Автономная система электрооборудования

(5 ц 5 Н 02 К 29/О ТЫТИЯМ ТЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Всесоюзный научно - исследователский институт электромашиностроения(56) Авторское свидетельство СССРМ 1356134, кл. Н 02 К 29/00, 1985.Авторское свидетельство СССРМ 1534662, кл, Н 02 К 29/00, 1987,2 4) АВТДН 0 МНАЯ СИСТЕМА ЗЛЕКТ БОРУДОВАНИЯ(57) Изоб ке, а име ременно питаемым может бы стеме эл средств ми. Целью етение относится к электротехнино к регулируемым машинам пео тока различного назначения, от преобразователей частоты, и ть использовано в автономной сиктрооборудования транспортных вентильнцми электродвигателя- изобретения является улучшениеэнергетических, динамических показателей и расширение диапазона регулирования частоты вращения за счет уменьшения пульсаций вращающего момента вентильного электродвигателя, В автономную систему электрооборудования с генератором переменного тока 1 и вентильным электродвигателем на базе электромеханического преобразователя 2 введены два дополнительных пропорционально-интегральных регулятора 16, 18 и два дополнительных усилителя тока 12, 14. Индуктор 21 генератора 1 снабжен дополнительной поперечной обмоткой возбудителя 23 с датчиком тока 28. Индуктор 24 электромеханического преобразователя 2 снабжен дополнительной поперечной обмоткой возбудителя 26 с датчиком тока 30, при этом указанные обмотки возбуждения подключены к выходам соответствующих усилителей тока 12, 14 и связаны с выходами соответствующих блоков вычислений потокосцеплений 9, 10, Введение дополнительных контуров регулирования тока в поперечных обмотках возбуждения 23, 26 генератора 1 и электромеханического преобразователя 2 обеспечивает более эффективное уменьшение пульсаций эквивалентного выпрямленного тока и момента, обусловленных фэзовым регулированием напряжений и дискретным характером изменения вектора тока якоря, 5 ил,30 35 40 Изобретение относится к электротехнике, а именно к регулируемым машинам переменного тока различного назначения, питаемым-от преобразователей частоты, и может быть использовано в автономной системе электрооборудования транспортных средств с вентильными электродвигателями.Целью изобретения является улучшение энергетических, динамических показателей и расширение диапазона регулирования частоты вращения за счет уменьшения пульсаций вращающего момента вентильного электродвигателя.На фиг. 1 представлена функциональная схема автономной системы электрооборудования с вентильным электродвигателем; на фиг, 2 - функциональная схема блока вычислений потокосцеплений; на фиг, 3 - функциональная схема блока формирования потокосцепления якоря; на фиг. 4 и 5 - векторные диаграммы изображающих векторов генератора переменного тока и электромеханического преобразователя.Автономная система электрооборудования с вентильным электродвигателем содержит 2 р 1-полюсный а 1-фазный генератор 1 переменного тока фиг, 1) и вентильный электродвигатель на базе 2 р 2-полюсного а 2-фазного электромеханического преобразователя 2, подключенные обмотками якорей к соответствующим выходам преобразователя 3 частоты, управляющие цепи которого соединенц с выходами системы 4 управления, выполненной с входами регулирования угла запаздцвания и угла опережения, с двумя опорными входами и двумя двухфазными выходами, а 1 - фазный датчик 5 тока якоря генератора 1 переменного тока, а 2-фазный датчик 6 токаякоря электромеханического преобразователя 2 и датчики 7 и 8 углового положения роторов генератора 1 переменного тока и электро- механического преобразователя 2, подключенные выходами к соответствующим опорным входам системы 4 управления,Автономная система электрооборудования содержит, кроме того, два блока 9 и 10 вычислений потокосцеплений, каждый из которых снабжен многофазным входом, опорным входом, двумя входами для составляющих тока и двумя выходами, пропорционально - интегральные регуляторы 11 - 14 тока, усилители 15 - 18 тока.