Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Принципы и задачи автоматического регулирования возбуждения синхронных электроприводов с ударной нагрузкой 9
1.1. Особенности и характер изменения нагрузки синхронных двигателей 9
1.2. Задачи регулирования возбуждения синхронных двигателей 10
1.3. Принципы регулирования возбуждения синхронных двигателей 13
1.4. Выводы и постановка задач исследования 23
Глава 2. Обзор существующих средств измерения положения ротора синхронного двигателями 25
2.1. Классификация датчиков углового положения 26
2.2. Способы соединения датчиков с двигателями и связанные с этими способами погрешности измерения... 40
2.2.1. Соединение валов датчика и двигателя через полужесткую муфту 40
2.2.2. Соединение валов датчика и двигателя через зубчатую передачу 41
2.2.3. Соединение валов датчика и двигателя с помощью ременной передачи 41
2.2.4. Соединение валов двигателя и датчика с помощью гибкого вала 43
2.2.5. Жесткое крепление вращающегося элемента датчика на валу двигателя 43
2.2.6. Соединение валов датчика скорости и двигателя с помощью "плавающей" конструкции 43
2.2.7. Соединение валов датчика и двигателя с помощью упругих металлических валов 44
2.3. Технические требования, предъявляемые к устройствам измерения положения ротора 45
Выводы 47
Глава 3. Разработка измерительного элемента индукционного датчика положения ротора синхронной машины 48
3.1. Физика работы измерительного элемента 49
3.2. Измерение полюсных изубцовых пульсаций 54
3.3. Расчёт амплитудного значения ЭДС, индуцируемой в измерительном элементе ИДПР 56
3.3.1. Магнитное поле в воздушном зазоре явнополюсной синхронной машины 56
3.3.2. Анализ гармонических магнитного поля в воздушном зазоре явнополюсной синхронной машины 79
3.3.3. Влияние демпферной обмотки синхронной машины на работу измерительного элемента ИДПР 94
3.4. Разработка структурной схемы формирователя сигналов обратной связи по положению ротора синхронной машины 102
Выводы 112
Глава 4. Разработка структурной схемы автоматического регулирования возбуждения синхронного электродвигателя с индукционным датчиком угла нагрузки 114
4.1. Структурная схема синхронного двигателя, питаемого от сети с регулированием возбуждения 114
4.2. Линеаризованная структурная схема синхронной машины 124
4.3. Построение системы автоматического регулирования возбуждения синхронного двигателя 131
Выводы 144
Глава 5. Исследование режимов работы синхронного двигателя с автоматическим регулированием возбуждения методами математического моделирования и промышленного испытания . 147
5.1. Расчёт регуляторов системы АРВ 147
5.1.1. Расчёт контура регулирования продольного тока... 147
5.1.2. Расчёт контура регулирования скольжения 151
5.1.3. Расчёт контура регулирования напряжения 152
5.2. Исследование переходных процессов СД с АРВ методами математического моделирования 154
5.3. Промышленные испытания системы АРВ СД прокатной клети «ТРИО» стана 2350 ЛПЦ в статических и динамических режимах 163
5.3.1. Промышленные испытания существующей системы АРВ СД прокатной клети «ТРИО» стана 2350 165
5.3.2. Промышленные испытания системы АРВ СД прокатной клети «ТРИО» стана 2350 с индукционным датчиком угла нагрузки 170
Выводы 173
Заключение 177
Литература 179
Приложения 186
- Принципы регулирования возбуждения синхронных двигателей
- Соединение валов датчика и двигателя с помощью ременной передачи
- Магнитное поле в воздушном зазоре явнополюсной синхронной машины
- Построение системы автоматического регулирования возбуждения синхронного двигателя
Введение к работе
Развитие промышленности и транспорта сопровождается созданием новых типов электроприводов, отличающихся высокой экономичностью и регулировочными возможностями. Одновременно возрастают требования к надежности и качеству его характеристик. Неотъемлемой частью совершенствования автоматизированного электропривода является улучшение технико-экономических показателей работы крупных электрических машин.
