CS223604B1 - Zapojení pro řízení polovodičových měničů kmitočtu napájejících synchronní motory - Google Patents

Description

Vynález se týká energetických zařízení a řeší problém protáčení turbosoustrojí nebo jeho roztáčení z klidové polohy na požadovanou minimální rychlost otáčení.

Řízení proudu tyristorových měničů kmitočtu napájejících synchronní motor je odvozeno od polohy rotoru stroje, která je určena v číslicové formě pomocí absolutního snímače polohy. Údaje o poloze jsou korigovány vzhledem k hodnotě magnetického pole statorového vinutí, respektive velikosti statorových proudů tak, aby byla umožněna regulace na minimální účinník stroje. Každému korigovanému údaji o poloze odpovídá trojice diskrétních analogových signálů, vytvořených v generátoru třífázového sinusového průběhu, které pak tvoří zadané hodnoty pro proudy jednotlivých fází statoru. Soustava uvedených analogových signálů splňuje pro všechny vyhodnocené polohy podmínky souměrné třífázové soustavy, takže skutečné proudy statoru mají stupňovité průběhy blízké sinusovým se vzájemným posuvem 120°, když amplitudy všeoh proudů jsou stejné a jsou úměrný požadovanému momentu stroje. Počet rozlišovaných poloh rotoru pak určuje přesnost přiblížení stupňovitého průběhu k sinusovému.

Další využití vynálezu je možné u všech pohonů.

i___________i

Obr. 1

Vynález se týká zapojení pro řízení polovodičových měničů kmitočtu napájejících synchronní motory v pohonech s regulací rychlosti, složeného z absolutního snímače polohy s diskrétním vyhodnocením polohy v číslicovém tvaru, převodníku napětí-číslo, sčítacího členu dvou číslicových hodnot a generátoru třífázového sinusového průběhu. Jedná se o takzvané přímé měniče kmitočtu neboli cyklokonvertory.

Způsoby řízení těchto měničů kmitočtu jsou založeny na použití řídicího generátoru kmitočtu, přičemž u prvého takzvaného nezávislého způsobu je řízení kmitočtu motoru nezávislé na vzájemné poloze magnetických os statorového a rotorového vinutí. Tento způsob je nevýhodný v tom, že motor si zachovává vlastnosti stroje synchronního i se všemi jeho známými nevýhodami, jako je možnost vypadnutí ze synchronismu, sklon ke kývání a podobně.

U druhého závislého způsobu je řídicí a tedy i napájecí kmitočet stroje určen vzájemnou polohou magnetických os statorového a rotorového vinutí a synchronní motor získává výhodné vlastnosti stroje stejnosměrného. Dosud známé aplikace závislého řízení využívají k tvorbě řídicího kmitočtu buď napětí z pomocného stroje typu selsynu s buzením ze sítě 50 Hz nebo číslicového údaje z inkrementálního čidla polohy.

Nevýhodou prvé aplikace je složité zpracování přivedených signálů sestávajících z provedení řady matematických operací a omezené použití při vyšších frekvencích, srovnatelných s frekvencí buzení pomocného stroje. Použití inkrementálního čidla polohy nezaručuje přesné vyhodnocení polohy magnetické osy rotorového vinutí, což snižuje momentové využití stroje. Problémem je pak zejména rozběh z klidu.

Uvedené nedostatky odstraňuje zapojení podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že výstup absolutního snímače polohy, mechanicky spojeného s rotorem synchranního motru je spojen s prvním vstupem sčítacího členu. Druhý vstup sčítacího členu je spojen s výstupem převodníku napětí-číslo, jehož vstup, který je vstupem zapojení, je připojen na první vstup generátoru třífázového sinusového průběhu je připojen výstup sčítacího členu. Výstupy generátoru třífázového sinusového průběhu jsou připojeny na vstupy příslušných regulátorů proudu, které jsou součástí tyristorového měniče připojeného ke statorovému vinutí synchronního motoru.

