Автоматический регулятор возбуждения для асинхронного электродвигателя с фазным ротором Советский патент 1982 года по МПК H02P9/14 

Изобретение относится к электротехнике, а более конкретно к устройствам для регулирования частоты вращения, а также для регулирования возбуждения электрических машин, и может быть применено в горнорудной, нефтяной, химической и других отраслях промышленности.

Известен автоматический регулятор возбуждения для асинхронной машины с фазным ротором, обмотки статора которой подключены к сети, а обмотки ротора - к преобразователю частоты, содержащий углоизмерительную машину, линейный преобразователь гармонического выходного сигнала углоизмерительной машины, фазовращатель, нелинейный преобразователь и выходной преобразователь. Нелинейный преобразователь выполнен в виде набора прерывателей ключей) и элементов памяти (конденсаторов). При этом каждый прерь1ватель соединен со своим элементом памяти. Прерыватели включены

В цепь между углоизмерительной машиной и выходным преобразователем, а управление прерывателями осуществляется от блока управления, подключенного к сети через фазовращатель П.

Недостаток данного устройства состоит в том, что диапазон скольжений с гармоническим выходным сигналом ограничен и составляет не более 0,14-0,15. Для большинства приводов требуется величина скольжения не менее 0,20-0,25. Кроме того, в этом регуляторе отсутствуют цепи управления, как амплитудой, так и фазой выходного напряжения. При работе с диапазоном скольжений более 0,15 этот регулятор создает увеличенные потери в асинхронной машине, а отсутствие цепей управления амплитудой и фазой снижает устойчивость.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является авто.матический регулятор возбуждения для асинхронного электродвигателя с фазным ротором, содержащий преобразователь частоты, снабженный выводами для подключения к роторной обмотке электродвигателя, блок измерения скорости и положения ротора, асинхронного электродвигателя, датчики напряжения и тока обмотки статора асинхронного элект|эодвигателя, подсоединенные к формирователю сигналов параметров режима, блок фазоимпульсного управления преобразователем, выход которого соединен с преобразователем, и формирователь гармонического сигнала скольжения, выход которого соединен со входом блока фа-is зоимпульсного управления. Блок измерения скорости вращения и положения ротора электродвигателя составлен из двух -датчиков, причем датчик положения ротора выполнен в виде блока с гармоническим выходным сигналом. Формирователь гармонического сигнала скольжения содержит блок электрон ных интеграторов и блоки прямого преобразования координат в виде набора блоков умножения величин. При этом выход датчика положения соедине со входом блока электронных интеграторов, выход которого подключен к одному входу первого блока прямого преобразования координат, второй вхо которого соединен с выходом формирователя сигналов .параметров режима, выход первого блока прямого преобразования координат соединен с одним входом второго блока преобразования координат. Выход блока прямогопреобразования соединен со входом блока фазоимпульсного управления преобразо вателем, а второй вход второго блока преобразования координат соединен с выходом напряжения статора 2 Недостатками этого регулятора являются сложность выполнения датчика положения, сложность настройки блоков интегрирования и прямого преобра зования координат и необходимость ре гулярной проверки и подстройки блоков в эксплуатации. Кроме того, в рассматриваемом регуляторе используют блок с гармоническим выходным сигналом. Выполнение такого датчика совместно с асинхронной машиной, как единого целого, оказывается нерациональным, так как или требуется уклад квраспределенной обмотки, или выпол нение -механических работ повышенной точнгости в случае импульсного преобразователя частоты вращения в гармонический сигнал. Необходимость индивидуальной и регулярной настройки возникает в связи с нестабильностью

электронных интеграторов (смещение нуля) и блоков умножения, имеющих заметную погрешность при малых выходных сигналах (даже в микросхемном выполнении). В случае же применения

