Частотно-регулируемый асинхронный электропривод

 

()9) (ИТ

s(s» Н 02 Р 7/42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Г . -,:ЕЪ, 7

Н ASTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

-S Ф - .Т

СОЮЗ СОВЕТСКИХ @ ф@ М, СОЦИАЛИСТИЧЕСИИХ

4:-:-:-., Щв4, :. РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (21) 3362054/07 (22) 15.09.81 (46) 23.11.83 Вюл. h" 43 (72) В.В. Батер, С.О. Кривицкий и И.И. Эпштейн (71) Научно-исследовательский электротехнический институт Производственного объединения ХЭМЗ (53) 621.316.718.5(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

V 744887, кл. Н 02 Р 7/42, 1978.

2. Патент Франции Р 2060101, кл. H 02 Р 7/00, 1971. (54)(57) 1. ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫЙ

АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД, содержащий асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, статорные обмотки которого подключены к преобразователю частоты с автономным инвертором тока и управляемым выпрямителем, систему управления инвертором, подключенную выходами к входам управления автоном" ного инвертора тока, а первыми вхо-. дами через блок определения фазных потокосцеплений — к выходам датчиков фазных токов и напряжений статора, блок задания составляющих тока статора, выходы которого через формирова." тель задания модуля тока статора и регулятор модуля тока статора подключены к входам управления управляемого выпрямителя, при этом вторые входы системы управления инвертором связаны с выходами блока задания составляющих тока статора, а выходы блока определения фазных потокосцеплений подключены к блоку нормирования сиг-, налов, связанного с системой управления инвертором, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью повышения динамических показателей за счет увеличения быстродействия, в него введены блок нуль-органов, два последовательно включенных блока преобразования координат и четыре блока импульсного измерения, входы для опорных сигналов которых пофазно объединены и подключены к выходам блока нормирования сигналов, при этом входы у равления первых двух блоков импульсного измерения через блок нуль-органов подключены к датчикам фазных токов ста" тора, а их выходы - к первым входам первого блока преобразования коордиC нат,. входы управления вторых двух блоков импульсного измерения подключены к выходам системы управления ин- Ц ф вертором, а их выходы - к вторым входам первого блока преобразования координат, вторые входы второго блока преобразования координат подключены к выходам блока задания составляющих тока статора, а выходы - к вторым входам системы управления инвертором.

2. Электропривод по и. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что блок импульсного измерения содержит управляемые ключи, элемент запоминания в виде конденсатора и усилитель-повторитель, к входу которого подключены выходы управляемых ключей, и элемент запоминания, при этом входы управляемых ключей, входы управления управляемых ключей и выход усилителя-повторителя образуют соответственно входы для опорных сигналов, входы . управления и выход блока импульсного измерения.

10

20

30

Недостатком этого электропривода является низкое качество регулирования, так как реализованный алгоритм формирования управляющих импульсов не учитывает запаздывания в автономном инверторе тока фазы тока относитель- i5 но фазы управляющих импульсов, в результате заданные системой регулирования активная и реактивная составляю1 10

Изобретение относится к электротехнике, в частности к системам автоматического управления частотно-регулируемыми электроприводами, выполненными на основе асинхронного короткозамкнутого двигателя и тиристорного преобразователя частоты с автономным инвертором тока, и может быть использовано в механизмах общепромьпиленного назначения с высокими требованиями по качеству регулирования. скорости вращения.

Известен частотно-регулируемый асинхронный электропривод, содержащий асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, статорные обмотки которого подключены к преобразователю частоты с автбномным инвертором тока и управляемым выпрямителем, систему управления инвертором, подключенную выходами к входам управления автономного инвертора тока, регулятор модуля тока статора, подключенный к входам управления управляемого выпрямителя, блок определения потокосцепления ротора, подключенный к датчикам фазных токов и напряжений статора, и блок задания активной и реактивной составляющих тока статора.

