Способ получения составляющей многфазной системы токов или напряжений электрической машины Советский патент 1979 года по МПК H02P9/14 

ной осью ротора, новым является то, что фиксируют моменты -времени, упреждающие на четверть периода моменты времени совпадения той оси ротора, по которой должна быть найдена составляющая многофазной системы токов; или напряжений, с осью соответствующей фазы, в указанные фикси ровзиные моменты времени осуществляют изменение полярности фазных токов или напряжений, после чего полученные токи суммируют. В тех случаях, когда требуется обеспечить повыщенйую Точность получения составляющей в условияхнесиммётрии многофазной системы токов или напряжений, отфильтровывают высщие гармоники на выходе за исключением второй. В условиях симметричной нагрузки или когда представляет интерес только компонента постоянного тока указанной составляющей по оси ротора, с целью повышения точности отфильтровывают высщие гармоники на выходе полностью. Если фазные токи (напряжения) многофазной системы не синусоидальны по , то для увеличения точности из фазных токов (напряжений) до изменения полярности отфильтровывают высщие гармоники. С целью упрощения суммирование осуществляют электрическим путем. С целью уменьщения взаимного влияния фаз при изменении полярности фазных токов (напряжений) осуществляют магнитное суммирование токов. Если за начало отсчета времени принять моментВремени, когда продольная ось ротора совпадает с осью обмотки фазы А яко ря, то составляющие тока по продольной (id) и поперечной (i(,) осям ротора равны or -) + IcCOS JACoscoi + iacos(c4j t .(a)t-4f) (1) -|- дзшш t + igSin (б) t - ) + iesin .()Са где 1д, ia, ic- мгновенные значения фазнь1Х токов. Полярность каждого фазНОгО тока пе {ГйбЖчёсйй изменяют в моменты времени, упреждающие на четверть периода моменты времени совпадения выбранной оси ротора с осями соответствующих фазных обмоток. Такая операция равнозначна умножению мгновенных значений тока фазы, в частности Л. на прямоуголБную функцию sign cos«ot, которая принимает значения + 1 или-1 взависимости от знака аргумента соао 1.Для получения тока id знактока i нужно изменять с упреждением на четверть периода момент совпадения оси d с осью фазы А. Атак как в начальный момент