Praktické provedení předmětu vynálezu je na obrázcích výkresů. Na obr. 1 je blokové schéma zapojení pro řízení polovodičových měničů kmitočtu napájejících synchronní motory, na obr. 2 průběhy vstupních signálů v ustáleném stavu a na obr. 3 průběhy odpovídajících signálů v ustáleném stavu.

Na obr. 1 je výstup 11 absolutního snímače polohy ASP, mechanicky spojeného s rotorem synchronního stroje SM, spojen s prvním vstupem 21 sčítacího členu SC. Druhý vstup 22 sčítacího členu SC je spojen s výstupem 32 převodníku PNC napětí-číslo. Na jeho vstup 31, který je vstupem zapojení, je připojen první vstup 41 generátoru GSP třífázového sinusového průběhu, na jehož druhý vstup 42 je připojen výstup 23 sčítacího členu SC. Výstupy 43, 44, 45 generátoru GSP třífázového sinusového průběhu jsou připojeny na vstupy 51, 52, 53 příslušných regulátorů proudu, které jsou součástí tyristorového měniče TM připojeného ke statorovému vinutí synchronního motoru SM.

Na obr. 2a je průběh výstupního signálu d z absolutního snímače polohy ASP v závislosti na čase ωί. Výstupní signál d má stupňovitý průběh a nabývá postupně číslicových hodnot od 0 do 23. Jednotlivé časové úseky mají velikost ^π . Časového úseku až π,?dpovídá číslicová hodnota výstupního signálu d rovná 0 = 24.

Na obr. 2b je průběh posunu φι z převodníku PNC napětí-číslo v závislosti na čase <yt, který má konstantní hodnotu rovnou číslu 2.

Na obr. 2c je průběh výstupního údaje $ sčítacího členu SC. Výstupní údaj & má stupňovitý průběh, který je určen součtem výstupního signálu d a posnu <pi a nabývá postupně číslicových hodnot od 0 do 23. Jednotlivé časové úseky mají velikost

Časovému úseku 0 až

12~odpovídá číslicová hodnota výstupního signálu d rovná 2.

Na obr. 3 jsou průběhy diskrétních výstupních analogových signálů Ir*, Is*, It* z generátoru GSP třífázového sinusového průběhu v závislosti na čase ωί. Průběhy mají stupňovitý charakter a jejich amplituda má hodnotu Ui. Časové úseky jednotlivých stupňů mají velikost Diskrétní výstupní analogové signály I_R*, I_s*, I_T* jsou stejné, liší se pouze fázovým posunem vůči času

2π 3 ‘ ωί. Posun mezi nimi je

Diskrétní hodnoty jednotlivých stupňů jsou voleny tak, aby výsledný průběh byl blízký sinusovému.

Funkce zapojení podle vynálezu je s přihlédnutím na výkresy následující:

Poloha rotoru stroje, která vyjadřuje i polohu magnetické osy rotorového vinutí je určena v číslicové formě pomocí absolutního snímače ASP polohy, na jehož výstupu 11 je výstupní signál d. Počet rozlišovaných poloh rotoru „n“ je nutno volit podle toho, v jaké míře je požadována přesnost náhrady sinusového průběhu stupňovitým. Tato okolnost má pak vliv na velikost kolísání vyvozeného momentu stroje v ustáleném stavu.

Pro účel popisu funkce podle výkresů byly průběhy na obr. 2 a obr. 3 zakresleny pro n = 24. Na prvním vstupu 21 do sčítacího členu SC je výstupní signál d z absolutního snímače ASP polohy, určující polohu rotoru, jehož průběh v ustáleném stavu a v závislosti na čase je na obr. 2a. Výstupní signál d nabývá pro uvedený příklad číslicové hodnoty od 0 do 23, když číslo 24 je totožné s_0. Výstupní signál d je ve sčítacím členu SC sečten s posuvem <pi, výsledkem součtu je výstupní údaj ř>. Provedený posuv φι, který je v příkladu na obr. 2b roven číslu 2, , zabezpečuje korekci vyhodnocení polohy magnetické osy rotorového vinutí s přihlédnutím na pole statorového vinutí, což má r význam pro dosažení provozu stroje s maximálním účinkem.

