Частотно-регулируемый электропривод

 

ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД , содержащий асинхронный двигатель и вентильный преобразователь частоты с последовательно соединенными Между собой управляемым выпрямитвле1М , дросселем и автономным инвертором тока, подключенНьом к статорной обМоткё асинхронного двигателя, последовательно соединенные нелинейный элемент, регулятор скольжения с подключенным к его другому входу датчиком скольжения и блок управления,, выход которого подключён к управляющему , входу авт-ономного инвертора тока, последовательно соединенные коммутатор обратной связи по току, регулятор тока и блок фазоимпульсного управления , выход которого подключен к упт равляющему входу управляемого выпрямителя , датчик напряжения, подключенный параллельно дросселю и соединенный через сумматор с первым входом ксиймутатора обратной связи по току, датчик тока, подключенный к входу нелинейного элемента и через первый блок сравнения - к второму входу коммутатора обратной связи по току, третий вход которого соединен с выходом регулятора тока, датчик скорости вращения , подключенный к одному входу второго блока сравнения, другой вход которого соединен с задатчиком скорости , а выход - с первым входом коммутатора обратной связи по скорости, выходом соединенного с регулятором скорости, выход которого подключен к одному входу третьего блока сравнения через ФункциЬнальный преобразователь , а к второму входу коммутатора обратной связи по скорости и к третьему входу регулятора скольжения - непосредственно, отлича-ю щ и и с я тем, что, с целью улучше-а ния энергетических показателей путем (Л уменьшения злектромагнитных потерь, он снабжен последовательно соединен-: с ными преобразователем напряжения, подключенным, к входу автономного инвертора тока, четвертым блоком сравнения , моделью магнитного потока и моделью ЭДС, выход которой соединен с одним входом четвертого блока сравнения , а второй вход - с датчиком скорости вращения и регулятором . потока, вход которого объединен с вторым входом сумматора и подключен к выходу третьего блока сравнения, а выход соединен со вторым входом первого олока сравнения, при этом второй выход модели магнитного потока соединен с вторым входом третьего блока сравнения, второй вход модели магнитного потока соединен с датчиком тока, а третий вход - с выходом датчика скольжения.

CQ03 СООЕТСНИХ ВЭМЛ

РЕСПУ6 ЛИК

3(5п Н 02 P 5/34

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ(СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ЙЗСУДАРС ПЙЙЙЬФ НОМИЙ ЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЭОЬРЕТЕНИЙ И бТНРЫТИЙ (21) 3381908/24-07 .(22) 28.01.82 (46) 15.06.83. Бюл. Р 22 (72) Г.В.Чалый, В.И.Уткин, Д.Б.Изоси-. мов и Е.A.Ìàðàíåö (71) Отдел энергетической кибернетики АН Молдавской ССР (53) 62-83:621.313.3.07(088.8) (56) 2. Патент ФРГ 9 1638650, кл. Н "02 К 29/04, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке М 2971839/07, кл. Н 02 Р 7/42, 1980. (54)(57) ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫЙ ЗЛЕКТРОПРИБОД, содержащий асинхронный двигатель и вентильный преобразователь частоты с последовательно соединенными между собой управляемым выпрямителем, дросселем и автономным инвертором тока, подключенным к статорной обмотке асинхронного двигателя, последовательно соединенные нелинейный элемент, регулятор скольжения с подключенным к его другому входу датчиком скольжения и блок управления, выход которого подключен к управляющему входу автономного инвертора тока, последовательно соединенные коммутатор обратной связи по току, регулятор тока и блок фазоимпульсного управления, выход которого подключен к уп-, равляющему входу управляемого выпрямителя, датчик напряжения, подключенный параллельно дросселю и соединенный через сумматор с первым входом коммутатора обратной связи по.току, датчик тока, подключенный к входу ;«елинейного элемента и через первый блок сравнения - к второму входу ком„„SU„„1 60 А мутатора обратной связи по току, третий вход которого соединен с выходом регулятора тока, датчик скорости вращения, подключенный к одному входу второго блока сравнения, другой вход которого соединен с задатчиком скорости, а выход — с первым входом коммутатора обратной- связи по скорости, выходом соединенного с регулятором скорости, выход которого подключен к одному входу третьего блока сравнения через функциональный преобразователь, а к второму входу коммутатора обратной связи по скорости и к третьему входу регулятора скольжения - непосредственно, о т л и ч а — a ю шийся тем, что, с целью улучше- Е ния энергетических показателей путем. уменьшения электромагнитных потерь, он снабжен последовательно соединен-, ными преобразователем напряжения, подключенным к входу автономного инвертора тока, четвертым блоком сравнения, моделью магнитного потока и моделью ЭДС, выход которой соединен с одним входом четвертого блока сравнения, а второй вход - с датчиком скорости вращения и регулятором . потока, вход которого объединен с вторым входом сумматора и подключен к выходу третьего блока сравнения, а выход соединен со вторым входом первого блока сравнения, при этом второй выход модели магнитного потока соединен с вторыч входом третьего блока сравнения, второй вход модели магнитного потока соединен с датчи" ком тока, а третий вход — с выходом датчика скольжения.