661707 ось d и ось фазы A совпадают, то изменение полярности тока фазы А следует осуществлять при со t -|. Для получения составляющей изменение полярности фазных токов следует выполнять на четверть Периода позже, так как ось q следует за осью d. Следовательно, изменение полярности тока в фазе А нужно производить в начальный момент времени (,ot 0). Так Же можно изменить полярности токов в фазах В и С. Суммируя (в соответствии с методом) токи, фаз после изменения полярностей, получим idL iAsign coscD t + i6sign cos(cot - )4 + itsign cos(co t - ) 4 Asien s t + iasign sin(iot - )-4+ f (wt - ) . В соответствии с уравнениями (3) и (4) формируются постоянные составляюи1,ие и вторые гармоники, пропорциональные аналогичным составляю1цим токов по уравнениям (1) и (2). Если коэффициенты трансформации Wa/W-t трансформаторов тока, к которым подключеца схема, осуществляющая выделение составляюпхей по оси согласно предложенному способу, выбрать раеным -|-, то указанные токи будут равны (амплитуда первой гармоники единичной прямоугольной функции равна 4/л ) Кроме токов i d и iq, получаются также высщие гармоники, которые могут быть ослаблены отфильтровыванием. При этом целесообразно сохранить вторую гармонику, и.меющую место в токах ia и ,npH несимметричных режимах, по величине и фазе. В условиях симметричной нагрузки или когда интересует только постоянная ко.мпонента составляющей многофазной системы токов (напряжений), следует отфил1зтровывать высшие гармоники на выходе полностью. Пстинные значения трков i d и i q, получаются rto предлагаемому способу от перемножения первых гармоник фазных токов н первых гармоник переключающих прямоугольных функций. Поэтому для сохранения точности выде„тения составляющей системы несинусоидальных токов, их высшие гармоники следует отфильтровать на входе, т. е. до осуществления изменений полярности фазных токов. Эле ктрическое суммирование токов дает наиболее простые и компактные устройства. Если гальваническая связь между устройствами, осуществляющими изменение полярности фазных токов, метает их работе, то oiia может быть устранена, если выполнить нагрузку фаз на независимые обмотки, намагничивающие силы которых в общей магнитной цепи складывают При этом отфильтровывание высших гармонических может осуществляться массивными чаетями магнигопроводов или другим любым cnoco6ojvi. На фиг. 1 изображена схема, реализующая предложенный способ получения составляющей многофазной, в частности трехфазной, системы токов электрической мащины по оси, неподвижной относительно ро,тора; на фиг. 2 - временные диаграммы ЭДС и токов в цепях фазных трансформаторов тока, иллюстрирующие выделение составляющей по поперечной оси ротора для режима симметричной нагрузки генератора, когда угол сдвига между векторами фазных ЭДС и токов Ч т1/6; на фиг. 3 - временные диаграммы ЭДС и токов в цепях фазных трансформаторов тока, иллюстрирующие получение составляющей по продольной оси ротора для тех же условий. На фиг. 1 взяты следующие обозначения: 1 - трехфазный синхронный генератор; 2-4 - трансформаторы тока, 5-7 - входные фильтры высщих частот, 8-10 - транзисторные переключающие блоки; 11 - выходнойфильтр высщих частот; 12 - сопротивление нагрузки, 13 - трехфазный датчик положения ротора. На фиг. 2 ЕЛ, ЕВ, ЕС - фазные ЭДС; и в, ie - фазные токи во вторичных обмотках трансформаторов тока, JASign ЕА, 1в signEa, i,, sign токи в цепях фазных трансформаторов тока после осуществления изменений полярностей; 1 - суммарный ток на входе фильтра 11; icosf - ток на нагрузочном сопротивлении 12, пропорциональный К. На фиг. 2 также показано расположение осей фазных обмоток, продольной d и по,церечной q осей ротора в моменты времени о) t О (момент переключения в фазе А) и в момент времени w t 90°, когда оси фазы А и q ротора совпадают. На фиг. 3 изображены фазные ЭДС Е, ЕЬ, ЕС и фазные токи вторичнъга обмоток трансформаторов тока i, ig, i,, фиксация моментов времени изменений полярностей токов в этом случае выполняется с помощью линейных ЭДС ЕАС, Есб, ЕьА. Токи в цепя{; фазных трансформаторов тока после осуществления изменений полярностей - iASignEac, ifisignE/ic, icsignEeA, суммарный ток на входе фильтра 11 - i; isinv- ток на нагрузочном сопротивлении 12, пропорциональный id Схема работает следующим образом. - Вторичные токи трансформаторов 2-4, образующиеся при нагрузке генератора, протекают через фильтры 5-7, где отфильтровываются высшие гармоники, далее поступают на реверсивные переключающие блоки 8-10, которые могут быть выполнены, например, на основе композиции из встречно-параллельных транзисторов или симисторон. Переключения полярности токов блоками 8, 9 и 10 осу1цествляются по Сигналам с датчика положения ротора 13 в моменты времени, упреждающие на четверть периода моменты совпадения згцанной оси ротора, например, продольной или поперечной, с осью соответствующей фазы. В качестве датчика положения ротора 13 используется трехфазная углоизморите.