Способ управления асинхронным электродвигателем и устройство для его осуществления

 

t. Способ управления асинхронным электродвигателем с короткозамкнутым ротором, питаемым от мостового инвертора напряжения с углом проводимости ключей 120 эл.град., при кото . ром задают начальную частоту питания электродвигателя, измеряют электрический параметр в отключенной от источника питания фазе электродвигателя, ,характеризующий положение вектора потокосцепления ротора и по измеренiHOMy электрическому параметру формируют команду на переключение ключей инвертора, о т-л и ч щ и и с я тем, что, с целью упрощения и повышения быctpoдeйcтвия, осуи ествляют широтно-импульсную модуляцию напряжения инвертора в интервале 060 эл.град. угла проводимости каждого ключа инвертора, измеряютимпульсы тока в отключенной от источника питания фазе электродвигателя, сравнивают 9 их с заданным пороговым уровнем и при достижении импульсом тока задан ного порогового уровня формируют команду , которую используют в качестве команды на переключение ключей инвертора . f/y оэ sl ; о оа

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) У(1) Н 02 Р 7/42

7 -ю

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2799041/24-07 (22) 18.07 79 (46) 23.08.83. Бюл. М 31 (72) В.И.Петров, Ю.Г,Войлов и В,К.Адаменко (71) Ворошиловградский машиностроительный институт (53) 62-83.621.313.333.072.9(088.8) (56) 1. Бродовский В.H. Иванов Е.С.

Приводы с частотно-токовым управлением. И., "Энергия", 1979, с.42.

2. Патент США И 3611081, кл. 318/138, 1971. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЬй

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ

ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. (57) 1. Способ управления асинхронным электродвигателем с короткозамкнутым ротором, питаемым от мостового инвертора напряжения с углом проводимости ключей 120 эл,град,, при кото . ром задают начальную частоту питания

Куар электродвигателя, измеряют электрический параметр в отключенной от ис" точника питания фазе электродвигателя,,характеризующий положение вектора потокосцепления ротора и по.измерен, ному электрическому параметру формируют команду на переключение ключей инвертора, о т -л и ч а ю шийся тем, что, с целью упрощения и повышения быстродействия, осуществляют . широтно-импульсную модуляцию напряжения инвертора в интервале 060 эл.град. угла проводимости каждого ключа инвертора, измеряют импульсы тока в отключенной от источника питания фазе электродвигателя, сравнивают их с заданным пюроговым уровнем и при достижении импульсом тока заданного порогового уровня формируют ко" манду, которую используют в качестве команды на переключение ключей инвертора. 8

1037403

2. Устройство для управления асинхронным электродвигателем с короткозамкнутым ротором, содержащее мостовой инвертор напряжения, предназначен ный для подключения через датчики тока к асинхронному двигателю, распределитель тактовых импульсов, .выход которого через модулятор подключен к управляющему входу инвертора, а вход через формирователь сигналов управления - к генератору управляющих импульсов, эадатчик тока, соединенный

: с модулятором, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,.с целью упрощения и повы1

Изобретение относится к электротехнике, а именно к области частотного управления электродвигателями с короткозамкнутым ротором, питаемым от инверторов напряжения. 5

Известен способ управления трехфазным асинхронным электродвигателем с короткозамкнутым ротором, при котором формируют трехфазную симметричную систему токов в фазах двигателя, 10 а частоту питания изменяют путем суммирования частоты вращения ротора с заданной частотой абсолютного скольжения ротора 1.1 ) .

Устройство по указанному способу содержит инвертор напряжения, датчики тока, модулятор, задатчик тока, измеритель частоты вращения ротора P 1 )

Недостатком данного способа является низкое быстродействие, обусловленное тем, что при управлении не используется информация об угле между вектором тока статора и вектором потокосцепления ротора. Заданная час" тота скольжения ротора получается, как производная угла между вектором тока статора и осью ротора асинхронного двигателя, и отрабатывается регулятором момента с большим запаздыванием. Недостатком способа также является сложность, связанная с необходимостью формирования синусоидальной системы токов в фазах электродвигателя, большие габариты и низкая надежность привода, вследствие наличия в системе управления большого колишения быстродействия, в него введен фазовый синхронный детектор реактивного тока, входы которого соединены с датчиками тока и с выходом распределителя тактовых импульсов, а выходс формирователем сигналов управления.

3 ° Устройство no n. 2, о т л и ч а юю щ е е с я тем, что в него введен фазовый синхронный детектор полного тока, входы которого соединены с датчиками тока и с выходом распределиTBJlR тактовых импульсов, а выхода задатчиком тока.

