SU1515323A1 - Способ управлени двигателем двойного питани , выполненным на базе асинхронного двигател с фазным ротором и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в судах ледокольного типа. Целью изобретени   вл етс  повышение КПД путем снижени  потерь в стали статора. В способе управлени  двигателем двойного питани  на обмотки статора и ротора двигател  двойного питани  через преобразователи 2,3 частоты подают напр жени . Начальные значени  амплитуд и частоты этих напр жений устанавливают блоками 6 и 7 задани  соответственно. С помощью датчика 4 фазных напр жений, фильтра 16 и блока 17 пр мого преобразовани  вычисл ют частоту напр жени  статора. Датчиком 19 фазных напр жений и блоком 21 пр мого преобразовани  определ ют частоту напр жени  ротора. По измеренным частотам определ ют в арифметическом блоке 18 текущее значение частоты вращени  ротора и сравнивают это значение с заданной синхронной частотой, формируемой в задающем генераторе 23 двухфазного гармонического сигнала. Измен ют частоту напр жени  питани  ротора пропорционально разности сравниваемых частот. Амплитуду напр жени  питани  ротора регулируют по результатам сравнени  измеренной с помощью датчика Холла 8, блока 9 преобразовани  магнитного потока, квадраторов 10,11 и сумматора 12 амплитуды результирующего магнитного потока с заданным задатчиком 14 амплитуды значением амплитуды указанного магнитного потока, а амплитуду напр жени  статора регулируют по требуемому закону блоком 6. В случае превышени  в процессе разгона частоты вращени  ротора над указанной синхронной частотой блоком 25 управлени  измен ют пор док чередовани  дл  обмотки ротора. В результате в области рабочих частот вращени  обеспечиваетс  встречное вращение ротора относительно пол  статора, что снижает потери в стали статора двигател , а при согласном вращении ротора и пол  статора обеспечиваетс  т желый пуск из режима упора. 2 с.п.ф-лы, 2 ил.

Description

(Л

СП СП

оо to

fJUf.1

315153

и ротора двигател  двойного питани  через преобразователи 2, 3 частоты подают напр жени . Начальные значени  амплитуд и частоты этих напр жений устанавливают блоками 6 и 7 задани  соответственно, С помощью датчика 4 фазных напр жений, фильтра 16 и и блока.17 пр мого преобразовани  вычисл ют частоту напр жени  статора. Q Датчиком 19 фазных напр жений и блоком 2 пр мого преобразовани  определ ют частоту напр жени  ротора. По измеренным частотам определ ют в арифметическом блоке 18 текущее значение 5 частоты вращени  ротора и сравнивают это значение с заданной синхронной частотой, формируемой в задающем

руют по результатам сравнени  измеренной с помощью датчика Холла 8, блока 9 преобразовани  магнитного потока, квадраторов 10, 11 и сумматора 12 амплитуды результирующего магнитного потока с заданным задатчи- ком 1ч амплитуды значением амплитуды указанного магнитного потока, а амплитуду напр жени  статора регулируют по требуемому закону блоком 6. В случае превышени  в процессе разгона частоты вращени  ротора над указанной синхронной частотой блоком 25 управлени  измен ют пор док чередовани  дл  обмотки ротора.В результате в области рабочих частот вращени  обеспечиваетс  встречное вращение ротора относительно пол  статора, что снижает потери в

генераторе 23 двухфазного гармонического сигнала. Измен ют частоту напр -2остали статора двигател , а при сог- жени  питани  ротора пропорциональноласном вращении ротора и пол  стато- разности сравниваемых частот. Ампли-.ра обеспечиваетс  т желый пуск из ре- туду напр жени  питани  ротора регули-жима упора. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано дл  управлени  двигателем двойного питани , например в т говом электро- приводе, гребном электроприводе (в судах ледокольного типа) и др.

Целью изобретени   вл етс  повышение КПД путем снижени  потерь в стали статора.

