Электропривод с асинхронным двигателем с фазным ротором

.В 12 В,Гул ордена Дружб ный универси аро 72,9(088.8) е свидетель 02 Р 5/34, свидетельст 02 Р 7/42,тво СССР972.о СССР972; 9 5188 (54) (5 НЦМ В И ро ля ты еГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ 7) ЭЛЕКТРОПРИВОД С АСИНХРОНД ИГАТЕЛЕМ .С ФАЗНЫМ РОТОРОМ, статорные и роторные обмотки которого подключены соответственно к выходам преобразователей частоты статора и ротора, содержащий датчик фаэных токов и напряжений статора, подключенные выходами соответственно к управляющим входам и входам для опорных сигналов блока преобразований токов статора, снабженного двумя выходами, датчики фазных токов ротора, подключенные выходами к управляющим входам блока преобразований токов ротора, снабженного двумя выходами, датчики фазных напряжений ротора, блоки заданий амплитуд напряжений статора и ротора, подключенные выходами к первым управляющим входам соответственно преобразователей частоты статора и ротора, блок задания постоянной частоты токов ротора, подключенный выхо. дом к второму управляющему входу преобразователя частоты ротора, блок ЯО 1083 компенсации ЭДС ротора, подключенныйвходами к выходам блоков преобразо- .ваний токов статора и ротора, а выходами - к управляющим входам блокапреобразований ЭДС ротора, выход которого соединен с третьим управляющимвходом преобразователя частоты ротора,датчик углового положения ротора,подключенный входами к выходам датчиковфаэных напряжений статора, а выходами - к входам для опорных сигналовблока преобразований токов ротора иблока преобразований ЭДС ротора,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью снижения электрических потерьв обмотках двигателя при заданномэлектромагнитном моменте, в него вве ЯЪФдены два умножителя, сумматор, интегратор и электромеханический датчикчастоты статора, установленный нароторе асинхронного двигателя с фаз- Сным ротором и соединенный входами свыходами датчиков фазных напряжений Ятора, а выходом - с вторым управющим входом преобразователя частостатора, при этом входы первогоумножителя подключены к первым выхо- СаРдам блоков преобразований токов ста фтора и ротора, входы второго умножителя подключены к вторым выходам бло Мков преобразований токов статора иротора, выходы умножителей подключны к входам сумматора, выход которо- %го подключен к входу интегратора,соединенного выходом с третьим управляющим входом преобразователя частоты статора.ю ,Изобретение относится к электротехнике, в частности к управляемымэлектроприводам на базе асннхрон-фых двигателей с фазным ротором, иможет быть использовано в электротяговых установках, для приводов моталок листовых станов холодной прокатки, гильотинных и летучих ножницпрокатных станов.Известен электропривод с асинхронным двигателем с фазным ротором,статорные обмотки которого подключены к питающей сети непосредственно,а роторные - через управляемый преобразователь частоты. Электроприводсодержит датчики фазных токов и напряжений статора, датчики токов ротора, блоки прямого и обратного првобразований координат, регуляторы продольной и поперечной составляющихтока ротора, блок компенсации ЭДС и 20. датчики углового положения и скорости вращения ротора 1 3.Недостатками известного электропривода являются малый диапазон регулирования скорости вращения, а также невысокие энергетические показатели,Наиболее близким к предлагаемомуявляется электропривод с асинхроннымдвигателем с фазным ротором, статорные и роторные обмотки которогоподключены соответственно к выходампреобразователей частоты статора иротора, содержащий датчики фазныхтоков. статора, подключенные выходамй к управляющим входам блока преобразований токов статора, снабженногодвумя выходами, датчики фазных токов ротора, подключенные выходами куправляющим входам блока преобразова-.