Частотно-регулируемый асинхронный электропривод

 

1. ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫЙ АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД, содержащий асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, подлюченный к преобразователю частоты с автономным инвертором напряжения, блок преобразования координат, первый вход кото- I рого через первый сумматор и регулятор Частоты вращения соединен с выходом блока задания частоты вращения , второй вход через второй сумматор соединен с выходом регулятора частоты вращения, третий вход через третий сумматор - с выходом блока задания потокосцепления, а два выхода подключены к управляющим входам преобразователя частоты, определитель частоты вращения, выполненный в виде тахогенератора, установленного на валу асинхронного двигателя и соединенного выходом с вторым входом .регулятора частоты врещния и вторым йходом второго сумматора, выход которого подключен также к второму входу первого сумматора, отличающийся тем,, что, с целью повы (Л шения точности, в него введен блок умножения, первый вход которого подс ключен к выходу регулятора частоты вращения, второй вход - к выходу второго сумматора, а выход - к второму входу третьего сумматора. 4 05 00 со

союз советсних социдлистичесних

РЕСПУБЛИН

3(5п Н 02 P 7/42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ госудАРственный комитет сссР по делАм изоБРетений и отиРытий

;.(21) 3344906/24-07 (22) 08.10.81 (25) 3344907/24-07 (46) 07.10.83. Бюл. Р 37 (72) И.A.Aëüòøóëåð и H.È. Ýïøòåéí (71) Научно-исследовательский электротехнический институт производственного объединения "ХЭМЗ" (53) 621.316.718,5(088.8) ю (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 409347, кл. Н 02 P 5/40, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 866679, кл. H 02 Р 7/42, 1979. (54)(57) 1. ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫЙ

АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД, содержащий асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, подлюченный к преобразователю частоты с автономным инвертором напряжения, блок преобра- зования координат, первый вход кото- 1 рого через первый сумматор и регу„„SU„„1 А лятор частоты вращения соединен с выходом блока задания частоты вращения, второй вход через второй сумматор соединен с выходом регулятора частоты вращения, третий вход через третий сумматор — с выходом блока задания потокосцепления, а два выхода подключены к управляющим входам преобразователя частоты, определитель частоты вращения, выполненный в виде тахогенератора, установленного на валу асинхронного двигателя и соединенного выходом с вторым входом регулятора частоты врещния и вторым

Входом второго сумматора, выход которого подключен также к второму входу первого сумматора, о т л и ч а юшийся тем,. что, с целью повышения точности, в него введен блок умножения, первый вход которого подключен к выходу регулятора частоты вращения, второй вход — к выходу второго сумматора, а выход — к второму входу третьего сумматора.

1046891

I

2. Электропривод по п. 1, о -т л ич а ю шийся тем, что определи; тель частоты вращения выполнен в виде параметрической модели, подключен входом к выходу регулятора частоты вращения и содержит последоваИзобретение относится к электротехнике, а именно к частотно-регулируемым асинхронным электроприводам с тиристорными преобразователями частоты на основе автономных ин; верторов напряжения, и предназначено для регулирования скорости нагрузки.

Известен. частотно-регулируемый асинхронный электропривод, содержа щий асинхронный двигатель с короткозам- 10 крутым ротором, подключенный к преобразователю частоты с автономным инвертором напряжения. Электропривод йме ет замкнутую систему регулирования амплитуды напряжения, причем вход задания амплитуды на входе регулирования напряжения подключен к входу задания частоты через нелинейный элемент, который реализует выбранную зависимость амплитуды напряжения статора оТ частоты. Вход зада-, 20 ния частоты подключен к выходу задатчика интенсивности (Ц.

Нелинейный элемент обеспечивает компенсацию падения напряжения в активных сопротивлениях. обмоток ста- 25 тора. только при фиксированном моменте нагрузки, поэтому известный:электропривод имеет неудовлетворительные регулировочные характеристики как . в установившемся режиме, так и в Динамике, поскольку не обеспечивает постоянства потокосцепления двигатеНаиболее близким к предлагаемому является частотно-регулируеьый асин- 35 хронный .электрапринод, содержащий

pcMHxpoHHhlA двигатель с короткозамкнутым ротором, подключенный к преобразователю частоты с автономным инвертором напряжения, блок 40 преобразования координат, первый вход которого через первый сумматор и регулятор частоты вращения соедй нен с выходом блока задания частоты .вращения, второй вход через второй сумматор соединен с выходом регулятора частоты вращения, третий вход через третий сумматор соединен с выходом блока задания потокосцепления, а два выхода подключены к управляющим входам преобразователя частоты, техогенератор, установлен1 . тельно соединенные блок задания статического момента, сумматор и

Интегратор, при этом входом определителя частоты вращения является второй вход сумматора, а выходомвыход интегратора. ный на валу асинхронного двигателя, выход которого соединен с вторым входом регулятора частоты и вторым входом второго сумматора, выход которого подключен также к второму входу первого сумматора. При этом» выход регулятора частоты вращения связан с вторым входом третьего сум,матора (2J.

