Особенности электроприводов с синхронными двигателями.
Ответ: Использование: в приводах металлорежущих станков. Сущность: электропривод с синхронным двигателем снабжен типовым блоком вычисления модуля тока статора, вход которого соединен с двумя датчиками тока статора, выход его соединен с входом второго резисторного делителя, выход которого соединен с вторым входом регулятора тока возбуждения. Выход блока вычисления модуля тока также соединен с первым входом узла умножения, второй вход которого соединен с выходом датчика скорости, а выход - с входом первого резисторного делителя, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора. Выход блока вычисления модуля тока статора также соединен с входом делителя блока деления, вход блока деления соединен с выходом регулятора скорости, выход блока деления соединен с вторым входом первого сумматора, выход которого соединен с входом второго узла ограничения, выход которого соединен с первым входом преобразователя координат, второй вход которого соединен с выходом первого узла выпрямителя, вход которого соединен с выходом второго узла ограничения. Выход узла выпрямителя соединен с первым входом второго сумматора, выход которого соединен с третьим входом регулятора возбуждения. Второй вход второго сумматора соединен с выходом второго выпрямителя, вход которого соединен с выходом первого резисторного делителя. Электропривод имеет более высокое быстродействие, надежность и высокие энергетические показатели. 1 ил. Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в приводах металлорежущих станков, приводах прокатных станов и других механизмах машиностроения и металлургии с высокими требованиями к качеству регулирования, энергетике и диапазону регулирования.
Известен электропривод, в котором для улучшения регулировочных характеристик и повышения перегрузочной способности синхронного двигателя при ограниченном напряжении возбудителя в электропривод введен формирователь сигнала заданного реактивного момента, входы которого соединены с задатчиком потокосцепления и с регулятором возбуждения, а вывод подключен к вычислительному блоку [1] Также известен электропривод, в котором для улучшения регулировочных характеристик при двухзонном регулировании скорости вычислительное устройство выполнено в виде трех решающих блоков [2] Однако указанные устройства, обеспечивающие работы с минимизацией реактивной мощности, требуют применения нелинейных функциональных зависимостей в вычислительном устройстве, формирующем задания для контуров тока и обеспечивающих рациональное соотношение проекций векторов тока и потока. Поэтому при формировании режимов имеется принципиальный недостаток в динамических свойствах, связанный с конечным быстродействием контуров регулирования токов, так как нелинейные элементы в блоке формирования задания токов и в структуре машины работают в различных точках характеристики намагничивания, что снижает энергетические и динамические показатели электропривода. Известен электропривод с синхронным двигателем, являющийся прототипом рассматриваемого изобретения, в котором питание многофазной обмотки статора синхронного двигателя осуществляется от преобразователя частоты с непосредственной связью, а питание однофазной обмотки возбуждения от регулируемого возбудителя [3] Преобразователь частоты управляется регуляторами продольной и поперечной составляющих тока статора в координатах, жестко связанных с продольной и поперечной осями ротора. Это преобразование осуществляется с помощью подключенного к блоку прямого преобразования координат формирователя гармонических функций угла поворота ротора. На входы регуляторов продольной и поперечной составляющих тока статора подаются сигналы заданных значений продольной и поперечной составляющих тока статора, сигналы действительных значений продольной и поперечной составляющих тока статора, получаемых с датчиков фазовых токов через блок обратного преобразования, и сигналы компенсации ЭДС вращения. Для получения сигнала ЭДС вращения в приводе применяются формирователи продольной и поперечной составляющих потокосцепления статора, два блока умножения, управляемых от датчика скорости ротора, и два динамических звена. Регулируемый возбудитель управляется от регулятора возбуждения, выполненного в виде регулятора потокосцепления возбуждения. Электропривод обеспечивает минимазацию реактивных потерь и постоянство (независимо от нагрузки на валу) абсолютной величины потокосцепления статора, для чего в систему регулирования включен вычислительный блок для формирования заданных значений составляющих тока статора, установленный между регулятором скорости и регуляторами составляющих тока статора и потокосцепления возбуждения и реализующий соответствующие зависимости между напряжениями на выходах и напряжением на входе, в состав которого входят звенья деления, умножения и ограничения. Для управления и регулирования скорости применяется регулятор скорости, на вход которого подается заданное значение скорости с выхода задатчика интенсивности и действительное значение скорости ротора. Система регулирования предусматривает регулирование скорости ослаблением поля, для чего применены блоки деления, элемент ИЛИ, нелинейный элемент, блок возведения в квадрат и задатчик постоянного сигнала опорной скорости.
