Устройство для частотного управления синхронным двигателем

4757 7 ОП ИСАНЙЕ ИЗОБРЕТЕН ИЯ Сооз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 08.09,72 21) 1827108/24-7с присоединением заявки Ло -(32) Прцорптет -Опубликовано 30.06.75, Б:оллетень Ле 24ата опубликования описания 01.12.76 5/34 Государственный комитвСовета Министров СССРно делам изобретвнийи открытий 621,313.323.072,. Н, Сегаль -71) Заявитель РОЙСТВО ДЛЯ ЧАСТОТНОГО УПРАВЛЕНИЯ СИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ 54) Изобретение относится к области электротехники, а именно к устройствам для управления элекгрпческимц двигателями,переменного тока с регулированием частоты тока статора.1 Лзвестс электропривол с частотцо регулируемыми сицхроццымц двигателямп, гле исетользустся регулятор скорости, воздействуюц)1 ц 1 через систему управления иа ток статора и ток возбуждения синхронного двигателя, В этом электроприводе ца вход регулятора скорости подается разность заданного и действительного значения скорости. Выход регулятора скорости преобразуется в задание для тока статора и тока возбу)кдеипя.Задание тока статора формируется следующим образом.На валу двигателя жестко укрепляется специальная трехфазцая машина, которая является датчиком глоложеиия ротора и генерирует трехфазное напряжение, связанное по фазе с положением ротора, а по частоте - со скоростью вращения. Это напряжение при воздействии на него выходного сигнала регулятора скорости изменяет амплитуду и смещается по фазе на определенный угол Включецныц за регулятором скорости блок выполняет эти преобразования. В результате формируется задание на ток статора, которое подастся ца регулятор тока статора и далее ца тиристорпые преобразователи. Обратная связь,по току статора обеспечивает гочцос воспроизведение задания. Задание ца ток возбуждения вьрдоатывается нелинейным узлом, раоотдюшцм в функции тока статора. Однако извсстиое устройство имеет ло;олцительпую вращающую машину - латчш положения, что снижасг надежность его работы. Кроме того, известное устройство имеет сло)кную аналоговую вычислительную часть, большое количество опера ц 1 ьоццых усилите,1 сЙ, блоколинейностсй, То ность этого устроцства цизкд, поскольку задание ца ток статорд и ток возбуждения определяется вычцслитсльцымц узлами, в которых отсутствует информация о 15 реальном потоке в зазоре двигателя и, следовательно, о реал иго момен геЦелью изобретения является ус 1;1 цсиисуказанных недостатков.Поставленная цель достигается гсм, что в 20 зазоре между статором и ротором двигателяпо осям статорньх обмоток установлены питающиеся от регулятора скорости датчики анноо пока, выходы каждого из которых подключены к регуляторам тока, 1 ри 1 см 25 прямой сигнал кажлого датчика потока подается на предыдущую фазу, а инверсный ца последующую, а также питающиеся от стабилизированного источника питания дат ииа потока, выходы которых соединены черз вьпря- ЗО мцтель с регулятором потока.475717 31-1 а.