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

т бьгт гателем двойного инхронного двигаром, например, в воде. Целью изобовьппение КПД путеали статора побазе а щ рот 88.8)ельство СССР 7(42,тро ся ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР Н ТОСОМУ СИДЯП"."ЛЬСВ(54) СПОСОБ ДВОЙНОГО ПИ БАЗЕ АСИНХР РОТОРОМ, И ЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобре технике, мо для управле питания на теля с фазн тяговом зле ретення явл 2УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМАНИЯэ ВЫПОЛНЕННЫМ НАННОГО ДВИГАТЕЛЯ С ФАЗНЬСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУ1610589 5101 30 40 сл е и ер ех ода на встр еч кое вращениемагнитного поля и ректора, Эта цельдостигается путем поддержания одинаковых частот токов в обмотках статора и ротора асинхронного двигателя1, равных половине частоты вращенияротора при превышении указанной частотой вращения ротора частоты задающего генератора 31 двухфазного синусоидального напряжения, В устройство, реализующее предложенный способ управления двигателем двойногопитания, введены третий арифметический блок 28, частотный компаратор Изобретение относится к электротехнике и может быть использованодля управления двигателем двойногопитания на базе асинхронного двигателя с фазным ротором, например втяговом электроприводе, гребном (всудах ледокольного типа),Целью изобретения является повышЕние КПД путем снижения потерь встали статора после перехода навстречное вращение магнитного поля иротора,На фиг, 1 представлена функциональная схема устройства для управления двигателем двойного питания,рЕализующего предложенный способ;на фиг. 2 показана зависимость частот статора (якоря) Я и ротора(возбуждения) я от частоты вращения ротора Я.Устройство для управления двигателем двойного питания содержитасинхронный двигатель 1 (фиг. 1) сфазным ротором, статорные и роторныеобмотки которого подключены к выходам преобразователей 2, 3 частотыстатора и частоты ротора соответственно. Датчик 4 фазных токов статора подключен выходами к управляющимвходам блока 5 преобразования токовстатора, Датчик 6 фазных напряженийстатора подключен выходами к входамдля опорных сигналов блока 5 преобразования токов статора и к входамдатчика 7 частоты токов статора, вы-ход которого подключен к второмууправляющему входу преобразователя 2частоты статора. Блоки 8 и 9 заданияамплитуд напряжений ста"ора и ротора 30, управляемый аналоговый коммутатор 32, второй интегратор 21, второйсумматор 20, умножители 18, 19, блок5 преобразований токов статора идатчик 4 фазных токов статора. Приэтом обеспечивается минимальностьсуммарных потерь в стали статора иротора и минимальность электрических потерь в меди обмоток поддержанием ортогональности векторов токастатора и результирующего магнитногопотока в воздушном зазоре машины,благодаря чему повышается КПД, .2 с.п.ф-лы, 2 ил,подключены выходами к первым управляющим входам преобразователей 2, 3 частоты статора и ротора соответственно, Блок 10 преобразования магнитных потоков подключен входами к выходам датчика 11 ЭДС Холла и датчика 6 Фазных напряжений, а выходами соединен с входами квадраторов 12 и 13. Первый сумматор 14 входами подключен к выходам квадраторов 12 и 13, а выходом соединен с первым входом блока 15 сравнения, второй вход которого подключен к выходу блока 16 задания амплитуды магнитного потока. Первый интегратор 17 соединен входом с выходом блока 15 сравнения, а выходом подключен к третьему управляющему входу преобразователя 3 частоты ротора, Умножители 18 и 19 подключены входами к выходам блока 5 преобразования токов статора и блока 10 преобразования магнитных потоков. Входы второго сумматора 20 соединены с выходами умножителей 18 и 19, а выход через второй интегратор 21 подключен к третьему управляющему. входу преобразователя 2 частоты статора. Вход первого фильтра 22 подключен к выходам датчика 6 фазных напряжений статора, а выход соединен с входом первого блока 23 прямого преобразования координат, Вход второго фильтра 24 сочинен с выходами датчика 25 фазных напряжений ро" тора, а выход подключен к входу второго блока 26 прямого преобразования координат, Первый вход первого арифметического блока 27 соединен с выходом первого блока 23 прямого пре10589 На силовые входы преобраэоват,лей 2, 3 частоты статора и ротора и блоки управления подают напряжение питания. От сигналов блоков 8, 9 задания амп-литуд напряжений статора и ротора начинают работать выпрямительные звенья соответствующих преобразователей частоты,51 О 15 20 я 1 пЯ 1 сояЦС - соя(д 1 ядпЯС = яп(УО-Я)= яиц,; соя Ю С соя 631 - я 1 пО й я 1 пя созе-О)= созеше, чем на втором, на выходе формируется сигнал логической единицы. Р начальный момент ротор двигателя непод- вижен (Я,= 0), соответственно сигнал на входе частотного компаратора 30 имеет уровень логической единицы,Если на управляющем входе коммутатора 32 присутствует уровень логической единицы, то коммутатор замкнут и входной сигнал без изменений поступает на выход. Если управляющий сигнал имеет уровень логического нуля, управляемый аналоговый коммутатор разомкнут и сигнал на его выходе равен нулю.