Устройство для формирования составляющих опорного параметра ротора асинхронной машины с фазным ротором (его варианты)

СОЮЗ СОВЕТСКИХасцВЮОнесЮЮРЕСПУБЛИК ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОЧНРЫТИЙ(56) 1, Патент США Р 3859578,кл . 318-197, 1975.2. Авторское свидетельство СССРИ 675567, 1976.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ СОСТАВЛЯЮИДХ ОПОРНОГО ПАРАМЕТРА РОТОРААСИНХРОННОЙ МАШИНЫ С ФАЗНЫМ РОТОРОМ(57) 1. Устройство .для формированиясоставляющих опорного параметраротора асинхронной машины с фазным.,801100 99, А ЭИ 9 Н 02 Р 5/34 ф Н 02 Р 7/42 ротором, содержащее датчик фазных токов ротора, датчики фазных токов и напряжений статора, связанные с датчиком составляющих ориентирующего параметра статора, выходы которого подключены к одним входам координатного преобразователя, к другим входам которого подключены выходы датчика фазных токов статора, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения, снабжено определителем составляющих тока ротора в синхронных осях, дополнительным координатным преобразователем и блоком нормирования, вход которого подключен к выходу дополнительного каор-ЕФ динатного преобразователя, входы которого связаны с выходами датчика фазных токов ротора и определителя Сф составляющих тока ротора в синхроно ных осях, входы которого соединены а с выходами координатного преобразователя .. Редактор Л.Алексеенко Техред И. Кузьма Корректор А.Тяс Зака дпис 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектна 93/41 ТиражВНИИПИ Государствепо делам изобрет 113035, Москва, Ж67ого комитета СССий и открьггийРаушская наб., д1100699 2. Устройство для Формирования составляющих опорного параметра ротора асинхронной машины с фазным ротором, содержащее датчик фазных токов ротора, датчики фазных токов и напряжений статора, связанные с датчиком составляющих ориентирующего .параметра статора, выходы которого подключены к одним входам координатного преобразователя, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью упрощения снабжено блоком нормирования, дополнительным координатным преобразователем и определителем токов ро-. тора .в осях статора, входы которого подключены к датчикам фазных токов и напряжений статора, а выходы соединены с одними входами дополнительного координатного преобразователя, другие входы которого соединены с выходами датчика фазных токов ротора, а выходы дополнительного координатного преобразователя связаны с другими входами координатного преобразователя, выход которого подключен к блоку нормирования.3. Устройство для формирования составляющих опорного параметра ротора асинхронной машины с фазным ротором, содержащее датчик фазных токов и напряжений статора, связанные с датчиком составляющих ориентирующего параметра статора, выходы которого подключены к одним входам координатного преобразователя, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения, снабжено блоком нормирования, дополнительным координатным преобразователем и определителем токов ротора в осях статора, входы которого подключены к датчикам фазных токов и напряжений статора, а выходы соединены с одними входами дополнительного координатного преобразователя, другие входы которого связаны с выходами координатного преобразователя, другие входы которого подключены к датчику фазных токов ротора, при этом выход дополнительИзобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам ного координатного преобразователя связан с входом .блока нормирования.4. Устройство для формирования составляющих опорного параметра ротора асинхронной машины с фазным ротором, содержащее датчик Фазных токов ротора, датчики фазных токов и напряжений статора, связанные с датчиком составляющих ориентирующего параметра статора, выходы которого подключены к одним входам координатного преобразователя, другие входы которого подключены к выходам датчика фазных токов статора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения, снабжено блоком нормирования, дополнительным координатным преобразователем, определителем токов статора в осях ротора и датчиком фазных напряжений ротора, выход которого и выход датчика Фазных токов ротора соединены с входами определителя токов статора в осях ротора, выход которого подключен к одним входам дополни - тельного координатного преобразователя, к другим входам которого подсоединены выходы координатного .преобразователя при этом выход дополнительного координатного преобразователя соединен с входом блока нормирования.5. Устройство по пп, 1 - 4, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что снабжено датчиком составляющих скорости изменения опорного параметра ротора и блоком апериодических звеньев, входы которого связаны с выходами датчика составляющих скорости изменения опорного параметра ротора и блока нормирования.6. Устройство по и. 5, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что снабжено третьим координатным преобразователем, одни входы которого связаны с выходами датчика составляющих скорости изменения опорного параметра ротора, а другие - с входами блока апериодических звеньев. управления асинхронными машинами сФазным ротором, и может быть исполь3,: . 