фиг. 1 изображена схема устройства; ца фиг. 2 - векторцая диаграмма сипхрониого двигателя, ца фиг. 3 - векторная диаграмма разложения потоков по осям обмоток,Устройство состоит из задатчцка интеисив оспГ 1, регулятора скорости 2, тахогенерато. ра 3, датчиков потока 4 - 6 с уси,1 ггелям, регуляторов тока 7 - -9, управляющих рсверсивцымп преобразователями 10 - 12, питающими статорцые обмотки 13 сипхрониого двигателя Часть устройстьа, управля 1 оща я возбуждецием спировного двигателя, состоит из датчиков потока 14 - 16, выпрямителя 17, регулятора потока 18, управляющего преобразователем 19, пГгяОщим обмотку возбугкдеция 20 сппхропцого двигателя. Обратцая связь по току статора снимается с датчиков тока 21 - 23.Задатчпк интенсивности 1 представляет собой ЯГ 1 ярят, выходное цапряжепие которого измецястся по времени, линейно задавая постоянный темп измецецця скорости в переходных режимах. Устацоввшесся зпасеиие выхода задатчика интенсивности соответстьует заданному установившемуся значению скорости привода Г Г Задатчик ицтеГсивОсти соеднцец с одним из вхсодов регулятора скорости 2Рсулятор скорости выполцец в иде операционного усилителя, ця второй вход которого подается отрицательная обратная связь по скорости с тахогецсратора 3. Передаточная функция регулятора скорости выбирается, исходя из прцнципов подчицецного регулирова ия, и выходной сигцал регулятора скорГсц СЛУжит ЗаДсчпЕГ ДЛЯ МОМЕПта ДВИГатЕЛЯ.егулятор скорости яглястся источником иитяцц 51 дл 51 дятчикОь потока 4 - 6, устяи 013- ленных в зазоре между статором и ротором сиихроццогГ двигателя по осям обмоток испс меццоО тока. В качестве дагчиков потока иользовиы сс 1)ийцыс;Гятчик ,Г;ь 2, Выод- ИОЕ ИЯГГР 5 гКСЦИС ДЯТсГКО 3 ХГ;1,2 ПР 0110 РЦИОНаЛЬЦО ИРОИЗВОДЕГцО тОКа УИРаВЛСЦИЯ, 1 стос- НИКОМ КОТОРОГО 5 ВЛЯСТС 51 ВЫХОДИОЙ СИГИс 1 Л РС- гулятора скоросп, иа величину потока, пересекающего плоскость датчика. Усилите,1 и сигналов дятчшов огдельцо цс показаны.Датчики гитока соединены .П)парно со подамц регтл 51 торои ТОс 1 7 - 9. ПрисС)1;ГятИК, сетиов.с 311 й цс 0 си ОО 10 тГП Г 1)23 ь Л, ссд 1- цеи со входами регуляторов тока фаз 8 и С, датчик, устацовлениый на оси обмотки фа- ЗЬ .Г ГО 13 О.ГЯЗИ рСу;15 ТОрс 1 ТОКс фяз ЛС дс 1 тчк ссЯцовлеииыЙ ия Оси 00 отки 11):1 С совда регулятор в гока фяз Л и 1 1 к Оорязом, ия каждом )сГугяторс Окя стмц- РОВЯИО Д 32 СИЧЯЛЯ ДЯГЧИКОВ ТО 1,:1 СИ- п 12;111 самирм 0 с 5 с разиыхн 3 цякяГИ.ОГсриПГццыс усьтсг, явлцощисся рс- М 51 ТОР 2 )ТГКЯ, ХпсГВ;1 ЯОТ ПРСООР 230132 ГС- лями 1012, 11 а регуляторы, кроме сигнал 32- Дс 1 ИЦ 5 ИОДЯЦЯ ООРЯТпс 51 СЯЗЬ 10 ТОКУ СОГТС- с 1 вующиобмотГк статоря. Передаточная ф ЦКЦ РОГЯТОРГ)В ТОКЯ РЯССЧИЬВЯС ГСЯ, ИсГ,153 1.3 С,ГОВГЙ КОМГСИСсГЦ ОС 1511 ИОИ времени обмотки статора аналогично тому,как это осуществляется в регуляторе тока дляэлектроприводов постоянного тока с иодчи.