Электропривод переменного тока

 

Изобретение относится к электротехнике . Целью изобретения является улучшение динамических показателей . Указанная цель достигается тем, что в электропривод переменного тока введены йпок 7 деления, шестипульсный вьшрямитель 8, ограничитель 9 урбвня сигнала и три элемента 10, 11, 12 с релейными характеристиками. Вход каждого элемента 10, 11, 12 объединен с соответствующим фазным входом выпрямителя 8 и подключен«к

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУбЛИН (19) (И) (5D 4 H 02 P 42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОбРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3882363/24-07 (22) 12.04.85 (46) 07.12.86 Бюл. Ф 45 (71) Новосибирский электротехнический институт (72) В.В. Жуловян, Е.И.Кутузов,,М.В. Толстиков, А.Н. Панарин и Д.Л. Калужский (53) 62-83:621 ° 313.333(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР )(i067S84, кл. Н 02 P 7/42, 1982.

Авторское свидетельство СССР

У 1023605, кл. Н 02 P S/34, 1979. (54) ЭЛЕКТРОПРИВОД ПЕРЕМЕННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является улучшение динамических показателей. Указанная цель достигается тем, что в электропривод переменного тока введены блок 7 деления, шестипульсный выпрямитель 8, ограничитель 9 урбвня сигнала и три элемента 10, 11, 12 с релейными характеристиками, Вход каждого элемента 10, 11, 12 объединен с соответствующим фазным входом выпрямителя 8 и подключен.к одному фазному выводу формирователя

6 опорных гармонических функций.Выходы элементов 10, 11, 12 соединены с фазными опорными входами преобразователя 5 координат. Управляющий вход преобразователя 5 подключеч к выходу блока 7 и входу ограничителя

9. Вход "Делимое" блока 7 соединен с выходом блока 3 задания момента, а вход "Делитель" блока 7 — с выходом выпрямителя 8. Выходы преобразователя 5 через преобразователь 2 энергии связаны с обмотками синхронного двигателя 1. В электроприводе обеспечивается формирование момента,, определяемого выражением И=К К, Б„ m/2 <

1275732 где U — сигнал задания момента; тп — число фаз двигателя; К, К, постоянные коэффициенты пропорциональности; P — коэффициент, равный минимальному значению относительного момента pI,„„ . Формирование момента, пропорционального сигналу задания,, привело к тому, что область линейного регулирования момента расширяется в сторону увеличения момента. При требуемом максимально возможном моменте ток формируют по прямоугольному закону. Ц этом случае момент зависит от углового положения, но максимален при данном угловом положении.

1 з.п. ф-лы, 1 табл. 4 ил.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к управляемым электроприводам переменного тока на основе синхронных двигателей, и может быть использовано во всех областях промьппленности для регулирования скорости и положения нагрузки электропривода с высокими динамическими возможностями.

Цель изобретения — улучшение динамических показателей электропривода переменного тока за счет у--eли ния максимального момента при заданном максимальном токе синхронного двигателя.

На фиг. представлена функциональная схема электропривода переменного тока, построенного на примере трехфазного синхронного двигателя (m=3); на фиг. 2 — функциональная схема шестипульсного выпрямителя„ на фиг. 3 и 4 — диаграммы, поясняющие работу электропривода переменного тока.

Электропривод переменного тока, содержит синхронный двигатель 1 с трехфазной якорной обмоткой (к=3), подключенной к выходам силового преобразователя 2 энергии, блок 3 задания момента, связанный выходом с управляющим входом 4 преобразователя

5 координат, формирователь 6 опорных гармонических функций, связанный выходами пофазно с соответствующими опорными входами преобразователя 5 координат, фазные выходы которого подключены к соответствующим фазным управляющим входам силового преобразователя 2 энергии.