Каждая из фазных обмоток якорей 19 и 20 генератора 1 переменного тока и электромеханического преобразователя 2 выполнена из двух параллельно-встречно включенных ветвей с взаимным сдвигом их осей на угол тг/р 1 у генератора 1 и 7 г/р 2 у преобразователя 2.Индуктор 21 генератора 1 переменного тока выполнен с продольной обмоткой 22 возбуждения, ось которой совпадает с осью полюсов индуктора 21, и поперечной обмоткой 23 возбуждения, установленной на полюсах, сдвинутых относительно полюсов индуктора на электрический угол л/2,Индуктор 24 преобразователя 2 выполнен с продольной обмоткой 25 возбуждения, ось которой совпадает с осью полюсов индуктора 24, и поперечной обмоткой 26 возбуждения, установленной на полюсах, сдвинутых относительно полюсов индуктора 24 на электрический угол й/2,Выходы усилителей 15 и 16 тока через введенные датчики 27 и 28 продольного и поперечного токов подключены соответственно к выводам продольной 22 и поперечной 23 обмоток индуктора 21.токов подключены соответственно к выводам продольной 25 и поперечной 26 обмоток индуктора 24. 5Входы усилителей 15 - 18 тока подключены к выходам соответствующих пропорционально-иитегральных регуляторов 11 - 14 тока,15 20 25 30 35 4045 50 55 Выходы усилителей 17 и 18 тока черездатчики 29 и 30 продольного и поперечного Первые входы регуляторов 11 и 12 тока подключены к выходам блока 9 вычислений,а вторые входы обьедииены с соответствующими входами для составляющих токаблока 9 вычислений и подключены к выходам датчиков 27 и 28 тока,Первые входы регуляторов тока 13, 14подключены к выходам блока вычислений10, а вторые входы обьединены с соответствующими входами для составляющих токаблока вычислений 10 и подключены к выходам датчиков тока 29, 30,Первый двухфазный выход системы 4управления подключен к соответствующемудвухфазному опорному входу блока 9 вь числений, многофазный вход которого соединен с соответствующими выходамигп 1-фазного датчика 5 тока.о Второй двухфазный выход системы 4управления подключен к соответствующемудвухфазному опорному входу блока 10 вычислений, многофазный вход которого сседииен с соответствуюшими выходамигп 2 - фазнога датчика 6 тока,Каждый из блоков 9 и 10 вычислений потокосцеплений выполнен с координатными преобразователями 31 и 32 (фиг, 2), блоком 33формирования потокосцеплений якоря, блоком 34 выделения среднего значения, блоком35 суммирования и блоками 36 и 37 умножения. Первые входы блоков 36 и 37 умножениясоединены между собой и подключены к выходу блока 35 суммирования, первым входомсоединенного с выходом блока 34 выделениясреднего значения, Вход последнего соединенс вторым входом блока 35 сумммирования и свыходом координатного преобразователя 32,подключенного основными входами к соответствующим выходам блока 33 формированияпотокосцеплений якоря, первые даа входа которого подключены к соответствующим выходам коордии;:тн ого и реобразователя 31,Другие два входа блока 33 формирования потокосцеплений якоря образуют соответствующие входы для составляющих токаблоков 9 и 10 вычислений, а вход уставкипредназначен для подачи эквивалентногосигнала возбуждения постоянных магнитовпо продольной оси.Вторые входы блоков 36 и 37 умножения, соединенные с соответствующими опорными входами координатных преобразователей 31 и 32, образуют двухфазный опорный вход каждого из блоков 9 и 10 вычислений. Многофазный вход и выходы каждогоиз блоков 9 и 10 образованы соответственно входами координатного преобразователя 31 и выходами блоков 36 и 37 умножения,Блок 33 формирования потокосцепления якоря содержит нелинейные элементы 38 и 39 (фиг, 3), определяющие зависимость основного потока от результирующей намагничивающей силы, и масштабные элементы 40 и 41.