Недостатком указанного электропривода является невысокая точность. работы, обусловленная тем, что в нем обеспечивается режим постоянства потокосцепления статора, который не является оптимальным для асинхронного .двигателя как с точки зрения перегрузочной способности, так и динамических характеристик.

Цель изобретения — повышение точности за счет улучшения регулировочных характеристик при обеспечении режима постоянства потокосцепления ротора, Указанная цель достигается тем, что в частотно-регулируемый асинхронный электропривод, содержащий асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, подключенный к преобразователю частоты с автономным инвертором напряжения, блок преобразования координат, первый вход которого через первый сумматор и регулятор частоты вращения соединен с выходом блока ,задания частоты вращения,, второй вход через второй сумматор - с выходом регулятора частоты вращения, третий вход через третий сумматор соединен с выходом блока задания потокосцепления, а два выхода подключены к управляющим входам преобразователя частоты, определитель частоты вращения, выполненный в виде тахогенератора, установленного на валу асинхронного двигателя и соеди-, ненного выходом с вторым входом регулятора частоты и вторым входом нторо.го сумматора, выход которого подключен также к второму входу первого сумматора введен блок умножения, первый вход которого подключен к выходу регулятора частоты, второй вход — к выходу второго сумматора, а выход - к второму входу третьего сумматора.

3 1046891

Кроме того, определитель частоты вращения подключен входом к выходу регулятора частоты и выполнен в виде последовательно соединенных блока задания статического момента, 1 сумматора и интегратора, при этом входом определителя частоты вращения является второй вход сумматора, а выходом — выход интегратора.

На фиг. 1 представлена структурная схема частотно-регулируемого 10 асинхронного электропривода с определителем частоты вращения в виде .тахогенератора на валу; на фиг. 2 то же, с определителем частоты вращения в виде параметрической модели. 5

Частотно-регулируемый асинхронный электропривод содержит асинхронный двигатель 1 с короткозамкнутым ротором, подключенный к преобразователю 2 частоты с автономным инвертором напряжения, блок 3 преобразования . координат, первый вход 4 которого через первый сумматор 5 и регулятор б частоты вращения соединен с выходом блока 7 задания частоты вращения. Второй вход 8 преобразователя

3 координат через второй сумматор 9 соединен.с выходом регулятора б .частоты вращения. Третий вход 10 преобразователя 3 координат через третий сумматор 11 соединен с выходом блока задания потокосцепления 12. Два выхода 13 и 14 преобразователя 3 координат подключены к управляющим входам преобразователя 2 частоты.

Определитель частоты вращения, выполненный в виде тахогенератора

15, установленного на валу асинхронного двигателя 1, соединен выходоМ с вторым входом регулятора б частоты вращения и вторым входом второго 40 сумматора 9, выход которого подключен также к второму входу первого сумматора 5..

Электропривод содержит блок 16 умножения, первый вход которого под- 45 ключен.к выходу регулятора б частоты вращения, второй вход — к выходу второго сумматора 9, а выход - к второму входу третьего сумматора 11.

Блок 3 преобразования координат содержит элемент 17 деления, входы которого являются входами 4 и 10 блока. 3 преобразования координат. Выход элемента 17 деления через .функциональный элемент 18 с характеристи- 55 кой агс 8 и элемент 19 дифференцирования подключен к первому входу сумматора 20, второй вход которого является входом 8 блока 3 преобразо вания координат. Входы 4 и 10 блока 60 преобразования координат являются ,также соответственно входами квадра торов 21 и 22, выходы которых через сумматор 23 подключены к входу элемента 24 извлечения корня квадратно- ф5 го. Выходы элемента 24 извлечения корня квадратного сумматора 20 являются соответственно выходами 13 и 14 блока 3 преобразования координат.

Определитель 15 частоты вращения, выполненный в виде параметрической модели, подключен входом к выходу регулятора 6 частоты вращения (фиг.2) и содержит последовательно соединенные блок 25 задания статического момента; сумматор 26 и интегратор

27, при этом входом определителя 15 частоты вращения является второй вход сумматора 26, а выходом — выход интегратора 27.

В частотно-регулируемом асинхронном электроприводе по схемам фиг.1 и 2,осуществляется режим постоянства потокосцепления ротора (P< =const) который в отличие от режима постоянства потокосцепления статора (ф

const) является наиболее оптимальным с точки зрения регулировочных

I характеристик двигателя ° Этот режим характеризуется отсутствием опрокидывания на механической характеристике двигателя, а также безынерционной реакцией электромагнитного момента на малое изменение абсолютного скольжения . При линеаризации "в малом" уравнения асинхронного двигателя в окрестностях установившегося режима, независимо,от величины абсолютного скольжения, передаточная функция момента ц по каналу скольжения определяется выражениЮ1ч р (р) Ч (i) где K — коэффициент пропорциональности; р — оператор .