Синхронные двигатели (СД) нашли широкое применение в различных отраслях промышленности. Во многих случаях, например прокатное производство, СД работают с резко переменной нагрузкой. Набросы нагрузки СД без АРВ вызывают качания ротора и колебания активного и реактивного токов двигателя, снижение отдачи реактивной мощности СД в сеть. Качания ротора и активного тока отрицательно влияют на устойчивость СД и технологического оборудования, снижается их надежность, увеличиваются потери электроэнергии. Кроме того, качания активного и реактивного токов вызывают отклонения напряжения питающей сети по величине и по фазе. Таким образом, не используются в полной мере компенсирующие способности СД.
Автоматическое регулирование возбуждения (АРВ) позволяет существенно повысить технико-экономические показатели работы крупных прокатных синхронных двигателей и питающей сети, наиболее полно использовать ценное качество СД - возможность генерирования реактивной мощности.
Требования, предъявляемые к системам АРВ СД можно сформулировать следующим образом [1]: обеспечение надёжной работы СД при заданных режимах нагрузки; форсировка возбуждения при снижении напряжения сети сверх допустимого; обеспечение нормального теплового режима двигателя, т.е. ограничение среднеквадратичных значений токов статора и возбуждения; демпфирование качаний ротора и активного тока статора при набро-сах нагрузки; поддержание нормального уровня напряжения в узле нагрузки; обеспечение минимума потерь в СД и питающей сети.
Для прокатных СД с ударной нагрузкой большое значение имеет обеспечение демпфирования качаний ротора и активного тока статора. Это позволяет существенно повысить надежность и устойчивость СД и механического оборудования. Одновременно с этим большое значение имеет поддержание на нормальном уровне напряжения узла нагрузки, что обеспечивается регулированием реактивного тока (мощности) двигателя. Но отсутствие такого важного технического устройства, как датчик положения ротора (ДПР), простого по конструкции и надёжного в эксплуатации, не позволяет в полной мере удовлетворить эти требования.
Из вышеизложенного следует, что исследование и разработка ряда технических решений, теоретических вопросов систем АРВ электропривода с синхронным двигателем представляют важную и актуальную научно-техническую задачу.
Для координального решения этой важной проблемы требуется целенаправленная работа по созданию датчиков новых типов, надёжных в эксплуатации, простых по конструкции, базирующихся на использовании новых физических эффектов. Существующие средства измерения углового положения ротора СД (вращающиеся трансформаторы, сельсины, редуктосины, ин-дуктосины и др.) не отвечают в полной мере современным требованиям. Наличие относительно большой погрешности измерения, сложность изготовления, специфические требования к окружающей среде, и, наконец, высокая стоимость ограничивает их использование в современных системах регулирования электроприводами. Кроме того, неточность изготовления самих датчиков и узлов механического сочленения с валом двигателя вызывает дополнительную погрешность в измерении углового положения ротора высокой и низкой частоты [2]. Высокочастотные пульсации в выходном сигнале ДПР не оказывают заметных влияний на работу электропривода, так как по отношению к этим пульсациям система регулирования является фильтром нижних частот. В этом случае существенными являются оборотные пульсации. Их частота и амплитуда зависит от характера несоосности валов датчика и двигателя. Амплитуда оборотных пульсаций для промышленных датчиков находится в пределах 0,1-3% и изменяется в процессе эксплуатации. Кроме того, погрешность измерения углового положения с помощью этих датчиков существенно зависит от температуры, влажности, загрязненности окружающей среды, уровня вибрации, и может достигать 2-4 % [2].
В связи с вышеизложенным, целью работы является разработка и исследование синхронных электроприводов с ударной нагрузкой с высокими динамическими показателями.
Достижение поставленной цели потребовало решение в диссертационной работе следующих основных задач: выполнение обзора применяемых в промышленности законов регулирования возбуждения синхронных двигателей, а также вытекающие из них задачи и принципы регулирования возбуждения; выполнение обзора существующих средств измерения углового положения ротора СД и анализ причин появления погрешностей измерения; разработка датчика положения ротора, выполненного без механической связи с валом электродвигателя; создание варианта блочной схемы ДПР, позволяющего измерить пространственное положение ротора относительно результирующего вектора напряжения статора, согласно упрощённой векторной диаграмме СД; проведение экспериментального исследования разработанного ДПР на лабораторной установке и в промышленных условиях, выявлении основных характеристик датчика; - разработка системы автоматического регулирования возбуждения СД, в функции внутреннего угла СД; проведение исследований переходных процессов синхронного двигателя с АРВ методами математического моделирования; проведение промышленных испытаний системы АРВ СД на действующем прокатном стане.
