Частотно-управляемый электропривод

 

1. ЧАСТОТНО-УПРАВЛЯЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД, содержащий асинхронный двигатель, подключенный к пр0обраэователю частоты, формирователь фазных токов, св.язанный выходом с управляющими входами преобразователя частоты, а входом - с выходом €л ка суммирования, входы которого сое динены с выходом измерителя частоты вращения ротора и формирователем абсолютногоскольжения, а также блок задания управляющего сигнала, отличающийся , тем, что, с целью повышения быстродействия и увеличения диапазона регулирования частоты вращения, в него введены дифференцирующее звено первого порядка и формирователь производной управляющего сигнала,а блок суммирования снабжен третьим вхоДом, при этом выход блока задания управляющего сигнала соединен с входом дифференцирующего звена первого, порядка, подклю-; ченного своим выходом к первому входу формирователя фазных токов и блоку формирования абсолютного cкoJ ьжeния, выходы блока задания управляющего сигнала и блока (дифференцирующего звена первого порядка подключены к входам формирователя производной управляющего сигнала, выход которого соединен с третьим входом сумматора. S « ЯП

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5)) HP 7/4 2

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ!

1 и, I

Ъ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3266332/24-07 (22) 24..03.81 (46) .07.04.83. Бюл, М 13 (72) М.A.Ïàâëåíêo, .Ю.Б.Стародубов, A.A.Шорин и И.В.Евневич (53) 62.83:621.313.333.072.9(088.8) (56) 1. Бродовский В.H. и др. Приводы с частотно-тоКовым управлением.

М., Энергия, 1974, с. 20-28.

2. Сандлер A.Ñ. и др. Автомати-. ческое частотное управление асинхронными двигателями. М., Энергия, 1974, с. 154. (54)(57) 1. ЧАСТОТНО-УПРАВЛЯЕМЫЯ

ЭЛЕКТРОПРИВОД, содержащий асинхронный двигатель, подключенный к преобразователю частоты, ФорМирователь фазных токов, связанный выходом с управляющими входами преобразователя частоты, а входом — с выходом блока суммирования, входы которого соединены с выходом измерителя частоты

„„SU„„1010714 А вращения ротора и формирователем абсолютного: скольжения, а также блок . задания управляющего сигнала, о т л и ч а ю шийсятем, что, с целью повышения быстродействия и увеличения диапазона регулирования частоты вращения, в него введены дифференцирующее звено первого порядка и формирователь производной управля- ющего сигнала, а блок суммирования снабжен третьим входом, при этом выход блока задания управляющего сигнала соединен с входом дифференциру" ющего звена первого. порядка, подклю-. ченного своим выходом к первому входу формирователя фазных токов и блоку формирования абсолютного скольжения, I выходы блока задания управляющего сигнала и блока дифференцирующего звена первого порядка подключены к входам Формирователя производной уп-, равляющего сигнала, выход которого соединен с третьим входом сумматора.

1010714

2. Электропривод по и, 1, о т л и ч а ю шийся тем, что в не"

ro введены релейный элемент, схема совпадения и блок инвертирования фазных токов, а блок формирования абсолютнОго скольжения содержит формирователь величины абсолютного скольжения, датчик знака абсолютного скольжения и блок умножения, при этом блок инвертирования фазных то1 ков включен между выходами формирователя фазных токов и управляющими входами преобразователя частоты, управляющий вход блока инвертиропа1

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в электроприводе переменного тока для управления асинхронными двигателями по минимуму тока. 5 . Известен частотно-управляемый электропривод, который состоит из блока задания активной и реактивной составляющих тока статора, измерителя угла положения ротора, блока зада- )p ния величины абсолютного скольжения . и формирователя трехфазных токов.

Данное устройство реализует закон управления асинхронным двигателем с постоянным потокосцеплением ротора (1).

Однако указанный привод, имея высокое быстродействие, характеризуется низкими энергетическими характеристиками и сложностью схем реализации.

Наиболее близок к предлагаемому частотно-управляемый электропривод, который содержит асинхронный двигатель, подключаемый к преобразователю частоты, формирователь фазных токов, связанный выходами с управляют щими входами преобразователя частоты, а входом — с выходом блока суммирования, входы которого соединены с выходом измерителя частоты вращения ротора и формирователем абсолютного скольжения, а также блок задания управляющего сигнала, соединенный с блоками формирования абсолютного скольжения и формирователем фаэ ных токов (2) .

Известный электропривод, обеспечивая высокие энергетические показатели, имеет относительно низкое быст- 4р родействие и ограниченный диапазон регулирования.

