SU1100699A1 - Устройство дл формировани составл ющих опорного параметра ротора асинхронной машины с фазным ротором (его варианты) - Google Patents

Abstract

1. Устройство дл  формировани  составл ющих опорного параметра ротора асинхронной машины с фазным ротором, содержащее датчик фазных токов ротора, датчики фазных токов и напр жений статора, св занные с датчиком составл ющих ориентирукнцего параметра статора, выходы которого подключены к одним входам координатного преобразовател , к другим входам которого подключены выходы датчика фазных токов статора, о тличающеес  тем, что, с целью упрощени , снабжено определителем составл ющих тока ротора в синхронных ос х, дополнительным координатным преобразователем и блоком нормировани , вход которого подключен к выходу дополнительного координатного преобразовател , входы (Л которого св заны с выходами датчика фазных токов ротора и определител  составл кнцих тока ротора в синхронных ос х, входы которого соединень) с выходами координатного преобразовател  . О СО СО 1г cosaf

Description

2. Устройство дл  формировани  составл ющих опорного параметра ротора асинхронной машины с фазным ротором , содержащее датчик фазных токов ротора, датчики фазных токов и напр жений статора, св занные с датчиком составл ющих ориентирующего параметра статора, выходы которого подключены к одним входам координатного преобразовател , отличающеес  тем, что, с целью упрощени ,, снабжено блоком нормировани , дополнительным координатным преобразователем и определителем токов ротора ,в ос х статора, входы которого подключены к датчикам фазньк токов и напр жений статора, а выходы соединены с одними входами дополнительного координатного преобразовател , другие входы которого соединены с выходами датчика фазных токов ротора, а выходы дополнительного координатного преобразовател  св заны с другими входами координатного преобразовател , выход которого подключен к блоку нормировани .

3. Устройство дл  формировани  составл ющих опорного параметра ротора асинхронной машины с фазным ротором, содержащее датчик фазньк токов и напр жений статора, св занные с датчиком составл юощх ориентирующего параметра статора, выходы которого подключены к одним входам координатного преобразовател , о тличающеес  тем, что, с целью упрощени , снабжено блоком нормировани , дополнительным координатным преобразователем и определителем токов ротора в ос х статора, входы которого подключены к датчикам фазных токов и напр жений статора, а выходы соединены с одними входами дополнительного координатного преобразовател , другие входы которого св заны с выходами координатного преобразовател , другие входы которого подключены к датчику фазных токов ротора, при этом выход дополнительного координатного преобразовател  св зан с входом блока нормировани .

4.Устройство дл  формировани  составл ющих опорного параметра ротора асинхронной машины с фазным ротором, содержащее датчик фазных токов ротора, датчики фазных токов и напр жений статора, св занные

с датчиком составл ющих ориентирующего параметра статора, выходы которого подключены к одним входам координатного преобразовател , другие входы которого подключены к выходам датчика фазных токов статора, отличающеес  тем, что, с целью упрощени , снабжено блоком нормировани , дополнительным координатным преобразователем, определителем токов статора в ос х ротора и датчиком фазных напр жений ротора, зыход которого и выход датчика фазных токов ротора соединены с входами определител  токов статора в ос х ротора, выход которого подключен к одним входам дополнительного координатного преобразовател , к другим входам которого подсоединены выходы координатного .преобразовател , при этом выход дополнительного координатного преобразовател  соединен с входом блок нормировани .

5.Устрор1ство попп. 1 - А, отличающеес  тем, что снабжено датчиком составл ющих скорости изменени  опорного параметра ротора

и блоком апериодических звеньев, входы которого св заны с выходами датчика составл ющих скорости изменени  опорного параметра ротора и блока номировани .

6. Устройство по п. 5, отличающеес  тем, что снабжено третьим координатньш преобразователе одни входы которого св заны с выходами датчика составл ющих скорости изменени  опорного параметра ротора, а другие - с входами блока апериодических звеньев.

