Способ управления двигателем двойного питания, выполненным на базе асинхронного двигателя с фазным ротором и устройство для его осуществления

й 6,СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 1515323 П 9) 51)4 Н ОСУДАРСТВЕККЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР САН ЗОБРЕТЕНИЯ ЕЛЬСТВУ А ВТОРСКОМУ ние отно ожет бьп тся к зле использованопа, Цельювьппение КПД льного т вляетс я потерь управле ния на остали статоельство СССР 7/421 1985я двига отки ст(56) Авторское свидУ 1073870, кл, Н 02Н 02 Р 7/42, 1982.Авторское свидетВ 1332427, кл. Н 02 ударственныиОгареваГ. Шакарян,Прусаков9 (088.8)етельство СССР 5/40,(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМДВОЙНОГО ПИТАНИЯ, ВЫПОЛНЕННЫМ НА БАЗЕ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С фАЗНЫМРОТОРОМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобрет ротехнике и в судах ледо изобретения путем снижен ра, В способ двойного пит1515323 и ротора двигателя двойного питания через преобразователи 2, 3 частоты подают напряжения. Начальные значения амплитуд и частоты этих напря 5 жений устанавливают блоками 6 и 7 задания соответственноС помощью датчика 4 фазных напряжений, фильтра 16 и и блока, 17 прямого преобразования вычисляют частоту напряжения статора, Датчиком 19 фазных напряжений и блоком 21 прямого преобразования определяют частоту напряжения ротора. По измеренным частотам определяют в арифметическом блоке 18 текущее значение частоты вращения ротора и сравнивают это значение с заданной синхронной частотой, формируемой в задающем генераторе 23 двухфазного гармоничес - кого сигнала. Изменяют частоту напря жения питания ротора пропорционально разности сравниваемых частот, Амплитуду напряжения питания ротора регулиИзобретение относится к электро технике и может быть использовано для управления двигателем двойного питания, например в тяговом электро- приводе, гребном электроприводе (в судах ледокольного типа) и др.Целью изобретения является повышение КПД путем снижения потерь в стали статора.35На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для осуществления способа управления двигателем двойного питания; на фиг, 2 - зависимость частоты возбуждения Ы двигаГ теля от частоты вращения юг ротора,Устройство, реализующее способ управления двигателем двойного питания, содержит асинхронный двигатель 1 (фиг. 1) с фаэным ротором, подклю ченный статорными и роторными обмотками соответственно к выходам преобразователей 2 и 3 частоты статора и ротора, каждый из которых выполнен с инверторным и выпрямительным звеньями. Датчик 4 фаэных напряжений статора своим выходом соединен с входом датчика 5 частоты токов статора, выход которого соединен с управляющим входом инверторного звена преобразователя 2 частоты статора. Управляюидй вход выпрямительного звена преобразователя 2 частоты статора соединен с выходом блока 6 задания амплитуды руют по результатам сравнения измеренной с помощью датчика Холла 8,блока 9 преобразования магнитногопотока, квадраторов 10, 11 и сумматора 12 амплитуды результирующегомагнитного потоКа с заданным задатчиком 14 амплитуды значением амплитудыуказанного магнитного потока, а амплитуду напряжения статора регулируют по требуемому закону блоком 6. Вслучае превышения в процессе разгоначастоты вращения ротора над указаннойсинхронной частотой блоком 25 управления изменяют порядок чередования дляобмотки ротора. В результате в областирабочих частот вращения обеспечивается встречное вращение ротора относительно поля статора, что снижает потери в стали статора двигателя, а при согласном вращении ротора и поля статора обеспечивается тяжелый пуск из режима упора, 2 с,пф-лы, 2 ил. напряжения статораВыход блока 7задания амплитуды напряжения ротораподключен к первому управляющемувходу выпрямительного звена преобразователя 3 частоты ротора, Выходдатчиков 8 ЭДС Холла подключен к первому входу блока 9 преобразованиймагнитных потоков, второй вход которо -гс соединен с выходом датчика 4 фазных напряжений статора. Выходы блока9 преобразований магнитных потоковподключены к входам двух квадраторов10 и 11, которые соединены выходамис входами сумматора 12. Первый входблока 13 сравнения подключен к выходу сумматора 12, а второй вход - квыходу задатчика 14 амплитуды магнитного потока, Выход блока 13 сравнения через интегратор 15 