Автоматический регулятор возбуждения для асинхронного электродвигателя с фазным ротором

Союз СоветскихСоциапнстическихреспублик ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДВТВЛЬСТЕУ е 1928595(5)М, Кл. Н 02 Р 9/14 Гооударотвсниый ионитет СС.СР по делан изобретений и открытий.2(088.8) Дата опубликования описания 15. 05. 82(72) Автор изобретен А. А. Кру глый ентральное проектно-конструкторское и т бюро крупных электрических машин") Заявител 4) ИВТОМАТИЧЕСКИЙ РЕГУЛЯТОР ВОЗБУЖДЕНИДЛЯ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯС ФАЗНЫМ.РОТОРОМ ме" фазИзобретение относится к электротехнике, а более конкретно к устройствам для регулирования частоты вра 1щения, а также для регулирования возбуждения электрических машин, и может быть применено в горнорудной, нефтяной, химической и других отраслях промышленности.Известен автоматический регулятор возбуждения для асинхронной машины . с фазным ротором, обмотки статора которой подключены к сети, а обмотки ротора - к преобразователю частоты, содержащий углоизмерительную машину, линейный преобразователь гармонического выходного. сигнала углоизмерительной машины, фазовращатель, нелинейный преобразователь и выходной преобразователь. Нелинейный преобразователь выполнен в виде набора прерывателей (ключей) и элементов памя" ти (конденсаторов ). При этом каждый прерыватель соединен со своим элементом памяти. Прерыватели включены в цепь между углоизмерительнои маши" ной и выходным преобразователем, а управление прерывателями осуществляется от блока управления, подключенного к сети через фазовращательНедостаток данного устройства состоит в том, что диапазон скольжений с гармоническим выходным сигналом ограничен и составляет не более 0,14-0, 15. Для большинства приводов требуется величина скольжения не менее 0,20-0,25. Кроме того, в это регуляторе отсутствуют цепи управл ния, как амплитудой, так и фазой выходного напряжения. При работе с диапазоном скольжений более 0,15 этот регулятор создает увеличенные потери в асинхронной машине, а отсутствие цепей управления амплитудой и фазой снижает устойчивость.Наиболее близким техническим решением к изобретению является автоматический регулятор возбуждения для асинхронного электродвигателя с3 . 92859 ным ротором, содержащий преобразователь частоты, снабженный выводами для подключения к роторной обмотке электродвигателя, блок измерения ско рости и положения ротора, асинхронного электродвигателя, датчики на" пряжения и тока обмотки статора асинхронного электродви.гателя, подсоединенные к Формирователю сигналов параметров режима, блок фазоим о пульсного управления преобразователем, выход которого соединен с преобразователем, и формирователь гармонического сигнала скольжения, выход которого соединен со входом блока фа зоимпульсного управления. Блок измерения скорости вращения и положения ротора электродвигателя составлен из двух датчиков, причем датчик положения ротора выполнен в виде блока с 2 о гармоническим выходным сигналом. Формирователь гармонического, сигнала скольжения содержит блок электронных интеграторов и блоки прямого преобразования координат в виде на- щ бора блоков умножения величин. При этом выход датчика положения соединен со входом блока электронных интеграторов, выход которого подключен к одному входу первого блока прямого преобразования координат, второй вход которого соединен с выходом формирователя сигналов .параметров режима, выход первого блока прямого преобразования координат соединен с одним входом второго блока преобразования координат. Выход блока прямогопреобразования соединен. со входом блока фазоимпульсного управления преобразователем, а второй вход второго блока преобразования координат соединен с выходом датчика напряжения статора 2Недостатками этого регулятора являются сложность выполнения датчикаположения, сложность настройки блоков интегрирования и прямого преобразования координат и необходимость регулярной проверки и подстройки этих блоков в эксплуатации. Кроме того, в рассматриваемом регуляторе используют блок с гармоническим