При нулевой частоте вращения ротора ( Я= О) на управляющем входе управляемого аналогового коммутатора 32 присутствует уровень логической единицы, поэтому сигнал на его выходе повторяет входной сигнал . С выхода управляемого аналоговогокоммутатора 32 сигнал поступает навторой вход третьего арифметического 516образования координат, а второй входс выходом второго блока 26 прямогопреобразования координат, Выход первого арифметического блока 27 подключен к первым входам третьего 28 и второго 29 арифметических блоков и кпервому входу частоты компаратора 30,Выход задающего генератора 31 двухфазного гармонического сигнала соединен с вторым входом второго арифметического блока 29 и с вторым входомчастотного компаратора 30. Вход управляемого аналогового коммутатора32 подключен к выходу второго арифметического блока 29, а управляющийвход - к выходу частотного компаратора 30. Второй вход третьего арифметического блока 28 соединен с выходомуправляемого аналогового коммутатора32, а выход - с входом блока 33обратного преобразования координат,который в свою очередь соединен свходом блока 34 формирования управляющих импульсов, выход которого через делитель 35 подключен к второмууправляющему входу преобразователя3 частоты ротора.Устройство для управления двигателем двойного питания работает следующим об раз ом,где. Я - выходная частота задающегогенератора двухфазного синусоидального напряжения;.У- угловая частота вращения ротора; 40Й )о 6 РС выхода втор ог о арифметич еского блока 29 сигнал поступает на вход управляемого аналогового коммутатора 32, на управляющий вход которого по ступает сигнал управления с выхода частотного компаратора 30, На первый и второй входы компаратора подаются сигналы с выходов соответственно первого арифметического блока 27 сояЯ 50 и задающего генератора 31 двухфазного гармонического сигнала соя Иой. Когда частота синусоидального сигнала ф на первом входе компараторе 30 становится больше частоты синусоидального сигнала на втором его входе, на выходе формирует я сигнал логического нуляПри частоте сигнала на первом входе частотного компаратора 30 меньВ первый момент сигналы управления инверторными звеньями преобразо-, вателей 2, 3 частоты статора и ротора отсутствуют. Соответственно сигнал на входе первого арифметическогоблока 27 равен нулю. Задающий генератор 31 двухфазного гармоническогосигнала вырабатывает двухфазный синусоидальный низкочастотный сигнал частотой порядка 6-10 Гц, который подается на второй вход второгоарифметического блока 29, На первыйвход блока 20. поступает сигнал с выхода первого арифметического блока 27. Бо втором арифметическом блоке 29 двухфазные синусоидальные сигналы преобразуются согласно выражениям:1610589 я 1 пЯ, соя(д,А - сояИ,1 япЯй = я 1 п(У,-У) с,сову,Т сояя С - вдпЯ,1 ядпЯ, = сов(У-У )С,3( впцсовЯ й - сояу 1 я 1 пЯС = яп(Ю -Ы)С = впЯ; с овЯС совЯ С - я 1 пЮС япУ С = соя(Я -Я )е = сояЯ,блока 28, на первый вход которогоподается сигнал с выхсда первогоарифметического блока 2, В третьем С выхода третьего арифметическогоблока 28 сигнал поступает на входблока 33 обратного преобразованиякоординат. После преобразования в блоке 33 обратного преобразования координат трехфазный синусоидальный сигнал проходит через Формирователь 34управляющих импульсов и делитель 35с коэффициентом деления К = 2 и по 20ступает на второй управляющий входпреобразователя .3 частоты ротора,Так как в начальный момент времени частота вращения ротора Ю= О,то после прохождения через второй29 и третий 28 арифметические блокии деления делителем 35 сигнал будетиметь частоту= а,/г,Частота Я является начальнойчастотой возбуждения (частотой тока.ротора),По обмотке неподвижного ротораначина ет пр от екать п ер еме нный тр ехфазный ток частотой Яц = (Ла 2, в3результате чего в обмотке статоранаводится ЭДС той же частоты где Я - частота токов ротора (частота возбуждения);я - частота токов статора (якоРя)эг = Я- У- частота вращенияротора.Так как при неподвижном роторе частоты токов статора и ротора равйы (д = Я, то частота двухфазного сигнала на выходе первого арифметического бл.