2 чества механических и электромеханических преобразователей.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ управления трехфазным электродвигателем, питаемым от мостового инвертора напряжения с углом проводимости клю— чей 120 эл.град, при котором задают начальную частоту питания, измеряют в отключенной от источника питания фазе сигнал ЭДС, индуцированнь и магнитным потоком ротора и при достижении им определенного уровня формируют команду на переключение ключей инвертора $2) .

Устройство для осуществления известного способа содержит инвертор напряжения, к которому подключен трех. фазный электродвигатель, распределитель .тактовых импульсов, выход которого через модулятор подключен к управляющему входу инвертора, а вход— к генератору управляющих импульсов, соединенному с формирователем сигналов управления, задатчик тока, соединенный с модулятором Р 2)

Недостаток известного способа и устройства состоит в том, что для измерения сигнала ЭДС и выделения его, на фоне помех требуются специальные фильтры, усложняющие реализацию. Кроме того, для управления двигателем с уровнем момента, близким к предельному, обеспечивающему максимальное быстродействие, необходимо использование дополнительных блоков, кор4

1037403

3 ректирующих величину абсолютного скольжения. При осуществлении режима торможения в фазе, в которой измеряется ЭДС не может протекать реактивный ток, а,следовательно, отсутствует магнитный поток, создающий тормозной момент, что также снижает быстродействие. Условие измерения ЭДС в фазе может привести к значительным перенапряжениям на ключах инвертора 10 при их коммутации, что снижает надежность привода.

Цель изобретения - упрощение реализации при одновременном повышении быстродействия. 15

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу управления электродвигателем с короткозамкнутым ротором, питаемым от мостового инвертора напряжения с углом проводимости ключей 120 эл.град.>при котором задают начальную частоту питания электродвигателя, измеряют электрический параметр в отключенной от источника питания фазе электродвига- д5 теля, -характеризующий положение вектора потокосцепления ротора, и по измеренному электрическому параметру формируют команду на переключение ключей инвертора, осуществляют широт- ЗО но-импульсную модуляцию напряжения инвертора в интервале 0-60 эл.град. угла проводимости каждого ключа инвертора, измеряют импульсы тока в отключенной от источника питания фа35 зе электродвигателя, сравнивают их с заданным пороговым уровнем и при достижении импульсом тока заданного порогового уровня формируют команду, которую используют в качестве команды на переключение ключей инвертора.

В устройство для управления асинхронным электродвигателем с короткозамкнутым ротором, содержащее мостовой инвертор напряжения, к которому

45 через датчики тока подключен асинхронный двигатель, распределитель тактовых импульсов, выход которого через модулятор подключен к управляющему входу инвертора, а вход через формирователь сигналов управления50 к генератору управляющих импульсов, задатчик тока, соединенный с модулятором, введен фазовый синхронный детектор реактивного тока, входы которого соединены с датчиками тока и с выходом 55 распределителя тактовых импульсов, а выход " с формирователем сигналов управления, 4

В другом варианте может быть введен фазовый синхронный детектор полного тока, входы которого соединены с датчиками тока и с выходом распределителя тактовых импульсов, а выходс задатчиком тока.

На фиг.1 показана структурная схема устройства для управления асинхронным электродвигателем; на фиг.2диаграмма фазных токов.

Генератор 1 управляющих импульсов соединен с распределителем 2 тактовых импульсов, выход которого и выход задатчика 3 тока подключены к модулятору 4, Выход модулятора 4 подсоединен к управляющему входу инвертора 5, силовой вход которого подключен к источнику 6 постоянного тока.

Выходы инвертора 5 через датчики 7-9 тока соединены с асинхронным электродвигателем 10. Выходы датчиков 7-9 тока соединены через синхронный детектор 11 реактивного тока с формирователем 12 сигналов управления. Кроме того, выходы этих же датчиков 7-9 тока подключены к синхронному детектору 13 полного тока, дополнительный вход которого соединен с распредель телем 2 импульсов.

Генератор 1 управляющих импульсов задает начальную частоту. Ее величина определяется максимальной частотой питания электродвигателя, при котОрой на его естественных механических характеристиках нет участка провала момента. Распределитель 2 тактовых импульсов формирует временную последовательность шести тактовых импульсов шириной 120 эл.град. периода частоты питания электродвигателя каждый.

Задатчик 3 тока формирует импульсы напряжения, частота и скважность которых задает величину тока в фазах электродвигателя либо скважность широтно-импульсной модуляции. Зги импульсы поступают на модулятор 4 и модулируют поступающие туда же с распределителя 2 тактовые импульсы.