На фиг. 1 представлена функционална  схема устройства дл  осуществлени  способа управлени  двигателем двойного питани ; на фиг. 2 - зависимость частоты возбуждени  cUf, двига- тел  от частоты вращени  Ы ротора.

Устройство, реализующее способ управлени  двигателем двойного питани , содержит асинхронный двигатель 1 (фиг. 1) с фазным ротором, подклю- ченный статорными и роторными обмотками соответственно к выходам преобразователей 2 и 3 частоты статора и ротора, каждый из которых выполнен с инверторным и выпр мительным звень ми . Датчик А фазных напр жений статора своим выходом соединен с входом датчика 5 частоты токов статора, выход которого соединен с управл юш 1

входом инверторного звена преобразовател  2 частоты статора. Управл кндий вход выпр мительного звена преобразовател  2 частоты статора соеди}1ен с выходом блока 6 задани  амплитуды

руют по результатам сравнени  измеренной с помощью датчика Холла 8, блока 9 преобразовани  магнитного потока, квадраторов 10, 11 и сумматора 12 амплитуды результирующего магнитного потока с заданным задатчи- ком 1ч амплитуды значением амплитуды указанного магнитного потока, а амплитуду напр жени  статора регулируют по требуемому закону блоком 6. В случае превышени  в процессе разгона частоты вращени  ротора над указанной синхронной частотой блоком 25 управлени  измен ют пор док чередовани  дл  обмотки ротора.В результате в области рабочих частот вращени  обеспечиваетс  встречное вращение ротора относительно пол  статора, что снижает потери в

стали статора двигател , а при сог- асном вращении ротора и пол  стато- ра обеспечиваетс  т желый пуск из ре- жима упора. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

5

о

0

5

0

5

напр жени  статора. Выход блока 7 задани  амплитуды напр жени  ротора подключен к первому управл ющему входу выпр мительного звена преобразовател  3 частоты ротора. Выход датчиков 8 ЭДС Холла подключен к первому входу блока 9 преобразований магнитных потоков, второй вход которого соединен с выходом датчика 4 фазных напр жений статора. Выходы блока

9преобразований магнитных потоков подключены к входам двух квадраторов

10и 11, которые соединены выходами с входами сумматора 12. Первый вход блока 13 сравнени  подключен к выходу сумматора 12, а второй вход - к выходу задатчика 14 амплитуды магнитного потока. Выход блока 13 сравнени  через интегратор 15 соединен с вторым управл ющим входом выпр мительного звена преобразовател  3 частоты ротора. Вход первого фильтра 16 подключен к выходу датчика 4 фазных напр жений статора, а выход - к входу первого блока 17 пр мого преобразовани  координат, выход которого подключен к первому входу первого а арифметического блока 18. Выход датчика 19 фазных напр жений ротора подключен к входу второго фильтра

20. Вход второго блока 21 пр мого преобразовани  координат подключен к выходу второго фильтра 20, а вы-

515

ход - к втором входу первого арифметического блока 18, Первый вход второго арифметического блока 22 соединен с выходом первого арифметического блока 18, а второй вход - с выходом задающего генератора 23 двухфазного гармонического сигнала. Выход второго арифметического блока 22 подключен к входу блока 24 обратного преобразовани  координат, который соединен с входом блока 25 формировани  управл ющих импульсов. Вход делител  26 подключен к выходу блока 25 формировани  управл ющих импульсо а выход - к управл ющему входу ин- верторного звена преобразовател  3 частоты ротора,

В продессе осуществлени  способа управлени  двигателем двойного питани  устройство функционирует следующим образом.

На силовые входы преобразователей 2 и 3 частоты статора и ротора и входы соответствуюаа1х блоков управлени  подают напр жение питани .

От сигналов блоков 6 и 7 задани  амплитуд напр жений статора и ротора начинают работать выпр мительные звень  соответственно преобразователей 2 и 3 частоты статора и ротора.

