СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ С ФАЗНЫМ РОТОРОМ

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ С ФАЗНЫМ РОТОРОМ


RU (11) 2099850 (13) C1

(51) 6 H02P7/63, H02P7/46 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 07.12.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 96108106/09 
(22) Дата подачи заявки: 1996.04.18 
(45) Опубликовано: 1997.12.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. Авторское свидетельство СССР N 1037403, кл. H 02 P 7/42, 1979. 2. Авторское свидетельство СССР N 1381679, кл. H 02 P 7/62, 1988. 
(71) Заявитель(и): Липецкий государственный технический университет 
(72) Автор(ы): Мещеряков В.Н. 
(73) Патентообладатель(и): Липецкий государственный технический университет 

(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ С ФАЗНЫМ РОТОРОМ 

Использование: в электроприводах общепромышленных механизмов. Сущность. В способе управления асинхронным двигателем обмотку статора питают от инвертора. В цепи ротора последовательно включены инвертор, нерегулируемый и регулируемый выпрямители. Измеренный ток на входе инвертора сравнивают с заданным значением и по результатам сравнения регулируют напряжение на выходе регулируемого выпрямителя для уменьшения рассогласования между измеренным и заданным значениями тока на входе инвертора. Скорость регулируют изменением частоты напряжения на входе инвертора. В результате уменьшаются потери, повышаются надежность и точность стабилизации момента. 2 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к электротехнике, а именно к области управления пуском и регулирования скорости асинхронных двигателей.

Известен способ управления асинхронным двигателем, питаемым от инвертора с углом проводимости ключей 120 град. при котором задают начальную частоту питания двигателя, измеряют электрический параметр в отключенной фазе двигателя и по результату измерения формируют команду на переключение ключей инвертора, измеряют импульсы тока в отключенной от источника питания фазе двигателя, сравнивают их с заданным пороговым уровнем и при достижении импульсом тока заданного порогового уровня формируют команду на переключение ключей инвертора [1]

Недостатком данного способа является невозможность управления электромагнитным моментом двигателя, т.к. в данном способе не контролируется ток ротора или магнитный поток двигателя.

Известен также способ управления асинхронным двигателем с фазным ротором, в соответствии с которым обмотку статора двигателя питают от вентильного регулятора напряжения, а в обмотке ротора поддерживают постоянство тока с помощью подключенного к обмотке ротора мостового выпрямителя и соединенного с ним через резистор параметрического стабилизатора тока. При управлении двигателем изменяют напряжение, подводимое к обмотке статора двигателя от регулятора напряжения [2]

Недостатками данного способа являются малая надежность, т.к. используется параметрический стабилизатор тока, выполненный с помощью резонансных L-C-контуров, для которых режим холостого хода является аварийным; неэкономичность, т. к. необходим резистор с большим сопротивлением в цепи постоянного тока, на котором происходят дополнительные потери энергии; малая точность стабилизации момента двигателя, т.к. параметрический стабилизатор стабилизирует только ток ротора; сложность регулирования момента двигателя, т.к. параметрический стабилизатор не может плавно регулировать ток ротора двигателя.

В предлагаемом способе управления асинхронным двигателем с фазным ротором регулируют скорость двигателя, изменяя с помощью трехфазного преобразователя частоты со звеном постоянного тока, состоящего из инвертора и регулируемого выпрямителя, частоту напряжения, подведенного к обмоткам статора двигателя, причем напряжение, полученное с выхода инвертора, трансформируют по амплитуде и подают на обмотку статора двигателя, выпрямляют напряжение, снимаемое с выводов обмоток ротора двигателя, а подают его последовательно и согласно с напряжением, полученным от регулируемого выпрямителя, задают желаемое значение тока на входе инвертора, измеряют величину тока на входе инвертора, сравнивают заданное и измеренное значения токов, регулируют напряжение на выходе регулируемого выпрямителя так, чтобы поддерживать заданное значение тока на входе инвертора.

В данном способе управления асинхронным двигателем амплитуда тока статора поддерживается на заданном уровне в течение всего времени работы двигателя. В процессе пуска и регулирования скорости двигателя амплитуды тока ротора поддерживаются на заданном уровне, поэтому ток намагничивается, магнитный поток и момент двигателя имеют практически постоянное значение в течение всего времени пуска или регулирования скорости.