1

Изобретение относитс  к электротехнике , в частности к устройствам

управлени  асинхронными машинами с фазным ротором, и может быть использовано в системах управлени  вращением нагрузки и регулировани  потреб лени  мощности из питающей се . . - Известно устройство дл  формировани  составл ющих опорного параметра ротора (гармонических функций дл  координатных преобразователей) асинхронной машины с фазным ротором, содержащее датчик углового положени , датчик напр жени  сети, датчик тока ротора, координатный преобразователь tl 3. I„ Недостатком известного устройств (  вл етс  конструктивна  сложность из-за необходимости размещени  на валу асинхронной машины электромех нического датчика. Наиболее близким к изобретению  вл етс  устройство дл  формирова ни  составл ющих опорйого параметра ротора асинхронной машины с фазным , ротором, содержащее датчик фазных токов ротора, датчики фазных токов И напр жений статора, св 1занные с датчиком составл ющих ориентирующего параметра статора, выходы которого подключены к одним входам координатного преобразовател , к другим входам которого подключены выходы датчика фазных.токов статора С2. Недостатком известного устройств  вл етс  сложность электрической схемы, обусловленна  наличием специ ального электронного генератора, по строенного, на высокоточных интеграторах с большой посто нной времени. Генератор, содержащий элементы нормировани  амш1итуд ы, элементы комму tauftHf блок фильтрации управл ю1цих сигналов, двухканальный широтноимпульсный модул тор,  вл етс  слс с ным в настройке и ограничивает область применени  устройства. Цель изобретени  - упрощение уст ройства дл  формировани  составл кици опорного параметра ротора. Указанна  цель достигаетс  -тем, что в устройство введен определитель составл юп пс тока ротора в синхронны ос х, дополнительный координатный преобразователь и блок нормировани  вход которого подключен к выходу дополнительного координатного преобра вател , входы которого св заны с вы . ходами датчика фазных токов ротора и определител  составл ющих тока ротора в синхронных ос х, входы которого соединены с выходами координатного преобразовател . Согласно другому варианту устройство может быть снабжено блоком нормировани , дополнительным координатным преобразователем и определителем токов ротора в ос х статора, входы которого подключены к датчикам фазг ных токов и напр жений статора, а выхйды соединены с одними входами дополнительного координатного преобразовател , другие входы которого соединены с выходами датчика фазных токов ротора, а выходы дополнительного координатного преобразовател  св заны с другими входами координатного преобразовател , выход кото-, рого подключен к блоку нормировани . Устройство может быть снабжено блоком нормировани , дополнительным координатным преобразователем и определителем токов ротора в ос х статора, входы которого подключены к датчикам фазных токов и напр жений статора, а вьосоды соединены с одними входами дополнительного координатного преобразовател , другие входы которого св заны с выходами координатного преобразовател , другие входы которого подключены к датчику фазных токов ротора, при этом выход дополнительного координатного преобразовател  св зан с входом блока нормировани . Устройство может быть снабжено блоком нормировани , дополнительным координатным преобразователем, определителем токов статора в ос х ротора и датчиком фазных напр жений ротора, выход которого и ёыход датчик фазных токов ротора соединены с входами определител  токов статора в ос х ротора, .выход которого подключен к одним входам дополнительного координатного преобразовател , к другим входам которого под соединены выходы координатного преобразовател , при этом выход дополнительного координатного преобразовател  соединен с входом блока нормировани . Кроме того, устройство может быть также снабжено, датчиком составл ющих скорости Изменени  опорного параметра ротора и блоком апериодических звеньев, входы которого св заны с выходами датчика составл ющих скороети изменени  опорного параметра рот ра и блока нормировани . Помимо этого, устройство может быть снабжено третьим координатным преобразователем,одни входы которого св заны с выходами датчика составл юпщх скорости изменени  опорног параметра ротора, а другие - с входа ми блока апериодических звеньев. На фиг. 1-4 представлены .