В электропривод переменного тока введены бщ>к 7 деления, шестипульсный выпрямитель 8 с тремя фазными входами, ограничитель 9 уровня сигнала и три элемента 10-12 с релейными характеристиками, вход каждого из которых объединен с соответствующим фазным входом шестипульсного выпрямителя 8 и подключен к соответствующему фазному опорному выходу формирова" теля 6 опорных гармонический функций. При этом вход делимого блока 7 деления подключен к выходу блока 3 задания момента, вход делителя — к выходу шестипульсного выпрямителя 8, выход блока 7 деления объединен с выходом ограничителя 9 уровня сигнала и подключен к управляющему входу

4 преобразователя 5 координат, фазные опорные входы которого соединены с выходами соответствующих элементов 10-12 с релейными характеристиками.

Преобразователь 5 координат выполнен на основе блоков 13-15 умножения.

Шестипульсный выпрямитель 8 снабжен сумматором 16 и тремя фазнымй блоками 17 — 19 вь:прямления (фиг.2), каждый иэ которых содержит двухполу1275 периодный выпрямитель 20, нуль-орган

21 и коммутирующий элемент 22. Вход двухполупериодного выпрямителя 20 образует соответствующий фазный вход шестипульсного выпрямителя 8. Выход двухполупериодного выпрямителя 20 объединен с входом коммутирующего элемента 22 и подключен к входу нульоргана 21, соединенного выходом с управляющим входом коммутирующего 10 элемента 22, выход которого подключен к соответствующему входу сумматора 16. Выход сумматора 16 образует выход шестипульсного выпрямителя 8.

В качестве синхронного двигателя,t5

1 может быть использована синхронная машина с неявновыраженными полюсами или синхронный редукторный двигатель аксиального типа.

Формирователь опорных гармоничес- 20 ких функций 6 может быть выполнен на основе синусно-косинусного вращающегося трансформатора (СКВТ), вал которого жестко соединен с валом синхронного двигателя 1. Входные обмот- 25 ки СКВТ питаются опорными напряжениями высокой частоты, а выходная обмотка подключена к входу фазочувствительного выпрямителя.

Силовой преобразователь 2 энергии щ может быть выполнен на основе транзисторных ключей с репейными регуляторами тока. Ограничитель 9 уровня сигнала может быть выполнен на основе резисторно-диодных цепей, связанных с источниками опорных сигналов.

Электропривод переменного тока работает следующим образом.

7З2 4

i; = 1 sin(zan — (j — 1) ) (2) с амплитудой I» пропорциональной сигналу задания момента U, т.е.

= K U „ (K — постоянный коэффициент пропорциональности), то из выражения (1) получаем

М = KI = КК U — —. (3) ш о 2 м

При максимальном значении тока максимальный момент машины

М макс К 1 макс 2 ° (4) 1 sign (sin (z(p (j 1) )1(5) То есть ток в j-й фазе должен равняться по модулю максимальному значению и менять свой знак при смене знака ЭДС вращения в этой же фазе.

Выражение для момента с учетом выражения (5) принимает вид:

Введем относительное значение момента (((,, которое при законе тока, определяемом выражением (2), будем. считать равным единице: (0 -" 1.

Исследование выражения (1) на максимальное значение величины М при условии, что максимальный ток в фазе не должен превышать величину „акс, Ф приводит к следующему закону формирования тока:

Для примера возьмем трехфазный синхронный двигатель 1 (ш=З), у которого в создании момента на валу участвует только поперечная составляющая I якорного тока.

Выражение.для момента может быть записано в виде:

М = К Q i- sin z(g — (j-1) — -1, (1)

3 m ( где i — мгновенный ток в j é фазе; — угловое положение вала машины;

z — коэффициент электромагнитной редукции или число пар полюсов;

К вЂ” постоянный коэффициент.

Если токи i. формировать по гармо3 ническому закону

z(p m

entr (— —,— — — 1) У

4 П Ч 1 — 31п (z cp— (() ° ш

2» — -) ш

Пс

На фиг. Зд приведена зависимость

Мм в функции углового положения, мокс построенная по выражению (7).

Момент на валу двигателя получается пульсирующим (фиг. Зд) и пред"тавляет собой отрезки синусоид. Он где entr — целая часть числа; М вЂ” ко- эффициент.