соединен свторым управляющим входом выпрямительного звена преобразователя 3 частоты ротора. Вход первого фильтра 16подключен к выходу датчика 4 фаэныхнапряжений статора, а выход - к входу первого блока 17 прямого преобразования координат, выход которогоподключен к первому входу первого аарифметического блока 18. Выходдатчика 19 фаэных напряжений ротораподключен к входу второго фильтра20, Вход второго блока 21 прямогопреобразования координат подключенк выходу второго фильтра 20, а вы5 151532 ход - к второму входу первого арифметического блока 18. Первый вход второго арифметического блока 22 сое динен с выходом первого арифметичес 5 кого блока 18, а второй вход - с выходом задающего генератора 23 двухфазного гармонического сигнала, Выход второго арифметического блока 22 подключен к входу блока 24 обратного преобразования координат, который соединен с входом блока 25 формирования управляющих импульсов. Вход делителя 26 подключен к ныходу блока 25 формирования управляющих импульсов 15 а выход - к управляющему входу инверторного звена преобразователя 3 частоты ротора. где ыг = о 3 - и - угловая частотавращения ротора,Так как при неподвижном роторе частоты напряжений статора и ротора равны ы = ю, то частота двухфазного гармонического сигнала ыа выходе первого арифметического блока 18 равна нулю. Двухфазный гармонический сигнал частотой Ыг= ы - ы (при неподвижном роторе частота ы,= О) поступает на первый вход нторого арифметического блока 22. Во втором арифметическом блоке двухфазные гармонические сигналы с выходов задающего генератора днухфазного гармонического сигнала 23 частотой ы, и первого арифметического блока 18 частотой ы преобразуются согласно выра же ниям: В процессе осуществления способауправления двигателем двойного питания устройство функционирует следующим образом,На силовые входы преобразователей2 и 3 частоты статора и ротора и входы соответствующих блоков управленияподают напряжение питания.От сигналов блоков 6 и 7 заданияамплитуд напряжений статора и ротора начинаюг работать выпрямительныезвенья соответственно преобразователей2 и 3 частоты статора и ротора,В первый момент сигналы управления инверторными звеньями преобразователей частоты статора и ротора отсутствуют, Соответственно, сигнал напервом входе второго арифметическогоблока 22 имеет нулевую величину.На второй вход второго арифметического блока 22 подают сигнал с выхода задающего генератора 23 двухфазного гармонического сигнала требуемой синхронной частоты ы (фиг. 2).С выхода второго арифметическогоблока 22 сигнал беэ изменения поступает на блок 24 обратного преобразо 45вания координат, После прохождениячерез формирователь 25 импульсов управления и делитель 26 сиг ал управления поступает на управляющий вход инверторного звена преобразователя 3частоты ротора, Частота сигнала управления с выхода делителя 26 в начальный момент равна 3бПо обмотке неподвижного ротора начинает протекать переменный трехфазный ток требуемо частоты ыго в результате чего в обмотке статора наводится ЭДС той же частоты, т.е. ы = ь, Сигнал с выхода датчика 4дофазных напряжений статора поступает на датчик 5 частоты токов статора, который формирует управляющие сигналы для инверторного звена преобразователя 2 частоты статора. По обмотке статора начинает протекать переменный трехфазный ток с частотой ы = 3 Ф о . Сигналы с датчиком 4 и 19офаэных напряжений статора и ротора поступают соответственно на фильтры 16 и 20, которые выделяют первые гармоники напряжений, совпадающие по фазе с напряжениями на обмотках. С выходов фильтров сигналы поступают соответственно на входы первого 17 и второго 21 блоков прямого преобразования координат. С выходов указанных блоков двухфазные гармонические сигналы поступают соответственно на первый и второй входы первого арифметического блока 18, в котором реализуются выражения: в 1 пы г. со вы г. - со выг. в дпы в 1 п(ы -ц) с = впыг.;= сов(ы -ы )г; = совыг., ырИ где К - коэффициент деления делителя 26,55 вдпмос. соннос - совы,г. 1 пы,г вп(ьо )грсовюрг сов, С в 1 п О)ос в 1 пь сПри неподвижном роторе сигналс выхода второго арифметического блока 22 повторяет сигнал с выхода задающего генератора двухфазного гармонического сигнала 23.5Частота и, задается определеннойвеличины в зависимости от требуемо -го диапазона регулирования частотывращения ротора и является частотойперехода на встречное вращение магнитного поля и ротора,При неподвижном роторе по обмоткамстатора и ротора протекает переменныйтрехфазный ток, который создает вобмотках статора и ротора вращающиеся магнитные поля. При вращении магнитного поля статора в одном направлении и с одинаковой скоростью с магнитным полем ротора поля взаимодействуют между собой, создавая вращающиймомент. Когда последний превысит момент сопротивления нагрузки на валу,ротор двигателя начнет вращаться.