Устройство для управления электроприводом переменного тока Советский патент 1980 года по МПК H02P7/44 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ

t

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводе, выполненном на базе асинхронной машины с фазным ротором для регулирования скорости нагрузки 5 около синхронной скорости, определяемой частотой промышленной сети.

Известны устройства для управления электроприводом переменного тсэка о асинхронным электродвигателем и Ю преобразователем частоты с непосредственной связью в роторе, содержащие каналы регулирования скорости и реактивной мощности, а также сумматоры для суммирования выходных сигналов ре-5 гуляторов и сигналов компенсации взаимного влияния фаз двигателя. Такие устройства содержат регуляторы скорости и активного и реактивного токов статора, построенные в координа- 20 Tcix, связанных с вектором питающего напряжения и, 1 .,

Указанные устройства, позволяя регулировать реактивную мощность машины, могут быть оптимизированы по мо- 25 менту лишь при относительно спокойных переходных процессах, когда поток ооцепления асинхронного двигателя изменяются незначительно - это и яв ляется их недостаткрм. ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Известно также устройство для управления электроприводом с асинхронным двигателем с фазным ротором, статорные обмотки которого подключены к сети, а роторные - к преобразователю частоты, содержащее задатчики скорости и реактивного тока, регулятор скорости, три элемента сравнения, делительное устройство, два регулятОра тока, два сумматора и два блока преобразования координат, датчики фазных токов и напряжений, датчики угла и скорооти поворота вала, причем задатчик реактивного тока подключен к первому сумматору через первые элемент сравнения и регулятор тока, а задатчик скорости подключен к первому входу первого блока преобразования координат через второй эле-. мен сравнения, регулятор скорости, делительное устройство, третий элемент сравнения, вторые регулятор тока и сумматор, В этом устройстве регуляторы построены в координатах, связанных с вектбром потокосцепления статора , что позволяет управлять моментом в динамике 2.

Однако ориентация системы регулирования по вектору потокосцепления производится в этой системе при помо1щи специально установленных в асинхронном двигателе датчиков Холла, что представляет весьма сложную техническую проблему, так как установка датчиков Холла снижает надежность регулирования.

Цель изобретения - повышение надежности управления и упрощение устройства ,

Указанная цель достигается тем, что в устройство -введены пересчетный блок и блок вычисления угла вектора тока статора, входы которого соединены с датчиками тока статора и выходом датчика угла поворота вала, а выходы - со входами блоков преобразования координат, со входом третьего элемента сравнения и с одним из

входов пересчетного блока, другие

входы которого подключены к датчикам фазных напряжений статора и к выхода Первого и второго сумматоров, при , этом выход пересчетного блока соединен со вторым входом первого блока преобразования координат.

Устройство основано на использовании для построения регуляторов системы координат, связанной с вектором тока статора, В этой системе координат момент двигателя ойределяется выражением

М К ig-ji;.

проекция вектора тока

где статора на ось д, связанную с вектором ic,, равная модулю Mc,t

i-iv проекция вектора токаротора на ось 1, перпендикулярную вектору ±5 ,

Определение момента двигателя, как произведения двух скалярных величин, позволяет простыми средствами сделать метлент практически пропорциональным модулю, вектора тока статора (ig), что позволяет легко управлять моментом в переходных режима; независимо от колебаний потокосцеплений, напряжения сети и пр.

Предлагаемое устройство, осуществляющее управление асинхронной машиной в координатах, связанных с вектором тока статора ig, реализуется с помощью обычных простых трансформаторов тока в цепи статора, что и определяет повышение надежности устройства. .

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит регуляторы 1, 2 токов, задатчик 3 интенсивности, регулятор 4 Скорости, делительный блок 5, пересчетный блок 6, элементы 7-12 сравнения, сумматоры 13, 14, блоки 15, 16 преобразования координат, регуляторы 17 фазных токов, датчик 18 реактивного тока, преобразоьатель 19 частоты с непосредственной связью; блок 20 вычисления угла тока статора, асинхронный двигатель 21, углоизмерительная Машина 22, тахогенератор 23.

Устройство содержит два канала регулирования: канал регулирования скорости иЗз (момента М) и канал регулирования реактивного тока i . На -вход канала регулирования скорости подключен задатчик интенсивности, выход которого соединен с элементом 8 сравнения задающего сигнала и сигнала обратной связи по скорости. Выход элемента 8 сравнения подключен к ре- гулятору 4 скорости, а выход регулятора скорости - к делительному блоку 5, Выход делительного блока 5 связан с элементом 9 сравнения задающего сигнала тока статора ipg в координатах g-i, связанных с вектором тока статора i, и сигналом обратной связи igg. Выход элемента 9 сравнения под соединен к регулятору 2 тока. Выход регулятора 2 тока связан с одним из входов cyMMaiTOpa 14. На второй вход сумматора 14 подключен выход координатного преобразователя 16 (сигнал ., компенсирующий влияние других фаз статора и ротора). Выход сумматора соединен с первым входом коЪрдинатного преобразователя 15.

В канале регулирования реактивного тока задающий сигнал синхронных осях х,у, связанных с вектором напряжения сети Uj,, поступает на вход элемента 7 сравнения, где сравнивается с сигналом обратной связи ,g,. Выход элемента 7 сравнения соединен со входом регулятора 1 тока, выход которого через сумматор 13 связан с пересчетным блоком б.

Выход пересчетного блока б соединен со входом блока 15 преобразования координат.

Выходы блока 15 преобразования координат соединены с регуляторами 17 фазных токов рот.ора. Регуляторы введены для линеаризации преобразователя частоты с непосредственной связью. Выходы регуляторов 17 фазньох токов соединяются со входами. преобразователя частоты с непосредственной Связью 19, включенного в ротор асинхронного двигателя 21.