На фиг. Зо, 6 и 2 покаУаны эпюры токов, построенные по выражению (5) для m = Ç, на фиг. 3(1 - система гармонических функций

1275732

Ь"М макс

Макс

Ммакс

М ми{4

fit

9{{н М

У

М мо{{;L.

8 Т

Значение

U{î = sign Uüэ

О{{ = sign UBÝ

Uþ = s1gn Uñ (13) * ц .{{ .,"=т, 0 (14) достигает своего максимального знаf { чениЯ Ммакс и минимального И мин

В таблице приведены относительные значения где М„„„с определяется выражением (4), для различных ш, рассчитанные по выражению (6).

15 р 1,41 1,33 1,306 1,29

20 мс{ кс

1 1,15 1 207 1 24

Коэффициент сс зависит от количества фаз якорной обмотки и численно совпадает с величиной и{„ „ .

Если формировать не максимальный тОкУ B. некОтОрый ТОк Io> но фОрму тока оставить прямоугольной, то момент машины будет пропорционален величине Ia и по-прежнему будет за-.

35 висеть от углового положения вала.

m . (z 9m {{ 1

N=KI — — с{. sin(z{о -entr(- -- -1)"— о (7) 40 ш

Таким образом, формирование тока по прямоугольному закону - по выражению (5) приводит к зависимости момента от углового положения, что уменьшает точность управления маши45 ной в регулируемом электроприводе.

Если ток из прямоугольной формы величины I (фиг. 3 и, б и 2 ) преобразовать к виду Т, зависящему от углового положения, следующим образом:

{ го Io

Л о ксуп1 а 1

sin (z q -entr (- — --- -1)--ь где — коэффициент, численно равный pl то для момента cIIps ведливо выражение

m m

N=KI — —.(3 =КК U — -Р . (9) о 2 Г"" г м 2 { а

Для мгновенного тока в j é фазе с учетом выражения (8) можно записать и гирш, а 1

sin t z{0 -ent1 (- — — -1)

ГО ш

{{ sign sin z q (j 1) (10) ш

В соответствии с выражением (10) на фиг. 3 e, {< и показаны токи для ш=3. Если сравнить момент машины при гармонической форме токаи форме, оп-ределяемой выражением (10), т.е, выражения.(3) и (9), то можно выдеть, что во втором случае максимальный момент двигателя вьппе в Р раз, причем эта величина зависит от фазности якбрной обмотки машины: чем больше m, тем больше P (P =P„„„).

Электропривод переменного тока (фиг. 1) реализует формирование момента по выражению (9), Сигнал задания момента с блока 3 поступает на вход делимого блока 7 деления. На другой его вход поступает сигнал с выхода шестипульсного выпрямителя 8, на вход которого поступает трехфазная система напряжений (фиг. 3 с{ или 4a ). Следовательно, выходной сигнал шестипульсного выпрямителя 8 (фиг. 4 Д ) sin яс — entr (- — — -1)

° Зг (p

8 3 (i1)

Выходной сигнал блока 7 деления

11 1м Ом в

Зг с{р

sin zq -entr (-»"- -1) — - (i 2) Этот сигнал поступает на управляющий вход 4 преобразователя 5 координат, на входы для опорных функций которого поступают сигналы

Соответственно, на выходе преобразователя 5 координат формируются сигналы задания токов

1275732 8

Зяq

U = sin 1 zq — entr (-т- — 1)

Я и

О, если (U„(U„.

Из выражений (12) — (14) видно, что токи в фазах, которые формирует силовой преобразователь 2 энергии в соответствии с его входными сигналами i%A» i и ic » определяются выражением (10) при m=3 (фиг. 3 е, ж и

y). Следовательно, и момент двигателя получается из выражения (9) при

m=3

И 1 725 КТо 1»725 КК?Бм (1

Ограничитель 9 уровня сигнала ограничивает сигнал U1 на таком уровне, чтобы ток не превышал свое- 15 го максимального значения при больших значениях Uö для любого углового положения. В этом случае сигнал

U = const а следовательно, ток в двигателе изменяется по прямоуголь- 40 ному закону — IIO выражению (5) (фиг. 35,5 и г .).

