SU1408516A1 - Способ управлени асинхронным двигателем с фазным ротором - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике . Целью изобретени   вл етс  увеличение cos ф асинхронного двигател . Указанна  цель достигаетс  тем, что в способе управлени  асинхронным двигателем с фазным ротором измен ют величину напр жени , подводимого к статорной обмотке асинхронного двигател , посредством преобразовател  напр жени  пропорционально заданному моменту, а именно уменьшают от номинального значени . В результате уменьшают потребление реактивной мощности. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. (Л

Description

о

СХ)

ел

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в электроприводах на базе асинхронного двигател  ; с фазным ротором, где нужно регулировать скорость и момент независимо друг от друга в широком диапазоне, плавно измен ть ускорение привода, отрабатывать необ- I ходимые циклограммы работы механизмов. { Цель изобретени  - увеличение cos ф I асинхронного двигател . На фиг. 1 представлена функциональ- I на  схема электропривода, реализующего i способ управлени  асинхронным двигателем с фазным ротором; на фиг. 2 - механи- i ческие характеристики двигател  при пред- I лагаемом способе управлени . Электропривод содержит асинхронный I двигатель 1 (фиг. 1) с фазным ротором, I обмотки статора которого подключены к се- ти 2 переменного тока через регулируемый I преобразователь 3 напр жени . Выводы об- I моток ротора подключены к входу первого i мостового выпр мител  4, катодна  груп- I па вентилей которого соединена с анод- ной группой вентилей второго мостового выпр мител  5. Трехфазный вход второго ; мостового выпр мител  5 подключен к сети 2 через параметрический стабилизатор 6 пере- I менного тока. Электропривод содержит также ведомый сетью инвертор 7, анодна  группа вентилей которого соединена с катодной группой вентилей второго мостового : выпр мител  5, а катодна  группа вентилей - с анодной группой вентилей перво- ; го мостового выпр мител  4. Трехфазный выход ведомого сетью инвертора 7 подсоеди- i нен к сети 2. На валу асинхронного дви- I гател  I установлен датчик 8 скорости, вы- ход которого соединен с первым входом эле- : мента 9 отсечки блока 10 управлени , второй вход которого  вл етс  задающим. Выход элемента 9 отсечки св зан с инвер- тируюш.им входом сумматора 11 блока 10 управлени , а его неинвертирующий вход служит дл  задани  требуемого значени  момента. Выход сумматора 11 подсоединен к управл ющему входу регулируемого преобразовател  3 напр жени .

Момент, развиваемый асинхронным двигателем , записываетс  следующим образом:

М См-ф 1-12 cos 2,(1)

U

где Ф I - магнитный поток пол  статора; IL - действующее значение ток-а в роторной обмотке; См - конструктивный коэффициент мащины; 2 - угол сдвига меж- сп ду ЭДС и током ротора.

Поддержива  в роторной обмотке двигател  неизменным по амплитуде Ь и фазе ij: 2 переменный ток, исключают пр мую зависимость тока la от ЭДС, наводимой в роторе

Таким образом, дл  любого фиксированного значени  момента двигател , кроме номинального , в рассматриваемом электроприводе обеспечиваетс  уменьшение реактивной мощности, потребл емой двигателем из сети, и увеличение его cos ф.

В рассматриваемом электроприводе асинхронный двигатель представл ет собой не источник скорости, а источник момента, величина которого не зависит от скорости

магнитным потоком машины. Тем самым ис- 55 благодар  нейтрализации действи  внут- ключают размагничивающее действие ЭДС ренней обратной св зи двигател  по ЭДС ротора, т.е. ее вли ние на магнитный поток машины, а значит, на момент, которотора , т.е. исключени  зависимости тока ротора Ь, определ ющего момент М, от ЭДС

10

15

20

25

30

35

40

45

сп

рый поэтому не зависит от скорости. Отсюда следует, что величины Ь и Ф i могут задаватьс  независимо, и асинхронный двигатель с фазным ротором управл етс  по двум независимым каналам: со стороны статора или ротора.

Так как в роторной обмотке поддерживают неизменным по амплитуде и фазе переменный ток, то это означает посто нство значений I и cos i|)2. Тогда выражение (1) можно записать следующим образом: М К|Ф1,(2)

где Ki CMl2COSil)2 - посто нный коэффициент .

Магнитный поток пол  статора Ф i при посто нстве частоты подводимого к статор- ной обмотке напр жени  определ етс  главным образом величиной этого напр жени  Ui:

Ui CfФ, или Ф, CfU,,(3)

где С/ - посто нный коэффициент.

Поскольк; номинальна  точка выбираетс  на середине колена кривой намагничивани  двигател , а напр жение, подводимое к статорной обмотке, не превыщает номинального в предлагаемом способе, выражение (3), согласно известным методам линеаризации кривых, справедливо.

