Устройство для управления асинхронной машиной с фазным ротором

(19) (И 1 4(51) Н 02 Р ПИСАНИ БР ТОРСКОМ,Ф ЕЛЬСТВУ Я пия оГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) 1. Патент США Р 3859578,кл. 318-197, 1975.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 2913743/24-07,кл. Н 02 Р 5/34, 1980.(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯАСИНХРОННОЙ МАШИНОЙ С фАЗНЫМ РОТОРОМ, содержащее координатный преобзователь с блоком нормирования навыходе, соединенный одним их двухвходов с выходом блока формировансоставляющих тока ротора в осях к ординат статора, связанного с выходами датчиков фазных токов и напржений статора, датчик фазных токовротора, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повышения точностиуправления путем устранения фазовойпогрешности, в него введены блокформирования составляющих тока демфера в осях координат ротора, датчик фазных напряжений ротора и векторный сумматор, выходом соединенныйс другим входом координатного преобразователя,.а двумя входами связанный с выходами датчика фазных токовротора и блока формирования составляющих тока демпфера в осях координат ротора, два входа которого связаны с выходами датчиков фазных токов и напряжений ротора соответственно.Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствамдля управления асинхронными машинамис фазным ротором, и может быть использовано в системах управления 5электрических машин двойного питания, например асинхронизнрованныхгенераторов, компенсаторов и двигателей,Известно устройство для управле- .Ония асинхронной машиной с Фазнымротором, содержащее электромехаии"ческий датчик углового положения ротора, соединенный через согласующийблок с соответствующими входами 15блока координатных преобразований иИзвестное устройство характеризуется конструктивной сложностью из-занеобходимости размещения на валуасинхронной машины электромеханичес 1 2 ОФкого датчика углового положения ротора, что не всегда .оказываетсятехнически возможным,Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности и достигаемому результату является устройстводля управления асинхронной машинойс Фазным ротором, содержащее координатный преобразователь с блокомнормирования на выходе, соединенный ЗОодним из двух входов с выходом блока Формирования составляющих тока ро.тора в осях координат статора, связанного с выходами датчиков Фазныхтоков и напряжений статора, датчикфазных токов ротора 2 .Однако известные технические решения не применимы в системах управления асинхронных машин с фазным ротором, снабженных демпферными обмот" 4 Оками или массивным сердечником. Вэтом случае по сигналам датчиковфазных токов и. напряжений статора вблоке Формирования составляющих тока ротора в осях координат статора ф 5могут быть выделены составляющиетолько суммарного тока ротора (сумма токов обмотки ротора и короткозамкнутых контуров). Дальнейшеесравнение этого сигнала в координатном преобразователе с Фазнцми токами ротора приводит к Фазовой погрешности в получаемом сигнале угловогоположения ротора, связанной с протеканием неучтенных токов в короткозамкнутых контурах ротора. Использование такого сигнала в системеуправления электрической машиной с короткозамкнутыми демпферными контурами на роторе вызывает Фазовую погрешность управления, снижение точности и ухудшение характеристикмашины,Цель изобретения - повышение точности управления путем устраненияФазовой погрешности.,Указанная цель достигаетсятем, что в устройство для управления асинхронной машиной с фаэнцм ротором, содержащее координатный преобразователь с блоком нормированияна выходе, соединенный одним иэ двухвходов с выходом блока Формированиясоставляющих тока ротора в осяхкоординат статора, связанного с выходами датчиков Фазных токов и напряжений статора, датчик Фазных токов ротора, введены блок формирования составляющих тока демпфера восях координат ротора, датчик фазныхнапряжений ротора и векторный сумматор, выходом соединенный с другимвходом координатного преобразователя,а двумя входами связанный с выходамидатчика Фазных токов ротора и блокаФормирования составляющих тока демпфера в осях координат ротора, двавхода которого связаны с выходамидатчиков фазных токов и напряженийротора соответственно,На фиг.1 представлена Функциональная схема устройства для управленияасинхронной машины с фазным ротором;на Фиг.2 - вариант выполнения датчика напряжения или тока ротораф нафиг,З - блок формирования тока демпфера в осях координат ротора ( 3),на фиг,4 - выполнение векторного сумматораф на фиг.5 - блок Формированиясоставляющих тока ротора в осяхкоординат статора (Ф;) наФиг.