ока 27 равна нулю ( Я 1,= 0), :Лри неподвижном роторе по обмоткам "татора и ротора протекает переменарифметическом блоке 28 двухфазныесинусоидальные сигналы преобразуются согласно выражениям: где И - частота тока статора (якоря),Сигнал с выхода датчика 6 фазных напряжений статора поступает на вход датчика 7 частоты токов статора, который формирует управляющие сигналы для инверторного звена преобразователя 2 частоты статора, По обмотке статора начинает протекать переменный трехфазный ток частотой=4 = (Оо 2,Сигналы с датчиков 6, 25 фазных напряжений статора и ротора поступают на Фильтры 22 и 24, которые выделяют первые гармоники напряжений, совпадающие по фазе с напряжениями на обмотках статора и ротора соответственно. С выходов фильтров сигналы поступают на входы первого 23 и второго 26 блоков прямого преобразования координат соответственноПосле преобразования в указанных блоках двухФазные синусоидальные сигналы поступают соответственно на первый и второй входы первого арифметического блока 27, в котором сигналы преобразуются согласно выражениям: ный трехфазный ток, который создает в статоре и роторе вращающиеся магнитные поля. При вращении магнитного поля статора в одном направлении с одинаковой частотой с магнитным полем ротора поля взаимодействуют между собой, создавая вращающий электромагнитный момент. Когда последний превысит момент сопротивления нагрузки на валу, ротор двигателя начнет вращаться,С выхода датчика 7 частоты токов статора снимается после этого сиг,образования координат на обратное,что обеспечивает изменение направления вращения магнитного поля ротора. При этом результирующее магнитное поле в воздушном зазоре машинывращается с частотой Ы =(д-У .Когда частота вращения ротора Ястановится равной частоте задающегогенератора 31 двухфазного синусоидального напряжения Ячастота сигнала на выходе второго арифметического блока 29 нал с частотой, равной сумме или разности частот вращения и возбуждения и обеспечивающей одинаковую скоростьвращения магнитных полей статора иротора,Регулирование частоты вращенияротора осуществляется путем изменениявеличины напряжения якоря при помощи блока 8 задания амплитуды напряжения статора,Когда ротор начинает вращаться,сигнал частотой У =Яр+ Яс выхода датчика 6 фаэных напряжений статора проходит через первый фильтр 22 и после преобразования в первом блоке 23 прямого преобразования координат поступает на первый вход первого арифметического блока 27. На второй вход первого арифметического блока 27 поступает с выхода второго блока 26 прямого преобразования координат сигнал частотой У ,Частота сигнала на входе первого арифметического блока 27 равна частоте вращения ротора При увеличении частоты вращенияротора Я частота сигнала на выходевторого арифметического блока 29,равная 11 0 Иначинает уменьшаться. Уменьшаетсятакже частота на выходе третьегоарифметического блока 28: И=Я,-Юр =Ую -У-Ур = до,где Я - частота на выходе третьего 2 арифметического блока,Частота возбуждения соответственно равна Уи Ио И: - = - -у,2 2 о Когда (д = - частота возбуждения г 2 фЯ равна нулю - в обмотке роторатечет .постоянный ток При дальнейшемувеличении частоты вращения ротораИр частота возбуждения О изменяетзнак и начинает возрастать, но ужес отрицательным знаком. В моментизменения знака Ы один иэ сигналовс выхода третьего арифметического и, следовательно, на выходе управляемого аналогового коммутатора 32равна нулю. Одновременно происходитизменение логического сигнала навыходе частотного компаратора 30 - 25 логический уровень становится равным нулю. Как только сигнал на управляющем входе управляемого аналогового коммутатора 32 становится равным логическому нулю, управляемыйаналоговый коммутатор прекращаетпропускать входной сигнал на выход,поэтому на втором входе третьегоарифметического блока 28 сигналравен нулю.Когда частота ,вращения ротора Ястановится больше выходной частотызадающего генератора двухфазногосинусоидального сигнала Яо, с выхода третьего арифметического блока 40снимается двухфазный сигнал частотой - я, так как на втором входетретьего арифметического блока сигнал равен нулю. После деления частоты делителем 35 сигнал частотой И = 45= - 63/2 поступает на второй управляющий вход преобразователя 3 частоты ротораПри дальнейшем увеличении скорости вращения ротора частота возбуждения поддерживается равной половинечастоты вращения ротора.