На фиг.1 показана схема устройства, реализующего предложенный способ управления асинхронным двигателем; на фиг.2 экспериментальные механические характеристики асинхронного электропривода, управляемого согласно предложенному способу.

Устройство, реализующее предложенный способ, содержит асинхронный двигатель 1 с фазным ротором, нерегулируемый выпрямитель 2, трехфазный вход которого подключен к обмоткам ротора двигателя 1, преобразователь частоты, содержащий инвертор 3 с блоком 4 задания выходной частоты, причем выход инвертора подключен к первичным обмоткам согласующего трансформатора 5, вторичные обмотки которого подключены к обмоткам статора двигателя 1, а вход инвертора 3 соединен последовательно с нерегулируемым выпрямителем 2, сглаживающим реактором 6, регулируемым выпрямителем 7, вход которого подключен к питающей сети, к управляющему входу регулируемого выпрямителя 7 подключен выход блока 8 импульсно-фазового управления выпрямителем, к входу которого подключен выход регулятора 9 входного тока инвертора, имеющего узел сравнения 10, к которому подключен выход блока задания входного тока инвертора 11 и выход датчика 12 входного тока инверторов, реализующего отрицательную обратную связь по току.

Способ управления асинхронным двигателем с фазным ротором в данном устройстве осуществляется следующим образом.

В момент пуска двигателя от блока задания 11 через регулятор тока 9 и блок 8 импульсно-фазового управления подают сигнал задания Uз на выход регулируемого выпрямителя 7. Одновременно устанавливают блоком 4 задания частоты величину выходной частоты инвертора 3. По обмоткам статора двигателя начинает протекать ток заданной частоты. В обмотках ротора двигателя наводится ЭДС и напряжение на выходе выпрямителя 2 складывается с напряжением регулируемого выпрямителя 7. За счет отрицательной обратной связи по току в цепи постоянного тока поддерживается заданная величина тока, то есть входной ток инвертора Id будет иметь заданное значение. В установившемся режиме при неизменном значении тока Id можно записать баланс напряжений в цепи постоянного тока:

Id = K*cE2кS + Uв= - U, (1)

где E2к ЭДС неподвижного ротора; S скольжение двигателя;

Uв напряжение на выходе регулируемого выпрямителя; DU падение напряжения в вентилях схемы; Rэ эквивалентное сопротивление всех элементов, приведенное к цепи постоянного тока; K*c коэффициент мостовой схемы.



X*т = (X + X2т)K2т + X1т; (3)

R*т = (R1+ R2т)K2т + R1т, (4)

где индуктивное сопротивление обмотки статора двигателя, приведенное к ротору,

X2 индуктивное сопротивление обмотки ротора двигателя;

X1т индуктивное сопротивление первичной обмотки трансформатора;

X2т индуктивное сопротивление вторичной обмотки трансформатора;

Kт коэффициент трансформации трансформатора, для повышающего трансформатора 

активное сопротивление статора двигателя, приведенное к ротору;

R2 активное сопротивление ротора двигателя;

Ke коэффициент трансформации двигателя 

Rd активное сопротивление сглаживающего реактора;

R1т -активное сопротивление первичной обмотки трансформатора;

R2т активное сопротивление вторичной обмотки трансформатора.

Регулируемый выпрямитель 7 подключен к сети напрямую, сеть считаем бесконечно мощной и ее сопротивлением пренебрегаем. Если между сетью и регулируемым выпрямителем поставить согласующий трансформатор, то его сопротивление можно будет учесть в формуле (2).

На пусковом участке механической характеристики (фиг.2, линия 1) при больших скольжениях двигателя ЭДС обмотки ротора велика E2 E2кS. Нерегулируемый диодный выпрямитель 2 работает в режиме, при котором осуществляется нормальная поочередная коммутация диодов. При изменении скольжения S ЭДС обмотки ротора E2 меняется, но за счет действия отрицательной обратной связи по току изменяется также Uв напряжение на выходе регулируемого выпрямителя 7 так, что ток Id остается постоянным по величине.

Согласующий трансформатор 5 служит для согласования токов статора и ротора двигателя. Ток статора равен

I1 IdKсиKт, (5)

где

Kси коэффициент приведения постоянного тока к фазе двигателя.

Ток ротора I2 и приведенный ток ротора равны

I2 IdKсв; (6)



где Kсв коэффициент приведения постоянного тока к фазе ротора двигателя, .

