SU675568A1 - Электропривод с машиной переменного тока - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к частотноуправл емому электроприводу переменного тока и предназначено дл  исполь зовани  в системах, в которых требуетс  высокое качество регулировани . Известны частотно-управл емые эле ктроприводы переменного тока на базе различных машин переменного тока, решающие задачи регулировани  с высоким качеством. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  электропривод с машиной переменного тока, содержащий блок задани  составл ющих тока статора, блоки пр мого и обратного преобразований координат, формирователь ЭДС, а также датчик углового положени , с помощью которого образу ютс  необходимые дл  преобразований токов статора гармонические функции . Недостатком известного электропри вода  вл етс  наличие погрешностей в сигналах управлени  на выходах блО ков пр мого и обратного преобразований координат, обусловленные датчиком углового положени . Цель изобретени  - повышение точности работы электропривода с машиной переменного тока за счет улучшени  качества формируемых в нем гармонических функций частоты токов (напр жений ) статора. Это достигаетс  тем, что в электропривод с машиной переменного тока, содержащий блок задани  составл ющих тока статора, блоки пр мого и обратного преобразований координат, формирователь ЭДС и датчик углового по снени , введены задатчик тока намагничивани  машин и формирователь гармонических функций, ацни из входов которого подсоединены к упом нутому формирователю ЭДС, другие входы через упом нутый датчик углового положени  - к задатчику тока намагничивани  машин, а выходы - к блокам пр мого и обратного преобразований координат . В качестве машины применена синхронна  машина, а задатчик тока намагничивани  соединен также с упом нутым блоком задани  составл ющих тока статора; в качестве машины может быть применена асинхронна  коротко-замкнута  машина, а задатчик тока намагничивани  соединен с упом нутым блоком задани  составл ющих тока статора и формирователем гармонических функций; кроме того, может быть применена асинхронна  машина с фазным ротором, а задатчик тока намагничивни  соединен с датчиком фазных токо и напр жений ротора,

На фиг. 1 дана структурна  схема Электропривода переменного тока; на фиг, 2 - структурна  схема формировател  гармонических функций, на фиг. 3, а, б, в - структурна  схема задатчика тока намагничивани  дл  различных типов машин.

Электропривод содержит машину 1 переменного тока, датчик 2 углового положени , блок 3 пр мого преобразовани  координат, блок 4 обратного преобразовани  координат, блок 5 регул торов , блок б задани  составл ющих тока статора, источник 7 регулируемого питани  статора, датчики 8 и 9 фазных токов и напр жений статора, задатчик 10 тока намагничивани  машин , формирователь 11 гармонических функций, формирователь 12 ЭДС статора 12.

Ротор машины подключен к источнику 13 регулируемого питани .

В цеп х ротора включены датчики 14 и 15 фазных токов и напр жений.

Электропривод на фиг. 1 представлен в разомкнутом виде, как элемент системы регулировани  по скорости или углу.

На вход блока 5 регул тора с блока б поступают сигналы задани , составл ющих ток.а статора Од и Ug, которые в замкнутом приводе  вл ютс  выходными сигналами соответствующих регул торов потокосцеплени  и скорости , а также сигналы обратной св зи и и Ug, преобразованные из трехфазной систег ал токов статора с помощью блока обратного преобразовани  координат 4.

Выходные сигналы блока 5 регул торов поступают на блок 3 пр мого преобразовани  координат, где преобразуетс  в сигналы управлени  дл  регулируемого источника 7 питани ,подключенного к обмоткам статора машины переменного тока,

В качестве источника 7 может использоватьс , например, источник регулируемого напр жени  с обратной св зью по току.

бходы дл  гармонических функций блоков 3 и. 4 подключены к датчику 2 не непосредственно,а через Формирователь 11 гармонических функций, св занный с формирователем ЭДС ста.тора 12,

Питание обмоток датчика 2, в качестве которого используетс  например , синусно-косинусный вращаюидайс  тpaнcфop тop (СКВТ), осуществл ютс  от задатчика 10 тока намагничивани  машины,

Формирователь 11 гармонических функций, представленный на фиг, 2, содержит сумматоры 16-18, апериодические звень  19, 20, элементы 21, 22 делени , определитель 23 амплитуды, 5 блок 24 формировани  выпр мителей.

На выходе формировател  ЭДС статора 12 по информации, получаемой с датчиков 8 и 9, формируютс  составл ющие ЭДС Pj и f. Названные составл ющие ЭДС могут быть получены непосредственным образом, с помощью специальных обмоток, располагаемых в рабочих пазах машины.