Задание амплитуды тока статора формируется по заданным активной и реактивной составляющим тока статора и отрабатывается замкнутой системой автоматического регулирования амплитуды тока статора с воздействием на управляемый выпрямитель,преобразова теля частоты. По току и напряжению двигателя осуществляется выделение фазных значений потокосцепления ро- . тора. Сигналы потокосцепления ротора вместе с сигналами задания проекций . статорного тока в блоке формирования управляющего напряжения формируют сигнал управляющего напряжения, ко-. торое сравнивается в блоке компараторов с сигналами потокосцепления ротора. В моменты сравнения формируются импульсы, используемые затем для управления инвертором (1) . щие тока статора не воспроизводятся в реальном токе двигателя.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является частотно-регулируемый асинхронный электропривод, содержащий асинхронный двйгатель с короткозамкнутым ротором, статорные обмотки которого подключены к преобразователю частоты с автономным инвертором тока и управляемым выпрямителем, систему управления инвертором, подключенную выходами к входам управления автономного инвертора тока, а первыми входам4 через блок определения фазных потокосцеплений - к выходам датчиков фазных токов и напряжений статора, блок задания составляющих тока статора, выходы которого через формирователь задания модуля тока статора и регулятор модуля тока статора подключены к входам управления управляемого выпрямителя,. при этом вторые входы системы управления инвертором связаны с выходами блока задания составляющих тока статора, а выходы блока определения фаэных потокосцеплений подключены к блоку нормирования, связанного с системой управления инвертором (2) .

Недостатком известного электропри-. вода является наличие запаздывания в канале коррекции фазы, определяемого конечной скоростью изменения вы ходного сигнала интегратора Фазовой погрешности. Это приводит к тому, что задаваемые блоком задания проекций тока статора значения момента и потока двигателя в динамике воспро.изводятся с искажениями, что в свою очередь приводит .к затяжке и ухудшению качества переходных процессов в приводе.

Целью изобретения является повышение динамических показателей частотно-регулируемого асинхронного электропривода эа счет увеличения быстродействия.

Указанная цель достигается тем, что s частотно-регулируемый асинхронный электропривод, содержащий асинхрбнный двигатель с короткозамкнутым ротором, статорные обмотки которого подключены к преобразователю частоты с автономным инвертором тока и управляемым выпрямителем, систему управления инвертором, подключенную выходами к входам управления автономно го инвертора тока, а первыми входами

1056420

3 через блок определения фазных потокосцеплений - к выходам датчиков фазных токов и напряжений статора, блок задания составляющих тока статора, выходы которого через формирователь задания модуля тока статора и регулятор модуля тока статора подключены к входам управления управляемого выпрямителя, при этом вторые входы системы управления инвертором 10 связаны с выходами блока задания со ставляющих тока статора, а выходы блока определения фазных потокосцеплений подключены к блоку нормирования сигналов, связанного с системой управления инвертором, введены блок нуль-органов, два последовательно включенных блока преобразования ко" ординат и четыре блока импульсного измерения, входы для опорных сигналов которых пофазно объединены и подключены к выходам блока нормирования, при этом входы управления первых двух блоков импульсного измерения через блок нуль-органов подключены к датчикам фазных токов статора, а их выходы - к первым входам первого блока. преобразования координат, входы управления вторых двух блоков импульсного измерения подключены к выходам системы управления инвертором, а их выходы - к вторым входам первого блока преобразования координат, вторые входы второго блока преобразования координат подключены к выходам блока задания составляющих тока

35 статора, а выходы - к вторым входам . системы управления инвертором.

При этом блок импульсного измерения содержит управляемые ключи, эле40 мент запоминания в виде конденсатора и усилитель-повторитель, к входу которого подключены выходы управляемых ключей, и элемент запоминания, при этом входы управляемых ключей, входы управления управляемых ключей и,выход усилителя-повторителя образуют соответственно входы для опорных сигналов, входы управления и выход блока импульсного измерения.

На фиг. 1 представлена структурная SO схема частотно-регулируемого электропривода; на фиг. 2 — схема блока им" пульсного измерения; на фиг. 3 - схема блока нормирования сигналов; на фиг ° 4 - схема блока преобразования координат; на фиг. 5 — схема блока нуль-органов; на фиг. 6 — диаграмма работы блока импульсного измерения.