структур ные схемы, по сн ющие выполнение пер вого варианта устройства дл  формиро вани  составл ющих опорного параметра ротора; на фиг. 5- 7 - структурн схемы других вариантов вьшолнени  устройства; на фиг. 8 - пространст венна  векторна  диаграмма токов (ам первитков) асинхронной машины с фазным ротором. Устройство содержит датчик 1 фазных датчик 2 фазных токов статора ij составл ющих напр жений U, датчик 3 фазных составл клцих тока ротора i fv (фиг. 1-3). В определителе 4 составл ющих опорного параметра ротора про изводитс  преобразование фазных вели чин, поступающих от датчиков 1,2 и 3 В блоке 5 (фиг. 2), входы которого под|слючены к выходам датчиков фазных токов и напр жений ротора, производитс  определение скорости изменени  опорного параметра ротора. Выход блока 5 соединен с блоком 6 апериодических звеньев и одним из входов формировател  7 скольжени , другой вход которого подключен к выходу блока 6. Датчик 8 (фиг. 4) фазных составл нмцих ориентирующего параметра статора своим выходом св зан с входом первого координатного преобразовател  9, выход которого подключен к входу формировател  10 составл ющих тока ротора в синхронных ос х. Второй координатный преобразователь 11 одними входами св зан с выходом формировател  10, а своим выходом св зан с входом блока 12 нормировани . Формирователь 13 (фиг. 5) фазных токов ротора на частоте токов статора своим выходом подключен к одному из входов второго координатного преобразовател  11, выход которого св зан с входом первого координатного преобразовател  9,.выход которого подключен к входу блока 12 нормировани . Вькод координатного преобразовател  9 (фиг. 6) подключен К входу координатного преобразовател  11, выход которого св зан с входом статора на частоте токов ротора своим выходом подключен к одним входам координатного преобразовател  11. Устройство работает следующим образом. Определим аналитические выражени , св зывающие фазные токи статора и ротора, между собой и с составл ющими этих токов в синхронных ос х сС и /3 , вращающихс  с угловой скоростью ojg пол  статора (фиг. 8). Рассматриваютс  установившиес  режимы работы асинхронной машины с фазным ротором, которые характеризуютс  синусоидальными токами и напр жени ми фаз машины. Числа витков фазных обмоток статора и ротора принимаютс  равными между собой. При управлении асинхронной машиной с фазным ротором выбираетс  ориентирукнций параметр статора. Таким параметром может быть либо напр жение статора, либо ток статора, либо полное потокосцепление статора, либо намагничивающий (реактивный) ток статсфа. Дл  конкретности рассмотрени  за ориентирующий параметр статора выбираетс  реактивный ток i gjj статора. С направлением этого тока совпадает направление оси /з (фиг. 8). Вектор тока igp вращаетс  со скоростью U/5 (фазовый угол Ч ) относительно фазных обмоток статоа - осей g, f. Вектор полного тока i, намагсовпадающий . с осью /з раничивани , вен i-p J) IrC , реактивный ток ротора (ток где i намагничивани , поступаю щий со стороны ротора), совпадающий с осью уь ; величина тока намагничивани  асинхронной машины; величина тока намагничивани  статора; величина тока намагничивани  ротора. Вектор тока i,, вращаетс  относиельно осей d, q св занных с ротоом , со скоростью и (фазовый угол -j-). си d, q вращаютс  относительно осей g, f со скоростью SH фазовый угол б (фиг. 8). Токи ig и 1р содержат активные дл  которьк составл ющие справедливо Sft rw rw Э« W ; где Эл величина активного тока статора (ротора). Выражени  (1) и (2) вытекают из принципа работы асинхронной машины с фазным ротором, при этом ток определ етс  в основном напр жением питающим статор. Ориектируюо(Ий параметр статора формируетс  в блоке 8 ( фиг. 4) из напр жени  и с и тока « . ОЭ статора, которые поступают в блок 8 в виде измеренных фазных напр жений и токов. Обычно пользуютс  нормированным (с единичной амплитудой) ориен тирующим параметром i. статора, сов падающим по направлению с осью /3 . Дл  амплитуд векторов ic,|H L(,,KOT рые составл ют.этот единичный вектор в ос х g, f Опорным параметром ротора  вл ет с  вектор . Обычно используют нор мированный опорный параметр Т Q рото ра. На фиг. 8 этот вектор совпадает с ориентирукнцим параметром статору однако дл  амплитуд векторов i которые составл ют опорный параметр ротора в ос х q, d имеем