В рассматриваемом электроприводе величину подводимого к статорной обмотке напр жени  Ui формируют пропорционально управл ющему сигналу Uy, в качестве которого используют сигнал задани  момента изм, т.е.:

U, K«Vy или у, К«изм,(4)

где Ки - посто нный коэффициент.

Реализаци  (2) - (4) позвол ет регулировать момент двигател .

В рассматриваемом электроприводе напр жение , подводимое к статорной обмотке Ui, уменьщают от его номинального значени  (Ь и Ч а - посто нны), при этом процентное содержание реактивной составл ющей тока, потребл емого двигателем из сети, уменьщаетс  по сравнению с активной за счет снижени  расходовани  реактивной мощности на намагничивание мащины , что означает уменьшение потреблени  реактивной мощности двигателем из сети, увеличение его cos ф.

Таким образом, дл  любого фиксированного значени  момента двигател , кроме номинального , в рассматриваемом электроприводе обеспечиваетс  уменьшение реактивной мощности, потребл емой двигателем из сети, и увеличение его cos ф.

В рассматриваемом электроприводе асинхронный двигатель представл ет собой не источник скорости, а источник момента, величина которого не зависит от скорости

55 благодар  нейтрализации действи  внут- ренней обратной св зи двигател  по ЭДС благодар  нейтрализации действи  внут- ренней обратной св зи двигател  по ЭДС

ротора, т.е. исключени  зависимости тока ротора Ь, определ ющего момент М, от ЭДС

ротора Е2, котора , в свою очередь, зависит от скорости (скольжени  S) - 2 EI- S, где EI - значение ЭДС при неподвижном роторе (S). Скорость при этом  вл етс  свободной координатой, нерегулируемой , определ емой только свойствами нагрузки двигател .

Дл  того, чтобы скорость стала регулируемой координатой, дополнительно формируют сигнал, пропорциональный действительному значению скорости;

Uo, ,(5)

где KM - коэффициент пропорциональности. При превышении сигналом Уш сигнала задани  скорости Uj.. формируют сигнал отсечки, пропорциональный их разности:

U..C K«(Uc.-Ц„) ,(6)

где Кш - коэффициент пропорциональности , который вычитают из сигнала задани  момента Уэм, и результирующий сигнал используют управл ющим Оу US.M - UOTC.

Величину подводимого к статорной обмотке напр жени  формируют пропорционально этому сигналу:

У, или Ur клизм-UOTC). (7) Уравнение движени  имеет вид:

0

5

0

С изменением скольжени , например увеличением , растет ЭДС ротора На, увеличиваетс  напр жение на выходе выпр мител  4 и, вследствие посто нства напр жени  на входе инвертора 7, уменьшаетс  напр жение на выходе выпр мител  5.

Уменьщение напр жени  на выходе выпр мител  5 означает уменьшение потреблени  стабилизатором б активной мо щности из сети 2, а величина энергии скольжени  при этом увеличиваетс  пропорциональ- но скольжению ротора S. Такое перераспре- деление потоков энергий и воспринимаетс  как введение в роторную обмотку двигател  1 некоторого дополнительного активного сопротивлени , которое в сумме с собственным активным сопротивлением роторной обмотки дает эквивалентное активное сопротивление, измен ющеес  пропорционально скольжению, и равно .

XVH

Это обеспечивает поддержание неизменным по фазе переменного тока в роторной обмотке двигател  1, что видно из выражени 

, М-Мс ,

О) (Онач -|Г-;1,

где со, шнач - соответственно действительное и начальное значени  скорости двигател ; Мс - момент сопротивлени  (нагрузки ) на его валу; h - суммарный с нагрузкой момент инерции; t - текущее значение времени.

Способ осуществл ют следующим образом .

В результате подачи напр жени  сети 2 на вход преобразовател  3 напр жени  параметрического стабилизатора 6 и выход инвертора 7 к статорной обмотке двигател  1 подводитс  напр жение с частотой сети 2, величина которого формируетс  с помощью преобразовател  3 и определ етс  сигналом задани  момента USM, поступающего от блока 10 управлени  на управл ющий вход преобразовател  3 напр жени  (формирование сигнала отсечки прекращают, например, установкой сигнала задани  скорости Use большим сигнала, пропорционального максимально возможной скорости Uio).

В цепи посто нного тока электропривода протекает .неизменный выпр мленный ток параметрического стабилизатора 6, что обеспечивает поддержание неизменным по амплитуде переменного тока в роторной обмотке двигател  1 при изменении со скольжением ЭДС ротора (Ь const).

Так как инвертор 7 работает при фиксированном угле управлени  вентил ми, напр жение на его входе посто нно, значит посто нна энерги , регулируема  им в сеть 2.

2(5)

XL -ЭК5

SХ с1

- -- Ьмин const.

f.

(9)

0

5

0

5

0

5

где Г2, Х2 - соответственно активное и индуктивное сопротивлени  фазы неподвижного ротора; Змии - посто нное по величине значение скольжени , при котором двигатель переходит на свою естественную (рабочую ) характеристику, и определ етс  неизменной амплитудой переменного тока на выходе стабилизатора 6.

