SU1131011A1 - Электропривод переменного тока - Google Patents

Abstract

ЭЛЕКТРОПРИВОД ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, содержащий асинхронную машину с фазным ротором, обмотки которого подключены к выходам преобразовател  частоты, управл ющий .вход которого соединен с выходом блока управлени  преобразователем частоты, контактор , снабженный катушкой изамыкающими контактами, подключенными по одному к обмоткам статора асинхронной машины с фазным ротором, блок коммутаций, входы которого подключены к выходам первого и второго задатчиков управл ющих сигналов, к выходу источника питани  катушки контактора и к выходу датчика углового положени , установленного на валу асинхронной машины с фазным ротором , при этом первый выход блока коммутаций подключен к входу блока управлени  преобразователем частоты, а второй - к катушке контактора, разделительный трансформатор, снабженный входами дл  подключени  питающей сети и подключенный выходами к дополнительным входам преобразовател  частоты и блока управлени  преобразователем частоты, отличающийс  тем, что,с целью улучшени  энергетических показателей путем снижени  активных потерь в обмотках статора и ротора, в него введены управл емый выпр митель, согласующий трансформатор, регул тор тока статора, элемент сравнени , масштабный преобразователь, вычислитель составл ющих тока ротора, вычислитель модул  тока статора, датчики фазных токов статора и ротора, а блок коммутаций снабжен дополнительным входом, подключенным к выходу вычислител  составл ющих тока ротора , входы которого подключены к вы (Л ходу датчика углового положени  и выходам датчиков фазных токов ротора , при этом первый вход элемента сравнени  подключен к выходу вычислител  модул  тока статора, соединенного входами с выходами датчиков фазных токов статора, второй вход элемента сравнени  подключен к выходу масштабного преобразовател , сое W диненного входами с выходами датчиков фазных токов ротора, выход эле- : мента сравнени  подключен к первому входу регул тора тока статора, второй вход которого соединен с выходом первого задатчика управл ющего сигнала , а выход регул тора тока статора подключен к управл ющему входу управл емого выпр мител , соединенного выходами с обмотками статора.асинхронной машины с фазным ротор.рм, а входами - с выходами согласующего трансформатора, снабженного входами дл  подключени  питающей сети.

Description

Изобретение относитс  к электротехнике , а именно к частотноуправл емым электроприводам на баэе асинхронных машин с фазным ротором, и может быть использовано в системах и механизмах общепромышленного применени , где требуетс  глубокое регулирование скорости.

Известен электропривод переменного тока, содержащий асинхронную маши ну с фазным ротором, обмотки ротора которой подключены к выходам преобразовател  частоты с непосредственной св зью, регул торы фазных токов, блоки пр мого и обратного преобразований координат, датчики фазныхтоко статора и ротора, датчики фазных напр жений статора, датчики углового положени  и скорости, установленные на валу асинхронной машины с фазным ротором, формирователи управл ющих сигналов дл  составл ющих тока ротора , св занные входами с выходами блока обратного преобразовани  координат и с выходами датчика скорости, при этом выходы формирователей управл ющих сигналов дл  составл ющих тока ротора подключены к входам блока пр мого преобразовани  координат, соединенного выходами через регул торы фазных токов- с управл ющими входами преобразовател  частоты с непосредственной св зыО, ,а входы блока обратного преобразовани  координат подключены к выходам датчиков фазных токов статора и ротора, к выходам датчиков фазных напр жений статора и к выходам датчика углового положени . jJJ .

Недостатком данного электропривода переменного тока  вл етс  ограниченный диапазон регулировани  скорости .

Наиболее близким к изобретению по технической сущности  вл етс  электропривод переменного тока, содержащий асинхронную машину с фазным ротором, оомотки которого подключены

IK выходам преобразовател  частоты управл ющий вход которого соединен с выходом блока управлени  преобразователем частоты, контактор, снабжег ный катушкой и замыкающкмк контактами , подключенными по одному и обмоткам статора асинхронной машины с фазным ротором, блок коммутаций, входы которого подключены к выходам первого и второго задатчиков управл ющих сигналов, к выходу источника питани  катушки контактора и к выходу датчика углового положени , установленного на валу асинхронной машины с фазным ротором, при этом первый выход блока коммутаций подключен к входу блока управлени  преобразователем частоты, а второй выход блока коммутаций подключен к катушке контактора, разделительный трансформатор , снабженный входами дл  подключени  питающей сети и подключенный выходами к дополнительным входам преобразовател  частоты и блока управлени  преобразователем частоты 2 .

Известный электропривод переменного тока характеризуетс  работой по двум заданным программам, при этом скорость вращени  ротора регулируетс  от нул  до величины, соответствующей двойной синхронной, при предельной частоте тиристорного преобразовател . За счет работы в двух режимах сокращаетс  установленна  мощность преобразовател .

