Осуществим этот новорот ,иовернув на угол 90° все три составляющие 1, 2, Получим систему векторов фь г|)2, |зз (на фиг. 3 показаны нуш тиром). Определим еоставляющне новой системы векторов ио осям I-III. Вектор j}i можно нолучить, сложив состави 111 (Vio И ф1з), ляющне но оеям II равные соответственно .. е. ф1 ф12+я|) Векгор 1;2 2 образуется из составляющих по осям 1 и 111 (iji23 t3i) равных /ijW АЫ 1Г Вектор |)з образуется нз составляющих но осям И и I (|;з1 н з2, равных - /Фз/ Л УЗ У 3 Сгруппировав составляющие но каждой нз осей, нолучим систему векторов, которая в сумме дает повернутый па 90° относительно iseKTOp -ф По оси 1 ; 1/3 1Г 4L По оси 111 1/3 уз Эти составляюн не образуют вектор, по на правлеиию совпадающий с вектором . Так как величина составляющих j)i, ;J32, |;з пропор циональна заданию На ток (или момент), вы пабатываемому регулятором скорости, кото 1й питает датчики Холла 4-6, расположен ые но оси оомоток н величине результирующего потока 1|;. в зазоре, который поддерживается постоянным системой управления возбужде; 1 ем двигателя, зеличииа результирующего вектора задается равной iji; при выборе соответствующего коэффициента передачи от регулятора екоростн к датчикам Холла. Соединив датчики Холла 4--G по схеме, укаанной на фиг. I. так, чтобы условио положительный сигнал каждого датчика ноиа.чал иа вход регулятора тока г.оследуюигсй фа,, а отрицательный - иа в.ход регулятора тока нредыдунхей фазы, и устаиовпв требуемый коэффициент иередачи от регулягора скс рости к датчикам Холла, нолучим на регуляторах тока задаи1;е тока статора для трех фаз, o6oc:ic4iiвающее создайте вектора v|-i. Па CTiepauuoiiHbLX усилителях 7-9 задание сравинвается с действительиым током фаз статора, чем обеспечивается точность liocnpoнзведения зада1: 1Я. Обратиая связь ио току статора поступает с датчиков тока 21-23. Сигнал с регуляторов тОКа 7-9 подается иа реверсивные тмристорпые нрсобразователн 10-12, ннтающие обмотки статора. Таким образом, ia преобразователи носгугитег сигнал, задающий и частоту, и величину тока. Ниже описывается работа устройства ири пуске и регулироваини скорости двигателя, При пуске с задатчика инте ;с;;;)ностн поступает линейно возрастающ 1й с нуля во вре.ieiiH с ;гнал, который, попадая на регулятор скорости и возбуждая его, обеспечивает питание датчикам Холла. В зависи.ос-;и от ноложеиия ротора, вырабатывается задан 1е па токи фаз статора, обеспсчнваю1и,ее i-ciinnpny момента, заданную регулятором екоростн. Как н г 1 риполах постояиюго тока с подчиисниым управлением, пусксчюй момент о:греде,1яется тсм.пом нарастания нппряжопш lu: задатчике riiiTencHBiiCCTn, п в с.Пчас необходимостп ограничения момента н тока статора, опо устапавлир.ается при номопш стабилитронов, подключепных между г.ыходом и вхо:;ом регулятора скоростп. Для синхронпого двигателя с предлагаемым устройством управления возможои режим стоя1гк11 с заданным моментолг, т. е. режим работы упор. Пр;1 трогаппп двигателя снгиалы датчНКов потока начннают измеияться с частотой, соответствующей скорости вращения, н соответст шнно задают токн стгпчнча той же частоты. Благо.таря тому, что частота тока статора задается строго в соответствии с реальной скоростью двигателя, двигатель все время находится в сннхронном режнме и нринципиально не может вынасть пз сипхропизма. т. е. обладает характеристиками, сходными с характеристиками машии1 1 иостояииого тока, управляемой нзмепеппем папряжепия на якоре. При достпжеппп заданной скорости напряжение на выходе задатчика П1;тепснвностп становится равным 7:5ад1 ii дальнейшее его возрастание ттрекранхается. Прп этом сигнал обратной связи по скоростп устапавлтшается равпым сигналу задания (коэффициент усиления регулятора скорости достаточно высок), а выходной сигнал регулятора скорости соответствует статическому моменту нагрузки дпигателя.

В течснне всего нроцесса разгола результирующий поток в зазоре двигателя иоддержнвается иостояняым на задашгом уровне () за счет регулятора тока возбуждешит и датчиков нотока 14-16.

Процесс реверса двигате;1я осуществляется аналогично оннсанному ири смене знака задающего напряжения и торможения - при

снижении баад ДО НуЛЯ.

Предмет изобретен и я

Устройство для частотного -нравления синхронным двигателем, вы1нолиениое по ириицииу нодчииенного регулирования, содержащее задатчик интеисивности, регулятор скорости и в каждой фазе статора регулятор тока, регулятор возбуждения и регулируемые тиристорные нреобразователи в цени статора и в цепи возбуждения, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства, повышения надежности и качества уиравления, в зазоре между, статором н ротором двигателя ио осям статорных обмоток устаиовлеиы интающиеся от регулятора скорости датчики магнитного потока, выходы каждого из кото)ых подключеиы к регуляторам тока, лрнчем нрямой сигнал каждо -о датчика истока подается на иредыдущую фазу, а ниверсный на носледуюничо, а также нитающпеся от стабилнзированного источника иитаиня датчики нотока, выходы которых соединены через выирямитель с регулятором потока.

l/3aff.

г

/(

/5

.l