С выхода датчика 5 частоты токовстатора снимается после этого сигнал с частотой, равной сумме или разности частот вращения и питания ротора, т,е.ЗО-(ФОЗ(,обеспечивающей одинаковую частотувращения магнитных полей статора иротора,Регулирование амплитуды выходного напряжения преобразователя 2 частоты статора, а эначит,и частоты вращения ротора осуществляется при помощи блока 6 задания амплитуды напряжениястатора. 40Когда ротор начинает вращаться, сигнал с частотой д с выхода датчика фазных напряжений статора поступает на вход первого фильтра 16 и далее на вход первого блока 17 прямо го преобразования координатТаким образом, на первый вход первого арифметического блока 18 поступает двухфазный гармонический сигнал с частотой ы , а на второй вход - с частотой О (фиг. 2) .С выхода первого арифметического блока 18 сигнал с частотой вращения ротора поступает на первый вход второго арифметического блока 22, с вы 55 хода которого получаем сигнал с частотой, равной раз ности частот задающего генератора двухфазного гармонического напряжения о,и частоты вращения ц,После обратного преобразования в блоке 24 обратного преобразования координат и прохождения через формирователь 25 управляющих импульсов и делитель 26 сигнал управления поступает на управляющий вход инверторного звена преобразователя 3 частоты ротора, Частота напряжения ротора М теперь равнао ГО 3 С увеличением частоты вращения ротора о частота напряжения ротора сй уменьшается (фиг2),Если о - ыО, трехфазный синусоидальный сигнал с выхода блока 24 обратного преобразования координат имеет прямое чередование фаз. В момент равенства частот оз, = и частота выходного сигнала блока 24 обратного преобразования координат равна нулю - по обмотке ротора течет постоянный ток, Когда и) - осО, один иэ сигналов с выхода второго арифметического блока 22, а именно зп(ы - ы)С, меняет знак.Это приводит к изменению чередования фаз с выхода блока 24 обратного преобразования координат на обратное, что обеспечивает изменение направления вращениямагнитного поля ротора двигателя (встречно направлению вращения ротора) .При этом результирующее магнитное поле в воздушном зазоре машины вращается с частотой ы = и) - ь), т.е. меньшей, чем при согласном вращении, В результате чего уменьшаются потери в стали статора и увеличивается КПД двигателя.В электроприводе имеется автоматическая система поддержания постоянства результирующего магнитного потока в воздушном зазоре двигателя. Выходные сигналы с датчиков ЭДС Холла 8, пропорциональные величинам магнитных потоков Ф , ФЬ, Ф; воздушного зазора по осям фаэ обмоток статора, преобразуются с помощью блока 9 преобразований магнитных потоков в составляющие ф , фнулевой частоты,х фпредставленные в осях Х, У, синхронно вращающихся с полем двигателя, После возведения в квадрат составляющих магнитного потока в квадраторах 10 и 11 и суммирования их в сумматоре 12 выходной сигнал с последнего,Фор мул а 915153 пропорциональный квадрату амплитуды магнитного потока ф в воздушном зазоре двигателя, поступает на первый вход блока 13 сравнения, На второй вход блока сравнения поступает сиг 5 нал с блока 14 задания квадрата амплитуды магнитного потока Фу вЗОд воздушном зазоре двигателя. С выхода блока сравнения сигнал рассогласоО вания +йф с помощью астатического регулятора 15, выполненного в виде интегратора, преобразуется в сигнал напряжения смещения 1 д Ьс и подается на второй управляющий вход выпрями- тельного звена пребразователя 3 частоты ротора и так изменяет величину тока ротора (возбуждения) 1 и тока намагничивания о= д + , чтобы обеспечить постоянство результирую щего магнитного потока в воздушном зазоре машины фр= фу = сопзт взадсоответствии с заданной величиной,Частота вращения двигателя регулируется подобно двигателю постоян ного тока либо изменением величины напряжения якоря (статора), либо изменением тока возбуждения и магнитного потока.