Способ управления асинхронным двигателем с фазным ротором

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 122 3)5 Н 02 Р 7/6 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Институт электродинамики АН УССР (72) К,П,Акинин, В.А.Войтех, И.В.Волков, В.Н,Исаков и А.П.Плугатарь(56) Авторское свидетельство СССР ЬЬ 1408516, кл. Н 02 Р 7/62, 1987.Авторское свидетельство СССР М 646800, кл. Н 02 Р 7/62, 1979.(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ С ФАЗНЫМ РОТОРОМ. (57) Использование: в электроприводах переменного тока на базе асинхронного двиИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах переменного тока на базе асинхронного двигателя с фазным ротором, для механизмов, требующих стабилизации и регулирования величины крутящего момента. Известен способ, реализуемый электроприводом переменного тока по системе источник тока - асинхронная машина, обеспечивающий стабилизацию момента асинхронного двигателя.Недостатком такого способа является необходимость регулирования напряжения, подводимого к статору асинхронного двигателя, посредством введения в электропривод регулируемого преобразователя напряжения, что приводит к увеличению стоимости, массы и габаритов электропривода. гателя с фазным ротором, для механизмов, требующих стабилизации и регулирования величины крутящего момента. Сущность изобретения: формирование пилообразного напряжения с амплитудой, пропорциональной периоду напряжения ротора, и сравнение этого напряжения с опорным напряжением обеспечивают повышениеточности регулирования величины стабилизированного момента в тормозных и двигательных режимах работы электропривода путем улучшения стабилизации угла отпирания вентилей тиристорной силовой схемы независимо от частоты ЭДС ротора. 2 ил. Наиболее близким к изобретению является способ управления асинхронным двигателем с фазным ротором путем воздействия на тиристорную силовую схему в цепи ротора сигналом, пропорциональным разности сигналов заданного напряжения и фактического напряжения ротора электродвигателя, которое после понижения в трехфазном трансформаторе и до сравнения с сигналом задатчика преобразуют в находящийся в фазе с напряжением ротора электродвигателя сигнал пилообразной формы с постоянной амплитудой и длительностью, равной половине периода напряжения ротора.Недостаток известного способа заключается в невозможности точной стабилизации амплитуды пилообразного напряжения, а следовательно, и угла отпирания вентилей тиристорной силовой схемы независимо отчастоты ЭДС ротора, что в свою очередь непозволяет стабилизировать заданную величину момента во всем диапазоне изменениячастоты вращения при условии постоянства тока ротора. Это связано с тем, что для 5стабилизации амплитуды пилообразногонапряжения необходимо на вход интеграторов формирователя пилообразного напряжения подавать сигнал, пропорциональныйскольжению. На практике получение такого 10сигнала затруднительно, так как измеряемое напряжение ротора двигателя отличается от ЭДС ротора на величину паденийнапряжения в роторных обмотках. Следовательно, напряжение ротора непропор-.15ционально скольжению. Кроме того,стабильность амплитуды пилообразного напряжения ухудшают колебания напряжений питающей сети.Целью изобретения является повышение точности регулирования стабилизированного момента.Поставленная цель достигается тем, чтосогласно способу управления асинхроннымдвигателем с фазным ротором, напряжение 25ротора после понижения в трехфазномтрансформаторе преобразуют в находящееся в фазе с напряжением ротора электродвигателя напряжение пилообразнойформы с длительностью, равной половине 30периода напряжения ротора, напряжениепилообразной формы сравнивают с опорным напряжением, и по результату сравнения осуществляют воздействие натиристорную силовую схему в цепи ротора 35электродвигателя, стабилизируют амплитудтока ротора, амплитуду указанного напряжения пилообразной формы формируютпропорционально периоду напряжения ротора, указанное опорное напряжение формируют путем умножения напряжения,пропорционального амплитуде напряженияпилообразной формы, на величину напряния за ания момента,же д45Предлагаемый способ отличается от известного тем, что амплитуду напряжения пилообразной формы формируют пропорционально периоду напряжения ротора, пилообразное напряжение преобразуют в 50 пропорциональное его амплитуде напряжение, которое после умножения на напряжение задания момента сравнивают с напряжением пилообразной формы, а результатом сравнения воздействуют на тири сторную силовую схему в цепи ротора электродвигателя. Формирование амплитуды напряжения пилообразной формы пропорционально периоду напряжения ротора означает, что на указанную амплитуду не оказывают влияния падения напряжения на роторных обмотках и колебания напряжения питающей сети. Сравнение напряжения пилообразной формы с произведением напряжений задания момента на напряжение, пропорциональное амплитуде пилообразного напряжения, обеспечивает стабилизацию угла отпирания вентилей тиристорной силовой схемы независимо от частоты ЭДС ротора и, следовательно, повышение точности регулирования стабилизированного момента двигателя,На фиг. 1 представлена функциональная схема электропривода, реализующего способ управления асинхронным двигателем с фазным ротором; на фиг. 2 - схема работы системы управления тиристорной силовой схемой.