Цель изобретения - повышение быстродействия и увеличение диапазона регулирования частоты вращения. 45 ния фаэных токов соединен через последовательно включенные схему совпадения и релейный элемент с выходом блока задания управляющего сигнала, входы формирователя величины абсолютного скольжения и датчика знака абсолютного скольжения объединены и являются входами блока формирования абсолютного скольжения, а их выходы соединены с входами блока умножения, выход которого является выходом блока формирования абсолютного скольжения, выход датчика знака абсолютного скольжения соединен с другим входом схемы совпадения, Поставленная целью достигается тем, что в частотно-управляемый злектропривод, содержащий асинхронный двигатель, подключенный к преобразователю частоты, формирователь фазных токов, связанный выходом с управляющими входами преобразователя частоты, а входом — c выходом блока суммирования, входы которого соединены с выходом измерителя частоты вращения ротора и формирователем абсолютного скольжения, а также блок задания управляющего сигнала, введены дифференцирующие звено первого поряд ка и формирователь производной управляющего сигнала, а блок суммирования снабжен третьим входом, при этом выход блока задания управляющего сигнала соединен с входом дифференцирующего звена первого порядка, подключенного своим выходом к первому входу формирователя фазных токов и блоку формирования абсолютного скольжения, выходы блока задания управляющего сигнала и блока дифференцирующего звена первого порядка подключены к входам формирователя производной управляющего сигнала, выход которого соединен с третьим входом сумматора.

Кроме того, в частотно-управляемый электропривод введен релейный элемент, схема совпадения и блок инвертирования фазных токов, а блок формирования абсолютного скольжения содержит формирователь величины абсолютного скольжения, задатчик знака абсолютного скольжения и блок умножения, при этом блок инвертирования фазных токов включен между выходами формирователя фазных токов и управ" ляющими входами преобразователя частоты, управляющий вход блока инвертирования фазных токов соединен через последовательно выполненные схему совпадения и релейный элемент с

1010714 выходом блока задания управляющего сигнала, входы формирователя величины абсолютного скольжения и датчйка знака абсолютного скольжения объединены и являются входами блока формирования абсолютного скольжения, а их

Йщхпды соединены с входами блока умножения, выход которого является выходом блока формирования абсолютного скольжения, выход датчика знака абсолютного скольжения соединен с другим входом схемы совпадения.

На фиг. 1 и 2 представлены функциональная схема частотно-управляемого электропривода, варианты. частотно-управляемый электропри- 15 вод содержит асинхронный двигатель 1, подключенный к .преобразователю 2 час. таты, формирователь 3 фазных токов, связанный выходами с управляющими входами преобразователя 2 частоты, блок 4 суммирования, вход . которого соединен с выходом измерителя 5 частоты вращения ротора и блоком 6 формирования абсолютного скольжения, блок 7 задания управляющего сигнала, дифференцирующее звено 8 первого порядка и формирователь 9 производной управляющего сигнала, при этом выход блока 7 задания управляющего сигнала соединен с входом дифференцирую. щего звена 8 первого порядка, подключенного своим выходом к первому входу формирователя 3 фазных токов и блоку 6 формирования абсолютного скольжения 6, выходы блока 7 задания управляющего сигнала и дифференцирующего звена 8 первого порядка подклю;чены к входам формирователя 9 произ.водной управляющего сигнала, выход которого соединен с третьим входом сумматора 4. 40

В частотно-управляемый электропривод могут быть введены релейный элемент 10, схема 11 совпадения и блок .

12 инвертирования фазных токов, при этом блок 6 формирования абсолютно- 45 го скольжения содержит формирователь

13 величины фазных токов, датчик 14 знака абсолютного скольжения и блок

15 умножения, Блок 12 инвертирования фазных токов включен между выходами формирователя 3 фазных токов и управляющими входами преобразователя 2 частоты, управляющий вход блока 12 инвертирования фазных токов соединен через последовательно включенные схему 11 совпадения,и релейный элемент

10 с выходом блока 7 задания управляющего сигнала, входы формирователя

6 величины абсолютного скольжения и датчика 14 знака абсолютного скольжения объединены и являются входами блока формирования абсолютного скольжения, а им выходы соединены со входами блока 15 умножения, выход которого является выходом блока формирования абсолютного скольжения, выход 65 датчика 14 знака абсолютного скольжения соединен с другим входом схемы

11 совпадений. предлагаемый электропривод работает следующим образом.

Сигнал Ug с выхода блока 7 задания управляющего сигнала дифференцируется звеном 8 первого порядка. Полученный сигнал U4, отражающий скорость изменения U определяет амплитуду частотно-регулируемого трехфазного сигнала П6 на выходе формирователя 3 фазных токов и,.кроме того, поступая на входы датчика 14 знака абсолютного скольжения и формирователя 13 величины абсолютного скольже" ния, задает знак и величин абсолютного скольжения — сигналы U8 и 09.

Эти сигналы, перемножаясь в блоке 1.5 умножения, задают абсолютное скольжение — сигнал. U . Кроме того, сравне-. нием сигналов U< и U в формирователе

9 производной управляющего сигнала выделяется производная сигнала Uy.