Недостатком известного электропривода  вл ютс  невысокие энергетические показатели при работе на низких скорост х, так как отсутствует возможность раздельного регулировани  параметров напр жени , подводимого к статору и ротору, что преп тствует получению оптимальных режимов привода.

Целью изобретени   вл етс  улучшение энергетических показателей электропривода путем снижени  активных потерь в обмотках статора и ротора при работе на низких скорост х,

.

Указанна  цель достигаетс  тем, что в электропривод переменного то ,,.а, содержащий асинхроннзто машину с фазным ротором, обмотки которого подключены к выходам преобразовател  частоты, управл ющий вход которого Соединен с выходом блока управлени  преобразователем частоты, контактор, снабженньй катушкой и замыкающими контактами, подключемными по одному к обмоткам статора ат;инхронной машины с фазньтм ротором, блок коммутаций , входы которого подключены к выкодам первого и второго задатчиков управл ющих сигналов, к выходу источника питани  катушки контактора и

3

к выходу датчика углового положени , установленного на валу асинхронной машины с фазным ротором, при этом первый выход блока коммутаций подключен к входу блока управлени  преобразователем частоты, а второй к катушке контактора, разделительный трансформатор, снабженный входами дл  подключени  питающей сети и подключенный выходами к дополнительным входам преобразовател  частоты и блока управлени  преобразователем частоты, введены управл емый выпр митель , согласующий трансформатор, регул тор тока статора, элемент сравнени , масштабный преобразователь , вычислитель составл ющих тока ротора, вычислитель модул  тока статора, датчики фазных токов статора и ротора, а блок коммутаций снабжен дополнительным входом, подключенным к выходу вычислител  составл ющих тока ротора, входы которого подключены к выходу датчика углового положени  и выходам датчиков фазных токов ротора, при этом первый вход элемента сравнени  подключен к выходу вычислител  модул  тока статора, соединенного входами с выходами датчиков фазных токов стат pa, второй вход элемента сравнени  подключен к выходу масштабного преобразовател , соединенного входами выходами датчиков фазных токов ротора , выход элемента сравнени  подключен к первому входу регул тора тока статора, второй вход которого соединен с выходом первого задатчика управл ющего сигнада, а выход регул тора тока статора подключен к управ л ющему входу управл емого выпр мител , соединенного выходами с обмотками статора асинхронной машины с фазным ротором, а входами - с выходами согласующего.трансформатора, снабженного входами дл  подключени  питающей сети.

На фиг. 1 представлена функциональна  схема электропривода переменого тока; на фиг. 2 - функциональна  схема блока коммутаций.

Электропривод переменного тока содержит асинхронную машину 1 (фиг. 1) с фазным ротором, обмотки ротора которой подключены к выходам преобразовател  2 частоты, управл ющий вход которого соединен с выходо блока 3 управлени  преобразователем

114

частоты, контактор 4, снабженный катушкой 5 и замыкающими контактами 6, подключенными по одному к обмоткам статора асинхронной машины 1 с фазным ротором, блок 7 коммутаций, входы которого подключены к выходам первого и второго задатчиков 8 и 9 управл ющих сигналов, к выходу источника 10 питани  катушки 5 контактора Дик выходу датчика 11 углового положени , установленного на валу асинхронной машины 1 с фазным ротором , при этом первый выход 12 блока 7 коммутаций подключен к входу блока 3 управлени  преобразователем частоты, а второй выход 13 блока 7 коммутаций подключен к катушке 5 контактора 4, разделительный трансформатор 14, снабженный входами дл  подключени  питающей сети и подключенный выходами к дополнительным входам преобразовател  2 частоты и блока 3 управлени  преобразователем частоты.

В электропривод переменного тока введены управл емый выпр митель 15, согласующий трансформатор 16, регул тор 17 тока статора, элемент 18 сравнени , масштабный преобразователь 19, вычислитель 20 составл ющих тока ротора, вычислитель 21 модул  тока статора,- датчики 22 фазных токов статора, датчики 23 фазных токов ротора, блок 7 коммутаций снабжен дополнительным входом 24, подключенным к выходу вычислител 

20составл ющих тока ротора, входы которого подключены к выходу датчика 11 углового положени  и к выходам датчиков 23 фазных токов ротора, при этом первый вход элемента 18 сравнени  подключен к выходу вычислител 

21модул  тока статора, соединенного входами с выходами датчиков 22 фазных токов статора, второй вход элемента 18 сравнени  подключен к выходу масштабного преобразовател  19, соединенного входш и с выходами датчиков 23 фазных токов ротора, выход элемента 18 сравнени  подключен к первому входу регул тора 17 тока статора, второй вход которого соединен с выходом первого задатчика 8 управл ющего сигнала, а выход регул тора 17 тока статора подключен к управл ющему входу управл емого выпр мител  15, соединенного выходами

с обмотками статора асинхронной

машины 1 с фазным ротором, а входами - с выходами согласующего трансформатора 16.