Однако указанное устройство, обеспечивающее работу с минимизацией реактивной мощности, требует применения нелинейных функциональных зависимостей в вычислительном устройстве, обеспечивающих рациональное соотношение проекций векторов тока и потока. Поэтому при формировании режимов имеется принципиальный недостаток в динамических свойствах, связанный с конечным быстродействием контуров регулирования токов. Инерционность каналов управления моментом, различная намагниченность машины по продольной и поперечной осям вносит нелинейность в зависимость момента от сигнала с выхода регулятора скорости в динамических процессах, так как нелинейные элементы в блоке формирования задания токов и в структуре машины работают в различных токах характеристики намагничивания. При формировании задания для токов используется модель магнитной цепи для каждого канала управления машиной. Поскольку любая модель является приближенной, фактический электромагнитный момент существенно отличается от заданного. Инерционность каналов управления моментом, различная намагниченность машины по продольной и поперечной осям вносит нелинейность в зависимость момента от сигнала с выхода регулятора скорости в динамических процессах, так как нелинейные элементы в блоке формирования задания токов и в структуре машины работают в различных точках характеристики намагничивания.
Имея неоспоримое достоинство, такая структура управления не решает вопрос линеаризации канала управления моментом, гарантируя только близость процессов с типовыми процессами линейных систем, требуя производить синтез, опираясь на положение теории нелинейных многосвязанных систем подчиненного регулирования. Прямое и обратное преобразование координат, в которых представляются составляющие вектора состояния при реализации быстродействующих подчиненных контуров тока, сложный узел компенсации внутренних связей машины, неточности при реализации нелинейных функциональных зависимостей, необходимость значительных напряжений, обеспечивающих требуемый темп изменения тока индуктора, снижают надежность и вносят дополнительную погрешность в определение и формирование составляющих вектора состояния, уменьшают надежность и не позволяют реализовать режим работы с cos
Техническим результатом изобретения является создание электропривода с синхронным двигателем, имеющим более высокое быстродействие, высокую надежность и высокие энергетические показатели. Указанный технический результат достигается тем, что электропривод с синхронным двигателем с многофазной обмоткой на статоре и однофазной обмоткой на роторе для возбуждения по продольной оси, содержащий преобразователь для питания статорных обмоток двигателя, вход которого соединен с выходом блока прямого преобразования, управляемого от формирователя гармонических функций угла поворота системы координат, выход которого соединен с соответствующими входами блока прямого преобразования, регулируемый возбудитель для питания обмотки ротора соединен с выходом регулятора тока возбуждения, первый вход которого соединен с датчиком тока возбуждения, регулятор скорости, первый вход которого соединен с формирователем задания скорости, второй вход соединен с датчиком скорости, третий вход регулятора скорости соединен с выходом первого узла ограничения, вход которого соединен с выходом регулятора скорости, два датчика тока статора для трехфазной машины, снабжен типовым блоком вычисления модуля тока статора, вход которого соединен с двумя датчиками тока статора, выход его соединен с входом второго резисторного делителя, выход которого соединен с вторым входом регулятора тока возбуждения, выход блока вычисления модуля тока также соединен с первым входом узла умножения, второй вход узла умножения соединен с выходом датчика скорости, выход узла умножения соединен с входом первого резисторного делителя, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора, выход блока вычисления модуля тока статора также соединен с вторым входом делителя блока деления, первый вход блока деления соединен с первым входом первого сумматора, выход первого сумматора соединен с входом второго узла ограничения, выход второго узла ограничения соединен с первым входом преобразователя координат, второй вход преобразователя координат соединен выходом первого узла выпрямителя, вход которого соединен с выходом второго узла ограничения, выход узла первого выпрямителя соединен с вторым входом второго сумматора, выход которого соединен с третьим входом регулятора возбуждения, первый вход сумматора соединен с выходом второго выпрямителя инвертора, вход которого соединен с вторым входом первого сумматора и выходом первого резисторного делителя.