Способ реализуют с помощью электро- привода, который содержит асинхронный двигатель 1 (фйг, 1) с фазным ротором, статорнье обмотки которого подключены к сети переменного тока, а роторные - к трехфазным выводам тиристорной силовой схемы 2, выводы постоянного тока которой подключены к выводам параметрического стабилизатора тока 3, трехфазный вход которого соединен с сетью переменного тока. Электропривод содержит также формирователь 4 импульсов, вход которого соединен с выходом схемы 5 сравнения, а выход - с управляющим входом тиристорной силовой схемы 2. Вход формирователя 6 пилообразного напряжения через трехфазный трансформатор 7 связан с ротором асинхронного двигателя 1, а выход подключен к первому входу схемы сравнения 5, Выход формирователя 6 пилообразного напряжения соединен также с входом устройства 8 выборки-хранения, выход которого подключен к первому входу перемножителей 9. Второй вход перемножителя 9 соединен с выходом блока 10 задания момента, а выход - с вторым входом схемы 5 сравнения.Момент, развиваемый асинхронным двигателем 1, записывается следующим образом: М = См Ф 2 сов ф, (1)где Ф - магнитный поток двигателя;г - действующее значение тока в роторной обмотке;См - конструктивный коэффициент машины;сов ф - фазовый угол между ЭДС и током ротора.Так как неизменен магнитный поток Ф двигателя 1, подключенного к сети переменного тока, а также неизменен ток ротора 2,можно представить формулу (1) в виде М= К 1 созф,(2) ГдЕ К = См Ф 12 - ПОСтсяННЫй КОЭффИцИЕНт.Стабилизация тока ротора 2 осуществляется с помощью параметрического стабилизатора 3 тока, выполненного, например, на базе индуктивно-емкостного преобразователя. Причем в случае работы тиристорной силовой схемы 2 в выпрямительном режиме параметрический стабилизатор 3 тока должен включать в себя, кроме индуктивно-емкостного преобразователя, и инвертор, ведомый сетью с фиксированным углом отпирания вентилей, В случае работы тиристорной силовой схемы 2 в инверторном режиме инвертор, ведомый сетью, не нужен.Угол между ЗДС и током ротора ф при работе тиристорной силовой схемы 2 выпрямителем определяется по формуле(3) ф= а+ у/2,а при работе инвертором -(5). Т = Т/Я,где Т - период напряжения заторможенного ротора,Тогда амплитуда пилообразного напряжения (фиг, 2), длительность которого Т/2,равна(6) О ап = К 2 О заТ/2 Я,где а и р - углы отпирания вентилей тиристорной силовой схемы 2 в выпрямленном и инверторном режимах;у - угол коммутации.При неизменном токе ротора 12 угол коммутации остается неизменным при изменении скольжения Я. Таким образом, момент асинхронного двигателя 1 однозначно определяется величиной угла отпирания вентилей тиристорной силовой схемы 2.Для повышения точности стабилизации угла отпирания вентилей на входы интеграторов формирователя пилообразных напряжений 6 подается неизменное по величине напряжение задания амплитуды Оза, а синхронизируют интеграторы трехфазным напряжением ротора, пониженным в трехфазном трансформаторе 7. Период напряжения ротора равенгде К 2 - постоянный коэффициент, зависящий от параметров формирователя 6 пилообразных напряжений.Пилообразное напряжение с помощью 5 устройства 8 выборки-хранения преобразуется в напряжение Оувх = КЗОап(7) 10 где Кз - постоянный коэффициент преобразования.Напряжение на выходе перемножителя9 равно 15 Ооп = ОувхфОзм = К 2 КЗОзаОзмТ/23, (8) 2 Оап Ооп 40 Т Тотп Т = оп - =КзО Т /2 Я, (9) Оап 2 Очевидно, что время Тотп обратно пропорционально скольжению и пропорционально напряжению задания момента Озм, а угол отпирания вентилей а можно определить как отношение Тотп к периоду напряжения ротора Т КЗ К 455 а = К 4 ТотпГТ =. 2 Озм, (10)где К 4 - постоянный коэффициент.Таким образом, угол отпирания вентилей а однозначно определен напряжениемзадания момента . где Озм - напряжение задания момента,Из рассмотрения равенства (6) следует,что амплитуда пилообразного напряжения 20 Оап при изменении частоты вращения ротора изменяется обратно пропорционально скольжению Я, а наклон этого напряжения постоЯнен и опРеДелен величиной К 2 Оза. В то же время напряжение Озм, с которым 25 сравнивается пилообразное напряжениепри фиксированном напряжении задания момента Озм, также изменяется обратно пропорционально скольжению 8.