Автономная система электрооборудования (АЭС) работает следующим образом.При фазовом регулировании напряжений генератора 1 и электромеханического и рео бр аз овател я (ЭМ П) 2 э кви валентный выпрямленный ток (модуль вектора тока якоря) ЭМП 2 содержит кроме постоянной составляющей и переменные составляющие тока, которые и являются причиной пульсаций вращающего момента и ухудшения энергетических показателей вентильного двигателя (ВД), Кроме того, вращающий момент ВД является пульсирующим даже при идеально сглаженном эквивалентном вы и рямлен ном токе Э М П 2 ввиду дискретного характера изменения положения вектора тока якоря ЭМП 2, что приводит при низких частотах вращения к явлению "шагания" ВД, ограничивая тем самь,м диапазон регулирования частоты вращения. Дискретный характер изменения положения вектора тока якоря генератора 1 вызывает пульсации электромагнитного момента генератора 1 и приводит к ухудшению его энергетических показателей,Пульсации эквивалентного выпрямленного тока и момента, обусловленные фаэовым регулированием напряжения ЭМП 2 и дискретным характером изменения вектора тока якоря ЭМП 2, можно устранить, если проекцию вектора основного потокосцеплеиия якоря ЭМП 2 на направление ед фиг, 5), ортогональное вектору тока якоря ЭМП 2 1 д, поддерживать равной ее среднему значению путем регулирования токов возбуждения ЭМП 2 по продольной бд и поперечной од осям, для чего необходимо компенсировать переменную составляющую проекции вектора основного потокосцеплеиия в выражении электромагнитного моментаМд =(Юдя 1 д+Мдгд) 1 д, (1) где ядр д - среднее значение проекциивектора основного потокосцепления на направление г д.Из диаграммы изображающих векторов (фиг, 5) необходимая величина потокосцепления продольной обмотки 25 возбуждения ЭМП 2 определяется следующим образом.ЬМд =ЬфДрдсов хд+ 5+Ь, хгд,Лгде хд =Р --- фо6 10Ро - угол .опережения включения при холостом ходе, определяемый установкой датчика 8 углового положения ротора ЭМП 2;ыд, хыд - ток возбуждения и индуктив ное сопротивление рассеяния продольной обмотки 25 возбуждения ЭМП 2.Необходимая величина потокосцепления дополнительной поперечной обмотки 26 возбуждения ЭМП 2 равна 20Ьфгд д = Ьфдяд э 1 п хд++Ь 1 удхдцд,где Ь цд,хгтгд - ток возбуждения иин дуктивное сопротивление рассеяния дополнительной поперечной обмотки 26 возбуждения ЭМП 2.Аналогично можно устранить пульсации эквивалентного выпрямленного тока и момента; обусловленные фазовым регулированием напряжения генератора 1 и дискретным характером изменения вектора тока якоря генератора 1. Для этого проекцию вектора основного потокосцепления якоря генератора 1 на направление ег (фиг, 4), ортогональное вектору тока якоря 1 г, необходимо поддерживать равной ее среднему значению путем регулирования токов возбуждения генератора 1 по продольной бг и поперечной ог осям, для40 чего необходимо компенсировать переменную составляющую проекции вектора основного потокосцепления Ьфд , в выражении электромагнитного моментаМ =(Рд + ЬРД )(4)где щ 1, - среднее значение проекции вектора основного потокосцепления на на правление еИз диаграммы изображающих векторов (фиг, 4) необходимая величина потокосцепления продольной обмотки 22 возбуждения генератора 1 определяется следующим об разом:Ь 9 Ф О г = Ьфд , соз х++Ьгбг х Отдг,- Лгде х =т- -- аао - угол запаздывания включения при холостом ходе, определяемый установкой датчика 7 углового положения ротора генератора 1;Ыд г, х ат д г - ток возбуждения и индуктивное сопротивление рассеяния продольной обмотки . 22 возбуждения генератора 1.Необходимая величина потокосцепления дополнительной поперечной обмотки 23 возбуждения генератора 1 равна Ь ф я = Ь ф д я г8 и х г +(6) где 1 я хсцчг - ток возбуждения и индуктивное сопротивление рассеяния дополнительной поперечной обмотки 22возбуждения генератора 1.