110069 зовано в системах управления враЩением нагрузки и регулирования .потребления мощности из питающей сети. 1 также снабжено датчиком составлявптихскорости изменения опорного параметра ротора и блоком апериодическихзвеньев, входы которого связаны свыходами датчика составляющих скорос 5Известно устройство для формирования составляющих опорного параметра ротора (гармонических Функций для координатных преобразователей) асинхронной машины с фазным ротором, 10 содержащее датчик углового положения, датчик напряжения сети, датчик тока ротора, координатный преобразователь 1.1 .1 15Недостатком известного устройства является конструктивная сложность из-за необходимости размещения на валу асинхронной машины электромеханического датчика,Наиболее близким к изобретению является устройство для Формирования составляющих опорного параметра ротора асинхронной машины с Фазным 25 , ротором, содержащее датчик Фазных токов ротора, датчики фазных токов и. напряжений статора, связанные с датчиком составляющих ориентирующего параметра статора, выходы которого З 0 подключены к одним входам координатного преобразователя, к другим входам которого подключены выходы датчика фазных.токов статора 2.Недостатком известного устройства З является сложность электрической схемы, обусловленная наличием специального электронного генератора, построенного, на высокоточных интеграторах с большой постоянной времени. 0 Генератор, содержащий элементы нормирования амплитуды, элементы коммутации, блок Фильтрации управляющих сигналов, двухканальный широтно- импульсный модулятор, является слож-ным в настройке и ограничивает область применения устройства.Цель изобретения - упрощение устройства для формирования составляющих опорного параметра ротора.Указанная цель достигается тем, что в устройство введен определитель составляющих тока ротора в синхронныхосях, дополнительный координатныйпреобразователь и блок нормирования, вход которого подключен к выхОду дополнительного координатного преобразователя, входы которого связаны с выф,ходами датчика фазных токов ротора и определителя составляющих тока ротора в синхронных осях, входы которого соединены с выходами координатного преобразователя.Согласно другому варианту устройство может быть снабжено блоком нормирования, дополнительным координатным преобразователем и определителемтоков ротора в осях статора, входы которого подключены к датчикам фаэ.ных токов и напряжений статора, а выхОды соединены с одними входами дополнительного координатного преоб" разователя, другие входы которого соединены с выходами датчика фазных токов ротора, а выходы дополнительного координатного преобразователя связаны с другими входами координатного преобразователя, выход кото-, рого подключен к блоку нормирования.Устройство может быть снабжено блоком нормирования, дополнительным координатным преобразователем и определителем токов ротора в осях статора, входы которого подключены к датчикам фазных токов и напряжений статора, а выходы соединены с одними входами дополнительного координатного преобразователя, другие входы которого связаны с выходами координатного преобразователя, другие входы которого подключены к датчику фаэных токов ротора, при этом выход дополнительного координатного преобразователя связан с входом блока нормирования.Устройство может быть снабжено блоком нормирования, дополнительным координатным преобразователем, определителем токов статора в осях ротора и датчиком фазных напряжений ротора, выход которого и выход датчик фазных токов ротора соединены с входами определителя токов статора в осях ротора, .выход которогоподключен к одним входам дополнительного координатного преобразователя, к другим входам которого под"соединены выходы координатного преобразователя, при этом выход дополнительного координатного преобразо-вателя соединен с входом блока нормирования, Кроме того, устрбйство может быль0699 6к входу координатного преобразователя 11, выход которого связан свходом статора на частоте токов ротора своим выходом подключен к одним входам координатного преобразователя 11.Устройство работает следующимобразом.Определим аналитические выраже"ния, связывающие фазные токи статораи ротора, между собой и с составляющими этих токов в синхронных осяхсС и ф, вращающихся с угловой скоростью иг поля статора (фиг. 8).Рассматриваются установившиесярежимы работы асинхронной машины сфазным ротором, которые характеризуются синусоидальными токами и напряжениями фаз.