Содержание работы изложено в пяти главах.
В первой главе приведены принципы и задачи регулирования возбуждения СД с ударной нагрузкой. Проведён обзор существующих законов автоматического регулирования возбуждения СД. Поставлены задачи исследования.
Во второй главе приведён обзор патентной документации на предмет существующих средств измерения положения ротора синхронного двигателя. Представлены способы соединения этих датчиков с валом двигателя и связанные с этими способами погрешности измерения
Третья глава посвящена разработке измерительного элемента индукционного датчика положения ротора, описана его физика работы, проведён расчёт амплитудного значения ЭДС, наведённой в измерительном элементе.
В четвёртой главе разработана функциональная схема системы автоматического регулирования возбуждения синхронного электродвигателя в функции внутреннего угла СД.
Пятая глава посвящена исследованиям режимов работы синхронного двигателя с АРВ. Приведены результаты математического моделирования и промышленного испытания на действующем объекте предлагаемой системы АРВ с индукционным ДПР.
По содержанию диссертационной работы опубликовано девять научных трудов, получен патент на полезную модель, основные результаты обсуждались на шести научно-технических конференциях и семинарах.
Принципы регулирования возбуждения синхронных двигателей
Закон регулирования возбуждения синхронного двигателя увязывается с его режимом работы и теми задачами, которые ставятся перед двигателем во время работы. В настоящее время в промышленности применяется следующие законы регулирования возбуждения: 1. В функции изменения напряжения в системе электроснабжения; 2. На постоянство отдачи реактивной мощности (Q = const); 3. На постоянство коэффициента мощности (cos ср = const); 4. По полному току статора (Is); 5. По активному току статора (1а); 6. По внутреннему углу (6); 7. На минимум потерь электроэнергии (Pmin). Осуществление каждого из законов регулирования в отдельности не позволяет в полной мере выполнять оптимальное регулирование возбуждения [З, 9, 10]. В большинстве случаев оказывается целесообразным осуществлять регулирование возбуждения по сложным законам, включающим в управление два и более режимных параметра, например: по напряжению и току статора, по напряжению и углу 0, по углу 0 и его производным, по току статора и его производным и другим параметрам.
Общие требования к системам АРВ СД определены рядом нормативных документов и изложены в [11]. В зависимости от условий работы электропривода и требований системы электроснабжения система АРВ СД должна одновременно выдерживать соответствие нескольким показателям работы СД. Однако лишь некоторые из них совместимы, например, стабилизация напряжения совместима с генерацией реактивной мощности и с увеличением устойчивости. Большинство же показателей, как правило, несовместимы, т.е. выполнение одного из этих показателей противоречит другому [12]. Несовместимы минимизация потерь и повышение устойчивости. По минимуму потерь требуется снижать возбуждение, а по условию устойчивости - повышать. При демпфировании колебаний ротора ток возбуждения должен снижаться раньше, чем будет достигнут максимальный угол 0, что приведет к увеличению колебаний напряжения и снижению динамической устойчивости. Наоборот, наилучшая стабилизация напряжения снижает эффект демпфирования, т. к. ток возбуждения при стабилизации напряжения должен изменяться синфазно с колебаниями угла 0.
В связи с этим среди показателей устанавливается определенная предпочтительность. Во-первых, должна обеспечиваться устойчивость СД, а затем группа показателей, определяемая техническими требованиями, и следующая группа показателей - экономическая. Когда должно быть удовлетворено одновременно несколько показателей, например, для стабилизации напряжения и реактивной мощности, необходимо вырабатывать комплексный показатель качества, оптимизирующий суммарный эффект - целевую функцию.