Анализ уравнения асинхронного дви.гателя для ортогональной системы координат (d. с1), связанной с вектором потокосцепления ротора у при условии совмещения одной из осей .(d) с вектором Ф позволяет получить следующие выражения для проекций вектора 61 „g г„— p ф, Кg (2) (3) где d. частота вращения вектора Ц, 1 в установившемся режиме;

К К вЂ” коэффициенты пропорциональ-, 2У 3 ности °

В свою очередь, проекции вектора тока статора i определяются из выражения . а (4), () где х — сопротивление взаимоиндуко ции статора и ротора;

К вЂ” коэффициент пропорциональности °

1046891

Выражение для вектора 11„ определяется в неподвижной системе координат, сВязанной со статором, 11о выражению () =-»)От +»1 81 (4 (.+01 С-(;g 0»(!0» ) л»8 »с(, Амплитуда вектора напряжения определяется

° ПД (6)

Частота определяется i0 х»+ «urc t q 1 » /U, (7 ) где частота 1,1определяется как о(» =

+ 1)(») — частота вращения двигателя).

Принимая 1) постоянной величинои, задаваемой параметрически, можно управлять скоростью двигателя 4 регулируя i!, если располагать сигналом абсолютного скольжения ) и произвести операции в соответствии с _#_ выражениями (,2 ) — (7).

В электроприводе (фиг. 1 и 2) выходной сигнал регулятора б частоты вращения пропорционален электромагнитному моменту, однако, в отличие 25 от известного решения, на основании соотношения (1) он одновременно используется и как абсолютное скольжение(.

Частотно-регулируемый асинхронный 30 электропривод работает следующим образом.

Блок 12 задания потокосцепления и блок 7 задания частоты вращения определяют в электроприводе соответ- З5 ственно величину выбранного потокосцепления Ч и частоту вращения двигателя 1) (указанные блоки выполнены в виде потенциометров, подключенных к источнику постоянного напряжения).

B установившемся режиме сигнал

4» на выходе сумматора 9 определяет частоту преобразователя 2, т.е.c(=

Поскольку на входы сумматора 9 поступает сигнал Iì с выхода тахогенератора 15 и сигнал с выхода регу- 45 лятора 6 частоты вращения, "î посл дний является абсолютным скольжениегл

С учетом (5) в сумматорр 5 реализуется зависимость (3) . 50

На выходе блока 16 умножения формируется сигнал ol» P Ф i< . С учетом этого, а также (4) в сумматоре 11, реализуется зависимость (2)..

Сигналы Ы» ), U»9, преобразуются в

;блоке 3 преобразования коордииат в

1 сигнал задания амплитуды U и частотысСнапряжения преобразователя час- тоты в соответствии с заданным пото- косцеплением ротора 9< величина 60 которого устанавливается по соотноше,Х = (P - (8) где г — активное сопротивление ротора.

Расчет по (8) производится,, например, и з условия получения н омин ального момента при номинальном скольжении.

В пеиеходном режиме. например пои уменьшении частоты вращения O . .сигнал на выходе регулятора б частоты вращения, определяющий момент и скольжение, увеличивается. Увели iH- вается сигнал (» на выходе сумматора

9, а также сигналы 8,18, 11„, на выходах блока 3 преобразования координат и сигналы U4, d íà его выходах.

При этом за счет изменения соотношения между U» и 8 по каналу элементов 17, 18 и 19 блока 3 в функции производной этого соотношения формируется корректирующее воздей-! ствие в частоту, которое обеспечива-, ет поддержание ») = cnnзt, в переходЯ ном режиме.

При использовании в электроприводе в качестве определителя 15 частоты параметрической модели задается также сигнал статического момента ,(1с, который поступает с выхода блока

25 задания статического момента (фиг. 2) на один из входов сумматора 26. Сигнал Г.1 аоответствует реальному статическому моменту на валу двигателя 1.

На второй вход сумматора 26 поступает сигнал, как это было отмечено, определяющий момент O и скольжение г

Выходной сигнал сумматора 26, соответствующий динами-iecKDMQ моменту 69, т. е.,О ), = P —,,Й, интегрируется с помощью интегратора 27, на выходе которого получается сигнал 1) соответствующий частоте вращения двигателя 1. При этом нет необходимости установки на валу электромеханического тахогенератора. Процесс разгона двигателя заканчивается по достижении сигналом М на выходе интегратора заданного значения частоты вращения. При этом сигнал,О на выходе регулятора б частоты вращения снижается до величины Рс, а скольжение (— до соответствующего ,О значения. В установившемся .режиме также выполняется Ы» = » .

Таким образом, введение в частотно-регулируемый асинхронный электропривод блока умножения обеспечивает режим работы с постоянным потокосцеплением ротора, при котором в отличие от режима постоянного потокосцепления статора отсутствует опрокидывание двигателя, а отработка момента в функции скольжения осуществляется безынерционно. При этом достигается существенное улучшение регулировочных характеристик электропривода и повышение точности его работы. 1046891

Составитель A.Æèëèí .

Техред A.Бабинец Корректор А. Зимокосов

Редактор И. Безродная

Тираж 687 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий

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

Заказ 7748/54

Филиал ППП "Патент", r. ужгород, ул. Проектная, 4