машины. Числа витковфазных обмоток статора и роторапринимаются равными между собой.При управлении асинхронной машиной с фазным ротором выбираетсяориентирующий параметр статора.Таким параметром может быть либонапряжение статора, либо ток статора,либо полное потокосцепление статораУлибо намагничивающий (реактивный)ток статора. Для конкретности рассмотрения за ориентирующий параметрстатора выбирается реактивный токь статора. С направлением этоготока совпадает направление оси р(фиг. 8). Вектор тока 1 р вращается со скоростью ь 5 (фазовый угол Ч )относительно фазных обмоток статоа - осей я, Е,Устройство содержит датчик 1 фазных токов статора, датчик 2 фазных составляющих напряжений 1, датчик 3 фаэных составляющих тока ротора (фиг. 1-3). В определителе 4 составляющих опорного параметра ротора производится преобразование фазньпс величин, поступающих от датчиков 1,2 и 3, В блоке 5 (фиг. 2), входы которого подключены к выходам датчиков фаэных токов и напряжений ротора, производится определение скорости изменения опорного параметра ротора, Выход блока 5 соединен с блоком 6 апериодических звеньев и одним из входов формирователя 7 скольжения, другой 35 вход которого подключен к вьходу блока 6.РДатчик 8 (фиг. 4) фазных составляющих ориентирующего параметра статора своим выходом связан с входом 40 первого координатного преобразователя 9, выход которого подключен к входу формирователя 10 составляющих тока ротора в синхронных осях. Второй координатный преобразователь 11 одними входами связан с выходом формирователя 10, а своим выходом связан с входом блока 12 нормирования. Формирователь 13 (фиг. 5) фазных токов ротора на частоте токов статора своим выходом подключен к одному из входов второго координатного преобразователя 11, выход которого связан с входом первого координатного преобразователя 9 выход которого подключен к входу блока 12 нормирования. Выход координатного преобразователя 9 (фиг 6) подключен(1)1/ =1 Л+1 щ45 где х - реактивный ток ротора (ток1 Пнамагничивания, поступающий со стороны ротора),совпадающий с осью р;1 - величина тока намагничи 50 вания асинхронной машины;1 - величина тока намагничивабйния статора;1 - величина тока намагничифйвания ротора.55 Вектор тока д вращается относительно осей д, ц связанньцс с ротором, со скоростью сис,(фазовый угол ),Оси Й, ц вращаются относительно 5 110ти изменения опорного параметра ротора и блока нормирования,Помимо этого, устройство можетбыть снабжено третьим координатнымпреобразователем, одни входы которого связаны с выходами датчика составляющих скорости изменения опорного,параметра ротора, а другие - с входами блока апериодических звеньев,На фиг. 1-4 представлены .структур Оные схемы, поясняющие выполнение первого варианта устройства для формирования составляющих опорного параметра ротора; на фиг. 5 - 7 - структурныесхемы других вариантов выполнения 15устройства; на фнг. 8 - пространственная векторная диаграмма токов (ампервитков) асинхронной машины с фазным ротором.тВектор полного тока х намагничивания, совпадающий,с осью р ра- веносей я, Г со скоростью Я - фазовый угол 9 (фиг; 8).Токи д и д,. содержат активные составляющие д 5, и д , для которых справедливо 515 = д = 1 =15, 1 (2) где Э - велйчина активного токастатора (ротора).Выражения (1) и (2) вытекают из еО принципа работы асинхронной машины с фазным ротором, при этом ток определяется в основном напряжением, питающим статор. Ориентирующий параметр статора формируется в блоке 8 15 (фиг. 4) иэ напряжения О ,и тока ГЗ статора, которые поступают в блок 8 в виде измеренных фазных напряжений и токов. Обычно пользуются нормированным (с единичной амплитудой) ориен- Ю тирующим параметромстатора, сов- падающим по направленйю с осью рф Для амплитуд векторов циокоторые составляют. этот едийичный вектор в осях а, Г имеем 25 г здпЧ(3) Опорным параметром ротора является вектор ,1, Обычно используют нор мированный опорный параметр6 ротора.На фиг. 8 этот вектор совпадает с ориентирующим параметром статора однако для амплитуд векторов ю. и . , З 5 которые составляют опорный пара етр ротора в осях и, Иимеем оъ= -ехп г (4)= соз г40С учетом сказанного и в соответст вии с фиг. 8 имеем следующие уравнения:для фазных токов ротора 45О) д = -1 щзпу+ 1 соя д,1 = 1 соз г+ 1 яп у) для фаэных токов статора 1 =3 5 пЧЗ со 9:(3 -дунЖЭ саг,(Ц=3 созевЬУ:О -3 19-ЗрпУ 55 при этом имеем+9 =Р (7)Величину 1 либо принимают постоянной, либо вычисляют в процессе управления асинхронной машиной, при этом используют информацию от датчика 2 о напряжении О питания ста 3тора. Фаэнце токи статора и ротора измеряются датчиками 1 и 3 (фиг. 2) .