Использование продольных и поперечных обмоток возбуждения позволяет наиболее точно компенсировать переменныесоставляющие проекций векторов основныхпотокосцеплений генератора 1 и ЭМП 2, таккак при этом возможно сформировать необходимый вектор как по величине, так и пофазе,Диаграммы изображающих векторов нафиг. 4, 5 построены без учета углов коммутации тока в фазах генератора 1 и ЭМП 2, Приналиции углов коммутации выражения (2), (3)и(5), (6) несколько изменяются, При этом блоки 9 и 10 вычисления по действительным значениям токов (с учетом углов коммутации) иугловым положениям роторов генератора 1 иЭМП 2 определяют проекции переменных составляющих основного потокосцепленияЬ у" д е д Ьф да регуляторы 11-14, токаподдерживают с достаточной для практикиточностью проекции векторов основных потокосцеплений фд, фдад на уровне, соответствующем их средним значениям, включаяи коммутационные интервалы,Первые слагаемые в выражениях(2), (3),(5) и (6) формируются с помощью блоков 9 и10 вычисления, выходные сигналы которыхпоступают на йервые входы пропорционально-интегральных регуляторов 11 - 14, навторые входы которых подаются сигналы,пропорциональные токам возбуждения продольных 22 и 23 и поперечных 25 и 26 обмоток, возбуждения генератора 1 и ЭМП 2.Масштабные коэффициенты на входах регуляторов 11 - 14 выбираются так, что суммарный сигнал определяется выражениями (2),(3), (5) и (6). За счет интегральных составля 1621124 10ющих на выходах регулятора вырабатывается сигнал, обеспечивающий после усиления усилителями 15-18 тока напряжение на продольных 22 и 23 и поперечных 25 и 26 обмотках возбуждения генератора 1 и ЭМП 2, необходимое для поддержания проекций вектора основного потокосцепления якоря генератора 1 и ЭМП 2 фД, фДд на уровне, равном их средним значениям, Выбор соответствующих передаточных функций регуляторов 11 - 14 обеспечивает требуемую динамику процесса регулирования возбуждения.Блоки 9 и 10 вычислений предназначены для определения переменных составляющих проекций векторов основных потокосцеплений генератора 1 и ЭМП 2 на оси, ортогональные векторам токов обмоток якорей генератора 1 и ЭМП 2, и формирования части потокосцеплений обмоток 22, 23 и 25, 26 возбуждения генератора 1 и ЭМП 2 согласно выражениям (2), (3). (5) и (6).Первый координатный преобразователь 31 состоит из типовых множителей исуммирующих элементов и реализует преобразование тока якоря от фазовых компонентов к продольной и поперечной осоставляющим по сигналам датчиков 5 и 6 тока по сигналам углового положения роторов генератора 1 или ЭМП 2, поступающим из системы уравнения 4.Формирование основных потокосцеплений якоря по осям б, с 1 осуществляется в блоке 33 формирования продольной и поперечной составляющих потокосцеплений.Нелинейные элементы 38 и 39 (фиг. 3)имеют одинаковые характеристики и определяет зависимость основного потока Д от результирующей намагничивающей силы, т. е, фД= т(1), Намагничивающие силы 11 одной половины полюса определяются суммой н. с. по продольной и поперечной осям11 =1 д + Ь 1 д +1 о ++" (1, +Ь 1,),П ба другой половины полюса 1 г - разностью1 г =1+Ь 1+1 го -- -ВЛ (1, +Д 1,).ХадЭтим н.с. соответствуют потокосцепления ф 1, ф получаемые на выходах нелинейных элементов 38 и 39;9 =(и),Й =т(1 г).Масштабные коэффициенты усилителей40 и 41 выбираются тгх, что суммарные сигналы на выходах этих усилителей определяются выражениями:5 ада =05(ф+фг); Д, =05 ( -г),Составляющие основного потокосцепления по осям поступают во второй координатный преобразователь 32, состоящий из типовых множительных и суммирующих элементов и осуществляющий переход от продольной и поперечной составляющих основного потокосцепления к составляющей основного потокосцепления фД, ортогональной вектору тока якоря, по следующему соотношению: де =фД соз т - фД з 1 п г,Составляющая основного потокосцеп ления фДпоступает на вход блока 34 выделения среднего значения, на выходе которого получаем среднее значение основного потокосцепления фД .