б - выполнение координатногопреобразователя.1Устройство для управления асинхронной машиной с Фаэным роторомсодержит датчик 1 фазных токов статора и датчик 2 фазных напряженийстатора, выходы которых подключенык входам блока 3 формирования составляющих тока ротора в осях координатстатора. Выход датчика 4 фазных токов ротора и выход датчика 5 фазныхнапряжений ротора подключены к соответствующим входам блока б формирования составляющих тока демпфера восях ротора, а выход датчика 4 под-.20 40 50 ключен также к первому входу векторного сумматора 7, второй вход которого соединен с выходом блока 6формирования составляющих тока демпфера в осях координат ротора. Выходблока 3 Формирования составляющихтока ротора в осях координат статора и выход векторного сумматора 7подкдючены к соответствующим входамкоординатного преобразователя 8,выход которого подключен к входублока 9 нормирования, выход которого является выходом устройства.Датчики 1 и 2 тока и напряжениястатора могут быть выполнены . на основе измерительных трансформаторов тока и .напряжения.Датчики 4 и 5 тока и напряженияротора выполняются, например, попринципу модуляция - демодуляция(на фиг.3 раскрыт только каналуправления оси координат ротора 3 ).Входы датчиков 4 и 5 образованыделителем напряжения 10, Модулятор11 входом связан с делителем. 25напряжения 10, а выходом - черезтрансформатор 12 с демодулятором 13,выход которого образует выходы датчиков 4 и 5,Канал управления по оси коорди- З 0нат ротора выполняется по аналогичной схеме. Датчик 4 может быть выполнен аналогично датчику 5, с тойразницей, что вместо делителя напря.жения используется измерительныйшунт.Блок 6 Формирования составляющихтока демпфера в осях координат ротора выполняется, например, по схеме, представленной на Фиг,5, гдепоказан только канал управления пооси координат 3 ротора, который содержит дифференцирующий усилитель14, суммирующий усилитель 15, выход которого связан параллельно свходами 0 апериодических звеньев(Фильтров) 16, число которых равночислу учитываемых демпферных контуров. Выходы фильтров 16 образуют, выходы блока 6, а его входы образованы входом усилителя 15 и однимвходом усилителя 15, Канал управления по оси координат ротора Ч, выполнен аналогично каналу управленияпо оси координат ротора 355Векторный сумматор 7 выполняется,например, по схеме, представленнойна Фиг.4, и состоит иэ суммирующих усилителей 17 (по одному в каналахуправления по осям координат ротора3 иаэс ),Каждый иэ суммирующих усилителейимеет вход для сигнала составляющейтока ротора и группу входов для сигналов составляющих токов демпфирующихконтуров в количестве, равном числувыходов блока 6 формирования составляющих тока демпфера в осях роторана одну фазу.Блок 3 формирования составляющихтока ротора в.осях координат стато.ра (Фиг.5) выполняется с использованием интегросумматора 18 и суммирующего усилителя 19 (раскрыт толькоканал управления оси координат статора Ф, канал управления по оси координат статора 3 выполняется по аналогичной схеме).Координатный преобразователь 8,выполняется, например, как показанона Фиг.6, с использованием перемножителей 20-23 и суммирующих усилителей 24 и 25, выходы которых образуютвыходы координатного преобразователя, а его входы образуют входы перемножителей 20-23.Блок нормирования 9 выполняетсяаналогично соответствующему блокупрототипа,Устройство работает следующим образом.Действие устройства основанона независимом вычислении одной итой же векторной величины, характеризующей режим работы электрическоймашины (опорного параметра) в двухсистемах коорд.".нат: статорной(М,3)и роторной ( 3; 1 ), с последующимвыделением фазового сдвига между,полученными векторными сигналами.В данном устройстве в качестве опорного параметра используется результирующий ток 1ротора, равный сумме токов обмотки ротора и демпфирующих контуров ротора. Если в статорной системе координатюй Зс г1 "- 1 , со 56й15 1 рвРз 50- угловой сдвигмежду системами (Ю , )) и (Д,с ), равный угловому положению ротора электрической машины относительно статора.Для вьделения гармонических сигналов углового положения ротора требу 1 О ется выполнить действиягде 1" - вектор, сопряженный вектоРУ 1 11 - его модуль.Деление полученного результата на 1гдает гармонические функции частоты20вращения соэи эмап нормированнойединичной амплитуды.Первичная информация о режиме работы машины, необходимая для работы25устройства, поступает с датчиков1 и 2, которые производят измерениесоответственно фазных токов и напряжений статора асинхронной машиныи формирование векторных сигналов тоока 1 и напряженияв виде двухпроекций на ортогональные оси однойи той же системы координат (М;),жестко связанной .