Полученный сигнал 0» суммируется с сигналом Uy и сигналом 04 с выхода измерителя 5 частоты вращения ротора на сумматоре 4, Сигнал П5 с выхода сумматора, задающий частоту тока статора, преобразуется в трехфазный синусоидальный сигнал U6 с частотой, пропорциональнЬй сигналу Ug, и поступает на вход блока 12 инвертирования фазных токов. Блок 12 представляет собой инверторы, управляемые сигналом U g с выхода схемы 11 совпадения. Этот сигнал формируется в случае несовпадения знаков сигналов

U и 01 логическим сравнением сигналов U8 и U» c выходов задатчика

14 знака абсолютного скольжения и релейного элемента 10. Сигнал П»» с выхода блока 12 управляет работой преобразователя 2 частоты.

Уравнения роторных обмоток асинхронного двигателя, записанные в подвижной системе координат, вращающихся с синхронной частотой и сариентированной осью Х по вектору потокосцепления ротора в относительных единицах имеют вид

" " Р»>V > "o»x» )

О" " 2 р Vz+1 о.»q где 9 — потокосцепление ротора;

1 » — проекция тоФа статора на ось Х;

- проекция тока статора на ось У; — параметр абсолютного сколь" жения

r - активное приведенное сопро2. тивление обмоток ротора

L — полная приведенная индук1

THBHOCTb O6MOTO POTOPcl) 1010714

1. 0 — приведен на я индук тив нос ть обмоток ротора без учета потоков рассеяния 2

Т= — — постоянная времени обмоток г1. ротора.

Исследования показали, что максимум электромагнитного момента асинхронного двигателя при заданной величине тока статора обеспечивается при равенстве проекций этого вектора на вектор потокосцепления ротора.

Учитывая, что в относительных единицах о " g < + 2. > где М вЂ” электромагнитный момент асинхронного двигателя, можно сформулировать цель управления.

Для обеспечения высокодинамичного регулирования электромагнитного момента асинхронного двигателя с потерями, близкими к минимальным, необ- 29 ходимо величину потокосцепления ротора регулировать с минимально возможным временем протекания электромагнитных переходных процессов, обеспечивая при этом равенство проекции 25 вектора тока статора на вектор потокосцепления ротора.

Исходя из поставленной задачи, . Рассмотрим уравнения (1). Из первого уравнения видно, что если связать величину iy, с параметром задания момента Uzq следующей заВисимостью:

ig,=Г(«} U

То параметр (будет связан безынерционно с параметром U . Необходимо также обеспечить выполнение равенства

,= х, = UM, (3) которое практически удовлетворитель но соблюдается при

40 г

-(.Д(м () (4) где К - коэффициент передачи контура регулирования тока, связь скорости изменения р и ско-45 рости изменения U вытекает иэ рассмотрения физической сущности электромагнитных переходных процессов в асинхронном двигателе. В процессе изменения величины тока статора путем изменения активной составляющей сопротивления ротора равенство (2) нарушается что можно компенсировать соответствующим изменением реактивной составляющей, изменяя реактивное сопротивление роторной цепи.

В предлагаемом устройстве выполнение равенства (2) обеспечивается введением сигнала с выхода дифференцирующего звена первого порядка в контур регулирования амплитуды тока статора, а выполнение равенства (4) обеспечивается введением сигнала с выхода формирователя производной управляющего сигнала в контур регулирования частоты тока статора, Предлагаемое устройство недостаточно эффективно функционирует при относительно быстром уменьшении сигнала U . В этом случае необходимо изменить знак составляющей тока статора ix,, что достигается сравнением знака сигнала U задания амплитуды тока статора и знака управляющего сигнала Uy, и в случае их несовпадения сигнал U o на выходе схемы совпадения включает схему инвертирования фазных токов, в результате чего изменяется знак фазных .токов на обратный.

Таким образом, предлагаемый частотно-управляемый электропривод позволяет сократить время протекания электромагнитных процессов в 10-40 раз в зависимости от уровня управляющего сигнала, в, результате чего время разгона электропривода сокращается, частота пропускания скоростного контура увеличивается в 1,5 раза, а диапазон регулирования скорости увеличивается в 5 раз.

Опытный образец привода, работая в составе промышленного робота типа Универсал-5 и практически не уступая по своим динамическим характеристикам электроприводам с асинхронными двигателями, регулируемыми по постоянству потокосцепления ротора, потребляет на 40% меньше электроэнергии.

1010714

Составитель В.Тарасов

Редактор Л.Пчелинская Техред И.Тепер КорректорА.дэятко

Заказ 2501/42 .Тираж .685 ; Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР па делам изобретений к открытий

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

Филиал ППП Патент, r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4