Вентильный электропривод

Изобретение относится к электротехнике, а конкретно к электрическому приводу переменного тока, и может быть использовано в электромеханических системах на производстве, на транспорте и строительстве.

Известен бесконтактный регулируемый электропривод, содержащий двухфазный синхронный электродвигатель, двухфазный синхронный тахогенератор, датчик положения ротора в виде синусно-косинусного вращающегося трансформатора, два фазочувствительных выпрямителя, два суммирующих усилителя, источник входного сигнала и два инерционных звена [Микеров А.Г. Бесконтактный регулируемый электропривод. Авторское свидетельство СССР №1075344, H02P 5/34, 23.02.1984. Бюл. №7].

Его недостатком является наличие датчика положения ротора и тахогенератора, что усложняет конструкцию и снижает надежность.

Наиболее близким по технической сущности и составу элементов является вентильный электропривод, содержащий синхронный двигатель с трехфазной обмоткой статора и ротор-индуктор с возбуждением от постоянных магнитов, преобразователь частоты, датчик токов статора, четыре преобразователя координат, три сумматора, вычислитель токов, вычислитель угла и частоты вращения, регулятор частоты вращения и два регулятора тока [Сизякин А., Румянцев М. Без датчика положения ротора: решения компании IR для управления вентильными двигателями. Журнал Новости электроники, 2011, №10. Система iMotion компании International Rectifier]. Недостатком этого электропривода является наличие интеграторов в вычислителе угла и частоты вращения, что снижает точность работы электропривода.

Технический результат, на достижение которого направлено заявленное изобретение, заключается в повышении точности регулирования частоты вращения.

Технический результат достигается тем, что в вентильный электропривод, содержащий синхронный двигатель с трехфазной обмоткой статора и ротором-индуктором с возбуждением от постоянных магнитов, преобразователь частоты, датчик токов статора, четыре преобразователя координат, три сумматора, вычислитель токов, вычислитель угла и частоты вращения, регулятор частоты вращения и два регулятора тока, входным является сигнал, пропорциональный требуемой частоте вращения и поступающий на первый вход первого сумматора, второй инвертирующий вход которого подключен ко второму выходу вычислителя угла и частоты вращения, а выход подключен к регулятору частоты вращения, выход которого подключен к первому входу вычислителя токов, второй вход которого соединен с вторым выходом вычислителя угла и частоты вращения, а первый, второй выходы подключены к первым входам второго, третьего сумматоров, вторые инвертирующие входы которых подключены к первому, второму выходам второго преобразователя координат, а выходы подключены к входам первого, второго регуляторов тока, выходы которых подключены к первому, второму входам третьего преобразователя координат, выходы которого подключены к первому, второму входам четвертого преобразователя координат, первый - третий выходы которого подключены к первому - третьему входам преобразователя частоты, выходы которого подключены к зажимам обмотки статора через датчик токов, первый - третий выходы которого подключены к первому - третьему входам первого преобразователя координат, первый, второй выходы которого подключены к первому, второму входам второго преобразователя координат, а первый выход вычислителя угла и частоты вращения подключен к третьим входам второго, третьего преобразователей координат, введены первый, второй вычислители ЭДС вращения и первый, второй дифференциаторы, входы которых подключены к первому, второму выходам первого преобразователя координат, а выходы подключены к третьим входам первого, второго вычислителей ЭДС вращения, первые входы которых соединены с первым, вторым выходами третьего преобразователя координат, вторые входы соединены с первым, вторым выходами первого преобразователя координат, а выходы подключены к первому, второму входам вычислителя угла и частоты вращения, причем вычислители ЭДС реализуют зависимости

а вычислитель угла и частоты вращения реализует зависимости

где r, L - активное сопротивление и индуктивность эквивалентной двухфазной обмотки; Ψ₀ - потокосцепление сосной фазы с ротором-индуктором; заглавные буквы у функций Arctg и Arcctg означают определение угла с учетом номера четверти по знакам ЭДС е_α и е_β.

Сущность технического решения поясняется на функциональной схеме по фиг. 1. Здесь 1-3 - фазы обмотки статора синхронного двигателя; 4 - ротор-индуктор; 5 - преобразователь частоты; 6 - датчик токов статора; 7-10 - преобразователи координат; 11-13 - сумматоры; 14 - регулятор частоты вращения; 15, 16 - регуляторы тока; 17, 18 - дифференциаторы; 19 - вычислитель токов; 20, 21 - вычислители ЭДС вращения; 22 - вычислитель угла и частоты вращения.