С ротором асинхронного двигателя механически связан датчик углового положения ротора - углоизмерительная йашина 22, сигналы которой,а также сигналы датчиков фазньк токов статора, подаются на блок 20 вычисления угла ориентации вектора тока статора. Выходы указанного блока соединены с блоками 15 и 16 прямого и обратчогопреобразования координат, элементом 9 сравнения и входом пересчетного блока 6. Другие входы пересчетного блока 6 соединены с датчиками напряжения статора двигателя и выходами сумматоров 13 и 14. На вход блока 16 обратного преоб разования координат включены выходы датчиков тока ротора, ькоды блока 16 обратного преобразования координ соединяются со входами делительного блсэка 5 и сумматоров 13, 14. Устройство функционирует следующим образом. При изменении задающего сигнала по скорости или реактивной мощности а также изменении нагрузки изменяют ся результирующие сигналы в узлах 1, 8 сравнения. Результирующие сигн лы поступают на регуляторы скорости и реактивного тока, вызывая изменение задающего момента М и задающег сигнала тока igs. После преобразований в регуляторах 1, 2 и суммирования с сигналами Е, 2 , компенсирующими взаимное влияние фаз, управляющий сигнал по оси у Оуг поступает в пересчетный блок 6, а управляющий сигнал по оси д Ugz. - на блок 15 прямого преобразования координат. В пресчет ном блоке 6 управляющий сигнал Uy по оси у , перпендикулярной вектору Ug, пересчитывается в управляю щий сигнал Цп; по оси , перпенд кулярной вектору тока статора ig. Преобразования в пересчетном бло ке 6 осуществляются в следующем порядке:а) , Ups ) siny,. .где U.,Ug,U(, - выходные сигналы дат чиков напряжения ста тора Г - угол между осью х связанной с вектор&м и и осью . обмот ки фазы А статора сигналы sinji, cos у имеют частоту сети (50 Гц); б) COS0 cosjfcosp 4 sinlTsinp), sinQ sinpcosjC , где 0 - угол между вектором ig и осью X; р- угол между вектором I и осью ;. -f иф1 sin о cose .Выход пересчетного блока 6 соединен со входом блока 15 прямого преобразования координат, куда поступаю также из блока 20 вычисления угла вектора тока гармонические функции sin, cosSf при помощи которых сигналы управления Ujp , gn в кординатах д, i, связанных с вектором 1, преобразуются в управляющие сигналы в координатах а,в,с, связанных с обмотками ротора. Вычисление гармонических функций в блоке 20 вычисления угла тока статора производится в следующем порядке:а) ±.jc i, i„,. - (.), (3 где i , 1, 1, - выходные сигналы датчиков тока статора; cos f, . ., б) sinp ч н t 1 1 xs V где р - угол между осью оС обиотки фазы А статора и вектором Tg в установившемся режиме, частота ригналов cos р,50 Гц; в) cos 5 «cospcosot-v- sinpisinvC, slntS sinf COS.-« cospsinot, рде -- угол между осью сС обмотки фазы А статора и осью обмотки фазы а ротора (сигналы sineC, cosз имeют частоту, равную частоте вращения ротора); О - угол между вектором i и осью ; sin5, cos 6 - искомые гармонические функции (в установившемся режиме сигналы sin5, cosS имеют частоту скольжения). При изменении напряжения питающей сети изменяются токи машины, изменяют:ся сигналы обратных связей и величин.. тока ротора ij по оси, перпендикулярной Ig. Изменение if вызывает изменение задания тока статора igrp на выходе делительного блока 5 при неизменной величине Mj. Величина igs изменяется так, чтобы компенсировать влияние возмущения. Возмущак1щее воздействие в сети отрабатывается быстрбдействующим внутренним контуром регулируемого параметра, не вызывая практически колебаний момента двигателя. Таким образом., предлагаемое устройство позволяет управлять моментом в Переходных процессах, в том числе . и при колебаниях напряжений сети. Формула изобретения I Устройство для управления электроприводом переменного тока с асинхронным двигателем с фазным ротором, статорные обмотки которого подключены к сети, а роторные - к,преобразователю частоты, содержащее задатчики скорости и реактивного ток.а, регулятор скорости, три элемента сравнения, делительный блок, два регулятора тока, два сумматора и два блока преобразования координат, датчики фазных токов и напряжений,, датчики угла и скорости поворота вала, причем задатчик реактивного тока подключен к первому сумматору через первые элемент cpeiBнения и регулятор тока.

а эадатчик скорости подключен к первому входу первого блока преобразования координат через второй элемент сравнения, регулятор скорости, дели.тельный блок, третий элемент сравнения, вторые регуляторы,тока и сумматор, отличающеес я тем, что, с целью повышения надежности и упрощения устройства, в него введены пересчетный блок и блок вычисления фазового угла тока статора, входа которого соединены с датчиками фазных токов статора и выходом датчика угла поворота вала, а выходы - со входами блоков преобразования координат, со входом третьего элемента сравнения и с одним из входов пересчет.ного блока, другие входы которого подключены к датчикам фазных напряжений

статора и к выходам первого и второго сумматоров, при этом выход пересчетного блока соединен со вторым входом первого блока преобразования координат.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Бородина И.В,, Вейгер A.M., Серый И.М., Янко-Триницкий А.А. Автоматический регулируемый по скорости электропривод с асинхронизированным синхронным двигателем.-Электричество , 1975, № 7.

2.Дацковский Л.Х., Тарасенко Л.М Кузнецов И.С., Бабичев Ю.Е. Синтез систем подчиненного регулирования в асинхронных электроприводах с непосредственным преобразователем частоты. - Электричество, 1975, №9,