Пилообразное напряжение синхрони зируется в формирователе 6 пилообразногонапряжения с напряжением ротора, Определим момент отпирания Тотп вентилей тиристорной силовой схемы 2 (фиг. 2) относительно точки 0 (в общем случае точка 35 0 может не совпадать с точкой естественнойкоммутации вентилей), записав выражение для двух подобных треугольников ОАВ и ОАВ с учетом выражений (6) и (8)М = К 1 сов Озм + 2, (11)КЗ К 4 а регулирование момента М асинхронного двигателя 1 можно осуществлять изменением Оз, причем величина стабилизированного момента не зависит от частоты вращения двигателя 1.Аналогичные выражения можно получить для случая работы тиристорной силовой схемы 2 в инверторном режиме.В зависимости от характера нагрузки на валу асинхронного двигателя 1 электропривод обеспечивает регулирование стабилизированного момента в различных тормозных и двигательных режимах, При работе тиристорной силовой схемы 2 выпрямителем электропривод обеспечивает двигательный режим вквадранте и торможение противовключением в И квадранте.При работе тиристорной силовой схемы 2 инвертором, т,е. при вращении ротора против поля статора, обеспечивается работа привода в следующих режимах:генераторное торможение при скорости ниже синхронной воквадранте;двигательный режим в 1 квадранте, причем обеспечивается стабилизация момента при Я 2,Способ осуществляют следующим образом,В результате подачи напряжения сети переменного тока на статорные обмотки асинхронного двигателя 1 в роторных обмотках наводится ЭДС, которая после понижения в трехфазном трансформаторе 7 преобразуется с помощью формирователя 6 пилообразных напряжений в находящееся в фазе с напряжением ротора напряжение пилообразной формы с длительностью, равной Т/2, и амплитудой, пропорциональной периоду роторного напряжения Т. Пилообразное напряжение посредством устройства 8 выборки-хранения преобразуют в напряжение Оувх, пропорциональное амплитуде пилообразного напряжения, Напряжение Оух в перемножителе 9 умножается на напряжение задания момента Оз, а полученное произведение напряжений Ооп подают на второй вход схемы 5 сравнения, на первый вход которой поступает пилообразное напряжение. Результат сравнения пилообразного напряжения с напряжением Ооп преобразуют с помощью формирователя 4 импульсов в управляющие импульсы напряжения, которые подают на управляющие входы тиристорной силовой схемы 2, Формула изобретения Способ управления асинхронным двигателем с фазным ротором, при котором напряжение ротора после понижения в трехфазном трансформаторе преобразуют в находящееся в фазе с напряжением ротора электродвигателя напряжение пилообразной формы с длительностью, равной половине периода напряжения ротора, напряжение пилообразной формы сравнивают с опорным напряжением, и по результату сравнения осуществляют воздействие на тиристорную силовую схему в цепи ротора электродвигателя, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности регулирования стабилизированного момента, стабилизируют амплитуду тцка ротора, амплитуду указанного напряжения пилообразной фор 45 50 55 причем управляющие импульсы сдвинуты относительно точки естественной коммутации вентилей на угол а.После подачи напряжения сети на вход 5 параметрического стабилизатора 3 тока вцепи постоянного тока протекает неизменный выпрямленный ток д, который коммутируют тиристорной силовой схемой 2 в моменты поступления на ее управляющие 10 входы импульсов формирователя 4. Тем самым преобразуют неизменный ток с в неизменный по амплитуде переменный ток ротора асинхронного двигателя 1. Фазовый угол между ЭДС и током ротора 2 опреде лен выражением (3) или (4).Таким образом, асинхронный двигатель1 развивает крутящий момент, величина которого однозначно определена напряжением задания момента Озм в соответствии с 20 формулой (11) и не зависит от частоты вращения двигателя 1.Ф нормирование пилообразного напряжения с амплитудой, пропорциональной периоду напряжения ротора, и сравнение 25 этого напряжения с указанным опорным напряжением обеспечивает по сравнению с прототипом повышение точности регулирования величины стабилизированного момента в тормозных и двигательных режимах 30 работы электропривода путем улучшениястабилизации угла отпирания вентилей тиристорной силовой схемы независимо от частоты ЭДС ротора. Это позволяет использовать данный способ управления в 35 электроприводах механизмов, требующихстабилизацию и регулирование момента, формирование процесса пуска двигателя с заданным ускорением, а также регулирование частоты вращения в механизмах с вен тиляторной характеристикой.10 1723652 риг, 2 Составитель О.Бодряшоваедактор Т.Лошкарева Техред М.Моргентал Корректор И.Муск аз 1069 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 омбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 енно-издател мы формируют пропорционально периоду напряжения, пропорционального амплитунапряжения ротора, а указанное опорное денапряженияпилообразнойформы,нана- напряжение формируют путем умножения пряжение задания момента.