Для приводов с ударной нагрузкой применяются всевозможные законы регулирования и системы АРВ на их основе. Единых рекомендаций, подтверждённых анализом и опытом, не имеется. Даже для подобных приводов условия работы АРВ могут быть различными, они зависят от условий работы узла нагрузки в целом. В основу выбора рациональных законов регулирования возбуждения должны быть положены критерии оптимальных режимов, обеспечивающих: 1. Наилучшие режимы работы питающей сети с точки зрения снижения потерь энергии, повышения устойчивости работы, задач местного регулирования напряжения в сетях промышленных предприятий. 2. Наилучшее использование синхронных двигателей как электрической машины с точки зрения электромеханических свойств и характеристик, перегрузочной способности, коэффициента мощности cos ф, потерь и КПД. 3. Наилучшие технико-экономические показатели других категорий нагрузки, питающихся с шин данной подстанции. Аналитические выражения применяющихся законов регулирования СД, могут быть представлены в виде зависимостей, заложенных в регулирующие устройства систем АРВ СД и устанавливающих связь между напряжением возбуждения (//) и параметрами СД и сети, в зависимости от которых при работе СД изменяется величина U/. Первый принцип регулирования используется, как правило, в узлах с нестабильным напряжением, характеризующихся переменной нагрузкой потребителей электроэнергии. Здесь регулирование возбуждения преследует цель поддержания оптимального напряжения, которое определяется в зависимости от суммарной нагрузки узла. Электроустановки получают питание от энергосистемы через трансформаторы, реакторы и другие промежуточные устройства, параметры которых непосредственно влияют на величину колебания напряжения. Системы регулирования возбуждения по отклонению напряжения в узле нагрузки нашли широкое применение для мощных СД с резко-переменной нагрузкой. Закон регулирования возбуждения по отклонению напряжения в линейном варианте [3,9, 10] записывается следующим образом
Введение в систему АРВ обратной связи по производной от отклонения напряжения незначительно улучшает качество регулирования [3]. Существенно лучшие результаты в отношении уменьшения отклонения напряжения по модулю дают системы АРВ с нелинейной обратной связью по напряжению [3]. Здесь реализуется следующий закон регулирования возбуждения
Наиболее удачно закон регулирования возбуждения по отклонению напряжения реализован в системе АРВ с регулированием напряжения и коррекцией по реактивному току статора. Такой закон регулирования с обратной связью по напряжению может быть представлен следующей зависимостью
Соединение валов датчика и двигателя с помощью ременной передачи
Магнитные абсолютные и инкрементальные датчики типа GEL26R фирмы Lenord + Bauer (ФРГ) позволяют одновременно получить на выходах сигналы, соответствующие углу поворота и частоте вращения вала; Они могут использоваться в экстремальных эксплуатационных условиях в системах управления эксцентриковыми прессами, прокатными станами, судами и локомотивами [33].
Рядом фирм выпускаются магнитные импульсные датчики, основным элементом которых является постоянный магнит с обмоткой. Магнитный объект, связанный с вращающимся валом, взаимодействуя с потоком сердечника, создает напряжение на зажимах обмотки. Такой датчик не требует источника питания, имеет высокую разрешающую способность и чувствительность. Число импульсов на выходе пропорционально частоте вращения вала. При использовании на выходе электронных преобразователей аналог-цифра точность составляет 0,1%. Такой датчик, работая на частоте порядка мегагерц, может обеспечивать измерения при частоте вращения до 600000 мин " [20].
Магнитные датчики практически нечувствительны к ударным нагрузкам, могут работать при ускорениях 30000 g. Магнитные свойства датчиков сохраняются при заключении их в герметичные немагнитные корпуса, что позволяет использовать их в условиях 100%-ной влажности и в погружных электроприводах. Датчики, помещенные в стальные корпуса, могут работать в условиях запыленности и под давлением.
Недостатком магнитных датчиков является невозможность сохранения точности измерений при частотах вращения, близких к нулю [20]. Применение в электроприводах магнитных датчиков с разрешающей способностью 200-2000 имп/об перспективно для частот вращения до 3000 мин -1.
В магнитных аналоговых датчиках типа AS-11-SW фирмы Pewatron AG (ФРГ) диаметром 25 мм используется принцип изменения сопротивления магнитной цепи, их выходное напряжение пропорционально изменению угла. Диапазон измерения угла составляет ± 45 с возвратом датчика в исходное положение. Линейность измерений в этом диапазоне - 2%. Датчик целесообразно применять как датчик рассогласования в системах промышленной автоматики, в том числе в тяжелых эксплуатационных условиях. Срок службы - 200-Ю6 об [33].