Таким образом, способ управления двигателем двойного питания позволяет обеспечить при согласном вращении магнитного поля и ротора тяжелый пуск двигателя из режима упора а в области его рабочих частот вращения при встречном вращении магнитного поля и ротора - уменьшение потерь в стали статора и увеличение КПД. изобретения 1. Способ управления двигателем двойного питания, выполненным на базе асинхронного двигателя с фазным ротором, при котором подают синусоидальные напряжения с требуемыми на чальными значениями амплитуды и частоты на фазные обмотки статора и ротора, измеряют частоты фазных напряжений статора и ротора, по которым определяют текущее значение частоты 50 вращения ротора, измеряют амплитуду результирующего магнитного потока в воздушном зазоре двигателя двойного питания, сравнивают ее с заданным значением и по результатам сравнения регулируют напряжение на фаэных обмотках ротора, регулируют по требуемому закону амплитуду напряжения на фазныж обмотках статора, о т л и -23оч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения КПД путем снижения потерь в стали статора, регулируют частоту напряжения на фазных обмотках ротора пропорционально разности между величиной вычисленного текущего значения частоты вращения ротора и величиной заданного значения синхронной частоты, причем при превышении частоты .вращения ротора над укаэанной синхронной частотой в процессе разгона двигателя двойного питания изменяют чередование фаэ обмотки ротора. 2. Устройство для управления двигателем двойного питания, выполненным на базе асинхронного двигателя с фазным ротором, содержащее преобразователи частоты статора и ротора, каждый иэ которых выполнен с инверторным и выпрямительным звеньями, датчик фазных напряжений статора, выход ко" торого соединен с первым входом блока преобразований магнитных потоков и с входом датчика частоты токов статора, выход которого подключен к управляющему входу инверторного звена йреобразователя частоты статора, управляющий вход выпрямительного звена которого соединен с выходом блока задания амплитуды напряжения статора, блок задания амплитуды напряжения ротора, выход которого соединен с первым управляющим входом выпрямительного звена преобразователя частоты ротора, датчики ЭДС Холла, подключенные выходами к второму входу блока преобразований магнитных потоков, а выходы подключены к входам двух квадраторов, подключенных выходами к входам сумматора, соединенного выходом с первым входом блока сравнения, к второму входу которого подключен выход эадатчика амплитуды магнитного потока в воздушном зазоре машины, выход блока сравнения подключен к входу интегратора, соединенного выходом с вторым управляющим входом выпрямительного звена преобразователя частоты ротора, отличающееся тем, что, с целью повышения К 1 Щ путем снижения потери в стали статора, введены делитель, блок формирования управляющих импульсов, блок обратного преобразования координат, первый и второй арифметические блоки, задающий генератор двухфазного гармонического сигнала, первый и второй блоки прямого преобСоставитель А. Жилин Техред А, Кравчук Корректор С. Черни Редактор Л. Веселовская Заказ 6291/54 Тираж 551 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 11 151532 раэования координат, первый и второй фильтры и датчик фаэных напряжений ротора, при этом вход первого фильтра подключен к выходу датчика фазных напряжений статора, а выход соединен5 с входом первого блока прямого преобразования координат, выход которого соединен с первым входом первого арифметического блока, выход датчика фаз О ных напряжений ротора подключен к входу второго фильтра, вьжод которого соединен с входом второго блока прямого преобразования координат, подключенного выходом к второму входу пер Э 3 12вого арифметического блока, выход первого арифметического блока соединенс первым входом второго арифметического блока, второй вход которого соединен с выходом задающего генераторадвухфазного гармонического сигнала,выход второго арифметического блокасоединен с входом блока обратногопреобразования координат, выходомсоединенного с входом блока формиро.вания управляющих импульсов, выходкоторого подключен через делитель куправляющему входу инверторного звена преобразователя частоты ротора,