выходнымсигналом, Выполнение такого датчика совместно с асинхронной машиной, как единого целого, оказывается нерациональным, так как или требуется уклад кв"распределенной обмотки, или выполнение -механических работ повышенной точйости в случае импульсного преоб 5 4разователя частоты вращения в гармонический сигнал. Необходимость индивидуальной и регулярной настройкивозникает в связи с нестабильностьюэлектронных интеграторов (смещениенуля) и блоков умножения, имеющих заметную погрешность при малых выходных сигналах (даже в микросхемномвыполнении). В случае же применениядополнительных стабилизирующих связейсложность и стоимость этого регулятора резко возрастает. Эти недостатки затрудняют .внедрение эффективноговида привода, поскольку во многихслучаях квалифицированное регулярноеобслуживание исключается,Целью изобретения является упрощение и повышение эксплуатационной надежности.Поставленная цель достигаетсятем, что в автоматическом регуляторевозбуждение для асинхронного электродвигателя с фазным ротором, содержа,щем преобразователь частоты, снабженным выводами для подключения к роторной обмотке асинхронного электродвигателя, блок измерения скоростивращения и положения ротора асинхронного электродвигателя, датчики напряжения и тока обмотки статораасинхронного электродвигателя, подсоединенные к Формирователю сигналовпараметров режима, блок Фазоимпульсного управления преобразователем,выход которого соединен с преобразователем, и Формирователь гармонического сигнала скольжения, выход которого соединен с входом блока фазоимпульсного управления, блок измерейия скорости вращения и положенияротора асинхронного электродвигателявыполнен имйульсным, а в формирователь гармонических сигналов скольжения введены прерыватели, многофазныйвариатор амплитуды напряжения сетевой частоты, элементы памяти, числокоторых равно числу фаз ротора электродвигателя, блок сдвига фаз и распределитель импульсов, причем выходблока измерения скорости вращения иположения подключен через блок сдвигафазы, распределитель импульсов подсоединен к управляющим цепям прерывателей, входы которых подключены квыходам многофазного вариатора амплитуды напряжения сетевой частоты,а выходы объединены и подключены кэлементу памяти и образуют выходблока фазоимпульсного управления пре595 6,мерный и ли одномерный вход . П ри двумерном входе изменяется ка к амплитуда , та к и фаза выхода вариатора . 928 2 э зователя 22 частоты, питаемым от источника 23. Число каналов соответствует числу Фаз ротора. В данном случае и 2. Цепи 9-11 к прерывателям 15-17 подсоединены со смещенным чередованием. Блок 2 может выполняться в виде двух отдельных датчиков: датчика скорости вращения и датчика по" ложения. Блок 6 сдвига фазы может выполняться как блок Фазоимпульсного образователем, а вход многофазного вариатора амплитуды напряжения сетевой частоты соединен с формирователем сигналов параметров режима.На фиг.1 изображена схема регу" лятора возбуждения для асинхронного электродвигателя с фазным ротором; на фиг.2 - временные диаграммы формирования. синусоидального напряжения частоты скольжения.Автоматический регулятор возбуждения для асинхронного электродвига. теля 1 с Фазным ротором включает в себя блок 2 измерения скорости вращения и положения ротора асинхронного электродвигателя, датчик 3 напряжения и датчик,1 тока обмотки статора асинхронного электродвигателя. Блок 2 может быть выполнен, например,в виде одной или нескольких сосредоточенных катушек с ферромагнитнымисердечниками, размещенными на статоре асинхронного электродвигателя 1 и ферромагнитного элемента с переменным зазором на роторе асинхронногоэле ктродви гат еля 1, например в видевыступов, "флажков" или шестерни с числом пазов, обеспечивающим частоту 150 Гц при одной катушке или 50 Гц при трех катушках. На пару полюсовасинхронного электродвигателя 1 требуется соответственно три или одинвыступ. Блок 2, датчики 3 и 4 соединены с Формирователем 5 сигнала параметров режима, например, сигналовреактивного тока и скорости. Выходблока 2 соединен со входом блока 6 1 О И 20 В дальнейшем для простоты рассмат" ривается только вариант с одним иэвходов многофазного вариатора 20 амплитуды напряжения сетевой частоты,Иногофаэный вариатор 20 амплитудынапряжения сетевой частоты может бытьвыполнен с помощью коммутаторов, преобразующих постоянное напряжение выхода формирователя 5 в систему ю-напряжений прямоугольной Формы с амплитудой, равной выходному сигналу формирователя 5. Прямоугольные напряже" ния фильтруются и образуют синусои- . альное напряжение. Такое выполнение .