Составл ющие if и Lj., а также выходные сигналы блока 24 через сумматор 16 поступают на входы соответствующих апериодических звеньев 19 и 20,

Принцип работы электропривода заключаетс  в следующем. Регулирование вектора полного тока статора производитс  в эле.ктроприводе по его составл ющим в синхронно вращающейс  системе координат. Одна из осей этой системы координат а ориентирована

5 по направлению вектора потока в машине , а друга  в в опережающем ее на 90° направлении. Составл юща  полного тока по оси а определ етс  сигналом задани  Од , а по оси в сигналом Ug,

Текущее угловое положение вращающейс  системы координат а, в относительно неподвижного статора (угол) может быть определено, например , по составл ющим тока намагничивани  машины в ос х ;f и g, статора.

Если обозначить составл ющие тока намагничивани  через и 1, , то, использу  известное правило, определ ют Зт Л , Ci)5c/v по следующим отношени м, реализуемым в формирователе 11 гармонических функций:

SlUdv 7

tvf Mj

(i)

С0. -t- -Ц

Дл  реализации выражени  1) в формирователе 11 выполн ютс  операции извлечени  квадратного корн  из суммы квадратов двух величин с помощью определител  23 амплитуды (см. фиг.2), а также операции делени  с помощью элементов 21, 22 делени .

Составл ющие тока намагничивани  i)w.f и Аук получаютс  в электроприводе путем интегрировани  составл ющих фазных ЭДС у: и f с помощью апериодических звеньев 19 и 20. С учетом того , что апериодические звень  внос т большие погрешности интегрировани , особенно на частотах, близких к нулю и того, что на нулевой частоте,токов статора f/и j: равны нулю, на входы .апериодических звеньев необходимо подавать также сигналы, пропорциональные составл ющим тока намагничивани Эти сигналы могут быть получены с по мощью грубого, неточного датчика, к ким  вл етс , например, датчик 2 угл вого положени . При соответствующем выборе посто  нной времени апериодических звеньев 19и 20 (она должна быть как можно больше) на рабочих частотах токов ст лгора составл ющие тока намагничивани  iyuf и tyuo формируютс  в основном по сигналам фазных ЭДС. i и Ig.. При этом сигналы с датчика 2 существенно ослабл ютс  в апериодических звень х а сигналы на выходах звеньев 19 и 20имеют хорошую синусоидальную форму и обеспечивают формирование требуемых гармонических функций и сигна лов на выходах блоков 3 и 4 пр мого и обратного преобразований координат без погрешностей. При этом также обеспечиваетс  высока  точность рабо ты электропривода в целом. При нулевой.частоте токов статора (в статоре протекают посто нные токи ) гармонические функции и сигналы на выходах блоков 3 и 4 формируютс  по сигналам, поступающим с датчика 2 углового положени , однако в этом ре жиме они не содержат пульсаций, опре дел емых датчиком, Всоответствии с этим принципом в задатчике 10 формируетс  пара напр жений дл  запитки датчика 2 углового положени . Амплитуда этих напр  жений соответствует задаваемому в машину току намагничивани . С выхода блока 24 (см. фиг. 2) после фазированного напр жени  получают пару напр жений UL г и УЛУС, , соответствующих составл ющим тока намагничивани  в ос х статора /ид., if, i/uf . II Kt где K, Kg - коэффициенты преобразовани . Суммируют с помощью сумматора 16 выходные сигналы блока 24 с соответствующим составл ющими ЭДС 8 f и f « , поступаю1да1ми с формировател  ЭДС 12 и подают полученные суммы на входы апериодических звеньев 19 и 20. с вы хода их снимают сигналы u;.Y ,и . , П i4 рТе где Т|, Tg - посто нные времени звеньев 19 и 20 соответ ственно; Kj - коэффициент передачи; р - оператор. Составл ющие ЭДС могут быть ff i/uf ,/4) C K4PVs, где К - коэффициент, определ емый параметрами машины. Использу  формулу 2 и выбира  посто нные времени в соответствии Тр lA liJi- , 2- К л Кэ - 3 из формулы 3 получают uA - It t-n. П- K / sОтсюда следует, что выходные сигналы апериодических звеньев, получен ых по формуле (5) и с учетом коэффициента преобразований могут быть использованы в качестве составл ющих тока намагничивани , необходимых дл  формировани  гармонических функций по формуле (1), Причем выражение (6) справедливо дл  всех режимов работы электропривода, включа  режим заторможенной машины. Посто нные времени Т. и Tg апериодических звеньев выбирают болыиими (например, 10-20 сек) с тем, чтобы на рабочих частотах (например, от 0,1 Гц и выше) получение сигналов по формуле (6) производилось в основном за счет использовани  информации о составл ющих ЭДС f. и Р с. При этом на частотах более 0,1 Гц коэффициент передачи по сигналам Utif и мал и роль датчика углового положени  2 сводитс  к формированию лишь начальных (пусковых) значений гармонических функций, а также поддержанию работоспособности Электропривода при длительных сто нках машины. Использование апериодических звеньев с большими посто нными времени дл  ф.ормировани . гармонических функций не вносит запаздываний в контур ы регулировани  электроприводом, так как выполн етс  условие по формуле (5). При этом одновременно обеспечиваетс  хороша  фильтраци  составл ющих ЭДС j. и ч..по высокочастотным помехам и хорошее качество формируеNbix гармонических функций. Таким образом, введение в электропривод в соответствии с изобретением задатчика тока намагничивани  и формировател  гармонических функций позвол ет производить формирование гармонических функций в рабочих режимах (практически с- частот вращени  0,1 Гц и выше) с высокой точностью за счет использовани  составл ющих ЭДС стато- ра, а не сигналов с датчика углового положени . В соответствии с изобретением в электроприводе могут использоватьс  машины переменного тока различных