Входным является сигнал ω₀, пропорциональный требуемой частоте вращения и поступающий на первый вход первого сумматора 11, второй инвертирующий вход которого подключен к второму выходу вычислителя 22 угла и частоты вращения, а выход подключен к регулятору 14 частоты вращения, выход которого подключен к первому входу вычислителя 19 токов, второй вход которого соединен с вторым выходом вычислителя 22 угла и частоты вращения, а первый, второй выходы подключены к первым входам второго 12, третьего 13 сумматоров, вторые инвертирующие входы которых подключены к первому, второму выходам второго преобразователя 8 координат, а выходы подключены к входам первого 15, второго 16 регуляторов тока, выходы которых подключены к первому, второму входам третьего преобразователя 9 координат, выходы которого подключены к первому, второму входам четвертого преобразователя 10 координат, первый - третий выходы которого подключены к первому - третьему входам преобразователя 5 частоты, выходы которого подключены к зажимам обмотки статора через датчик 6 токов, первый - третий выходы которого подключены к первому - третьему входам первого преобразователя 7 координат, первый, второй выходы которого подключены к первому, второму входам второго преобразователя 8 координат, а первый выход вычислителя 22 угла и частоты вращения подключен к третьим входам второго 8, третьего 9 преобразователей координат, первый, второй выходы первого преобразователя 7 координат подключены к входам первого 17, второго 18 дифференциаторов, выходы которых подключены к третьим входам первого 20, второго 21 вычислителей ЭДС вращения, первые входы которых соединены с первым, вторым выходами третьего преобразователя 9 координат, вторые входы соединены с первым, вторым выходами первого преобразователя 7 координат, а выходы подключены к первому, второму входам вычислителя 22 угла и частоты вращения.

Вентильный электропривод работает следующим образом. Сумматор 11 вырабатывает погрешность по скорости

Δω=ω₀-ω.

Она поступает на регулятор 14 частоты вращения, который вырабатывает значение требуемого момента M^o, поступающее на вход вычислителя 19 токов. На его второй вход поступает оценка частоты вращения ω, а на выходах формируются желаемые значения токов обобщенной машины Эти сигналы поступают на первые входы сумматоров 12, 13, где они сравниваются с действительными токами обобщенной машины i_d, i_q, приходящими с выходов второго преобразователя 8 координат. Погрешности по токам

поступают на входы регуляторов 15, 16 тока. На их выходах формируются значения напряжений фаз статора обобщенной машины u_d, u_q, поступающие на входы преобразователя 9 координат. На его выходах формируются значения напряжений фаз статора двухфазной машины u_α, u_β, поступающие на входы преобразователя 10 координат. На его выходах формируются значения напряжений фаз статора трехфазной машины u_A, u_B, u_C, поступающие на входы преобразователя 5 частоты. На его выходах формируется трехфазная система напряжений, которые поступают на фазы 1-3 двигателя через датчик 6 токов. Его выходные сигналы i_A, i_B, i_C поступают на входы первого преобразователя 7 координат. Его выходные сигналы - токи двухфазной машины i_α, i_β - поступают на входы второго преобразователя 8 координат, а также на входы первого 17 и второго 18 дифференциатора. Они вырабатывают сигналы, пропорциональные производным от токов согласно уравнениям

Здесь Т - постоянная времени.

Эти сигналы приходят на третьи входы первого 20 и второго 21 вычислителей ЭДС вращения. На их первые входы приходят сигналы напряжений двухфазной машины u_α, u_β с выходов третьего преобразователя 9 координат, а на вторые входы - сигналы токов двухфазной машины i_α, i_β с выходов первого преобразователя 7 координат. Вычислители 20, 21 ЭДС вращения вырабатывают сигналы e_α, e_β согласно равенствам

поступающие на входы вычислителя 22 угла и частоты вращения. Он формирует сигналы угла θ и частоты вращения со согласно соотношениям:

где заглавные буквы у функций Arctg и Arcctg означают определение угла с учетом номера четверти по знакам ЭДС e_α и e_β.

Благодаря введению двух дифференциаторов и двух вычислителей ЭДС вращения, не содержащих интеграторов, получен вентильный электропривод с повышенной точностью поддержания частоты вращения.