Блок 7 коммутаций содержит формирователь 25 (фиг. 2) напр жени  управлени , коммутатор 26 и формирователь 27 гармонических функций, снабженный входами дл  подключени  питающей сети и входом, подключенным к выходу датчику 11 углового положени , при этом выходы формирова1тел  27 гармонических функций подключены к входам 28 и 29 коммутатора 26, выходы первого 8 и.второго 9 задатч.иков управл ющих сигналов подключены соответственно к входам 30-32 коммутатора 26, выход источника 10 питани  катушки контактора подключен к входу 33 коммутатора 26, , выход датчика 11 углового положени  подключен к входу 34 коммутатора 26, подключенного выходами 35-37 к входа фор шроватвл  25 напр жени  управлени , выход которого и дополнительный выход коммутатора 26 образуют соответственно первый и второй выходы 12 и 13 блока 7 коммутаций, дополнительный вход 24 которого образован дополнительньм входом коммутатора 7.

Электропривод переменного тока работает следующим образом

В исходном состо нии обмотки статора асинхронной машины 1 с фазным ротором подключены к выходам управ- лаемого вьшр мител 15, а обмотки ротора - к выходам преобразовател  2 частоты. Силовые входы преобразовател  2 частоты через разделительньй трансформатор 14 непосредственно св заны с питающей сетью, а силовые входы управл емого выпр мител  15 через согласующий трансформатор 16,

Момент М на валу асинхронной машины 1 с фазным ротором определ етс  выражением

(1)

М К .I sin.

где К - коэффициент пропорциональ-,

ности; It, 7 величины токов статора и

ротора соответственно; Л - угол между векторамитоков

статора и ротора, Электрические потери &Р в обмотках статора и ротора определ ютс  выражением

iP - 3(1..г,,+ I.rJ),

(2)

где r, r - активные сопротивлени  обмоток статора и рото-ра соответственно. Анализ (2) показывает, что условие минимальных потерь в обмотках статора и ротора (анализируютс  .выражени : - О,

О

ч it

выполн етс  при

1Г

11

(3)

Т

«.i.iF (4)

В электроприводе переменного то )ка (фиг. 1) реализуютс  услови  (3) и (А). .

При работе на низких скорост х блок 7 коммутаций управл етс  по сигналу, поступающему с выхода первого задатчика управл ющего сигнала 8. В коммутаторе 26 (фиг. 2) осуществл етс  соединение входа 28 с выходом 35, входа 30 с выходом 36. Дополнительный вход 24 блока коммутаций соедин етс  с выходом 37 коммутатора 26.

На вход 28 коммутатора 26 с выхода блока 27 гармонических функций поступают гармонические фу 1кции, определ емые частотой вращени  асинхронной машины 1 с фазным ротором и соответствующие сигналам на выходе датчика 11 углового положени .

Сигнал, поступающий с выхода первого задатчика 8 управл ющего сигнала , задает сигнал управлени  дл  блока 3 управлени  преобразователем частоты 2, на выходе которого ток начинает измен тьс  по амплитуде и частоте , Указанньй ток с частотой, пропорциональной частоте вращени  вала, питает обмотки ротора асинхронной машины 1 с фазным ротором.

На выходе вычислител  20 составл ющих тока ротора по сигналам с датчиков 23 фазных токов ротора и с датчика 11 углового положени  формируютс  составл ющие тока ротора ij, в ос х х, у, св занных с вектором тока статора (ось X направлена по направлению вектора тока статора). При этом выполнение необходимого услови  (3) дл  минимума потерь означает необходимость поддержани  нулю составл ющей тока ротора 1, т.е.

Формируемый на выходе вычислител  20 составл ющих тока ротора сигнал, соответствующий составл ющей поступает на дополнительный вход 24 , блока 7 коммутаций. Наличие этого сигнала означает нарушение pejtoiMa минимальных потерь и необходимость корректировки фазы тока ротора, котора  осуществл етс  с помощью формировател  25 напр жени  управлени  и блока 3 управлени  преобразователем частоты.

При выполнении корректировка фазы тока ротора не производитс .

Выходные сигналы с датчиков 22 фазных токов ротора поступают также на входы масштабного преобразовател  19, на выходе которого формируетс  сигнал, пропорциональный модулю 1

тока ротора с коэффициентом -J- в

Гд

соответствии с (4). Указанный сигнал поступает на один из входов элемента 18 сравнени , на другой вход которог ( поступает сигнал с выхода вычислител  21 модул  тока статора, пропорциональный модулю тока статора 1.