Převodník PNC napětí-číslo mimo převodu analogového údaje na číslicový, musí dále splňovat požadovanou závislost posunu g»i na zatěžovacím momentu, respektive statorovém proudu stroje, který je vyjádřen hodnotou U,. V ustáleném stavu je tedy i posun φ_τ konstantní. Pro výstup 23 sčítacího členu SC platí stejně jako pro jeho první vstup 21, že výstupní údaj í> nabývá číslicových hodnot od 0 do 23; 24 = 0. Posunutí výstupního údaje & vůči výstupnímu signálu d je patrno z jeho průběhu v závislostí na čase podle obr. 2c.

Každému číslicovému výstupnímu údaji &

odpovídá trojice diskrétních výstupních analogových signálů I_R*, I_s*, I_T’, které jsou vytvořeny v generátoru GSP třífázového průběhu. Jak je zřejmé z obr. 3 mají diskrétní výstupní analogové signály I_R, I_s*, I_T* pro statorový proud stupňovitý průběh, když velikost jednotlivých stupňů je volena tak, aby průběhy byly blízké sinusovým. Soustava diskrétních výstupních analogových signálů I_R*, V, I_t*, které jsou vyjádřeny napětími ve voltech, je zobrazena na obr. 3a, 3b, 3c, když časové měřítko odpovídá obr. 2. Tato soustava splňuje podmínky souměrné třífázové soustavy, posun mezi jednotlivými diskrétními výstupními analogovými signály I_R*, I_s‘, I_T* je tedy—, respektive 120°, amplitudy všech průběhů jsou stejné a jejich velikost je rovna hodnotě Uj. Přiřazení velikosti skutečných statorových proudů I_R, I_s, I_t k jejich diskrétním výstupním analogovým signálům I_R*, I_s\ ϊτ* lze pak snadno určit volbou vstupních odporů regulátorů proudu v tyristorovém měniči TM.

Výhodou tohoto zapojení je jeho snadná realizace při maximálním využití moderních elektronických součástí, možnost plného momentového využití stroje jak při rozběhu, tak při libovolné rychlosti a možnosti použití v celém rychlostním rozsahu, určeném zapojením výkonového obvodu polovodičového měniče kmitočtu.

Claims (2)

1. Zapojení pro řízení polovodičových měničů kmitočtu napájejících synchronní motory v pohonech s regulací rychlosti, sestávající z absolutního snímače polohy s diskrétním vyhodnocením polohy v číslicovém tvaru, převodníku napětí-číslo, sčítacího členu dvou číslicových hodnot a generátoru třífázového sinusového průběhu, vyznačené tím, že výstup (11) absolutního snímače (ASP) polohy, mechanicky spojeného s rotorem synchronního motoru (SM), je spojen s prvním vstupem (21 j sčítacího členu (SC), jehož druhý vstup (22) je spojen s

   VYNÁLEZU výstupem (32) převodníku (PNČJ napětí-číslo, jehož vstup (31J, který je vstupem zapojení, je připojen na první vstup (41) generátoru (GSPJ třífázového sinusového průběhu, na jehož druhý vstup (42J je připojen výstup (23) sčítacího členu (SC), zatímco výstupy (43, 44, 45) generátoru (GSP) třífázového sinusového průběhu jsou připojeny na vstupy (51, 52, 53) příslušných regulátorů proudu, které jsou součástí tyristorového měniče (TM), připojeného ke statorovému vinutí synchronního motoru (SM).
2. 3 listy výkresů