цеццым регулированием. Ревсрсивиые веи 5 тИЛЬЦЫС ПРЕОбРаЗОЬатЕЛИ ВКЦОЧСЦЫ ЦЯ ОбМОтки статора сиихроиОго двигателя,Обмотка возбуждеиия 20 сшхропцо о дви.гателя питается от тиристориого преобразова.теля 19, который управляется регулятором то.10 ка возбуждения 18. 11 а регул 5 гор тока воз.бужденця подан постоянный задающий сиг.цал, соотвсгствующи номинальному результирующему потоку в машине ц в качестье об.Р 2 ТЦОЙ СВ 513 И СИГПЯЛ, СИИМЯСМЫЙ С В 1 ИР 513 И.15 тели 17, Гдс вПрЯмлЯсгся цапряжсис, ПОучешое с трех датчиков погокя 14 - -16, ус Гцовлеицых в зазоре между статором и рГ- ром двигатсл 1 ца расстояши 120 эл. гряд.друг от друга. Питание этих датчиков в отли 20 чис от датчпкоР, 4 - -6 осуществляется шсгояншям током.Для рязъ 5 Ссипя црицГГГ.я рабгы устрой.ствя рассГтри векторную диа рамму сцнроццого двигателя (фиг, 2).с с" гтПоток возоугкдспц 5 31 ь с 1 ххе с 0 Окомстатора )1 создает результирующее поле )1. Свектором результирующего потока )1; связанонапряжение сети Гl, сдвииутос в сторону опережепия иа 90 эл. град., а с вектором 31 век.30 тор э. д. с, 1., Ицдуктируемыи в статоре пото.кох 1.Величина момецта, развиваемого двигателем, пропорциональна площади трсуголышкапотоков )1. )1 3105 Работа двигателя с соя 1, равным единице,соответствует прямоугольному треугольникупотоков (случай, пзображеццый ца фиг. 2).Модуль результирующего потока 31 с цельюцагилучшег использования двигатсл 5 должен40 быть постоянцым по величине и равиым номицялыох потоку мяшииы, В этом с;уяс дгжение вектора при рсгулировации моментадолжно происодть по окржОст а величииы )1 и )1 задавасхЫе системой регу:шрова.45 иия посредством задания тока сгатора и токавозбуждения, лолжиы обеспечивать прямойугол между потоками 31 и 31.Тяк кяк плоцядь п)ИмоуОля 00 трсуоле.ИИКс 1 ИРОПОРЦИОИЯЛЬ 12 ПРОЦЗВСДСЦИЮ КЯТЕТОВ,50 а )1 пропорццоиялец току статора, моментдшгатсля прямо пропорционален току стато.ра, если поддерживается цостояцным резул,- тпрующий поток )1;.Задане по моменту система уирявлецця ио 55 Гчаст ог регулятора скорости 2, 1-123 цачецсдяТЧИКО 3 46 И рЕГМГГяторо 3 ТОКя 7- -9 зсчКЛ 0 ЧсСТС 5 В ТОМ, ЧТООЫ, ИСПОЛЬЗУЯ ЭТО:ЯДЯПЦСсовместно с регулятором тока возоуждеиия 15,шяряботать ця вьОде регулторо 3 7 - 9 такойсиця, ГрялецГ 5, которыЙ, бдхи восцроизподеи тиристорными иреобрязовтслях в виДС с СтатОРЯ, ДЯСт В РСЗУ,ЬЯТЕ ВЕКТОРНУЮдиграмму с 5 Оугольнь треугольником по.токов и поминальным резу.ГГ руГп) )65 током, 47571750 50 65 Необходиз)25 величина тока, возбуждения задается прн помощи Гзз,-подаваемого ца регулятор 18. К,д. соответствует номинальному потоку, ;побое отклоце;шс от залапой величины регистрируется датчцказми Халда 14, 5, 16 и поданное через Выпрямитель 17 ца рсгул 53 Т)р 18 в качестве обрат)юй связи вызы)ает исмсдлсциос изменение тока возбу)кдсция и составляющей Ч;т треугольника иотоко, т, с. гн.1 отеиузы треугольника (фпг. 2) до ве;1 ич)п)ы, устраияющеи несоответствие )( номииалу. Прямоугольиость треугольника потоков иодлсрживастся действием описанного ш)жс узла из датчиков 4 - 6 ц регуляторов 7 - 9, т, с. узла задан;3 я токов статора.)