Хотя в этом случае появляется зависимость момента двигателя от уг лового положения, но он будет максимально возможным и, следовательно, ускорение также будет максимально возможным. При уменьшении сигнала

U ограничитель 9 уровня сигнала .отключается от работы и,момент машины опять пропорционален сигналу Бм.

На входы шестипульсного выпрямителя 8 (фиг. 2) подается трехфазная система напряжений U П, U (фиг. 4a). Выходной сигнал двухполупериодного выпрямителя 20 U = i U (фиг. 4 о ) поступает на вход нульоргана 21, на другой вход которого поступает постоянный сигнал U„, выбираемый из условия U = sin z q при

It

z(f = °

Выходной сигнал нуль-органа 21 поступает на управляющий вход коммутирующего элемента 22, который разре-4 шает прохождение сигнала на сумматор

16, если U „ - Uö» т.е. сигнал на выходе элемента 22 (фиг. 4г)

О (U j, если J U 4 U

Аналогично работают блоки 18 и 19.

В результате выходной сигнал сумма- Я тора, являющийся выходным сигналом шестипульсного выпрямителя 8, записывается в виде (фиг. 4A) Таким образом, введение в электпропривод элементов с релейной характеристикой, блока деления, выпрямителя и ограничителя уровня позволяет формировать ток в соответствии с выражением (10), что приводит к увеличению момента машины по сравнению с гармонической формой тока при ограниченной величине максимального тока. Причем область линейного регулирования момента в функции его сигнала задания также расширяется в сторону увеличения момента. При требуемом максимально возможном моменте ток формируют по прямоугольному saкону согласно выражению (5). В этом случае момент зависит от углового положения, но максимален при данном угловом положении. Этот режим целесообразен при больших ошибках регулируемых координат электропривода и их задания..Увеличение момента двигателя увеличивает динамические возможности предлагаемого электропривода по сравнению с известным.

Формула изобретения

1. Электропривод переменного тока, содержащий синхронный двигатель с mглазной якорной обмоткой, подключенной к выходам силового преобразователя энергии, блок задания момента, связанный выходом с управляющим входом преобразователя координат, формирователь опорных гармонических функций, связанный выходами пофазно с соответствующими опорными входами преобразователя координат, фазные выходы которого подключены к соответствующим, фазным управляющим входам силового преобразователя энергии, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью улучшения динамических показателей за счет увеличения максимального момента при заданном максимальном токе, введены блок деления, 2ш-пульсный выпрямитель с m фазными входами, ограничитель уровня сигнала и m элементов с репейными характеристиками, вход каждого из которых объединен с соответствующим фазным входом 2mпульсного выпрямителя и подключен к соответствующему фазному опорному выходу формирователя опорных гармонических функций, при этом вход делимо .о блока деления подключен к выходу.

9 1275 блока задания момента, вход делителя — к выходу 2m-пульсного выпрямителя, выход блока деления объединен с выходом ограничителя уровня сигнала и подключен к управляющему входу преобразователя координат, фазные опорные входы которого" соединены с выходами соответствующих элементов с релейными характеристиками.

1О

2. Электропривод по и. 1, о т л ич а ю шийся тем, что 2m-пульсный выпрямитель снабжен ш двухполупериодными выпрямителями, вход каждого из которых образует соответствую- 15

732

10 щий фазный вход 2m-пульсного выпрямителя, m нуль-органами, m коммутирующими элементами и сумматором, при этом выход каждого из m-x двухполупериодных выпрямителей объединен с входом соответствующего m-го коммутирующего элемента и подключен к входу соответствующего m-ro нуль-органа, соединенного выходом с управляющим входом соответствующего ш-ro коммутирующего элемента, а выходы всех m коммутирующих элементов подключены к входам сумматора, выход которого образует выход 2m-пульсного выпрямителя.

1275732 ил иви, Фиг. Ю

Ил

Составитель А. Жилин

Техред Л.Олейник

Корректор М. Максимишинец

Редактор В. Петраш

Заказ 6579/55 Тираж 631 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 с