В первый момент сигналы управлени  инверторными звень ми преобразователей частоты статора и ротора отсутствуют . Соответственно, сигнал на первом входе второго арифметического блока 22 имеет нулевую величину. На второй вход второго арифметического блока 22 подают сигнал с выхода задающего генератора 23 двухфазного гармонического сигнала требуемой синхронной частоты . 2). С выхода второго арифметического блока 22 сигнал без изменени  поступает на блок 24 обратного преобразовани  координат. После прохождени  через формирователь 25 импульсов управлени  и делитель 26 сигчал управлени  поступает на управл ющий вход ин- верторного звена преобразовател  3 частоты ротора. Частота сигнала управлени  с выхода делител  26 в начальный момент равна

и)„ Wn -;;-,

to 1

где К - коэффициент делени  делител  26.

3

По обмотке неподвижного ротора начинает протекать переменньш трехфазный ток требуемо частоты Ыг ,

о

в результате чего в обмотке статора наводитс  ЭДС той же частоты, т.е U) Wr. Сигнал с выхода датчика 4

о

фазных напр жений статора поступает на датчик 5 частоты токов статора,

который формирует управл ющие сигналы дл  инверторного звена преобразовател  2 частоты статора. По обмотке статора начинает протекать пе- ременньй трехфазный ток с частотой

uJ JUJ f . Сигналы с датчиком 4 и 19 фазных напр жений статора и ротора поступают соответственно на фильтры 16 и 20, которые вьдел ют первые гармоники напр жений, совпадающие по

фазе с напр жени ми на обмотках. С вькодов фильтров сигналы поступают соответственно на входы первого 17 и второго 21 блоков пр мого преобразовани  координат. С выходов указанных блоков двухфазные гармонические сигналы поступают соответственно на первый и второй входы первого арифметического блока 18, в котором реализуютс  выражени :

sinu t cosa)jt - coswt-sinujpt

sin (to -u;)t sinuYt;

35

COSIJ t COSUJft - SinWt SinUUt

cos(a) -u),,)t .

где uJ CO - CO г углова  частота

вращени  ротора. Так как при неподвижном роторе частоты напр жений статора и ротора

равны со u)f, то частота двухфазного гармонического сигнала на выходе пер- вого арифметического олока 18 равна нулю. Двухфазный гармонический сигнал частотой Ыг U) - (jj (при неподвижном роторе частота UJ,. 0) поступает на первый вход второго арифметического блока 22. Во втором арифметическом блоке двухфазные гармонические сигналы с выходов задающего генеатора двухфазного гармонического сигнала 23 частотой со и первого арифметического блока 18 частотой ы преобразуютс  согласно вьфажени м:

costOpt - costOgt-riinuj t

sin(Uo-4)

oscwot-cosoJ t - sincOpt cos(Uo-t )t.

При неподвижном роторе сигнал с выхода второго арифметического блока 22 повтор ет сигнал с выхода задающего генератора двухфазного гармонического сигнала 23.

Частота о/ с задаетс  определенной величины в зависимости от требуемого диапазона регулировани  частоты вращени  ротора и  вл етс  частотой перехода на встречное вращение магнитного пол  и ротора.

При неподвижном роторе по обмоткам статора и ротора протекает переменный трехфазный ток, который создает в обмотках статора и ротора вращающиес  магнитные пол . При вращении магнитного пол  статора в одном направлении и с одинаковой скоростью с магнит ным полем ротора пол  взаимодействуют между собой, создава  вращающий момент. Когда последний превысит момент сопротивлени  нагрузки на валу, ротор двигател  начнет вращатьс . С выхода датчика 5 частоты токов статора снимаетс  после этого сигнал с частотой, равной сумме или разности частот вращени  и питани  ротора , т.е.

U) Uf. t,

обеспечивающей одинаковую частоту вращени  магнитных полей статора и ротора.