1023606

Изобретение относится к устройст вам для частотного регулирования асинхронных электродвигателей и может быть Испольэовано в электроприводах общепромышленного назначения с высокими требованиями по точности ре- 5 гулирования скорости и с. требованиями малых электромагнитных потерь в двигателях в пуско-тормозных режимах.

Известен частотно-регулируемый асинхронный электропривод, содержа- О щий преобразователь частоты с двумя управляемыми. выпрямителями, промежуточным звеном постоянного тока и инвертором,. устройство, моделирующее магнитное поле, вход которого подклю- 15 чен к фазам питания асинхронного двигателя, а выход через первое устройство сравнения - к входу регулятора магнитного поля, датчик напряжения, вход которого соединен с входом ин- 2О вертора, а выход через сумматор - с . регулятором напряжения, выход которого подключен к входу системы фазового управления. Электропривод содержит также контур регулирования тока, состоящий из двух датчиков тока, под" ключенных к входу управляемых выпрямителей и соединенных через сумматор с регулятором тока и через переключатель — с входом Функционального генератора, выход которого подключен к сумматору (1).

Недостатком известного электропривода является низкая точность регулирования скорости при различных моментах нагрузки, что объясняется отсут" ствием обратной связи по скорости.

Кроме того, в электроприводе не обеспечивается стабилизация магнитного потока, что приводит к .электромагнитным потерям в двигателе. 40

Наиболее близким к предложенному по техническому решению является частотно-регулируемый электропривод, содержащий асинхронный двигатель и вентильный .преобразователь частоты с 45 последовательно соеДиненными между собой управляемым выпрямителем, дросселем и автономным инвертором тока, подключенным к статорной обмотке асинхронного двигателя, последовательно соединенные нелинейный элемент, регулятор скольжения с подключенным к его другому входу датчиком скольжения и блок управления, выход которого подключен к управляющему входу автономного инвертора тока, последователь55 но соединенные коммутатор обратной связи по току, регулятор тока и блок фазоимпульсного управления, выход которого подключен к управляющему входу управляемого выпрямителя, датчик напряжения, подключенный параллельно дросселю и соединенный через сумматор с первым входом коммутатора обратной связи по току, датчик тока, подключенный к входу нелинейного эле- 5 мента и через первый блок сравнения к входу коммутатора обратной связи по току, третий вход которого соединен с выходом регулятора тока, датчик скорости вращения, подключенный к одному входу второго блока сравнения, другой вход которого соединен с эадатчиком скорости, а выход — с первым входом коммутатора обратной связи по скорости, выходом соединенного. с регулятором скорости, выход которого подключен к одному входу третьего блока сравнения через Функциональный преобразователь, а к второму входу коммутатора обратной связи по скорости и к третьему входу регулятора скольжения - непосредственно (2).

Известный злектропривод с помощью элемента обеспечивает стабилизацию магнитно о потока s статических режимах при изменении момента сопротивления нагрузки. Коммутаторы обратной связи по току и.скорости и логический ключ позволяют получить высокую точность регулирования скорости и высокие параметры переходного процесса, такие как быстродействие и плавность.