(4)

у

io

V« Jс учетом сказанного и в соответствии с фиг. 8 имеем следующие уравнени : дл  фазных токов ротора

Ц -lrBsinj-+ Iflcosy

(5) d Ifisi дл  фазных токов статора

i 3 Sin f3QCOSf ,jj|S.,

у Jg jCos OgSin ()cosf-Jgsin%

при этом имеем

1+6 4(7)

Величину 1. либо принимают посто нной , либо вычисл ют в процессе

) ЧН

(8) а ЪГ iflif f j

где фазные составл ющие ориентирующего параметра статора формируютс  блоком 8, а фазные .токи статора измер ютс  датчиками 1 тока (фиг. 1).

В соответствии с выражени ми (1) и (2) в блоке 10 определ ютс  составл ющие тока ротора в синхронных ос х d. t , дл  чего в этом блоке используетс  величина I. тока иамагничивани  котора  либо принимаетс  посто нной.величиной, либо определ етс  в процессе р аботы асинхронной машины по результатам измере5 НИН напр жени  U и тока ig

/ч -ISB.I

o (9) их управлени  асинхронной машиной, при этом используют информацию от датчика 2 о напр жении U питани  статора . Фазные токи статора и ротора измер ютс  датчиками 1 и 3 (фиг. 2). Уравнени  (5), (6) и (7) вместе с уравнени ми (1), (2) и (3) составл ют- систему уравнений, на основе которой можно аналитически показать существо преобразований, которые необходимо производить с фазными токами ротора (5) и статора (6) и с фазными составл ющими ориентирующего параметра статора (3) дл  получени  фазных составл ющих опорного параметра ротора (4). В блоке 8 (фиг. 4) формируютс  фазные составл ющие ориентирующего параметра статора в соответствии с вьфа сением (3) . Дл  этого определ ютс  фазные напр жени  статора, соответствуюоще фазным потокосцеплени м статора, путем IR-компенсации. Затем производитс  интегрирование полученных фазных напр жений. Требуемые гармонические функции sinV и cosV (фазные составл ю щие ориентирующего параметра статора ) получаютс  при нормировании результатов интегрировани  - путем делени  на амплитуду. В блоке 9 (первый координатный преобразователь) ток i статора сравниваетс  с током 1 по правилам координатных преобразований - определ ютс  составл ющие тока статора в синхронных ос х ot , р 911 Из выражени  (5) дл  фазных токов ротора находим составл ющие sin-у и cos у опорного параметра ротора, испрльзу  полученные из статорной цепи значени  1 и - выражение (9), а также измеренные датчиком 3 фазные токи io и ij ротора. Сначала в координатном преобразователе 11 производ тс  операции с составл ющими тока ротора в. соответствии с вьфажени ми о dhD- Ira)sinT ic IrftldO) ( id-IbD-HW Затем в блоке 12 нормировани  получают грубые составл ющие sin /jp и cosy опорного параметра ротора путем делени  выходных сигналов координатного преобразовател  11 на их амплитуду

d rQS f-D

3 +3 D га

(ff)

J.2 .32

i-D ru На практике роль первого координатного преобразовател  9 выпол; н ют фазочувствительные выпр мители , опорными сигналами дл  которых . служат фазные напр жени  статора, а входными - фазные точки статора. Сигналы на выходе блока 12 нормировани  содержат, как правило, вы сок очас т пульсации, которые в р де практических задач преп тствуют получению высокого качества уп равлени  асинхронной машиной. Поэто му эти сигналы желательно профильтровать , не внос  при этом запаздывани  (фазового сдвига) в контур получени  sinj и cos . Дл  решени  этой задачи поступаю следующим образом. Выходные сигналы блока 12- (выход ные сигналы sin и cos-jp электронного определител  грубых составл ю4 дих опорного параметра ротора) пропускают через фильтры с большой пос то нной времени. Чтобы скомпенсировать искажени  выходных сигналов блока 12, производимые этими фильтр ми, на их входы подают сигналы, про порхщональные скорости изменени  со тавл ющих опорного вектора.