дополнительных стабилизирующих связей сложность и стоимость этого регулятора резко возрастает. Эти недостатки затрудняют .внедрение эффективного вида привода, поскольку во многих случаях квалифицированное регулярное бслуживание исключается. Целью изобретения является упрощение и повышение эксплуатационной надежности. Поставленная цель достигается тем, что в автоматическом регуляторе возбуждение для асинхронного электровигателя с фазным ротором, содержаем преобразователь частоты, снабженым выводами для подключения к роорной обмотке асинхронного электровигателя, блок измерения скорости вращения и положения ротора асинхронного электродвигателя, датчики напряжения и тока обмотки статора синхронного электродвигателя, подсоединенные к формирователю сигналов параметров режима, блок фазоимпульсного управления преобразователем, выход которого соединен с преобразователем, и формирователь гармонического сигнала скольжения,выход которого соединен с входом блока фазоимпульсного управления, блок измерения скорости вращения и положения ротора асинхронного электродвигателя выполнен импульсным, а в формирователь гармон ических сигналов скольжения введены прерыватели, многофазный, вариатор амплитуды напряжения сетевой частоты, элементы памяти, число которых равно числу фаз ротора электродвигателя, блок, сдвига фаз и распределитель импульсов, причем выход блока измерения скорости вращения и положения подключен через блок сдвига фазы, распределитель импульсов подсоединен к управляющим цепям прерывателей, входы которых подключены к выходам многофазного вариатора амплитуды напряжения сетевой частоты, а выходы объединены и подключены к элементу памяти и образуют выход блока фазоимпульсного управления преобразователем, а вход многофазного вариатора амплитуды напряжения сете вой частоты соединен с формирователем сигналов параметров режима. Нафиг.1 изображена схема регулятора возбуждения для асинхронного электродвигателя с фазным ротором; на фиг.2 - временные диаграммы формирования, синусоидального напряжени частоты скольжения. Автоматический регулятор возбуждения для асинхронного электродвига - теля 1 с фазным ротором включает в себя блок 2 измерения скорости вращения и положения ротора асинхронно го электродвигателя, датчик 3 напря жения и датчик Л тока обмотки стато ра асинхронного электродвигателя. Блок 2 может быть выполнен, например в виде одной или нескольких сосредоточенных катушек с ферромагнитными сердечниками, размещенными на статоре асинхронного электродвигателя 1 и ферромагнитного элемента с перемен ным зазором на роторе асинхронного электродвигателя 1, например в виде выступов, флажков или шестерни с числом пазов, обеспечивающим частоту 150 Гц при одной катушке или 50 Гц при трех катушках. На пару полюсов {асинхронного электродвигателя 1 тре буется соответственно три или один выступ. Блок 2, датчики 3 и 4 соединены с формирователем 5 сигнала параметров режима, например, сигналов реактивного тока и скорости. Выход блока 2 соединен со входом блока 6 сдвига фазы, на второй вход которого подведен выход 7 формирователя 5 сиг налов параметров режима. Выход 7 фор мирователя 5 является многомерным, в частности двумерным. Одна составля щая выхода 7 может соответствовать сигналу реактивного тока, другая скорости. Выход блока 6 через распре делитель 8 импульсов, выполненный по т-канальной системе цепей 9-Н, подсоединен к управляющим цепям прерывателей 12-17. Прерыватели 12-Т образуют одну группу, соединенную с элементом 18 памяти, а остальные другую, соединенную с элементом 19 памяти. На входы всех прерывателей поданы выходы многофазного, в -частности 1Т)-фазного вариатора 20 амплитуды напряжения сетевой частоты, на вход которого подключен выход 7 формирователя 5 сигналов параметров режима. Вариатор 20 может иметь двумерный или одномерный вход. При двумерном входе изменяется как амплитуда, так и фаза выхода вариатора. В дальнейшем для простоты рассматргивается только вариант с одним из входов многофазного вариатора 20 амплитуды напряжения сетевой частоты. Многофазный вариатор 20 afплитуды напряжения сетевой частоты может быть выполнен с помощью коммутаторов, преобразующих постоянное напряжение выхода формирователя 5 в систему -напряжений прямоугольной формы с амплитудой, равной выходному сигналу формирователя 5. Прямоугольные напряжения фильтруются и образуют синусоидальное напряжение. Такое выполнение, вариатора 20 обеспечивает высокую точность, стабильность, симметрию выходных сигналов при всех амплитудах выхода формирователя 5 Элементы 18 и. 19 образуют каналы п-фазной системы, напряжения которой имеют частоту скольжения, и управляют через соединенный с ними блок 21 фазоимпульсного управления преобразователя 22 частоты, питаекым от источника 23. Число каналов соответствует числу фаз ротора. В данном случаем 2. Цепи к прерывателям 15-17 подсоединены со смещенным чередованием. Блок 2 может выполняться в виде двух отдельных датчиков: датчика скорости вращения и датчика положения. Блок 6 сдвига фазы может выполняться как блок фазоимпульсного управления вертикального принципа действия. Устройство работает следующим образом. . На фиг.2 показана временная диаграмма для трехфазного варианта. Символами о, обозначены фазы напряжения частоты сети f на выходе многофазного вариатора 20 амплитуды напряжения сетевой частоты. В нашем случае Гц. Символами d,etj обозначены три последовательности импульсов, каждая из которых имеет частоту f- (1-)1 где S - скольжение ротора асинхронного электродвигателя 1 относительно поля статора, образованного напряжением частоты-f. Эти последовательн остй сдвинуты между собой на угол . В цепь фазы а включен прерыватель, управляемый последовательностью импульсов d, в цепь фазы Ъ - прерыватель, управляемый импульсами ,в , и аналогично включение прерывателя относительно фазы с и импульсов 3 . В момент появления импульса о1 прерыватель 12 (фиг,1) замыкается, и на элементе памяти 18, выполненного в виде конденсатора (фиг.1) остается напряжение соответствующей фазы (в данном случае фазы d). Это напряжение сохраняется до появления следующего импульса е, оставляющего на конденсаторе напряже ние фазы to , соответствующее моменту появления импульса е , и т.