Частотно-регулируемый асинхронный электропривод (фиг. 1) содержит асинхронный двигатель 1 с короткоэамкнутым ротором, статорные обмотки которого подключены к преобразователю 2 частоты с автономным .инвертором 3 тока и управляемым выпрямителем 4.

Электропривод содермит систему 5 уп" равления инвертором, подключенную выходами к входам управления автономного инвертора 3 тока, а первыми входами через блок 6 определения фазных потокосцеплений - к выходам 7 и 8 датчиков фазных токов и напряжений статора соответственно.

Электропривод содержит блок 9 за" дания составляющих тока статора, выходы которого через формирователь 10 задания модуля тока статора и регулятор 11 модуля тока статора подключен к входам управления управляемого выпрямителя 4. Вторые входы системы

5 управления инвертором связаны с выходами блока 9 задания составляю" щих тока статора. Выходы блока 6 определения фазных потокосцеплений подключены к блоку 12 нормирования сигналов.

В частотно-регулируемый асинхронный электропривод введены блок 13 нуль-органов, последовательно BKJlo ченные блоки 14 и 1 преобразований координат и блоки 16-19 импульсного измерения. Входы для опорных сигналов блоков 16-19 импульсного измерения пофаэно объединены между собой и подключены к выходам блока 12 нормирования сигналов. Входы управле" ния блоков 16 и 17 импульсного измерения через блок 13 нуль-органов подключены к выходам 7 датчика фазных токов статора, а выходы блоков

16 и 17 - к первым входам блока 14 преобразования координат. Входы управления блоков 18 и 19 импульсного измерения подключены к выходам системы 5 управления инвертором, а их выходы - к вторым входам блока 14 преобразования координат.

Вторые входы блока 15 преобразования коорд:"ат подключены к выходам блока 9 задания составляющих тока статора, а выходы - к вторым входам системы 5 управления инвертором. Каждый из блоков 16-19 импульсного измерения (фиг. 2) содержит управляемые ключи 20-25, элемент 26 запоминания в виде конденсатора и усилитель-по1056420

5 вторитель 27, к входу которого подключены выходы управляемых ключей 2025 и элемент 26 запоминания. Входы управляемых ключей 20-25; входы управления управляемых ключей 20-25 и

5 выход усилителя-повторителя образуют соответственно входы для опорных сигналов, входы управления и выход блока импульсного измерения.

Блок 12 нормирования сигналов (фиг. 3) содержит измеритель 28, амплитуды потокосцепления и делители 2931, входы делимых которых образуют входы блока 12 нормирования сигналов, а входы делителей объединены между собой и подключены к выходу измерителя 28 амплитуды потокосцепления, входы которого пофазно подключены к входам блока 12 нормирования сигна-. лов.

Каждый из блоков 14 и 15 преобразования координат содержит умножители 32-35 и сумматоры 36 и 37. Первые входы умножителей 32 и 35 объединены между собой, первый вход умножителя

33 и второй вход умножителя 34 объединены между собой, а образованные. выводы образуют первые входы блоков

14 и i5 преобразования координат.

Второй вход умножителя 32 и первь1й вход умножителя 34 объединены между собой, вторые выводы умножителей 33 и 35 объединены между собой, а образованные выводы образуют вторые входы блоков 14 и 15 преобразования координат.

Выходы умножителей 32 и 33 подключены к входам сумматора 36, входы умножителей 34 и 35 подключены к входам сумматора 37, а выходы сумматоров 36 и 37 образуют выходы бло40 ков 14 и 15 преобразования координат.

Блок 13 нуль-органов (Фиг. 5) содержит релейные элементы 38-40, ло- 45 гические элементы НЕ 41-43 и формирователи импульсов 44-49. Входы релейных элементов 38-40 образуют входы блока 13 нуль-органов, а выходы подключены к входам логических эле- 50 ментов НЕ 41-43 соответственно и к входам формирователей импульсов 44, 46 и 48. Выходы логических элементов

НЕ 4l-43 подключены к входам Формирователей импульсов 45, 47 и 49. Выходы формирователей импульсов 44-49 образуют выходы блока 13 нуль-арго нов.