Недостатком известного электропривода являются значительные электромаг нитные потери в .двигателе, определяе" мые длительными неконтролируемыми колебаниями магнитного потока в переходном режиме.

Цель изобретения - уменьшение электромагнитных потерь в. двигателе.

Указанная цель достигается тем, что частотно-регулируемый электропривод, содержащий асинхронный двигатель и вентильиый преобразователь частоты с последовательно соединенными межцу собой управляемым выпрямите лем, дросселем и автономным инвертором тока, подключенным к статорной обмотке асинхронного двигателя, последовательно соединенные нелинейный элемент, регулятор скольжения с подключенным к его другому входу датчиком скольжения и блок управления, выход которого подключен к управляющему входу автономного инвертора тока, последовательно соединенные коммутатор обратной связи по току, регулятор тока и блок фаэоимпульсного управления, выход которого подключен к управляющему .входу управляемого выпрямителя, датчик напряжения, подключенный параллельно дросселю и соединен" ный через сумматор с первым входом коммутатора обратной связи по току, датчик тока, подключенный к входу нелинейного элемента и через первый блок сравнения к второму входу ком1 мутатора обратной связи по току, третий вход которого соединен с выходом регулятора тока, датчик скорости вращения, подключенный к одному входу второго блока сравнения, другой вход которого соединен с задатчиком ско.1023606 рости, а выход - с первым входом коммутатора обратной связи по скорости, выходом соединенного с регулятором скорости, выход которого подключен к одному входу третьего блока сравнения через функциональный преоб- 5 разователь, -а к второму входу комму татора обратной связи по скорости и к третьему входу регулятора скольжения - непосредственно, снабжен последовательно. соединенными преобразователем напряжения, подключенным к входу автономного инвертора тока., четвертым блоком сравнения, моделью магнитного потока и моделью ЭДС, выход которой соединен с одним входом чет- 15 вертого блока .сравнения, а второй вход - c датчиком скорости вращения и регулятором потока, вход которого объединен с вторьак входом сумматора и подключен к выходу третьего блока .сравнения, а выход соединен с вторым входом первого блока сравнения, при этом .второй выход модели магнитного потока соединен с вторым входом треть его блока сравнения, второй вход модели магнитного потока соединен с датчиком тока, а третий вход - с выхо. дом датчика скольжения.

На фиг, 1 представлена структурная схема электропривода; на фиг.2 .схема модели магнитного потока; на фиг. 3 — схема модели ЭДС.

Частотно-регулируемый электропривод содержит вентильный преобразователь частоты с последовательно соединенными между собой управляемыми выпрямителем .1, дросселем 2 и asтономным инвертором тока 3, подключенным к статорной обмотке асинхронного двигателя 4. Электропривод содержит также последовательно соединенные не. 40 линейный элемент 5, регулятор сколь. жения 6 и блок управления 7, выход которого подключен к управляющему входу автономного инвертора тока 3.

Электропривод содержит последователь- 45 но соединенные коммутатор обратной связи по току 8, регулятор тока 9 и блок фазоимпульсного управления 10, выход которого подключен к управляющему входу управляемого выпрямителя 1.

Датчик напряжения 11 подключен па 50 раллельно дросселю 2 и соединен через сумматор 12 с первым входом коммутатора .обратной связи по току &.

Датчик тока 13 подключен к входу нелинейного элемента 5, а через первый блок сравнения 14 — к второму. входу коммутатора обратной связи по току 8, третий вход которого соединен с выходом регулятора тока 9.

Датчик скорости вращения 15 подклю-60 чен к одному входу второго блока сравнения 16, другой вход которого соединен с задатчиком скорости 17, à выход - с первым входом коммутатора обратной связи по скорости 18, выходом g5 соединенного с регулятором скорости

:,19. Выход регулятора скорости 19 под:ключен к одному входу третьего блока сравнения 20 через функциональный пре образователь 21. Кроме того, выход регулятора скорости 19 подключен к второму входу коумутатора обратной связи по скорости 18 и к третьему входу регулятора скольжения 6.