д. В результате на конденсаторе 18 образуется напряжение ступенчатой формы приближающейся к синусоиде. Из-за разности частот синусоидального напряжения и последовательности импульсов импульс как бы перемещается по синусоиде со скоростью, равной разности частот, т.е со скольжением S воспроизводя в виде ступенек эту синусоиду в растянутом масштабе времени. Отметим, что выбрав произвольную форму несущей частоты, полу чим аналогичную форму напряжения ча тоты скольжения. Полученное на элементах 18 и 19 памяти напряжение частоты скольжения определяет угол управления тиристоров преобразователя 22 через блок 21 фазоимпульсного управления. Преобразователь 22 является силовым усилителем, воспроизводящим форму сигнала на входе блока 21. Изменения амплитуды и фазы напряжений на элементах 18 и 19 памяти изменяют амплитуду и фазу напряжения ротора асинхронного электродвигателя 1. Синусоидальная форма этих сигналов обеспечивает минимальные потери в электродвигателе 1 сравнительно с другими формами управляющего блоком 21 напряжения. Для стабилизации скорости и реактивной мощности электродвигателя 1 {введены обратные связи, осуществляеNwe формирователем 5 сигналов параметров режима, на вход которого пода ются сигналы блока 2 и датчиковоЗ и . Выходной сигнал формирователя 5 поступает на вход 7 и воздействует на амплитуду вариатора 20 и фазу блока 6, что пропорционально изменяет фазу и амплитуду напряжений на входе блока 21, а соответственно и напряжение ротора асинхронного электродвигателя. Таким образом, напряжение ротора увеличивается с ростом скольжения, а его фаза устанавливается соответствующей данной нагрузке на валу асинхронного электродвигателя 1 и заданной реактивной мощности. Технико-экономические преимущества данного регулятора сводятся к упрощению устройствг, снижению потерь в асинхронной машине и повышению эксплуатационной надежности. Упрощение аппаратуры достигается за счет того, что блок измерения скорости вращения и положения может быть выполнен в виде отдельных сосредоточенных катушек с ферромагнитными сердечниками, расположенными на статоре асинхронной машины, и ферромагнитного элемента с переменным зазором, расположенным на роторе асинхронного электродвигателя. Такое упрощение оказывается возможным благодаря соединению катушек с управляющими входами прерывателей через блок сдвига фазы импульсов, иными словами благодаря выполнению цепи от блока измерения скорости вращения и положения ротора до прерывателей как импульсной с числом каналов не более фазности вариатора амплитуды. Упро-. щение настройки достигается за счет того, что формирователь сигнала , скольжения выполнен на импульсных элементах, заменивших аналоговые интеграторы и аналоговые перемножители. Погрешность импульсных элементов определяется только точностью и стабильностью пассивных .элементов, тогда как точность и стабильность аналоговых интеграторов и перемножителей снижается сравнительно с импульсными элементами за счет погрешностей активных элементов. Постоянство характеристик импульсных элементов повьаиает надежность эксплуатации, не требуя регулярных проверок. Формула изобретения Автоматический регулятор возбуждения для асинхронного электродвигателя с фазным ротором, содержащий преобразователь частоты, снабженный выводами для подключения -к роторной обмотке асинхронного электродвигателя, блок измерения скорости и положения ротора асинхронного электродвигателя, датчики напряжения и тока обмоток cVaTopa, подсоеданенные к соответствующим входам формирователя сигналов парамет эов режима, блок фазоимпульсного управления преобразователем, выход которого соединен с преобразователем, и формирователь гармонического сигнала скольжения, выход оторого соединен с входом блока фазоимпульсного управления, отличающийся тем, что, с целью упрощения и повышения эксплуатационной надежности, блок измерения скорости и положения ротора асинхронного электродвигателя выполнен импульсным, а в формирователь гармонических сигналов скольжения введены прерыватели, разделенные на две группы, многофазный вариатор амплитуды напряжения сетевой частоты элементы памяти, число которых равно числу фаз роторной обмотки асинхронного электродвигателя, последователь но соединенные между собой блок сдви га фазы и распределитель импульсов, причем выход блока измерения скорости вращения и положения ротора асинхронного электродвигателя подключен к первому входу блока сдвига фазы, второй вход которого соединен с выхо 92 10. дом формирователя сигналов параметров режима, а выход распределителя импульсов соединен с управляющими цепями прерывателей указанных групп, входы которых подключены к выходам многофазного вариатора амплитуды напряжения сетевой частоты, выходы прерывателей в каждой группеобъединены и подключены к входу соответствующего элемента памяти и входу фазоимпульс- ного управления, а вход многофазного вариатора амплитуды напряжения сетевой частота соединен с выходом формирователя сигналов параметроврежима. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 323835, кл. Н 02 Р t972. 2.Блоцкий Н.Н. и -др. Машины двойного питания. Итоги науки и техники. Серия Энергетические машины и трансформатораты. М., ВИНИТИ, 1979 г., т.2, с.26, рис.2. i a И Ь

fui.2