Блок 34 может быть выполнен в виде ин тегратора. Переменную составляющую основного потокосцепления Лфд е получаем на входе блока 35 суммирования как разность составляющих фДЕ, индо подаваемых на его входы. На выходе блока 36 умножения 35 получается сигнал, необходимый для формирования потокосцепления продольной обмотки 22 или 25 возбуждения генератора 1 или ЭМП 2 40 А =ЛАДсоз т,а на выходе блока 37 умножения получается сигнал, необходимый для формирования по токосцепления дополнительной поперечной обмотки 23 или 26 возбуждения генератора 1 или ЭМП 2 В =ЛАД з 1 пт,50Таким образом, введение в автономнуюсистему электрооборудования дополнительных поперечных обмоток возбуждения, размещенных на индукторах генератора пе ременного тока и электромеханическогопреобразователя и соответствующих регуляторов тока к ним, обеспечивает более эффективное в сравнении с известным, решением уменьшение пульсаций эквивалейтного выпрямленного тока и момента, 16211245 О обусловленных фазовым регулированием напряжений и дискретным характером изменения вектора тока якоря генератора и электромеханического преобразования, в результате чего улучшаются энергетические и динамические показатели системы, расширяется диапазон регулируемых частот вращения. Формула изобретения Автономная система электрооборудования, содержащая 2 р 1-полюсный, в - фазный генератор переменного тока и вентильный электродвигатель на базе 2 рг - полюсного вг - фазного электромеханического преобразователя, подключенные обмотками якорей к соответствующим выходам преобразователя частоты, управляющие цепи которого соединены с выходами системы управления, выполненной с входами регулирования угла запаздывания и угла опережения, с двумя опорными входами и двумя двухфазными выходами, а 1 - фазный датчик тока якоря генератора переменного тока, ег-фазный датчик тока якоря электромеханического преобразователя и датчики углового положения ротора генеоатора переменного тока и электромеханического преобразователя, подключенные выходами к соответствующим опорным входам системы управления, два пропорционально-интегральных регулятора тока и два усилителя тока, каждая из фазных обмоток якорей генератора переменного тока и электромеханического преобразователя выполнена из двух параллельно-встречно вклоченных ветвей со взаимным сдвигом их осей на угол к/р 1 у указанного генератора и жрг ууказанного электромеханического преобразователя, индуктор генератора переменного тока выполнен с продольной Обмоткой возбуждения, ось которой совпадает с осью его полюсов, индуктор электромеханического преобразователя выполнен с продольной обмоткой возбуждения, ось которой совпадает с осью его полюсов, два датчика продольного тока, каждый из которых соединен последовательно с соответствующей продольной обмоткой возбуждения индукторов генератора переменного тока и электромеханического преобразователя, два блока вычислений потокосцеплений, каждый из которых выполнен с многофазным информационным входом, опорным входом и входом для продольного тока, обьединенным с первым входом соответствующего пропорционально-интегрального регулятора тока и подклю" ченным к выходу соответствующего датчика продольного тока, вторые входы пропорцио 10 15 20 25 нально-интегральных регуляторов тока подключены к выходам соответствующих блоков вычислений потокосцеплений, а выходы указанных регуляторов - к входам соответствующих усилителей тока, подключенных выходами через соответствующие датчики продольного тока к продольным обмоткам возбуждения индукторов генератора переменного