вариатора 20 обеспечивает высокуюточность, стабильность, симметрию выходных сигналов при всех амплитудахвыхода Формирователя 5.Элементы 18 и 19 образуют каналы и-фаэной системы, напряжения которой имеют частотускольжения, и управляют через соединенный с ними блок 21 Фазоимпульсного управления преобрауправления вертикального принципасдвига фазы, на второй вход которогоподведен выход 7 формирователя 5 сигналов параметров режима. Выход 7 формирователя 5 является многомерным,в частности двумерным. Одна составлящая выхода 7 может соответствовать сигналу реактивного тока, другаяскорости, Выход блока 6 через распределитель 8 импульсов, выполненный погд-канальной системе цепей 9-11, подсоединен к управляющим цепям прерывателей 12-17. Прерыватели 12-14 образуют одну группу, соединенную с элементом 18 памяти, а остальные- другую, соединенную с элементом 19 памяти. На входы всех прерывателей поданы выходы многофаэного, в частности в-фаэного вариатора 20 ампли" туды напряжения сетевой частоты, на вход которого подключен выход 7 формирователя 5 сигналов параметров режима. Вариатор 20 может иметь дву"действия.Устройство работает следующим об"разом,40На фиг.2 показана временная диаграмма для трехфазного варианта. Сим,волами а,Ь,с обозначены фазы напря 1жения частоты сети т на выходе многофазного вариатора 20 амплитуды напряжения сетевой частоты. В нашемслучае У 50 Гц. Символами де 3обозначены три последовательностиимпульсов, каждая иэ которых имеетчастоту т. (1 -5) где Б " скольжениеротора асинхронного электродвигателя1 относительно поля статора, образо-ванного напряжением частоты.1. Этипоследовательности".сдвинутымеждусобой на угол . В цепь фазы а вклюзз чен прерыватель управляемый после"7 92859 прерывателя относительно фазы с и импульсов 1 . В момент появления импульса д прерыватель 12 (фиг.1) замыкается, и на элементе памяти 18, выполненного в виде конденсатора (Фиг.1), остается напряжение соответствующей фазы (в данном случае Фазы б ) Это напряжение сохраняется до появления следующего импульса е, оставляющего на конденсаторе напряже О ние фазы Ь, соответствующее моменту появления импульса Е , и т.д. В результате на конденсаторе 18 образуется напряжение ступенчатой формы, приближающейся к синусоиде. Из-за разности частот синусоидального напряжения и последовательности импульсов импульс как бы перемещается по синусоиде со скоростью, равной разности частот, т.е. со скольжением 5 воспроизводя в виде ступенек эту синусоиду в растянутом масштабе времени, Отметим, что выбрав произвольную форму несущей частоты, получим аналогичную Форму напряжения час-тоты скольжения. Полученное на элементах 18 и 19 памяти напряжение частоты скольжения определяет угол управления тиристоров преобразователя 22 через блок 21ЗО Фазоимпульсного управления, Преобразователь 22 является силовым усилителем, воспроизводящим форму сигнала на входе блока 21. Изменения амплитуды и фазы напряжений на элементах 18 и 19 памяти изменяют амплитуду и фазу напряжения ротора асинхронного электродвигателя 1. Синусоидальная форма этих сигналов обеспечивает минимальные потери в электродвигателе 1 сравнительно с другими формами управляющего блоком 21 напряжения.Для стабилизации скорости и реактивной мощности электродвигателя 1 1 введены обратные связи, осуществляемые формирователем 5 сигналов параметров режима, на вход которого подаются сигналы блока 2 и датчиков. 