Регулирование амплитуды выходного напр жени  преобразовател  2 частоты статора, а значит,и частоты вращени  ротора осуществл етс  при помощи блока 6 задани  амплитуды напр жени  статора.

Когда ротор начинает вращатьс , сигнал с частотой oj с выхода датчика фазных напр жений статора поступает на вход первого фильтра 16 и далее на вход первого блока 17 пр мого преобразовани  координат. Таким образом, на первый вход первого арифметического блока 18 поступает двухфазный гармонический сигнал с частотой ы , а на второй вход - с частотой и)(фиг. 2).

С выхода первого арифметического блока 18 сигнал с частотой вращени  ротора поступает на первый вход BTO-I рого арифметического блока 22, с выхода которого получаем сигнал с частотой ,равной разности частот задающегог нератора двухфазного гармонического напр жени  оО и частоты вращени  tJ.

После обратного преобразовани  в блоке 24 обратного преобразовани  координат и прохождени  через формирователь 25 управл ющих импульсов и делитель 26 сигнал управлени  поступает на управл ющий вход инвертор- ного звена преобразовател  3 частоты ротора. Частота напр жени  ротора to теперь равна

u).-w,

U)j

5

0

5

0

5

0

5

0

5

С увеличением частоты вращени  ротора U) частота напр жени  ротора а, уменьшаетс  (фиг. 2).

Если WP - , трехфазный синусоидальный сигнал с выхода блока 24 обратного преобразовани  координат имеет пр мое чередование фаз. В момент равенства частот ujp ш , частота выходного сигнала блока 24 обратного преобразовани  координат равна нулю - по обмотке ротора течет посто нный ток. Когда Ыд- и), один из сигналов с выхода второго арифметического блока 22, а именно sin(u;Q-Wf,)t, мен ет знак .Это приводит к изменению чередовани  фаз с выхода блока 24 обпатного преобразовани  координат на обратное, что обеспечивает изменение направлени  вращени  магнитного пол  ротора двигател  (встречно направлению вращени  ротора ) .

При этом результирующее магнитное поле в воздушном зазоре машины вращаетс  с частотой 10 и) р - и)., т.е. меньшей, чем при согласном вращении. В результате чего уменьшаютс  потери в стали статора и увеличиваетс  КПД двигател .

В электроприводе имеетс  автоматическа  система поддержани  посто нства результирующего магнитного потока в воздушном зазоре двигател . Выходные сигналы с датчиков ЭДС Холла 8, пропорциональные величинам магнитных потоков р воздушного зазора по ос м фаз обмоток статора, преобразуютс  с помощью блока 9 преобразований магнитных потоков в составл ющие yjv , .t/ нУ-тевой частоты, представленные в ос х X, У, синхронно вращающихс  с полем двигател . После возведени  в квадрат составл ющих магнитного потока в квадраторах 10 и 11 и суммировани  их в сумматоре 12 выходной сигнал с п(1следнего.

1

пропорциональный квадрату амплитуды магнитного потока Фп в воздушном зазоре двигател , поступает на первый вход блока 13 сравнени . На второй вход блока сравнени  поступает сигнал с блока 14 задани  квадрата амплитуды магнитного потока Фл в

JOA

воздушном зазоре двигател . С выхода блока сравнени  сигнал рассогласовани  с помощью астатического регул тора 15, выполненного в виде интегратора, преобразуетс  в сигнал напр жени  смещени  и подаетс  на второй управл ющий вход выпр мительного звена пребразовател  3 частоты ротора и так измен ет величину тока ротора (возбуждени ) ir и тока намагничивани  (, i + io, чтобы обеспечить посто нство результирующего магнитного потока в воздушном зазоре машины Ф cP. const в соответствии с заданной величиной.

Частота вращени  двигател  регулируетс  подобно двигателю посто нного тока либо изменением величины напр жени   кор  (статора), либо изменением тока возбуждени  и магнитного потока.