В электроприводе имеется автоматическая система поддержания постоянства результирующего магнитногопотока в воздушном зазоре двигате ля, Выходные сигналы с датчика 11ЭДС Холла, пропорциональные величинам магнитных потоков фуфо фс 3воздушного зазора по осям фаз обмо/1 О 15 ток статора, преобразуются с помощьюблока 10 преобразований магнитных потоков в составляющие Фр, Ф , нулевой частоты, представлейные в осях Х, У, вращающихся синхронно с полем двигателя, После возведения в. квадрат составляющих магнитного потока в квадраторах 12 и 13 и суммирования их сумматором 14 выходной сигнал с последнего, пропорциональный квадрату амплитуды магнитного потока Фх в воздушном зазоре двигателя, поступает на первый вход блока 15 сравнения. На второй вход блока .15 сравнения поступает сигнал с блока 16 задания квадрата амплитуды магнитного потока Ф в воздушном зазоре двига 6 Отеля, С выхода блока 15 сравнения сигнал рассогласования+Ф с помощью астатического регулятора 17, выпсдненного в виде интегратора, преобразуется в сигнал напряжения смещения 4 6 Б , подается на третий вход преобразователя 3 частоты ротора и так изменяет величину тока возбуждения х и тока намагничивания д = х + , чтобы обеспечить постоянство результирующего магнитного потока в воздушном зазоре машины (Ф р = ф р сопвй) в соответствии с заданной величиной,Кроме того, в электроприводе имеется система поддержания ортогональности векторов тока якоря и результирующего магнитного потока,. Условие ортогональности векторов, тока якоря и результирующего магнитного потока выполняется при равенстве нулю их скалярного произведенияЪФ = О, или , в координатах Х, х хф 3 х+ хрфЬ 0Выходные сигналы с датчика 4 фазных токов статора преобразуются. с помощью блока 5 преобразований токов статора в составляющие нулевой частоты х, , представленные в осях Х, У, вращающихся синхронно с полем двигателя. На умножители 18 и 19 поступают выходные сигналы с блока 10 преобразования магнитных потоков, представляющие собой составляющие нулевой частоты Ф 3 х, Ф, и токи. Умножители 18 и 19 осуществляют перемножение одноименных составляющих потока Ф и тока х, после чего сигнал суммируются первым сумматором 20 и через астатический регулятор 21, выполненный в виде интегратора, поступают на третий управляю 20 25 30 35 40 45 50 55 щий вход преобразователя 2 частотыстатора, Сигнал с выхода второго интегратора 21 определяет смещениефазы управляющих импульсов до техпор, пока не будет выполнено условиеортогональности векторов тока якоряи магнитного потока, При этом достигается максимальное значение электромагнитного вращающего момента двигателя при данных значениях тока статора и результирующего магнитного потока в воздушном зазоре.С учетом изложенного в двигателе обеспечивается минимум потерь в стали статора и ротора, а также минимум электрических потерь в меди обмоток, благодаря чему повышается КПД в сравнении с основным изобретением. Формула из обр ет ения1, Способ управления двигателем двойного литания, выполненным на базе асинхронного двигателя с фазным ротором по авт, св. Р 1515323, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения КПД путем снижения потерь в стали статора, после изменения чередования фаз обмотки ротора частоты токов в обмотках статора и ротора устанавливают равными.2. Устройство для управления двигателем двойного питания, выполненным на базе асинхронного двигателя с фаэным ротором, по авт. св.9 1515323, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что введены третий арифметический блок, частотный компаратор, управляемый аналоговый коммутатор, второй интегратор, второй сумматор, два умножителя,. блок преобразования токов статора, датчик фазных токов статора, выходом соединенный с управляющим входом блока преобразования токов статора, вход для опорных сигналов которого подключен к выходу датчика фазных напряжений статора, первый и второй выходы блока преобразования токов статора соединены с первыми входами соответственно первого и второго умножителей, вторые входы которых подключены к первому и второму выходам блока преобраэова" ний магнитных потоков, выходы умножителей соединены с входами второго сумматора, подключенного выходом через второй интегратор к третьему управляемому входу преобразователя частоты статора, первый вход частотг.2 ЪСоставитель А, ЖилинТехред И.Дндык Корректор С. Черни таковска едактор ираж 457 Заказ 3744 ВНИИПИ Государственного 113035, одписно митета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССРсква, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 10 ного компаратора соединен с соответствующим выходом первого арифметического блока второй вход подклюФ/ чен к соответствующему выходу зада-.- ющего. генератора двухфазного гармонического сигнала, при этом между. парой выходов второго арифметического блока и парой входов блока. обратного преобразования координат включены последовательно соединенные между собой управляемый аналоговый коммутатор и третий арифметический блок,другая пара входов которого подключена к. выходам первого арифметическо;го блока, а управляющий вход управляемого аналогового коммутатора подключен к выходу частотного компара- .тора.