3 иВыходной сигнал формирователя 5 поступает на вход 7 и воздейству ет на амплитуду вариатора 20 и фазу блока б, что пропорционально изменяет фазу и амплитуду напряжений на входе блока 21, а соответственно и напряжение ротора асинхронного электродвигателя. Таким образом, напряжение ротора увеличивается с ростом скольжения, а его фаза устанавливается соответствующей данной нагрузке на валу асинхронного электродвигателя 1 и заданной реактивной мощности.Технико-экономи че ские преимущества данного регулятора сводятся к упрощению устройств;, снижению потерь в асинхронной машине и повышению эксплуатационной надежности. Упрощение аппаратуры достигается за счет того, что блок измерения скорости вращения и положения может быть выполнен в виде отдельных сосредоточенных катушек с ферромагнитными сердечниками, расположенными на статоре асинхронной машины, и ферромагнитного элемента с переменным зазором, расположенным на роторе асинхронного электродвигателя. Такое упрощение оказывается возможным благодаря соединению катушек с управляющими входами прерывателей через блок сдвига фазы импульсов, иными словами благодаря выполнению цепи от блока измерения скорости вращения и положения ротора до прерывателей как импульсной с числом каналов не более фазности вариатора амплитуды. Упрощение настройки достигается за счет того, что формирователь сигнала скольжения выполнен на импульсных элементах, заменивших аналоговые интеграторы и аналоговые перемножители, Погрешность импульсных элементов определяется только точностью и стабильностью пассивных .элементов, тогда как точность и стабйльность аналоговых интеграторов и перемножителей снижается сравнительно с импульсными элементами за счет погрешностей активных элементов. Постоянство характеристик импульсных элементов повышает надежность эксплуатации, не требуя регулярных проверок,Формула изобретенияАвтоматический регулятор возбуждения для асинхронного электродвигателя с фазным ротором, содержащий преобразователь частоты, снабженный выводами для подключения к роторной обмотке асинхронного электродвигателя, блок измерения скорости и положения ротора асинхронного электродвигателя, датчики напряжения и тока обмоток сгатора, подсоединенные к соответствующим входам формирователя сигналов параметров режима, блок фазоимпульсного управления преобра92859 зователем, выход которого соединен с преобразователем, и формирователь гармонического сигнала скольжения, выходоторого соединен с входом блока фазоимпульсного управления, отличающийся тем, что, с целью упрощения и повышения эксплуатационной надежности, блок измерения скорости и положения ротора . асинхронного электродвигателя вы полнен импульсным, а в формирователь гармонических сигналов скольжения введены прерыватели, разделенные на две группы, многофазный вариатор амплитуды напряжения сетевой частоты, 1 з элементы памяти, число которых равно числу фаз роторной обмотки асинхронного электродвигателя, последовательно соединенные между собой блок сдвига фазы и распределитель импульсов, 20 причем выход блока измерения скорости вращения и положения ротора асинхронного электродвигателя подключен к первому входу блока сдвига фазы, второй вход которого соединен с выхо з 5 10,дом формирователя сигналов параметроврежима, а выход распределителя импульсов соединен с управляющими цепями прерывателей указанных групп, входы которых подключены к выходам многофазного вариатора амплитуды напряжения сетевой частоты, выходы прерывателей в каждой группеобъединены и подключены к входу соответствующего элемента памяти и входу фазоимпуяьс-ного управления, а вход мньгофазного вариатора амплитуды напряжения сетевой частоты соединен с выходом формирователя сигналов параметроврежима. Источники информации,принятые во внимание при экСпертизе1. Авторское свидетельство СССР8 323835, кл. Н 02 Р 9/1 Й) 1972.2. Блоцкий Н.Н. и:др. Иашины двойного питания. "Итоги науки и техники". Серия "Энергетические машиныи трансформатораты". И., ВИНИТИ,1979 г., т.2, с.26, рис.2., Редактор Т.Кинь Техред М. Надр Корректор Л. Бокаан Зака лиал ППП "Патент", г.Ужгород, Ул.Проектн 79/73 Тираж 719 ВНИИПИ Государственного коми по делам изобретений и отк 113035, Москва, Ж, Раушск