iooLCllM

1 + pT

(13|

M

W

-f+pT

otv t+pT 9 Датчик 5 составл ющих скорости изменени  опорного параметра (иг. 2) ротора подключен к датчикам 2 и 3 напр жени  и тока ротора. На выходе датчика 5 формируетс  ЭДС ротора Е Ы sin-j- kp i . л1ГЧ,Д OJ.11.II - IS,l JL -4f, , % k,jcos2r kpioj J где k - коэффициент пропорциональp - оператор. Фазные составл ющие ЭДС ротора поступают в блок 6 апериодических звеньев, куда поступают также грубые составл ющие опорного параметра ротора ij, и iflo от блока 4. Апериодические звень  блока 6 вьшолн ют роль фильтров, на входах которых суммируютс  сигналы от блоков 4 и 5. На выходах блока 6 имеем Т - посто нна  времени фильтров ( апериодических звеньев). При выборе Т К имеем Iod i« Ч  при этом полученные составл ющие опорного параметра ротора не содержат пульсаций и могут быть использованы дл  получени  высококачест- . венного регулировани . В блоке 7 (фиг.3) сравниваютс  сос .d« ЕС составл ющитавл к цйе ifld , ми F ЕцЫ- EW io. (15) После подставки в выражение (15) сигналов согласно вьгражени м (12) и (14) имеем сигнал F j kycos.-jpcos-j-+k-jrsinjsin ky, (16) который пропорционален скольжению НЬ ротора. Сигнал j используетс  при регулировании скорости ротора асинхронной машины. Варианты устройства дл  формировани  составл кицих опорного параметра ротора асинхронной мащины с фаз11 ным ротором, представленные на фиг. 5 и 6, отличаютс  от варианта, представленного на фиг, 4, очередностью проведени  преобразований с ijj, icj и ij.. При этом в этих вариантах в блоке 13 формируетс  ток ротора частоте тока ртатора. Дл  этого сначала в .блоке 13 вычисл ют ток i.. v& V Затем формируют ток ротора на частоте статора if-s . Vg{-i -i;Uf -1м)СОРЧ- IftsinH-,) W ) Ha фиг. 5 в блоке 11 координатны преобразовани  ведутс  в соответстВИИ с выражени ми (rD.a) d/Vs c3-Vs V-()-. где токи ij-JF токи ротора в ос х, вращающихс  со скоростью В блоке 9 координатные преобразовани  ведутс  в соответствии с в ражени ми () XTorVo rV al После нормировани  в блоке 1 L им ем на выходе блока 4 (фиг, 5) грубы ( с пульсаци ми) составл ющие sin |р и cos Tf опорного параметра ротора В координатном преобразователе 9 (фиг. 6) сравниваютс  токи и. а полученные результаты сравниваютс  в кооцдинатном преобразователе с током с выхода блока 13. Сигналы с выхода преобразовател  11 по тупают в блок 12 нормировани , на выходе которого получаем грубые составл ющие sin у и cos у опорного параметра ротора. В вариантах устройств согласно фиг. 4, 5. и 6 дл  координатных преобразований используютс  фазные напр жени  статора. При использова дл  этих же целей фазных напр жени ротора структуры устройств остаютс аналогичными. 9 В устройстве, вариант которого представлен на фиг. 7, содержитс  формирователь 14 фазных токов статора на частоте токов ротора. Выходы формировател  14 св заны с датчиками тока и напр жени  ротора. В формирователе 14 формируетс  сначала ток намагничивани  асинхронной машины на частоте токов ротора, а затем он вычитаетс  из тока ротора и формируетс  ток . статора на частоте токов ротора. Ток Tjh в координатном преобразователе 11 сравниваетс  с сигналами с вьtxoдa координатного преобразовател  9, в котором сравниваютс  токи ig и ij,. Сигналы с выхода преобразовател  11 поступают в блок 12 нормировани , на выходе которого формируютс  грубые составл ющие sin и cos J опорного параметра ротора. Составл ющие sin у и cos-j- опорного параметра ротора, формируемые в устройствах согласно фиг. 4-7, используютс  дл  получени  сигналов управлени  силовым преобразователем энергии, питающим роторные обмотки асинхронной машины. Упом нутые сигналы управлени  формируютс  на выходах координатного преобразовател  (не показан). На одни входы этого координатного преобразовател  поступают сигналы sin у и cos|- от предлагаемого устройства, а на другие сигналы либо с выходов регул торов активного и реактивного токов ротора, либо от задатчиков активного и реактивного ротора в зависимости от выполнени  силового преобразовател  энергии. Сигнал -j- от блока 7 используетс  в качестве сигнала обратной св зи по скольжению ротора и обеспечивает регулирование числа оборотов асинхронной маншны. Таким образом, в предлагаемом устройстве требуемые дл  управлени  асинхронной машиной с фазным ротором параметры sinr, cos-j- и -у формируютс  по результатам замеров токов и напр жений асинхронной машины без применени  электромеханических датчиков угла и скорости. Предлагаемое устройство в отличие от прототипа не содержит сложной автоколебательной схемы, построенной на прецизионных элементах, и поэтому  вл етс  более простыми по составу, св з м и настройке.

ts

и

tf

Sin), cos/ .