Уравнения (5), (6) и (7) вместе с уравнениями (1), (2) и (3) состав" ляют систему уравнений, на основе которой можно аналитически показать существо преобразований, которые необходимо производить с фазными токами ротора (5) и статора (6) и с фазными составляющими ориентирующего параметра статора (3) для полученияфаэных составляющих опорного параметра ротора (4).В блоке 8 (фиг. 4) формируютсяфаэнце составляющие ориентирующегопараметра статора в соответствиис выражением (3). Для этого определяются фазные напряжения статора, соответствующие фазным потокосцеплениям статора, путем 1 К-компенсации. фЗатем производится интегрирование полученных фазных напряжений.Требуемые гармонические функции зп 9 и соя Ч (фазные составляю щие ориентирующего параметра статора) получаются при нормировании результатов интегрирования - путемделения на амплитуду.В блоке 9 (первый координатный преобразователь) токстатора сравнивается с токомпо правиламокоординатных преобразований - определяются составляющие тока статорав синхронных осях с, 55 в ОХ,Е ,ф ,%ф(8)1 а ау о Юф ) где фазные составляющие ориентирующего параметра статора формируются блоком 8, а фазные .токи статора измеряются датчиками 1 тока (фиг. 1).В соответствии с выражениями (1) и (2) в блоке 10 определяются составляющие тока ротора в синхронных осях с, ф , для чего.в этом блоке используется величина 1,тока намагничивания, которая лйбо принимается постоянной. величиной, либо оп-. ределяется в процессе работы асинхронной машины по результатам измерения напряжения 0 и тока11ным ротором, представленные нафиг. 5 и 6, отличаются от варианта, представленного на фиг, 4, очередностью проведения преобразований с 10 1 1 и 1 г При этом в этих ва риантах в блоке 13 формируется ток ротора 5 на частоте тока статора, Для этого сначала в .блоке 13 вычисляют ток д1 О(17)д= 1 зпЧ.Затем формируют ток ротора на частоте статора Г 515 го "Е рЕ 1 г 11 соз Ч 181 пЧ (18)= -11,зьп 9 - 1,соз,) На фиг. 5 в блоке 11 координатные преобразования ведутся в соответствии с выражениями25 где токи диу- токи ротора в осях, вращающихся со скоростью ф=в.В блоке 9 координатные преобразования ведутся в соответствии с вы- ражениями р о д оЭ й:Э Ф Г (51 п, 70 д огВ О,(го)35 После нормирования в блоке 12 имеем на выхоДе блока 4 (Фиг. 5) грубые (с пульсациями) составляющие з 1 п у 40 и созе опорного параметра ротора,В координатном преобразователе 9 (фиг. 6) сравниваются токиг ид, а полученные результаты сравниваются в координатном преобразователе 11 45 с током5 с выхода блока 13. Сигналы с выхода преобразователя 11 пос. тупают в блок 12 нормирования, на выходе которого получаем грубые составляющие залпу и соз г опорного 50 параметра ротора.В вариантах устройств согласно фиг. 4, 5 и 6 для координатных преобразований используются фазные напряжения статора. При использовании 55 для этих же целей фазных напряжений ротора структуры устройств остаютсяаналогичными. 12В устройстве, вариант которого представлен на фиг. 7, содержится формирователь 14 фазных токов стато- ра на частоте токов ротора. Выходы формирователя 14 связаны с датчиками тока и напряжения ротора, В формирователе 14 Формируется сначала ток намагничивания асинхронной машины на частоте токов ротора, а затем он вычитается из тока ротора и формирует-. ся ток . статора на частоте токовтротора. Ток д 5 в координатном преобразователе 11 сравнивается с сигналами с выхода координатного преобразователя 9, в котором сравниваются токи з и д . Сигналы с выхода преобразователя 11 поступают в блок 12 нормирования, на выходе которого формируются грубые составляющие здп г и соз г опорного параметра ротора.Составляющие залпу и соз опорного параметра ротора, формируемые в устройствах согласно фиг. 4-7, используются для получения сигналов управления силовым преобразователем энергии, питающим роторные обмотки асинхронной машины. Упомянутые сигналы управления формируются на выходах координатного преобразователя (не показан). На одни входы этого координатного преобразователя поступают сигналы зюпу и соз от предлагаемого устройства, а на другие - сигналы либо с выходов регуляторов активного и реактивного токов ротора, либо от задатчиков активного и реа активного ротора в зависимости от выполнения силового преобразователя энергии.Сигнал т от блока 7 используется в качестве сигнала обратной связи по скольжению ротора и обеспечивает регулирование числа оборотов асинхронной машины.Таким образом, в предлагаемом устройстве требуемые для управления асинхронной машиной с фазным ротором параметры зп, созг и ф формируются по результатам замеров токов и напряжений асинхронной машины без применения электромеханических датчиков угла и скорости. Предлагаемое устройство в отличие от прототипа не содержит сложной автоколебательной схемы, построенной на прецизионных элементах, и поэтому является более простыми по составу, связям и настройке,