со статором и неподвижной в пространстве,Датчики 4 и 5 дополнительно производят обработку результатов измерений соответственно фазных токови напряжений ротора и формируют векторные сигналы тока Г и напряженияобмотки ротора в виде проекцийна ортогональные оси системы координат (3 ,, жестко связанной с ротором и вращающейся с частотой вращенияротора.Сигналы 1 и 1 поступают в блок 3, 451который производит вьделение векторного сигнала суммарного тока ротора1 "(сумма токов обмотки возбужденияНи демпферных контуров) в проекцияхна оси системы координат статора(К13 ) по сигналам датчика 1 тока1 статора, датчика 2 напряжения Чстатора и известным параметрам машины В соответствии с управлением55 где г и Х соответственно активное ииндуктивное сопротивлениястаторной цепи,Ха - сопротивление вэаимоиндукции цепей статора и ротора,1/р - оператор интегрирования.Сигналы 1 ис датчиков 4 и 5 поступают в блок 6, который производит выделение векторного сигнала то 3 а ка демпферного контура.1в проекциях на оси системы координат ротора () по сигналам датчика 4 тока обмотки ротора и датчика 5 напряженияобмотки ротора и известным параметрам машины в соответствии с выражениями где Е - ЭДС в воздушном зазоре,г иХ - соответственно актйвноеи индуктивное сопротивления рассеяния обмотки ротора,Тв=Х 1 бг,- постоянная времени демпферного контура,г и - соответственно активноеЖи индуктивное сопротивления рассеяния демпферногоконтура,оператор. дифференцирования.Сигнал 1 в с выхода блока Ь, а также сигнал 1 с датчика 4 поступаютна входы векторного сумматора 7, гдепроизводится их сложение и вычисляется векторный сигнал результирующего тока ротора 1 И в проекцияхВна оси роторной системы координатСигналы 1выходы блока 3 формиро.вания составляющих тока ротора восях статора и 1с векторного сумНматора 7 подаются на входы преобразователя координат 8, в котором производится операция умножения векторного сигнала 1 на сопряженный век 11+ дторный сигнал 1К111+1 А,) =к 3 с-11 д+11 ,.,111 -11Это позволяет получить гармонический векторный сигнал,изменяющийся с частотой вращения ротора и име1137561 7ющий амплитуду, пропорциональнуюквадрату модуля 1 вектора тока 1.Сигнал с выхода координатногопреобразователя 8 поступает на входблока 9 нормирования, в котором производится операция деления входноговекторного сигнала на квадрат егомодуля, после чего на выходе блока 9,который является выходом устройства,получается парафазный сигнал 1 1 О(соя +свдп), нормированной единичной амплитуды, дающий информациюоб угловом положении ротора электрической машины.Датчики 4 и 5 (фиг.2) функционируют следующим образом.Входной сигнал через делитель напряжения 10 на резисторах К, и Ипоступает в модулятор 11, где преобразуется в сигнал высокой частоты 20с амплитудой, пропорциональной входному сигналу, Трансформатор 12 осу;ществляет потенциальное разделениевходной и выходной цепей, а демодулятор 13 производит детектирование 25высокочастотного сигнала, и на выходблока поступает сигнал, повторяющийпо форме входной.Блок 6 формирования составляющихтока демпфера в осях координат 30(фиг.З) функционирует следующим образом,Вычисление составляющей ЭДС ввоздушном зазоре производится припомощи схемы, состоящей из дифференцирующего 14 и суммирующего 15 усилителей. Составляющие токов демпферных контуров вычисляются при помощи апериодических звеньев - фильтров 16, число которых равно числу ре. альных или эквивалентных короткоэамкнутых контуров ротора электрической машины, Канал фазы с функционирует аналогично каналу ФазыВ векторном сумматоре 7 (фиг,4) производится раздельное суммирование сумматорами 17 составляющих сигналов по действительной и мнимой осям так, что фазовый сдвиг междуФвыходными сигналами 11 и 1 составЯч ляет )/2.В блоке 3 формирования составляющих тока ротора в осях координат статора (фиг.5) производится вычисле. ние указанных составляющих 1 и 1 р по информационным сигналам, поступающим с датчиков 1 и 2.Координатный преобразователь 8 (фиг.6) с блоком нормирования на выходе работает аналогично прототипу; Таким образом, в соответствии с изобретением гармонические функции . положения ротора, используемые для управления асинхронной машиной с фазным ротором, формируются по1результатам измерений токов и напряжений обмоток статора и ротора без применения механических датчиков углового положения, при вычислении углового положения ротора учитывается наличие на роторе короткозамкнутых контуров.Это позволяет повысить точность управления и обеспечить более широкую область применения машин двойного питания с демпферными контурамина роторе, а также с массивным ротором.каз 10538/41ВНИИП Подписное 30 ал ППП "Патент" оектная, 4 Ужгород, ул Тираж 646Государственногоелам изобретенийосква, Ж, Раув омитета ССС открытий кая наб., д