. иг.З

Is

Us

ir

r11

Siny COS/ игЛ

Sin/, cos

j.5

Claims (6)

1. Устройство для формирования составляющих опорного параметра ротора асинхронной машины с фазным ротором, содержащее датчик фазных токов ротора, датчики фазных токов и напряжений статора, связанные с датчиком составляющих ориентирующего параметра статора, выходы которого подключены к одним входам координатного преобразователя, к другим входам которого подключены выходы датчика фазных токов статора, о тличающееся тем, что, с целью упрощения, снабжено определителем составляющих тока ротора в синхронных осях, дополнительным координатным преобразователем и блоком нормирования, вход которого подключен к выходу дополнительного коор-§ динатного преобразователя, входы которого связаны с выходами датчика фазных токов ротора и определителя составляющих тока ротора в синхронных осях, входы которого соединены с выходами координатного преобразователя .

669001Г HS

2. Устройство для формирования составляющих опорного параметра ротора асинхронной машины с фазным ротором, содержащее датчик фазных токов ротора, датчики фазных токов и·;, напряжений статора, связанные с датчиком составляющих ориентирующего параметра статора, выходы которого подключены к одним входам координатного преобразователя, отличающееся тем, что, с целью упрощения, снабжено блоком нормирования, дополнительным координатным преобразователем и определителем токов ро-. тора в осях статора, входы которого подключены к датчикам фазных токов и напряжений статора, а выходы соединены с одними входами дополнительного координатного преобразователя, другие входы которого соединены с выходами датчика фазных токов ротора, а выходы дополнительного координатного преобразователя связаны с другими входами координатного преобразователя, выход которого подключен к блоку нормирования.

3. Устройство для формирования составляющих опорного параметра ротора асинхронной машины с фазным ротором, содержащее датчик фазных токов и напряжений статора, связанные с датчиком составляющих ориентирующего параметра статора, выходы которого подключены к одним входам координатного преобразователя, о тличающееся тем, что, с целью упрощения, снабжено блоком нормирования, дополнительным координатным преобразователем и определителем токов ротора в осях статора, входы которого подключены к датчикам фазных токов и напряжений статора, а выходы соединены с одними входами дополнительного координатного преобразователя, другие входы которого связаны с выходами координатного преобразователя, другие входы которого подключены к датчику фазных токов ротора, при этом выход дополнитель ного координатного преобразователя связан с входом блока нормирования.

4. Устройство для формирования составляющих опорного параметра ротора асинхронной машины с фазным ротором, содержащее датчик фазных токов ротора, датчики фазных токов и напряжений статора, связанные с датчиком составляющих ориентирующего параметра статора, выходы которого подключены к одним входам координатного преобразователя, другие входы которого подключены к выходам датчика фазных токов статора, отличающееся тем, что, с целью упрощения, снабжено блоком нормирования, дополнительным координатным преобразователем, определителем токов статора в осях ротора и датчиком фазных напряжений ротора, выход которого и выход датчика фазных токов ротора соединены с входами определителя токов статора в осях ротора, выход которого подключен к одним входам дополни тельного координатного преобразователя, к другим входам которого подсоединены выходы координатного преобразователя, при этом выход дополнительного координатного преобразователя соединен с входом блока нормирования.

5. Устройство попп. 1 - 4, отличающееся тем, что снабжено датчиком составляющих скорости . изменения опорного параметра ротора и блоком апериодических звеньев, входы которого связаны с выходами датчика составляющих скорости изменения опорного параметра ротора и блока нормирования.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что снабжено третьим координатным преобразователем, одни входы которого связаны с выходами датчика составляющих скорости изменения опорного параметра ротора, а другие - с входами блока апериодических звеньев.