Вследствие высокой надежности, чувствительности и температурной стабильности широкое распространение в качестве датчиков положения, частоты вращения, тока в вентильных приводах, промышленных и автомобильных системах регулирования получили аналоговые и цифровые датчики Холла, особенно интегрального типа [35]. В настоящее время серийно выпускаются более 20 моделей интегральных датчиков на базе элементов Холла. Ведущими в этой области являются фирмы Sprague, Honeywell Texas Instruments (США), Siemens (ФРГ) и Mitsubishi (Япония).
Аналоговые датчики Холла выдают сигнал, пропорциональный магнитному потоку. Чувствительность типичных аналоговых датчиков Холла от 1,3 10"4, (фирма Sprague, датчик типа UGS-350U) до 5-Ю 4 мВ/Тл (фирма Honeywell, Micro Switch Div., (датчик типа SS94A1). При изготовлении датчика SS94A1 использована лазерная технология, что позволило свести к минимуму его чувствительность к вибрациям и колебаниям температуры (0,02% на 1С при самой высокой температуре). Специальное исполнение таких датчиков предусматривает пределы измерения магнитного потока ±100 мТл с обеспечением линейности не менее 1% во всем диапазоне [35, 36].
Интегральные схемы TLW4910K и TLE4910G с аналоговым выходом на базе элемента Холла фирмы Siemens AG (ФРГ) могут использоваться для измерения ускорения, давления, натяжения и расстояния. Имеют чувствительность 3-Ю"4 мВ/Тл [35, 37]. Примером датчика положения в интегральном исполнении может служить датчик 1AV2A фирмы Honeywell (Micro Switch Div.).
Диапазон рабочих температур аналоговых датчиков Холла колеблется от -40-К+85)С (датчик TL 31031, фирма Texas Instruments ) до -40-К+ 150)С (датчики TLE4910G и TLE4910K), рабочая частота 23-100 кГц, стоимость 0,85-6 долл. США (последнее - для датчиков, при изготовлении которых использована лазерная технология).
Элемент Холла или магниторезистор играет роль чувствительного элемента датчика углового положения, напряжение или сопротивление которых изменяется при вращении модулятора-ротора электродвигателя, магнитного или ферромагнитного зубчатого диска. Применение гальваномагнитных датчиков сдерживается недостатком высококоэрцитивных магнитов, достаточно сложными электронными схемами считывания, необходимостью подвода внешнего питания, малым КПД, температурной зависимостью параметров, и обязательной экранировкой от внешних магнитных полей.
Несомненными достоинствами датчиков Холла являются его простота, надёжность, практически линейная зависимость UBLIX = .ДВ), широкий динамический диапазон, механическая устойчивость, малые размеры и неограниченный срок службы.
Цифровые датчики Холла получили широкое распространение на современном рынке. Интегральные цифровые датчики содержат один или несколько элементов Холла и схемы обработки сигналов, в качестве которых используются однокристальные триггеры Шмидта. Одним из основных изготовителей цифровых датчиков Холла является фирма Sprague. Цифровые датчики Холла выпускаются однополярного (фирма Optec Technology) и биполярного (фирмы Sprague; Optec Technology; Honeywfell, Micro Switch Div.) типов. Диапазон рабочих температур -55-т-(+150)С; гистерезис, определяющий коммутационные свойства датчиков, достигает 5-Ю"4 Тл [35].
Биполярный датчик Холла с цифровым выходом типа SSSJCA фирмы Honeywell, Microswitch, Div., используемый как датчик положения, имеет очень высокую чувствительность в диапазоне рабочих температур -55-г(+150)С при частоте 10 кГц. Датчик работает в диапазоне ІІ5-10"4 Тл [35,38, 39].
Магнитное поле в воздушном зазоре явнополюсной синхронной машины
Для определения рациональной геометрии (шаг, длина и число витков) измерительного элемента (ИЭ) датчика при известной геометрии воздушного зазора под полюсом ротора необходимо знать гармонический состав магнитного поля в воздушном зазоре, для чего необходимо определение аналитического выражения магнитной проводимости зазора, удобного для качественного и количественного анализа магнитного поля в воздушном зазоре машины.
Важно рассмотреть магнитное поле электрической машины в условиях односторонней и двусторонней зубчатости зазора, а также при наличии явно выраженных полюсов, на основании чего определить расчётные формулы магнитной проводимости.