типов. При сохранении общей структуры (см фиг. 1) использование той или иной машины св зано лишь с выполнением задатчика тока намагничивани  и схемой подсоединени  его выходов,

В случае использовани  в электроприводе синхронной машины задатчик 10.тока намагничивани  подсоединен к блоку 6 заданий составл ющих тока . статора и содержит в своем составе блок 25 модул тора, элементы 26 и 27 делени , элемент 28 суммировани  и функциональный элемент 29 (см. фиг,3 Структура задатчика составлена, исход  иэ предположени , что.угол между осью синхронно вращающейс  системы координат и продольной осью ротора о мал во всех режимах работы и можно считать его равным нулю. Частота выходных сигналов датчика 2 сортветствует частоте вращени  ротора,

При использовании в электроприводе асинхронного коротко-замкнутого двигател  цепи, св занные с ротором машины (см , фиг. I) , отсутствуют. Задатчик 10 тока намагничивани , кроме блока б задани  составл ющих тока статора, св зан также с формирователем гармонических функций (показано пунктиром на фиг. 1) и содержит в своем составе блок 25 модул торов, формирователь 30 частоты токов ротора, элементы 31 32 умножени  и масштабный преобразователь 33 (см.фиг.3,б), Частота выходных сигналов датчика 2 соответствует частоте пол  статора и формируетс  как сумма частоты вращени  ротора и выходной частоты формировател  30,

При использовании в электроприводе асинхронного двигател  с фазна м ротором цепи статора (ротора) подключены . к питающей сети через источник 7 регулируемого напр жени , а цепь ротора (статора) - непосредственно. Задатчик 10 тока намагничивани  подсоединен к датчикам 14 и 15 фазных токов и напр жений ротора (статора) (показано штрих-пунктиром на фиг,1) и содержит в своем составе блок 25 модул торов и формирователь 34 ЭДС ротора (см. фиг. 3,в). Структура задатчика составлена, исход  из предположени , что ось а синхронно вращающейс  системы координат направлена по вектору полного потока машины . Частота выходных сигналов датчика 2 соответствует разности частот питающей сети и вращени  ротора. Режим синхронного Вращени  ротора соответствует здесь режиму заторможенного ротора в электроприводах с синхронной и асинхронной коротко-замкнутой машины.

Таким образом, введение в соответствии с изобретением в электроприводы с различными машинами переменного тока новых блоков, а именно задатчика тока намагничивани  и формировател  гармонических функций, позвол ет обеспечить формирование гармонических функций в основном за счет информации об ЭДС статора. Роль электромеханического датчика углового положени  сводитс  к вспомогательным функци м по образованию начальных (пусковых) значений этих функций и поддержанию работоспособности электропривода при длительных сто нках (в случае использовани  асинхронной машины с фазным ротором - в режиме синхронного вращени  ротора).

При этом повышаетс  точность формировани  гармонических функций, выходных сигналов блоков пр мого и обратного преобразовани  координат и всего привода в целом.

Claims (4)

1.Электропривод с машиной переменного тока, содержащий блок задани  составл ющих тока статора, блоки пр мого и обратного преобразований кординат , формирователь ЭДС и датчик углового положени , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности работы во всем диапазоне регулировани  скорости, в него введены задатчик тока намагничивани  машины и формирователь гармонических функций, одни из входов которого подсоединены к упс 1 нутому формирователю ЭДС, другие входы через упом нуты датчик углового положени  - к задатчику тока намагничивани  машины, а выходы - к блокам пр мого и обратного преобразований координат.

2.Электропривод по п, 1, о т л ичающийс   тем, что в качестве машины применена синхронна  машина,

а задатчик тока намагничивани  соединен также с упом нутым блоком задани  составл ющих тока статора,

3.Электропривод по п. 1, о т л ичающийс   тем, что в качестве машины применена асинхронна  короткозамкнута  машина, а задатчик тока намагничивани  соединен с упом нутым блоком задани  составл ющих тока статора и формирователем гармонических функций,

4.Электропривод по п, 1, отличающийс  тем, что в качестве машины применена асинхронна  машина

с фазным роторсй, а задатчик тока намагничивани  соединен с датчиками фазных токов и напр жений ротора.

Г