ля пазьясцеиия и)цццца действия узла задания 3 скдв рассмотрим фцг 3.112 фиГ, 3 изоора)кены тп;1 Всктора 1)отокз )(. Ч 2, 1)з, соответствующие иоказаццям датчиков Холла 4- 6 в случайный момецт времени. Составляющие Ч)3, Ч);, Ч.з сумме дают рсзульГиру)ОН 1 ии 110 ток Ч). (Ф)1 Г.2). 110 ток, СВ 51 за)Ный с токо)3 51 кор 51 ф 3, до:)кеи Оыть Г 10 ерцут Относительно Ч ца угол 90. Осу)цествм этот поворот,повернув ца угол 90 все три составляющие Ч)1, Ч)2, Фз. Г 1 олучцм систему векторов Ч)3, Ч)2, Ч)з (ца фиг, 3 показаны пунктиром). Опреде;Нм составляющие новой системы векторов по осям 1 - 111.Вектор Ч) можно получить, сложив составляющие по осям 11 Н 111 (Ч)32 и Чз), равные со отвстствсиио Ф/, /Ч)3/333 13Ф 1= Ч) 2+Ч")з= - = з"3 13Вектор 1."2 образуется цз составляющих по Осми 11 (Ч) з и 332), Равных/Фз/ /Ч)з/3 "3Сгру;шировав составляющие ио каждой из осей, получим систему векторов, которая в сумме дает поверцутьи На 90" относительно Ч) сктор Ч,"Ч 3 ЧзПо оси13 31) Ч)зПО Оси 1 - =)3 ЗЧ) Ч)По оси 111 - , -3 13Эти составляющие образуют вектор, )по направлецшо совпадающий с вектором Ч). Так, КаК ВСЛцчцца СОСтаВЛявщцХ Ч)1, )2, Ч)з ПрОПарциоцальиа задацию ца ток (цли момент), выпабатываемому регулятором скорости, котой питает датчики Холла 4 - 6, расположенЭ 15 20 )5 30 2540 ,45 ЦЫС 310 0033 ООМ)ГОК И 1)СЛИЧИ 310 РСЗГГЗЬГ 31 Р 30- щего потока Ч: в зазорс, который поддерж)1- вется посто 3 Ным системой управления возбу)клсисм двигателя, Вслнчцца рсзультирую)цсго Вскто;);1 задается раВ 11011 Ч); п 1)3 Выоорс соответствующего коэффициента передачи от )егулятора скорости к датчикам Холла.СОЕЛИИИВ ддГЧ:3 КИ ХОЛЛ 4- - 6 ПО СХСМС, ГК)1- запой ца фиг. , тдк, чтооы условно и)лк 31- тсльцы й с:1 Гиял к ждог 0,1 дтчих 1 31)111 л 11 л и д вход регуляторд тока последу)оиСй фазы, д отрицательны - На ход регулятор Гокд прель)дущей фазы, и устаиов:и требуемый коэ 1 рч)ицие 33 т псредзчи От рсгул 51 ГО)д скорост)1 к датчик 2 Холла, 310 лу 1 из Н 31 рс 1"Г 31 Орах 01, згдацис тока стагора лзя ):)сх фдз, 1)бсс:30 3 - вающее создзш 3 г вектора Ч .112 01 с;)дцио)33 ях ) с 13 л:31 с,15)х9 зз)лацис срЗВН 13 взстся с деиствитсльиы) токо)1 фдз сгатора, чем обссглсчивается то 31 ость 3)ос.)роизвсдсц)я зздд 33 ия. Обззти 5) СВзь 310 оку статорд постгпает с ддтчико 3" д 2; в -23, г.,игизл с регулто,)Ов тока 7 - ) 130 ддетс 5) ид реверсивпые тнристорцыс прсобрдзов ели 10 - 2, п)Та)ощие Оомотки статс;,)д,33,и) 00- разом, иа преобразователи пост пдсг сигил, задающий и частоту, и величину тока,1.же описывается работа устр 011 СТ 132 ири пуске и регулцроваици скорости лшидтсля.При Гускс с залатчпка )п)тс 3 0.1 ности поступает лцнеш;о возрастдющий с пуля О рс)Сиц с 3 На"., которы 31, по.3 д 253 )32 рс 1)лятор СКОрОСтц И ВОЗбуждая ЕГО, ОбЕСИСз)1)Васт 3 Итдние дат 1 нкд.;1 Холла, В эВиси)10 сг)3 От поло. жеция ротора. вырабатывается элацис цд токи фдз сгдтора, обес:3 счивакццес счичииу мозСита, здлд)3 нО рсглятороз Схо;),)ст). Кд) и 3 р 13 олдх 3 Остои 03 О тока с .