ний токов ротора, снабженного двумя 40выходами, регуляторы продольной ипоперечной составляющих тока статора, выходы которых через первый блокпрямого преобразования координат подключены к управляющим входам првобра зователя частоты статора регуляторы опродольной и поперечной составляющихтока ротора, выходы которых черезвторой блок прямого преобразованиякоординат подключены к управляющимвходам преобразователя частоты ротора, генератор гармонических функцийнизкой частоты, связанный выходами свходами регуляторов продольной и по,.перечной составляющих токов статора,и ротора, блок компенсации ЭДС, под 55ключенный входами к выходам блоковпреобразований токов статора и ротора, а выходами в , к входам регуляторов .продольной и поперечной составляющихтока статора, датчик углового положе ния ротора, подключенный выходами квходам для опорныхсигналов блоковпреобразований токов статора и ротора и входам для опорных сигналов блоковпрямого преобразования координат 2, 65 Недостатком указанного электропривода с асинхронным двигателем сфаэным ротором являются невысокизэнергетические показатели.Цель изобретения - снижение электрических потерь в обмотках двигате-ляпри заданном электромагнитном моменте,1Указанная цель достигается тем,что в электропривод с асинхроннымдвигателем с фазным ротором, статорные и роторные обмотки которого подключены соответственно к выходампреобразователей частоты статора иротора, содержащий датчики фазных то.ков и напряжений статора, подключенные выходами соответственно к управляющим входам и входам для опорныхсигналов блока преобразований токовстатора, снабженного двумя выходами,датчики фазных токов ротора, подключенные выходами к управляющим входамблока преобразований токов ротора,снабженного двумя выходами, датчикифаэных напряжений ротора, блоки заданий амплитуд напряжения статора иротора, подключенные выходами к первым управляющим входам соответственно преобразователей .частоты статораи ротора, блок задания постояннойчастоты токов ротора, подключенныйвыходом к второму управляющему входупреобразователя частоты ротора, блоккомпенсации ЭДС ротора, подключенныйвходами к выходам блоков преобразований токов статора и ротора, а выходами - к управляющим входам блока преобразований ЗДС ротора, выход которого соединен с третьим управляющимвходом .преобразователя частоты ротора, датчик углового положения ротора,подключенный входами к выходам датчиков фазных напряжений статора, а выходами - к входам для опорных сигналов блока преобразований токов ротора и блока преобразований ЭДС ротора,введены два умножителя, сумматор, интегратор и электромеханический датчикчастоты статора, установленный на роторе асинхронного двигателя с фазныйротором и соединенный входами с выходами датчиков фазных напряжений ротора, а выходом - с вторым управляющимвходом преобразователя частоты статора, при этом .входы первого умножителя подключены к первым выходамблоков преобразований токов статораи ротора, входы второго умножителяподключены к вторым выходам блоковпреобразований токов статора и ротора, выходы умножителей подключены квходам сумматора, выход которого подключен к входу интегратора,соединенного выходом с третьим управляющимвходом преобразователя частоты статора.гНа фиг,1 представлена функциональная. схема электррпривода с асинхронным двигателем с фаэным ротором, на фиг,2 - диаграмма токов.Электропривод содержит асинхронный двигатель 1 с фаэным ротором (фиг.1), статорные и роторные обмотки которого подключены соответственно к выходам преобразователя 2 частоты статора и преобразователя 3 частоты ротора, датчики.фаэных токов 4 и напряжений 5 статора, подключенные выходами к управляющим входам и входам для 10 опорных сигналов блока 6 преобразова-. ний токов статора, снабженного двумя выходами, датчики 7 фазных токов ротора, подключенные выходами к управля- ющим входам блока 8 преобразований 15 токов ротора, снабженного двумя выходами, датчики 9 фаэных напряжений ротора, блоки 10 и 11 заданий ампли-.