Если инвертор 3 и выпрямитель 2 выполнены по мостовой схеме, то можно считать Kси Kсв.

Подбирая нужный коэффициент трансформации Kт трансформатора 5, можно получить нужное соотношение между токами статора и ротора двигателя и нужный ток намагничивания I0.



Модули токов статора и ротора определяются выражениями (5) и (6), в которых ток Id является регулируемой величиной, которая определяется сигналом задания, подаваемым с блока задания 11. В цепь ротора двигателя введено эквивалентное активное сопротивление Rэ (2), оно мало изменяется при изменении скольжения двигателя. Угол 2 сдвига фаз между током ротора и ЭДС ротора небольшой и индуктивная составляющая тока ротора невелика. Поскольку в процессе пуска двигателя амплитуды токов статора и ротора практически постоянны, то и намагничивающий ток I0 не изменяется, тогда постоянным будет и магнитный поток двигателя и соответственно практически постоянным будет и электромагнитный момент двигателя.

M = KI2cos2 (9)

На фиг. 2 участок 1 механической характеристики, полученной экспериментальным путем, показывает, что при пуске двигатель имеет постоянный момент.

После достижения двигателем скорости, близкой к скорости на естественной характеристике, ЭДС ротора, пропорциональная скольжению, настолько снижается, что мостовой диодный выпрямитель 2 переходит в режим работы, при котором одновременно открыты четыре диода, которые находятся в проводящем состоянии, то есть обмотка ротора двигателя находится практически в закороченном состоянии. В этом случае двигатель работает на участке 2 механической характеристики (фиг.2), здесь механическая характеристика двигателя близка к естественной. При этом ток ротора двигателя I2 определяется величиной нагрузки на его валу, чем меньше нагрузка, тем меньше ток ротора. В соответствии с выражением (8) возрастает величина тока намагничивания. Поэтому при работе в установленном режиме с постоянной скоростью и постоянной нагрузкой можно уменьшить сигнал задания на ток U3 с помощью блока задания 11 и установить нужное значение тока статора.

Для регулирования установившейся скорости двигателя вверх от начального значения нужно с помощью блока 4 задания чистоты увеличить чистоту на выходе инвертора 3 и тем самым увеличить скорость вращения поля статора двигателя 1. После этого будет осуществляться автоматический разгон двигателя до новой скорости с постоянным моментом.

Предложенный способ управления асинхронным двигателем с фазным ротором позволяет полезно использовать энергию скольжения двигателя, передавая ее в цепь статора через звено постоянного тока. Это делает способ очень экономичным. Обеспечивается регулирование в широком диапазоне скорости и момента двигателя, при пуске двигателя поддерживается постоянство тока статора, тока ротора и момента двигателя. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Способ управления асинхронным двигателем с фазным ротором, согласно которому подают в обмотку статора двигателя переменное напряжение, выпрямляют с помощью нерегулируемого выпрямителя напряжение, снимаемое с выводов обмотки ротора двигателя, и регулируют скорость двигателя, отличающийся тем, что указанное переменное напряжение подают с выхода инвертора, выпрямляют переменное напряжение питающей сети с помощью регулируемого выпрямителя, суммируют это напряжение с выпрямленным напряжением, снимаемым с выводов обмоток ротора двигателя, подают полученную сумму этих двух напряжений на вход инвертора, напряжение, полученное с выхода инвертора, трансформируют по амплитуде и подают на обмотку статора двигателя, задают желаемое значение тока на входе инвертора, измеряют величину тока на входе инвертора, сравнивают заданное и измеренное значения токов, регулируют напряжение на выходе регулируемого выпрямителя так, чтобы поддержать заданное значение тока на входе инвертора, а регулирование скорости двигателя осуществляют изменением частоты напряжения на выходе инвертора с помощью блока задания выходной частоты инвертора.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Электроника и электротехника




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+автомобильная -сигнализация".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "датчик" будут найдены слова "датчик", "датчики" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("датчик!").


Металлоискатели и металлодетекторы | Электронные устройства охраны и сигнализации | Электронные устройства систем связи | Приемные и передающие антенны | Электротехнические и радиотехнические контрольно-измерительные приборы и способы электроизмерений | Электронные устройства пуска, управления и защиты электродвигателей постоянного и переменного тока | Электродвигатели постоянного и переменного тока | Магниты и электромагниты | Кабельно-проводниковые и сверхпроводниковые изделия


Рейтинг@Mail.ru