Известно, что расчёт магнитной проводимости связан с решением уравнения Лапласа в области зазора. Выбор метода решения зависит от сложности функций, описывающих границы области, и от требуемой точности определения магнитной проводимости зазора [54].
Рассматриваемая магнитная система имеет сложные, периодически повторяющиеся границы зубцовой зоны, поэтому аналитическое решение уравнения Лапласа затруднительно [55]. Графические методы являются наиболее удобными, однако при относительно больших зазорах и сложной геометрии магнитной системы они дают большую погрешность, достигающую иногда десятков процентов. Приближённые методы, основанные на замене силовых линий дугами окружностей [56], также вносят погрешность в расчёт магнитной проводимости [57]. Численные методы решения задачи весьма трудоёмки и не позволяют выявить аналитическую зависимость изменения магнитной проводимости от параметров.
Таким образом, среди работ, посвященных исследованию и расчету магнитного поля в машинах с неравномерным воздушным зазором, можно выделить две основные группы. В первой группе расчет картины магнитного поля в зазоре производится на основе использования строгих методов [58, 59, 60]. Расчет магнитного поля во второй группе работ основан на применении различных приближенных методов, из которых, прежде всего, заслуживает внимания метод удельных или гармонических проводимостей, широко применяемый в теории электрических машин [61, 62, 63] и основанный на разложении кривой проводимости в ряд Фурье.
В соответствии с этим методом нормальная составляющая индукции в зазоре определяется в виде причём проводимость воздушного зазора \(а) определяется из расчета поля в зазоре при эквипотенциальных поверхностях статора и ротора, а характер распределения намагничивающей силы в свою очередь определяется, исходя из гладкого зазора. Определение индукции в соответствии с (3.4) является результатом своеобразного наложения. Это значительно упрощает расчет и делает более универсальными его результаты, что является важным преимуществом перед точными методами, для которых расчет магнитного поля производится с учетом не только конфигурации границ, но и характера распределения потенциала на границах. Результаты сопоставления расчётов магнитного поля в воздушном зазоре методом гармонических проводимостей с использованием выражения (3.4) и методом разделения переменных (методом частных решений Гринберга Г. А.) приведены в [43, 54]. Решение методом Гринберга велось при общепринятых допущениях: 1. Магнитное поле - плоскопараллельно и безвихревое, осевая длина ротора и статора велика и поле в зазоре можно считать плоским; 2. Магнитное поле в зазоре достаточно характеризовать нормальной составляющей магнитного потока индукции на поверхности расточки статора; 3. Магнитная проницаемость стали равна бесконечности; 4. Поверхности магнитопровода эквипотенциальны; 5. Магнитная система машины не насыщенна; 6. Форма зубцов и пазов прямоугольна; 7. Действие намагничивающей силы учитывалось распределением потенциала по гармоническому закону; 8. Потенциал и его производная на боковых сторонах в силу симметричности картины магнитного поля одинаковы. Результирующую м. д. с. F и относительную удельную магнитную проводимость зазора %в удобно представить в виде рядов Фурье. Тогда их произведение по (3.9) определит В в виде бесконечного спектра гармоник, из которого могут быть выделены наиболее существенные гармоники поля. Такое представление В является обычно наиболее подходящим. Однако при необходимости %8 и F можно представить также в виде интегральных кривых или функций и тогда в ряд Фурье можно разложить их произведение по (3.4). На рис. 3.7,а изображены полюсы и поверхность якоря явнополюсной синхронной машины и указаны характерные геометрические размеры. Начало отсчета координаты х совмещается с продольной осью полюса.