- туд напряжений статора и ротора, подключенные выходами к первым упра вляющим входам соответственно преобразователей .2 и 3 частоты статора и ротора., блок 12 задания постоянной частоты токов ротора, подключенныйвыходом к второму управляющему входу 25 преобразователя 3 частоты ротора, блок 13 компенсации ЭДС ротора,подключенный входами к выходам блоков 6 и 8 преобразований токов статораи ротора, а выходами - к управляющим З 0 входам блока 14 преобразований ЭДС ротора, выхоц которого соединен стретьим управляющим входом преобразователя 3 частоты ротора, датчик 15 углового положения ротора, подключен-З 5ный входами к выходам датчиков 5 фазных напряжений статора, а выходами - к входам для опорных сигналов блока 9 преобразований токов ротора и блока 14 преобразавания ЭДС ротора..в электропривод с асинхронным двигателем с фазным ротором введены два умножителя 16 и 17, сумматор 18, интегратор 19 и электромеханический датчик 20 частоты статора, установленный на роторе асинхронного двигате ля 1 с фаэным ротором и соединенный входами с выходами датчиков 9 фазиых напряжений ротора, а выходом - с вторым управляющим входом преобразовате-ля 2 частоты статора, при этом входи 50 первого умножителя 16 подключены к первым выходам блоков 6 и 8 преобрЬ- зований токов статора и ротора, входы второго умножителя 17 подключены к вторым выходам блоков 6 и 8 преобразований токов статора и ротора, выходи умножителей 16 и 17 подключены к входам сумматора 18, выход которого подключен к входу интегратора 19, соединенного выходом с третьим управляющим входом преобразователя 2 60 частоты статора.Блок 13 компенсации ЭДС ротора содержит блоки 21 и 22 вычислений соста вляющих потокосцепления ротора, входы которых образуют. входы блоков компенсации ЭДС ротора, и умножители 23 и 24, первые входы которых подключены к выходам блоков 21 и 22 вычислений составляющих потокосцепления ротора, а выходы образуют выходы блока компенсации ЭДС ротора, при этом вторые входы умножителей 23 и 24 объединены между собой и подключены к задатчику нулевой частоты токов ротора.Электропривод с асинхронным двигателем с фазным ротором работает следУющим образом.Регулирование скорости вращения осуществляется по двум каналам. По первому каналу (якорного регулирования) блок 10 задания амплитуды напряжения статора воздействует на фазу управления выпрямительного звена преобразователя 2 частоты статора и регулирует тем самым его выходное напряжение. По второму каналу (регулирования возбуждения) блок 11 задания амплитуды напряжения ротора определяет амплитуду выходного напряжения преобразователя 3 частоты ротора.При подаче напряжения литания на преобразователи 2 и 3 частоты статооа и ротора блок 12 задания постоянной частоты токов ротора (задает постоянную частоту порядка 3-5 Гц) открывает управляемые вентили (тиристоры) преобразователя 3 частоты ротора и по обмотке ротора асинхронного двигателя 1 начинает протекать трехфазный низкочастотный ток возбуждения, создающий вращающееся магнитное поле,так как вначале ротор асинхронного двигателя 1 неподвижен, то с выхода датчика 20 частоты статора, подключенного к датчикам 9 фазных напряжений ротора, на управляющий вход преобразователя 2 частоты статора (на управляющий вход инвертора) поступают сигналы управления с частотой . питания ротора ы, открывающие управляемые вентили. При этом по обмотке статора асинхронного двигателя 1 протекает трехфазный ток и.создается вращающееся магнитное поле, которое при вращении в одном направлении и с одинаковой скоростью с полем ротора взаимодействует с ним, создавая вращающий момент, Когда последний превысит момент сопротивления нагрузки, ротор асинхронного двигателя 1 начинает вращаться,1С выхода датчика 20 частоты статора снимается после этого сигнал с частотой, равной сумме частот питания и вращения ротора, т.