На чертеже приведена структурная схема электропривода. Предлагаемое устройство содержит синхронный двигатель СД 1 с трехфазной обмоткой на статоре и однофазной обмоткой на роторе, ось которой совпадает с продольной осью ротора (без демпферных обмоток), Кп линеаризованный статический преобразователь 2 для питания статорных обмоток, который на чертеже показан в виде трех однофазных преобразователей, Кпf - регулируемый возбудитель 3 для питания обмотки ротора, V типовой формирователь гармонических функций 4 (sin и cos) угла поворота, повернутый относительно продольной оси ротора машины на угол (x 135o), выполненный, например, в виде датчика положения, установленного на роторе, w датчик скорости 5 ротора, например тахогенератор постоянного тока, блок прямого преобразования 6 ПК со входами для прямого и выпрямленного сигнала управления (Uy[Uy]), М типовой блок вычисления модуля вектора тока 7, блок деления 8, узел умножения 9, РC регулятор скорости 10, первый узел ограничения 11 выхода регулятора скорости, второй узел ограничения 12, первый Koc-резисторный делитель 13, выпрямитель 14, два датчика тока 15 статора, второй KI резисторный делитель 16, который соединен с входом регулятора тока PT возбуждения 17, второй вход которого соединен с датчиком тока возбуждения 18, первый сумматор 19, выпрямитель-инвертор 20, выход которого соединен с первым входом второго сумматора 21. Синхронный двигатель 1, в две фазы которого включены два датчика 15 тока статора, соединен с преобразователем 2, фазными линеаризованными статическими преобразователями Кп, входы которых соединены с соответствующими выходами преобразователя 6 координат ПК. Обмотка возбуждения СД, последовательно с которой включен датчик тока возбуждения 18, соединена с выходом Кпрегулируемого возбудителя 3, который соединен с выходом пропорционального РТ регулятора тока 17. Первый вход РТ пропорционального регулятора 17 соединен с выходом датчика тока возбуждения 18, имеющий коэффициент передачи K1f, а второй вход соединен с выходом KI резисторного делителя 16, вход которого соединен с выходом узла M блок вычисления модуля вектора тока 7, третий вход соединен с выходом сумматора 21. Первый вход ПК преобразователя координат 6 соединен с выходом узла ограничения 12, вход которого соединен с выходом сумматора 19, а второй вход соединен с выпрямителем 14, вход которого соединен с выходом узла ограничения 12. ПК-6 ориентирован относительно продольной оси ротора синхронной машины под углом x = Устройство работает следующим образом. В синхронной машине, математическое описание которой в неподвижных осях Регулируя потокосцепление индуктора jr, возможно организовать режим работы, обеспечивающий одинаковые мгновенное значение проекций вектора потокосцепления и проекций вектора тока статора. Ориентируя вектор сигнала управления Uys относительно продольной оси ротора синхронной машины под углом Для этого управление КП регулируемого возбудителя 3 осуществляется от пропорционального РТ регулятора тока 17, выход которого соединен с входом возбудителя 3. Первый вход РТ регулятора 17 соединен с выходом датчика тока возбуждения 18, имеющего коэффициент передачи KI, а второй вход соединен с выходом М блока вычисления модуля вектора тока 7 через K1 резисторный делитель 16, третий вход соединен с выходом сумматора 21, на выходе которого формируется задание для потокосцепления ротора. Для обеспечения минимума реактивной мощности предлагается непосредственно управлять фазными напряжениями статора с помощью ПК преобразователя координат 6, первый вход которого соединен с выходом сумматора 19 через узел ограничения 12, а второй вход соединен с выходом узла ограничения 12 через выпрямитель 14, ориентируя вектор сигнала управления относительно продольной оси ротора синхронной машины под углом Uуs= A*( При условии компенсации ЭДС и равном значении проекций вектора потокосцепления статора фазные токи в квазиустановившемся режиме имеют вид:
Для трехфазной машины с блоками IA, IB, IC Выделение модуля тока происходит в 7 блоке М, входы которого соединены с двумя датчиками фазных токов статора 15. При выполнении условий (6) выражение (5) преобразуется в вид: Q = p Значение активной мощности (3): Электромагнитный момент в соответствии с (1), (4), (7) можно описать выражением: M = p Так как сигнал с выхода регулятора РС скорости 10, первый вход которого соединен с формирователем задания скорости, второй вход которого соединен с выходом датчика скорости 5, третий вход соединен через узел ограничения 11 с его выходом, позволяя ограничивать выход регулятора 10, определяет значение момента (4), то для линеаризации канала управления моментом, организации реверсивных режимов и компенсации ЭДС организовано задание для фазных напряжений в соответствии с (3), чертеж: Условия компенсации ЭДС обеспечиваются выполнением равенства: Избегая трансцендентных уравнений, которые неизбежно возникают при анализе динамических процессов в неподвижной системе координат, умножим выражение для процессов в цепи статора