-ц.ная машина, причем ее ЭДС синфазиа сосаветствующим фазным ЭДС генераюры 1. Пои выделении составляющей тоехфазной системы токов (см. фиг. 2; гдмюречной оси изменения полярностей токоп 1д, ift, ia, поступающих на реверсивные блоки 8-10,осуществляют этими устройствями в моменты равенства нулю соответствующих фазных ЭДС Ед, Е & и Ее, т. с. при совпадении продольной оси ротора с осями соответствующих фаз, а, следов;гге.:1ьно, в моменты времени, упреждающие на четверть периода моменты совпадения поперечной оси ротора с осями фаз. - Это показано на диаграммах расположения осей ротора относительно осей фазных обмоток в моменты изменения полярности токов в фазе А с отрицательной на положительную и для момента времени совпадения оси q ротора с осью фазы А статора. В случае получения составляющей i, моменты времени изменения полярности фазных токов можно фиксировать как моменты прохождения через ноль фазных ЭДС соответствующих фаз. После переключения блоков 8-: 10 токи UsignE AjiB.signEu, iesignE ;поступают на обН1ую нагрузку 12 через фильтр высащх частот 11, не искажающий постоянную составляющую и BTiipyio гармонику выделенного результирующего тока. При этом ток нагрузочном сопротивлении 12 пропорционален току itj. или равен ему, если- коэффициенты трансформации Wz/Wi трансформато1)ов тока 2, 3 и 4 равны 6/л. При выделении составляющей трехфазной системы токов по продольной оси (см. фиг. 3) имеют место процессы,аналогичные процессам в случае выделения составляющей по поперечной оси. При этом, как это видно из диаграмм расположения осей ротора относительно осей фазных обмоток, переключения происходят на четверть периода paHbuie совпадения осей фазной обмотки с продольной осью ротора. Это показано для переключения с отрицательного на положптельное направление, в фазе А. В случае выделения составляющей тока по продольной оси моменты времени изменения полярности фазных токов могут быть фиксированы с помощью линейных ЭДС тех линий, в которые не включен трансформатор тока, во вторичной обмотке которого осуществляется изменение полярности тока. Получение составляющих многофазной системы напряжений по продольной (L4) II поперечной (,) осям ротора може-г быть осуществлено .логично, с той только разницей, что в некоторых случаях может потребоваться ограничение токов коммутации переключаюнщх схем дросселями, ВКЛЮЧСР.iiiiiMii последопателыю упомянутым схемам на иходе нос.чедних. Эффект от применения предло/кенного способа - получение мощHI.IX си.гиалов, пропорннональных id н ,нли Ucj.n IdispH любой неенмметрии систем тоKOI, и иапряжеяин. Постоянные составляющие этих величин будут иметь надлежащие значения и нри наличии скольжения ротора. , .Эти положительные свойства позволяют использовать предложенный способ нри построении систем возбуждения и ко.миаундн рования CHHxpoinibix машин с пшроким диапазоном применения. Формула изобретения 1. Способ получения еост;)нляюн1ей М1К гофазной системы токо-в нли нанряжепий электрической машины по оси, неподвижной относительно ротора, например но продольной или по поперечной сен ротора, использу1ош,ий формирование сигиала в зависимости от мгновенных значений токов или напряжений фаз н величин углов, образованных осями фаз обмотки якоря и указанной осью potopa, огличающипся тем, что, с целью увеличения мощности выхода, новышепия точности в режимах неснмметричиой нагрузки и упрощения, фиксируют моменты времени, упреждающие На четверть периода моменты времени совнадення упомянутой осм ротора с осью соответствуюн1ей фазы, в указанные фиксированные моменты времени осуществляют изменение полярности фаз1П11х токов или ианряжений, после чего полученные токи суммируют. 2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения точности в условиях несимметрии многофазной снстемы токов или напряжений, отфильтровывают высшие гармоники на выходе за исключением второй. 3.Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повьипения точности в условиях симметричной нагрузки, отфи.пьтровывают высшие гармоники на выходе полностью. 4.Способ но ин. 1 - 3, отличающийся тем, что. с целью повышения точности в ус.ловиях иесннусопдалыюсти фази1 1.х токов или нанряжений, из них до изменения полярности отфильтровывагот выснгие гармоннки. 5.Снособ по нн. 1-4, отличающийся тем, что, с целью унрощения, су.мм1ф015ание фазных токов осуществляют электрически. 6.Сиособ по пи. 1-4, отличающийся тем, что, с целью уменьшения взаимного влияния фаз нри изменении полярности токов или напряжений, осуществляют магнитное суммирование фазных токов. Источники информации, принятые во внимание нри экспертизе. 1. Авторекое свидетельство CCCf- № 289488, кл. Н 02 Р 9/10, 19G6.

i if , +isilgnSei-ic ign(, Signfffs в

/ТТ/П/-1/ -1

|S

in г i-CfsV fut.Z

. А

.)

I

6 с в с

1 iign йС

л i

w

0

Раг.З