е,шз:щ +ю,Япоступающий на управляющий вход преобразователя 2 частоты статора и обеспечивающий одинаковую скорость вращения магнитных полей статора и ротора..1083320 Выходные сигналы с датчиков 4 фазных токов статора преобразуютсяспомощью блока 6 преобразований токов.статора в составляющие нулевой частоты 1 5, представленные в осяхх,у, синхронно вращающихся с полем5двигателя (фиг,2), Выходные сигналыс датчиков 7 фазных токов ротора преобразуются с помощью блока 8 преобразований токов ротора в составляющиенулевой частоты 1,1"В умножителях 16 и 17 осуществляется перемножение укаэанных, составляющих токов, т.е. на выходе умножителя16 получают г х 5, а на выходе умножителя 175 У15В электроприводе с асинхроннымдвигателем с фазным ротором осуществляется контроль ортогональности векторов тока статора и ротора (фиг,2),что выполняется при условии равенстваонулю их скалярного произведения1 1 =0 или в координатах х,у дРэл а,.(2) Х 5 Х гУ 5 У25Полученное условие (2) реализуется с помощью сумматора 18 и астатического регулятора 19, выполненного в виде интегратора, сигнал с выхода которого при невыполнении (2) поступает на управляющий вход преобразователя 2 частоты статора (на управляющий вход инвертора) и определяет смещение фазы управляющих импульсов до тех пор, пока не будет выполнено условие ортогональности векторов токаЗ 5 статора и ротора (2).При выполнении (2) одновременно достигается минимизация токов статора и ротора, а также электрических потерь в обмотках двигателя при дан О ном значении электромагнитного вращающего момента.Вектор вращающего момента равен=2 3, ( л ф(фп "-1 51 П .2 юГ 5 Таким образом, введение в электро- привод с асинхронным двигателем с фазным ротором двух умножителей, сумматора, интегратора и датчика частоты статора позволяет решить задачу поддержания ортогональности векторов токов статора и ротора, что при заданном моменте обеспечивает режим минимально возможных токов в двигателе и, как следствие, снижение электрических потерь в обмотках двигателя. 55 где ь г 3 з= ш 1 п.Сумма электрических потерь в обмотках двигателя тоже минимальна60 а его модуль и при угле сдвига фазобобщенных векторов тока ротора хгистатора 1, равном -"что следует из условий По составляющим токов, полученных на выходах блоков 6 и 8 преобра" зований токов статора и ротора, определяются с помощью блоков 21 и 22 составляющие потокосцеплений ротора ЧгХ, Ч , КстОРЫЕ ПОДаЮтСЯ На ПЕРВЫЕ входы умножителей 23 и 24. На вторые входы последних поступает сигнал нулевой частоты с амплитудой, пропорциональной частоте возбуждения си Выходные сигналы ег, е, умножителей 23 и 24 поступают на входыблока 14 преобразований ЭДС ротора,где преобразуются в сигналы компенсации ЭДС скольжения ротора, поступающие на управляющий вход преобразователя 3 частоты ротора,Асинхронный двигатель с фазным ротором в предлагаемом электроприводеобладает свойствами и характеристиками двигателя постоянного тока с независимым или компаундным возбуждением, При этом бесколлекторная вентильная машина характеризуется высокой перегрузочной способностью и динамической устойчивостью, возможностью регулирования скорости вращенияво всем диапазоне двигательного игенераторного режимов работы. По сравнению с вентильным двигателем постоянного тока на базе синхронной машины асинхронный двигатель с фазным ротором обеспечивает коммутацию тока в обмотке якоря с частотой возбуждения при неподвижном роторе - в. режиме упора. Последнее позволяет снизить установленную мощность главного преобразователя - преобразователя якоря и самого двига-, теля, работающих в условиях тяжелых повторных пусков.1083320 Фи Составитель А,ЖилинРедактор Н,Безродная Техред М.Кузьма Коррект 771/49Тираж 667 ВНИЦПИ Государственног по делам изобретений 130 Мр Москва Ж, РаПодписнокомитета СССРи открытийушская наб д.4/5 к лиал ППП "Патент", г ород, ул.Проект