Причем тактовые импульсы модулируются в интервале 0-60 эл.град., форма и последовательность которых показана на диаграмме фиг.2. Инвертор 5 напряжения выполнен по традиционной трехфазной мостовой схеме и управляется тактовыми импульсами (фиг.2), Синхронный детектор 11 реактивного тока позволяет выделить сигнал реактивного тока, протекающего в фазе

1037403 электродвигателя, отключенной от ис- точника питания постоянного тока и замкнутой через один из диодов моста обратного тока инвертора и ключ, находящийся в открытом состоянии, на другую фазу. Выход фазового син" хронного детектора 11 реактивного тока соединен с формирова елем 12 сигналов управления, который в зависимости от задания режима (двигатель- 1Î ного или тормозного) формирует команды, синхронизирующие генератор управляющих импульсов.

Работа устройства; реализующего данный способ,.состоит в следующем, 15

При формировании в фазах электродвигателя тока прямоугольной формы инвертором напряжения с углом проводи,мости силовых ключей 120 эл. град. и модуляции в промежутке О60 эл.град. в каждой из трех фаз в течение 120 эл.град. полупериода протекает заданный ток, и в течение оставшихся 60 эл.град. полупериода протекает реактивный ток, обусловленный 25

ЗДС, индуцированной магнитным потоком ротора. Мгновенные значения реактивного тока определяются абсолютной частотой вращения и величиной вектора потокосцепления ротора, а также

, углом между вектором така статора и вектором потокосцепления ротора. Максимальная величина этого угла соответствует максимальной величине дви" гательного и тормозного электромаг" нитного момента для заданиого тока при скольжении, близком к критическому. При этом реактивный ток в отклю" ченной от источника питания фазе стремится к нулю.

При работе в двигательном режиме сигнал, переключающий инвертор 5, Формируют при возрастании импульсов тока до уровня, определяемого нижним порогом чувствительности датчиков . -9 тока. Таким образом, абсолютная величина реактивной составляющей полного тока в фазах двигателя ограничивается на уровне, определяемом нижним порогом чувствительности и коэффициентом передачи датчиков тока и практически может сводиться к нулю.

Это значит., что при любых моментах нагрузки как статических, так и динамических,частота переключений автоматически устанавливается такой, что для любых заданных значений либо скважности широтно-импульсной модуляции электродвигатель находится всег-, да s точке скольжения, характеризующейся максимальным моментом.

При работе электродвигателя в тормозном режиме сигнал, переключающий инвертор 5, формируют при снижении величины импульсов тока до уровня, определяемого чувствительностью датчиков тока. Автоматически устанавливающаяся при этом частота питания электродвигателя ниже частоты вращения ротора и ее величина такова, что электродвигатель находится близко к точке критического скольжения его механических характеристик в области отрицательных моментов. Ток в отключенной фазе представляет собой функцию, убывающую от максимума в начале отключения до нуля в конце, когда, собственно, и формируют сигнал, переключающий инвертор. Если формировать сигнал, переключающий инвертор до того, как ток достиг нуля, то при этом же задании тока в фазах электродвигателя тормозной момент будет меньше. Если переключение производить позже того, как ток в отключенной фазе достиг нуля, произойдет переход на неустойчивую часть механических характеристик, т.е ° опрокидывание электродвигателя. .На фиг.2, изображена диаграмма найряжений Т1-Т6, управляющих ключами трехфазного мостового инвертора напряжения, и соответствующие имтоки iy, 1ф iy< в фазах А, В и С для дви гательного режима. Дополнительно показаны выделенные и продетектиро" ванные импульсы тока i Р в отключенных от источника питания постоянного тока фазах электродвигателя. Пунктирная линия показывает нижний порог чувствительности датчиков тока, при котором происходит переключение инвертора. Импульсы U<, управляющие частотой тактов переключения инвертора, формируются в момент совпадения тока в отключенной фазе с порогом чувствительности датчиков тока. Из диаграммы видно, что широтно-импульсная модуляция производится в первые

60 эл.град, проводящего состояния ключей инвертора, только в этом случае осуществляется замыкание индуцированной ЭДС в отключенной фазе.

Таким образом, способ управления асинхронным электродвйгателем и устройство для его осуществления позволяют, используя постой инвертор напряжения, формирующий ток прямоугольной

7 037403 8 формы и прйменяя лишь датчики тока, кой к критическому скольжению его непосредственно получать сигналы, естественных механических характерис" управляющие фазой и частотой питаю- тик, что повышает быстродействие. Отщих электродвигатель токов как в, счтствие перенапряжений вследствие двигательном, так и в тормозном ре- замыкания индуцированных ЗдС, устойжимах без необходимости формирования чивая работа в точках критического синусоидальных токов и без применения скольжения; ограничение абсолютного измерителей магнитного потока, часто- значения тока в фазах двигателя и клюты вращения и углового положения ро- чах инвертора, отсутствие возможности тора, за счет чего достигается упро- 10 для лрохождения сквозных токов через щение. При этом получают устойчивую инвертор делают работу привода в це" работу электродвигателя в зоне, близ. лом значительно надежнее.

72

ВНИИПИ Заказ 6034/58 Тираж 687 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4