Векторные величины, приведенные на фиг. 1, представляются в виде двух сигналов, соответствующих проекциям этих векторных величин на ортогональные оси координат d и о.

Устройство работает следующим образом.

С помощью блока 15 преобразования координат формируется вектор t 4 сдвинутый в опережающую сторону на угол 6 относительно заданного вектора iз и равный ему по величине: е1 -je 3 1- °

Если угол 8 сделать равным углу запаздывания, вносимому коммутирующими элементами автономного инвертора 3 тока, то Фаза статорного тока двигателя 1 соответствует проекциям на оси d u q заданного вектора i .

Измерение проекций вектора е 1в осуществляется с помощью единичных векторов Гц и f, . Фаза вектора f< определяется моментом подачи управляющих импульсов на тиристоры автономного инвертора 3 тока, а Фаза вектора 1„ совпадает с фазой вектора тока двигателя 1. Вектор е " полу1ается nocïe перемножения вектора сопряженного с вектором f>,.и вектора f; в блоке 14 преобразования ф g координат. Все векторы (i > . i З, е

f<, ",; ) рассматриваются в системе координат, вращающейся синхронно с результирующим вектором потокссцепления. В связи с этим система 5 управления инвертором, Формирующая управляющие импульсы для автономного инвертора 3 тока, содержит преобразователь координат, формирующий сигнал задания тока в неподвижной системе координат. Учитывая, что система 5 управления инвертором формирует только Фазу отпирающих импульсов (модуль тока статора получен в Формирователе 10), можно сформировать фиктивный сигнал задания тока: яр= = где вектор потокосцепления < записан в неподвижной системе координат.

В блоках 15 и 14 преобразования координат (фиг. 4) выполняется соответственно:

3 =,54,(8) Ч . 8)

)(1 cos(-8)+i>csin(-8ф ;В

0 = cos9„< cosy; s in „s in ; +

+ j s in ; сои о со5ч"; ° sing„q

1056420

Измерение проекций cos фц s i n

cos g;, з 1 и у; коммутационных. ве кторов у

Ф„, Е„ осуществляется с помощью блоков 16-10 импульсного измерения (фиг. 2). Принцип измерения иллюстрируется диаграммой, приведенной на фиг. 6. Импульсы Е;А, Г;<, f;с ко ммутационного вектора Е определяются моментами перехода через нуль линейных токов статора

Импульсы Ео, Ец„, Ецс коммутационного вектора Ец представляют собой импульсы, подаваемые на соответствующие тиристоры автономного инвертора 3 тока; Значения cosQ; равны значениям Ео„ в момент формирования импульсов (+f;< ), аналогично для дру гих фаз. Значения cos(p равны значе" ниям foal>> в момент формирования импульсов (-Еце), анапогично для других фаз . Значения з1п (gal равны значениям f в момент формирования импульсов (-fklC) аналогично для других фаз. Значения з1п 9, равны значениям Г,1„ „ в момент формирования импульсов (+f;A ), аналогично для других фаз.

Таким образом, введение в частотнорегулируемый асинхронный электропри-. вод блока нуль-органов, блоков импульсного измерения и координатных преобразователей позволяет обеспечить измерение угла запаздывания, вносимого коммутирующими элементами автономного инвертора тока, и выполнить быстродействующую корректировку по углу задания проекций тока статора, используемых для формирования управляющих импульсов инвертора, таким образом, что фактические проекции тока статора на вектор потокосцепления соответствуют сигналам, поступающим с блока задания. При этом увеличивается быстродействие электропривода и улучшается качество регулирования скорости вращения.

1056420

1056420

Аль

Лл 9

Составитель А. Жилин

Редактор И. Николайчук Техред М.Герг ль

Заказ 9337/54 Тираж 687

Корректор A. Дэятко

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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