Электропривод снабжен последовательно соединенными преобразователем напряжения 22, подключенным к входу автономного инвертора тока 3, четвертым блоком сравнения 23, моделью маг" нитного потока 24 и моделью ЭДС 25.

Выход модели ЭДС 25 соединен с одним входом четвертого блока сравнения 23, .а ее второй вход -. с датчиком .скорости вращения 15.

Электропривод снабжеH также регуля тором потока 26, вход которого объединен со вторым входом сумматора 12 и подключен к выхОду третьего блока сравнения 20, а выход соединен со вторым входом первого блока сравнения 14. Второй выход модели магнитного потока 24 соединен с вторым входом третьего блока сравнения 20, второй вход модели магнитного потока 24 соединен с датчиком тока 13, а третий вход — e выходом датчика скольже.ния 27.

Модель магнитного потока 24 (фиг. 2) содержит сумматоры 28 и 29, интеграторы 30 и 31, блоки умножения

32-35 и сумматор 36. К входам сумматора 28 подключены выходы.интегратора 30 и блока умножения 32. Другие входы сумматора 28 являются первым и вторым входами модели магнитного потока 24. К входам сумматора 29 под" ключены выходы интегратора 31 и блока умножения 33. Другой вход сумматора 29 является вторым входом модели магнитного потока 24.

Выход интегратора 30 подключен к первым входам блока умножения 33 и

34, а выход интегратора 31 к первым входам блоков умножения 32 и 35. Вто. рые входы блоков умножения 32 и 33 являются третьим входом модели магнитного. потока 24. Второй эход блока умножения 34 объединен с первым вхо" дом этого же блока. Выходы блоков умножения 34 и 35 подключены к входам сумматора Зб,выход которого-явля. ется вторым выходом модели магнитного потока 24. Выходы интеграторов 30 и 31 являются, кроме того, первым выходом (двухфазным) модели магнитного пото к а 24 .

Модель ЭДС 25 (фиг. 3) содержит блок умножения 37 и сумматор 38, пер. вые входы которых являются первым входом (двухфазным) модели ЭДС, второй вход сумматора 38 подключен к выходу блока умножения 37, второй вход которого является вторым входом,1023606 модели ЭДС 25. Выход сумматора 38 является выходом модели ЭДС 25.

Электропривод работает следующим образом.

При изменвнии задания по скорости от задатчика скорости 17 на выходе ,блока сравнения 16 образуется сигнал рассогласования по скорости, поступающий на вход коммутатора обратной связи по скорости 18, который вырабатывает сигнал управления, соответствукщий оптимальному виду переходного процесса. Регулятор скорости

19 формирует из этого сигнала сигнал задания по скольжению; который поступает на входы функционального преобразователя 21 и регулятора скольжения 6. Используя сигнал скольжения от,регулятора скорости 19, сигнал с выхода датчика скольжения 27, пропорциональный действительному скольже- 2О нню, и сигнал ограничения скольжения по току от нелинейного элемента 5, регулятор скольжения б формирует упраалякций сигнал, поступающий на вход блока управления 7, который управляет25 работой инвертора тока 3, регулируя величину частоты его выходного напря" ! жения в соответствии с измененным заданием по скорости.

В модели магнитного потока 24 по сигналу пропорциональному действительному скольжению от датчика скольже" ния 27 и сигналу пропорциональному действительному току от датчика тока

13 определяют величины пропорциональ- З5 ные проекциям и модулю потокосцепления.

На первый вход (двухфазный) модели ЭДС 25 поступают сигналы пропорциональные проекциям потокосцепления, а на второй вход — сигнал пропорцио- 4О нальный действительной скорости вращения двигателя от датчика скорости вращения 15. Модель ЭДС, 25 формирует расчетный сигнал, пропорциональный

ЭДС двигателя., который сравнивается 45 в блоке сравнения 23 с сигналом пропорциональным действительной ЭДС двигателя. Преобразователь напряжения

22 измеряет напряжение на входе инвертора тока 3 и, учитывая потери в 5Q обмотках двигателя, преобразует его в сигнал пропорциональный ЭДС двигателя.