Таким образом, согласно (1)-(4) получают момент двигател  1, величина которого однозначно определ етс  сигналом задани  момента Уэм. Очевидно, что измен   UsM, регулируют момент двигател  1, при этом в плоскости координат S, М получают спектр моментных характеристик двигател  1 (фиг. 2).

При регулировании скорости двигател  (осуществл ют формирование сигнала отсечки ) сигнал задани  момента Узм соответствует моменту, определ ю1дему (при Мс const) при отсутствии сигнала отсечки UOTC ускорение привода е (М-Mc)/h, посто нное по величине, а с его по влением - то граничное значение момента, до которого осуществл етс  стабилизаци  скорости при изменении момента нагрузки М-, т.е. максимальный диапазон момента, в котором осуществл ют стабилизацию скорости, определен номинальным значением момента Миом, что соответствует номинальному значению UiHOM, подводимого к статорной обмотке напр жени  .KC). Сигнал задани  скорости U.... определ ет требуемое значение скорости, на котором произойдет

otce4Ka и которое стабилизируетс  при изменении момента нагрузки.

Сигнал, пропорциональный действительному значению скорости, формирует датчик 8 скорости (фиг. I), сигнал отсечки UOTC формируетс  на элементе 9 отсечки блока 10 управлени , вычитание сигналов USM и UOTC производитс  на сумматоре 11 блока 10 управлени .

Например, двигатель 1 работает на скорости шнач, которую определ ет сигнал зада-

ИНН .скорости изшнач. Формируют Uju)

изшнач, при этом сигнал, пропорциональный действительному значению ско рости U-xj, становитс  меньше Uaw, сигнал отсечки UIITC перестает формироватьс , напр жение и определ етс  только сигналом зада- т.  момента USM и поэтому увеличиваетс 

Р

н етс  по ней с посто нным ускорением (М-Мс)/Ь до заданной Us) скорости, при превышении которой начинает формироватьс 

и.

. Двигатель 1 переходит на моментную ха- ктеристику, соответствующую Узм, разго

сигнал UOTC, пропорциональный разности и Usw, который вычитаетс  из изм, тем са- мфм уменьшаетс  напр жение Ui, а значит,

соответствии с (2) и (3), момент. Это у1У|еньшение происходит до тех пор, пока момент двигател  I не станет равным моменту нагрузки Мс, и двигатель 1 начнет работать на скорости, соответствующей Озш.

I При U3W из(инач сигнал UOTC увеличиваетс , при этом уменьшаетс  напр жение Ui, а значит момент М. Разность М-Мс стано- виггс  отрицательной, двигатель тормозитс , скорость падает, в свою очередь разность и. и Uaoi уменьшаетс , UOTC уменьшаетс , момент увеличиваетс , пока не станет равным Мс, и двигатель 1 начнет работать на новой скорости, соответствуюцд.ей Us.,..

: Стабилизаци  скорости на заданном ур|овне происходит следуюши.м образом. П{)и посто нстве Ujtu и изменении М, на- пр|имер,увеличении, двигатель 1 тормозитс , 3ate.M происход т действи , аналогичные слу-

Фаг 1

чаю увеличени  , в результате которых скорость стабилизируетс  на прежнем уровне.

При уменьшении Мс двигатель 1 разгон етс , но увеличение сигнала UW вызывает уменьшение момента двигател  I, при достижении которым значени  Мс скорость стабилизируетс  на прежнем уровне.

Согласно (2), (3) и (5) -(8) получают скорость двигател  1, значение которой определ етс  сигналом задани  скорости иза,. Очевидно, что измен   Ь зш, регулируют скорость двигател  1, при этом в плоскости координат S, М получают спектр скоростных характеристик двигател  i (фиг. 2).

Таким образом, формирование величины подводимого к статорной обмотке напр жени  пропорционально заданному моменту и корректировка этого задани  в соответствии с измеренной скоростью обеспечивают в электроприводе с асинхронным двигателем с фазным ротором по сравнению с известньЕМ решением уменьшение реактивной мощности, потребл емой двигателем из сети и увеличение его cos ф.

Claims (2)

1.Способ управлени  асинхронным двигателем с фазным ротором, при котором подвод т к статорной обмотке напр жение с частотой сети и поддерживают неизменным по амплитуде и фазе переменный ток в роторной обмотке, отличающийс  тем, что, с целью увеличени  cos ср асинхронного двигател , измен ют величину подводимого к статорной обмотке напр жени  пропорционально заданному моменту.

2.Способ по п. 1, отличающийс  тем, что измер ют действительную частоту вращени  ротора и при превышении ее заданной частоты вращени  уменьшают величину подводимого к статорной обмотке напр жени  на величину, пропорциональную разности указанных частот вращени .