Од 1311 сиым управле;1:1 см, пус 303)ой момецт 0.3)еде;35)ется тсмпзом цдрдстацц цдпряжеция цд здлдтчикс И 1 ТСЦСИВС;.Т 13, . СЛ 1 ЯС ИЕООХОЛ 11 МОСТ 11 ОГ- рдцичецця момента и Ока стзтора, опо устацалидсгс цри по)яи:3 стабцлитроцов,;3 одк,1 ючспиы х з 1 е)кд) 3 ы хо)3 Ом 3 Входом 1) е 1 ) ля тора скорости. Для сццхроццого двигателя с ирсдг)дгдсмым устчоиством управлеция возможс)3 режи Стоя);к;1 с здддц Ым мо)си го.,1, т. е. режим рдооты цд у:303):.Г 1 ри трогдцип д 3 гдтсл сигизлы датчиков потока начинают измсцяться с частотои, соответствующей скорое) и врдщецпя, и соответстеццо залают токи с)дторд той;ке частоты, Благодд) тому, )ГО чдстозд тока статора задается строго в соотвстств,)ц с реальной скозОСТЬ 10 ДВ 311 ЗТСЛЯ, ДВИГДТЕЛ 1 13 СГ ВРСМЯ НЗХО- дится в сицхроицом режиме и принципиально це мсокст выпасть 31 з спихро 3 изз)д, т е. обладает харзктсристцкдми, сходным 1 с характеРИСТ 1 КДЗ 131 МДШИЦЫ ИОСТ 05131130 ГО ТОК, УПРЗВляемои измсцсписм напряжения ца якоре. Прн лост 3 жс 13 здлд)Ой с 3 орости изяржение нд выходе залдтч 1 кд и тсцсизцости становится равным Г/зз и дальнейшее его возрастание прекращается. При этом сигнал обратной связи по скорости устдидвл 33 вается рав 475717ным сигналу задания 1 коэффнциент усиления регулятора скоростп достаточно высок), а выходнон сигнал регулятора скорости соответствует статическому моменту нагрузки двигателя.В течснпс всего процесса разгона результирующий поток в зазоре двигателя поддерживается постоянным на заданном уровне (Узад 2) за счет регулятора тока Возбуи(;ени 51 и датчиков потока 14 - 16.Процесс реверса двигателя осуществляется аналопгчно описанному прн смене знака задающего напряжения Кд,п и торможения - прн снижении У,1 ю до нуля,Предмет изобретенияУстройство для частотного управления синхронным двигателем, выполненное по принцину под шнепного регулирования, содержащее задатчик шпенснвности, регулятор скорости и в каждой фазе статора регулятор тока, регулятор возбуждения и регулируемые тиристорные преобразователи в цепи статора и в цепи возбуждения, отлссчасосссееея тем, что, с целью упрощения устройства, повышения надежно.сти н качества управления, в зазоре между статором и ротором двигателя по осям ста торных обмоток установлены ннтаюп 1 иеся отрегулятора скорости датчики магнитного потока, выходы каждого пз когорых под 1(л 1 очены к регуляторам тока, (причем прямой сигнал каждого датчика потока подается на предыду 1 д щую фазу, а шгверсный на последуогцую, атакже питаощнеся от стабилизированного источника питания датчики потока, выходы ко.торых соединены через выпрямитель с рсгуля.тором потока.; капкое ргов,н Ив о 1637 осударствс ного кокнпт изобретен 13035 Москва, Ж 3Тираж 78та Совета Мпн1 и открыт:ио, 1 ачцск а я н а1 одн псестров СССР по дс,ам