Полученный сигнал отклонения по

ЭДС поступает на первый вход модели 55 магнитного потока 24 и осуществляет коррекцию сигналов пропорциональных проекциям потокосцепления до тех пор, пока сам не станет равным нулю.

Одновременно функциональный преоб-е0 разователь 21 в соответствии с сигналом задания по скольжению формируетсигнал задания по потокосцеплению, который сравнивается в блоке сравнения 20 с модулем потокосцепления, 65

f где,сформированным в модели магнитного потока 24, Между модулем потокосцепления М током двигателя существует прямо про порциональная зависимость, поэтому регулятор потока 26 вырабатывает сигнал задания по току, используя сигнал отклонения по потокосцеплению.

В блоке сравнения 14 сравниваются сигнал задания по току и сигнал пропорциональный действительному току i двигателя от датчика тока 13. Полученный сигнал рассогласования по току поступает на вход коммутатора об" ратной связи по току 8, который, используя сигнал рассогласования производной по току и сигнал управления с выхода регулятора тока 9, формиру" ет сигнал управления, соответствующий,оптимальному виду переходного процесса.

Сигнал рассогласования производной по току получается на выходе сумматора 12 путем сложения сигнала, пропорционального действительной производной по току с выхода датчика напряжения 11 и сигнала задания производной по току, поступающего с входа регулятора потока 26. Блок фазоимпульсного управления 10 по сигналу с выхода регулятора тока 9 управляет работой выпрямителя 1.

Модель магнитного потока 24 (фиг. 2) определяет величины пропорциональные проекциям потокосцепления и модуль потокосцепления по следующим формулам ,d < Ч --$9<» >+K,,» ttôÅ,. (М а а 9 = Ч -р а» Х ье, % = 9 g+% (5) проекции потокосцепления; коэффициент демпфирования роторной цепи; †.модуль потокосцепления; Ь вЂ” действительное скольжением K=const - коэффициент связи роторной цепи; ток статора; ЦЯ вЂ” коэффициенты обратной связи 8 — отклонение ЭДС расчетной от действительной.

Сумматор 28 и интегратор 30 реализуют соотношение (1), а сумматор 29 и интегратор 31 - соотношение (2).

На выходе интегратора 30 получается сигнал пропорциональный проекции потокосцепления, а на выходе интегратора 31 — сигнал пропорциональный проекции Ф . С помощью блоков умножения 34 и 35 и сумматора 36 реализуется соотношение.(3).

1023б06

Модель ЭДС (фиг. 3) 25 определяет расчетное значение ЗДС по Формуле

6„К(f9g+49 3, (4)

5 где K — коэфФициенту 9 - действительная скорость вращения двигателя.

Влок умножения 37 формирует из сигнала пропорционального проекции нотокосцепления 9> и сигнала пропорционального действительной скорости 9 сигнал произведения 9%, который поступает на суьматор 38. На другой запад суюеатора 38 поступает сигнал9 .15

На выходе сумматоров 38 получается расчетный сигнал ЭДС.

Цепь, состоящая из модели магнитного потока 24, модели ЭДС 25, блока сравнения 23 с преобразователем на- 2О пряжения 22, Формирует модуль Потокосцепления, соответствующий действительным параметрам двигателя, таким

1 как ЭДС, скорость, скольжение, при этом желаемая точность получается благодаря отрицательной обратной связи по ЭДС.

Скорректированный с помощью регулятора потока сигнал управления по току с учетом смоделированного модуля потокосцепления регулирует ток двигателя, что обеспечивает стабилизацию магнитного потока двигателя при переходных режимах..

Если магнитный поток в электроприводе не стабилнзируется, то s пере« ходном режиме колебания магнитного потока намного превышают номинальную величину, что приводит магнитную систему двигателя в cocтояние наснцения, При этом электромагнитные потери возрастают в результате .увеличения тока ротора н тока намагничивания.

Предложенное изобретение позволяет значительно уменьшить электромагнитные потери в двигателе и сэкономить потребление электроэнергии.

1023606

Сос тав и тель А. Жилин

Редак тор Л. Веселовская Техред M. Тенер Корректор В.1ирняк

Заказ 4235/47 Тираж 687 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная, 4