При выполнении (4) на выходе элемента сравнени  по вл етс  сигнал рассогласовани , поступающий на вход регул тора 17 тока статора, выполненного в виде пропорционально-; интегрального регул тора с ограничением вьпсодного сигнала. С помощью указанного регул тора при М6М„ обеспечивают задание тока статора в соответствии с (4), а при М.М обеспечивают I const Добычно М„(0,3-0,6) hOM зависит от типа асинхронной машины 1 с фазным ротором).

При работе на скорост х, близких и синхронной , блок 7 коммутаций управл етс  по сигналу, поступающему с выхода второго задатчика 9 управл ющего сигнала. В коммутаторе 26 осуществл етс  соединение входа 29 с выходом 35, входа 31 с выходом 36, входа 32 с выходом 37. Вход 33 коммутатора соедин етс  с выходом 13

блока 7 коммутаций. На вход 29 коммутатора 26 с выхода блока 27 гармонических функций поступают гармонические функции, соответствующие частоте скольжени  и определ емые по выходным сигналам датчика 11 углового положени  и питающей сети.

Катушка 5 контактора 4 получает питание от источника 10 питани , а замыкающие контакты 6 обеспечивают непосредственное подключение обмоток статора асинхронной машины 1 с фазным ротором к питающей сети (при этом управл емый вьтр митель 15 запираетс ).

В указанном режиме регулирование, скорости вращени  асинхронной машины 1 с фазным ротором осуществл етс  относительно синхронной изменением частоты и чередованием фаз токов в обмотках ротора.

Таким образом, в электроприводе переменного тока на базе асинхронной машины с фазным ротором введение управл емого выпр мител  15, согласующего трансформатора 16, вычислител  20 составл ющих тока ротора, вычислител  21 модул  тока статора, масштабного преобразовател  19, элемента 18 сравнени  и регул тора 17 тока статора позвол ет обеспечить работу в режиме с низкими скорост ми с поддержанием минимума активных потерь в обмотках статора и ротора, а также в режиме околосинхронных скоростей . Регулирование скорости осуществл етс  в пределах от О до 1,5 синхронной при предельной частоте преобразовател  частоты 2-25 Гц, при этом установленна  мощность преобразовател  2 частоты не превьшает 50%, а установленна  мощность управл емого выпр мител  15 не превьшгает 10% о мощности электропривода.

Путем снижени  активных потерь в юбмотках статора и ротора на 15-20% на низких скорост х в предлагаемом электроприводе-пер еменного тока обеспечиваютс  более высокие энергетические показатели по сравнению с известным .

Claims (1)

1. ЭЛЕКТРОПРИВОД ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, содержащий асинхронную машину с фазным ротором, обмотки которого подключены к выходам преобразователя частоты, управляющий вход которого соединен с выходом блока управления преобразователем частоты, контактор, снабженный катушкой и'замыкающими контактами, подключенными по' одному к обмоткам статора асинхронной машины с фазным ротором, блок коммутаций, входы которого подключены к выходам¹первого и второго задатчиков управляющих сигналов, к выходу источника питания катушки контактора и к выходу датчика углового положения, установленного на валу асинхронной машины с фазным ротором, при этом первый выход блока коммутаций подключен к входу блока управления преобразователем частоты, а второй - к катушке контактора, разделительный трансформатор, снабженный входами для подключения питающей сети и подключенный выходами к дополнительным входам преобразова- теля частоты и блока управления преобразователем частоты, отличающийся тем, что,с целью .улучшения энергетических показателей путем снижения активных потерь в обмотках статора и ротора, в него введены управляемый выпрямитель, согласующий трансформатор, регулятор тока статора, элемент сравнения, масштабный преобразователь, вычислитель составляющих тока ротора, вычислитель модуля тока статора, датчики фазных токов статора и ротора, а блок коммутаций снабжен дополнительным входом, подключенным к выходу вычислителя составляющих тока ротора, входы которого подключены к выходу датчика углового положения и выходам датчиков фазных токов ротора, при этом первый вход элемента сравнения подключен к выходу вычислителя модуля тока статора, соединенного входами с выходами датчиков фазных токов статора, второй вход элемента сравнения подключен к выходу масштабного преобразователя, сое^ диненного входами с выходами датчиков фазных токов ротора, выход элемента сравнения подключен к первому входу регулятора тока статора, второй вход которого соединен с выходом первого задатчика управляющего сигнала, а выход регулятора тока статора подключен к управляющему входу управляемого выпрямителя, соединенного выходами с обмотками статора.асинхронной машины с фазным ротором, а входами - с выходами согласующего трансформатора, снабженного входами для подключения питающей сети.

   ποίδΐι “ns