Построение системы автоматического регулирования возбуждения синхронного двигателя
Выход измерительного элемента (ИЭ), представляющий э. д. с. холостого хода (Ео), подключен к входу первого формирователя, формирующего короткие импульсы прямоугольной формы, которые через блок задержки (БЗ) поступают на первый вход блока исключения совпадений импульсов (ИС). На второй его вход поступают опорные импульсы со второго формирователя (Ф2), частота следования которых равна частоте напряжения на статоре синхронной машины (Us). Импульсы с блока (ИС) поступают на вход блока определения знака внутреннего угла Э (БОЗ). Блок (БОЗ) необходим при применении разрабатываемого индукционного ДПР в электроприводах с вентильными двигателями или в частотно-регулируемом реверсивном синхронном электроприводе. При работе синхронной машины в генераторном режиме импульсы с выхода блока задержки (БОЗ) опережают импульсы на выходе второго формирователя (Ф2). При этом на прямом выходе триггера (ТрЗ) устанавливается уровень, сигнализирующий о положительном значении внутреннего угла машины. При работе синхронной машины в двигательном режиме импульсы с выхода блока задержки (БОЗ) отстают от импульсов на выходе второго формирователя (Ф2). При этом на выходе триггера (ТрЗ) устанавливается уровень, сигнализирующий об отрицательном значении измеряемого угла синхронной машины.
На первый вход элемента 9 поступают импульсы, длительность которых пропорциональна внутреннему углу машины. На второй вход того же элемента 9 поступают импульсы с выхода блока умножения частоты (УЧ). Частота этих импульсов пропорциональна частоте импульсов на выходе второго формирователя (Ф2), что позволяет измерять внутренний угол непосредственно в электрических градусах. Это обеспечивается тем, что сначала счётчиком (Сч1) блока умножителя частоты (УЧ), представленного на рис. 3.39, определяется период следования импульсов со второго формирователя (Ф2), а затем результат счёта переписывается в реверсивный счётчик (PC), работающий на вычитание. Число импульсов, пришедших на вход счётчика (Сч1) от тактового генератора (Г) через делитель частоты (Д) и элемент 10 за период между двумя соседними импульсами с блока (Ф2) равно
Пакеты импульсов с выхода 9 поступают на вход счётчика (Сч). По заднему фронту импульса на выходе элемента 8 блок синхронизации (БС) формирует импульс записи содержимого счётчика (Сч) в регистр (Р), а затем импульс сброса счётчика (Сч). Таким образом, регистр (Р) содержит код Ne, пропорциональный измеренному внутреннему углу 9 синхронной машины.
Из-за неточности изготовления измерительного элемента (ИЭ) индукционного ДПР, или из-за неточности его установки на внутренней поверхности статора относительно опорной фазы питающего напряжения сети (Us), в измерителе будет возникать погрешность вычисления внутреннего угла СМ, которая может привести к неточности регулирования в замкнутых системах автоматического управления возбуждения СМ. Поэтому перед началом эксплуатации необходима начальная коррекция индукционного ДПР, которая производится путём задержки импульсов с формирователя (Ф1) блоком задержки (БЗ) на величину угла 90, задаваемого кодом Ne . Например с помощью набора тумблеров или с другого программо-носителя. При этом N0O задаёт величину задержки непосредственно в электрических градусах.
Блок-схема блока задержки (БЗ) представлена на рис. 3.40. Реверсивный счётчик (PC) имеет ёмкость, равную Кд. В случае эксплуатации индукционного ДПР в реверсивном приводе, при вращении двигателя вперёд на управляющем входе блока БЗ (вход инвертора 13) присутствует уровень логической «1», и счётные импульсы с блока умножения частоты (PC) поступают на вычитающий вход реверсивного счётчика (PC). На выходе этого счётчика появляется импульс обновления при поступлении на его вычитающий вход N0o счётных импульсов, т.е. через время
Угол коррекции Эо =// At = AN/Кд, таким образом не зависит от частоты f\. При изменении направления вращения на обратное на управляющий вход блока (БЗ) подаётся уровень логического «0» и счётные импульсы с выхода блока (УЧ) поступают через элемент 12 на суммирующий вход счётчика (PC), чем достигается неизменность фазы импульсов на выходе блока (БЗ) при реверсе машины.
Устройство позволяет без вмешательства в монтаж выполнять настройку для двигателей любой полюсности. Здесь отстройка начального угла осуществляется изменением кода на входе схемы задержки (БЗ) при произвольной установке датчика. Всё это сокращает время подготовки устройства к работе и не требует переналадки при изменении режимов работы исследуемой или управляемой машины. Совокупность этих свойств, а также отсутствие механического сочленения с валом СД разработанного датчика углового положения ротора может дать ощутимый эффект, величина которого зависит от конкретной установки, где используется предлагаемое устройство.