тока и электромеханическо 1 о преобразователя, при этом двухфазные выходы системы управления подключены к опорным входам соответствующих блоков вычислений потокосцеплений, информационные входы каждого из которых подключены соответственно к выходам а 1 - фазного датчика тока якоря генератора переменного тока и вгфазногодатчика тока якоря электромеханического преобразователя, причем каждый из упомянутых блоков Вычислений потокосцеплений выполнен с двумя координа гными преобразователями, блоком формирования потокосцепления якоря, блоком выделения среднего значения и блоком суммирования, ПЕРВЫМ ВХОДОМ СОЕДИНЕННЫМ С ВЫХОДОМ блока выделения среднего значения, вход которого соединен с вторым входом блока суммирования и с выходом второго координатного преобразователя, подключенного основными входами к соответствующим выходам блока формирования потокосцеплений якоря, первые два входа которого подключены к соответствующим выхода:".первого координатного преобразователя, третий вход образует вход для продольного тока блока вычислений потокосцеплений, а вход уставки предназначен для подачи эквивалентного сигнала возбуждения, опорные входы координатных преобразователей пофаэно обьединены и образуюг Опорный вход блока вычислений потокосцеплений, многофазный информационный ВхОд кОтО- рого образован входами первого координатного преобразователя, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью улучшения энергетических, динамических показателей и расширения диапазона регулирования частоты вращения путем уменьшения пульсаций вращающего момента вентильного двигателя, введены два дополнительных пропорционально-интегральных регулятора, двадополнительных усилителя тока, индуктор генератора переменного тока снабжен дополнительной поперечной обмоткой воз-. буждения, установленной на полюсах, сдвинутых относительно полюсов индуктора на электрический угол г/2, индуктор электромеханического преобразователя снабжен дополнительной поперечной обмоткой возбуждения, установленной на полкках, сдвинутых относительно полюсов индукто1621124 14 Гю ра на электрический угол л/2, два датчика поперечного тока, каждый из которых соединен последовательно с соответствующей поперечной обмоткой возбуждения индукторов генератора переменного тока и электромеханического пре образователя, каждый из блоков вычислений потокосцеплений снабжен дополнительным выходом и дополнительным входом для поперечного тока, объединенным с первым входом соответствующего дополнительно пропорци-. 10 онально-интегрального регулятора тока и под- ключенным к выходу соответствующего датчика поперечного тока, при этом вторые входы дополнительных пропорционально-интегральных регуляторов тока подключены к 15 дополнительным выходам соответствующих блоков вычислений потокосцеплений, а выходы указанных регуляторов - к входам ссютветствующих дополнительных усилителей тока, подключенных выходами через соответствующие датчики поперечного тока к поперечным обмоткам возбуждения индукторов генератора переменного тока и электромеханического преобразователя, каждый из блоков вычислений гютокосцеплений снабжен двумя блоками умножения, а блок формирования потокосцепления якоря снабжен четвертым входом, образую 1 цим дополнительный входдля поперечного тока блока вычислений потокосцеплений, при этом первые входы блоков умножения подключены к выходу блока суммирования, вторые входы объединены с соответствующими опорными входами координатных преобразователей, а выходы блоков умножения образуют соответственно основной и дополнительный выходы олока вычислений потокосцеплений.,Кравцова оррек при ГКНТ СС оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 каз 4252 ВНИИПИ Госуд Тираж Подписноетвенного комитета по изобретениям и открыт 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5