системы уравнений (1) на матрицу прямого преобразователя: Учитывая взаимное влияние канала статора по продольной оси и канала индуктора, для обеспечения равного быстродействия каналов управления вектором тока машины, позволяющего сохранить ортогональность векторов тока и потокосцепления статора в динамических процессах независимо от начальных условий, при организации задания для каналов статора (12), поступающего на узел 6 ПК, предлагается управляющее воздействие для канала индуктора сформировать в виде: В соответствии с (1) и (19) процессы в замкнутом канале управления потокосцепления индуктора при выполнении условий (13) можно описать выражением: Условия для синтеза следующие: В соответствии с (21) выражение (20) можно привести к виду: Динамические процессы в каналах управления статора при управляющих воздействиях (12) и (18), выполнении условий компенсации ЭДС (13) имеют вид: Процессы в канале управления статором (1) при управляющих воздействиях (3) и (18) в силу выполнения условий ортогональности векторов потокосцепления и тока можно представить в сколярной форме: Поэтому представляет интерес оценка необходимого напряжения обмотки возбуждения в рассматриваемой структуре управления СД в сравнении с напряжением обмоток статора при обеспечении стандартного характера протекания переходных процессов. В соответствии с (24), (25) и (27) после преобразований можно получать соотношения для мгновенного значения напряжения возбуждения (1): Выражение (27) можно привести к виду, определяющему зависимость момента от выхода сигнала с регулятора скорости: Работа СД в предлагаемой к рассмотрению системе управления имеет особенности, позволяющие рационально использовать положительные качества синхронной машины. При общепринятых допущениях максимальная скорость вращения машины в рассматриваемой системе управления теоретически не ограничена при идеальных холостом ходе и напряжении статора, стремящемся к нулю. С ростом нагрузки при стабилизации скорости вращения происходит рост вектора напряжения (27) и мощности (29), (31) потребляемой машиной: Формируя задание для канала возбуждения в виде (18), соединив выход узла 13 делителя Кoc с входом выпрямителя инвертора 20, выход которого соединен с первым входом сумматора 21, второй вход сумматора 21 соединен с выходом выпрямителя 14, а выход сумматора соединен с соответствующим входом регулятора РТ тока 17, выполняя условия (13), в соответствии с (24) и (25) обеспечим одинаковые начальные условия для каналов управления статора и потокосцепления ротора в режиме ограничения напряжения: Исходные уравнения для синтеза регулятора скорости имеют вид: Электропривод с синхронным двигателем с многофазной обмоткой на статоре и однофазной обмоткой на роторе для возбуждения по продольной оси, содержащий преобразователь для питания статорных обмоток двигателя, вход которого соединен с выходом блока прямого преобразования, управляемого от формирователя гармонических функций угла поворота системы координат, выход которого соединен с соответствующими входами блока прямого преобразования, регулируемый возбудитель для питания обмотки ротора соединен с выходом регулятора тока возбуждения, первый вход которого соединен с датчиком тока возбуждения, регулятор скорости, первый вход которого соединен с формирователем задания скорости, второй вход соединен с датчиком скорости, третий вход регулятора скорости соединен с выходом первого узла ограничения, вход которого соединен с выходом регулятора скорости, два датчика тока статора для трехфазной машины, отличающийся тем, что снабжен типовым блоком вычисления модуля тока статора, вход которого соединен с двумя датчиками тока статора, выход его соединен с входом второго резисторного делителя, выход которого соединен с вторым входом регулятора тока возбуждения, выход блока вычисления модуля тока также соединен с первым входом узла умножения, второй вход узла умножения соединен с выходом датчика скорости, выход узла умножения соединен с входом первого резисторного делителя, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора, выход блока вычисления модуля тока статора также соединен с вторым входом делителя блока деления, первый вход блока деления соединен с выходом регулятора скорости, выход блока деления соединен с первым входом первого сумматора, выход первого сумматора соединен с входом второго узла ограничения, выход второго узла ограничения соединен с первым входом преобразователя координат, второй вход преобразователя координат соединен с выходом первого узла выпрямителя, вход которого соединен с выходом второго узла ограничения, выход узла первого выпрямителя соединен с вторым входом второго сумматора, выход которого соединен с третьим входом регулятора возбуждения, первый вход сумматора соединен с выходом второго выпрямителя инвертора, вход которого соединен с вторым входом первого сумматора и выходом первого резисторного делителя.
Воспользуйтесь поиском по сайту: ![]() ©2015 - 2025 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...
|