Таким образом, способ управлени  двигателем двойного питани  позвол ет обеспечить при согласном вращении магнитного пол  и ротора т желый пуск двигател  из режима упора, а в области его рабочих частот вращени при встречном вращении магнитного пол  и ротора - уменьшение потерь в стали статора и увеличение КПД.

Claims (2)

1. Способ управлени  двигателем двойного питани , выполненным на базе асинхронного двигател  с фазным ротором, при котором подают синусоидальные напр жени  с требуемыми начальными значени ми амплитуды и частоты на фазные обмотки статора и ротора , измер ют частоты фазных напр жений статора и ротора, по которым определ ют текущее значение частоты вращени  ротора, измер ют амплитуду результирующего магнитного потока в воздушном зазоре двигател  двойного питани , сравнивают ее с заданным значением и по результатам сравнени  регулируют напр жение на фазных обмотках ротора, регулируют по требуемому закону амппитуду напр жени  на фазных обмотках статора, о т л и 5323 О

чающийс  тем, что, с целью повышени  КПД путем снижени  потерь , в стали статора, регулируют частоту напр жени  на фазных обмотках ротора пропорционально разности между величиной вычисленного текущего значени  частоты вращени  ротора и величиной заданного значени  синхронной часто Q ты, причем при превышении частоты

вращени  ротора над указанной синх- ронной частотой в процессе разгона двигател  двойного питани  измен ют чередование фаз обмотки ротора.

15

2. Устройство дл  управлени  двигателем двойного питани , выполненным на базе асинхронного двигател  с фазным ротором, содержащее преобразова20 тели частоты статора и ротора, каждый из которых выполнен с инверторным и вьлр мительным звень ми, датчик фазных напр жений статора, выход ко-/ торого соединен с первым входом блока

25 преобразований магнитных потоков и с входом датчика частоты токов статора, вьсход которого подключен к управл ющему входу инверторного звена преоб- разовател  частоты статора, управл ю30 щий вход выпр мительного звена которого соединен с выходом блока задани  амплитуды напр жени  статора, блок задани  амплитуды напр жени  р-о- тора, выход которого соединен с первым управл ющим входом выпр мительного звена преобразовател  частоты ротора , датчики ЭДС Холла, подключенные выходами к второму входу блока преобразований магнитных потоков, а выходы

Q подключены к входам двух квадраторов, подключенных выходами к входам сумматора , соединенного выходом с первым входом блока сравнени , к второму входу которого подключен выход задатде чика амплитуды магнитного потока в воздушном зазоре машины, выход блока сравнени  подключен к входу интегратора , соединенного выходом с вторым управл гацим входом выпр мительного

0 звена-преобразовател  частоты ротора, отличающеес  тем, что, с целью повышени  КПД путем снижени  потери в стали статора, введены делитель , блок формировани  управл ющих

е импульсов, блок обратного преобразовани  координат, первый и второй арифметические блоки, задающий генератор двухфазного гармонического сигнала, первый и второй блоки пр мого преоб35

11151

раэовани  координат, первый и второй фильтры и датчик фазных напр жений ротора, при этом вход первого фильтра подключен к выходу датчика фазных напр жений статора, а выход соединен с входом первого .блока пр мого преобразовани  координат, выход которого соединен с первым входом первого арифметического блока, выход датчика фазных напр жений ротора подключен к входу второго фильтра, выход которого соединен с входом второго блока пр мого преобразовани  координат, подклю-. ченного выходом к второму входу пер12

вого арифметического блока, выход первого арифметического блока соединен с первым входом второго арифметического блока, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора двухфазного гармонического сигнала, выход второго арифметического блока

соединен с входом блока обратного

преобразовани  координат, выходом соединенного с входом блока формировани  управл ющих импульсов, выход которого подключен через делитель к управл ющему входу инверторного звена преобразовател  частоты ротора.

(pue.Z