Асинхронный электропривод с экстремальным управлением

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СО14ИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСЙУЬЛИН

ЗСЮ Н 02 P 7 36

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

\ н автоеакоьь свщ ильстам

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ, (21 ) 3501306/24-07 (22) 18.10.82 (46) 07.02.84. Бюл.9 5 (72) Р.С.Сарбатов, В.Г.Безаев, Н,П.Кутлер, Ю.A.Áðîäñêèé и С.А.швец (71) Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетический институт и Всесоюзный научноисследовательский и проектно-конструкторский институт по автоматизированному электроприводу в проьыаленности, сельском хозяйстве и на транспорте "ВНИИэлектропривод" (53) 621 ° 316.728(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 746855, кл. Н 02 Р 7/36, 1977.

2. Патент Cigar В 4052648, кл.318-200, 1977. (54)(57) АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКРРОПРИЭОД

С ЭКСТРЕИАЛЬНЫИ УПРАВЛЕНИЕМ, содержащий асинхронный электродвигатель, подключенный к блоку регулирования напряжения, датчики тока и напряжения двигателя, два формирователя прямоугольных импульсов, фазовый детектор, последовательно соединенные активный фильтр разностного сигнала и усилитель, выход которого подключен к входу блока регулирования напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности электропривода и точности стабилизации: коэффициента мощности электродвигателя, в него введены.два..SU„„229 А активных фильтра третьего порядка, три фазоинвертора, преобразователь аналогового сигнала задания в импульсы, два логических элемента И и два логических элемента НЕ, причем два активных фильтра третьего порядка подключенМ входами на выходи датчиков соответственно тока и напряжения двигателя, а выходами через Формирователи прямоугольных импульсов— на вход Фазового детектора, два фазоинвертора включены между выходами формирователей прямоугольных импульсов и вторыми входами фазового детектора, преобразователь аналогового сигнала задания в импульсы своим синхронизирующим входом соединен с выходом 1 фазового детектора, а выходом - непосредственно с входом nepsoro логического элемента И и с входом второго логического элемента И через пер- С вый логический элемент НЕ, второй вход первого логического элемента И ф соединен с выходом фазового детектора через второй логический элемент

НЕ, второй вход второго элемента И { соединен с выходом фазового детектора непосредственно, выход первого ло. гического элемента И соединен с вхо- (Я дом фильтра разностного сигнала непосредственно, а выход второго логи- 1иФ ческого элемента И подключен к вхо- ф© ду Фильтра разностного сигнала через

Фазоинвертор.,1072229

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для унразления нерегулйруемым по угловой скорости и работающим нри постоянной частоте асинхронным электродвигате-. лем с коротозамкнутым роторам.

Известен асинхронный электропривод с экстремальным управлением, содержащий регулятор напряжения, к. которому псщключен двигатель, функциональный преобразователь, выходом 10 подключенный к. регулятору, а входом— к датчику тоха. Электропривод обеспечивает работу. двигателя,с минимумом потребляемого тока при произвольной нагрузке путам изменения напряже- 35 ння íà его статоре в функции тока двигателя посредством регулятора напряжения, получающего сигнал от датчика тока через Функциональный преобразоватедь 113.

Наличие ss этом электроприводе функционального преобразователя требует индивидуальной настройки.его для приводов различных по мощности или скорости,. что является недостатком этого электропривода при его серийном

2 производстве и наладке.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является асинхронный электропривод. с экстремальным управлением, содержащий асинхрон-ЗО ный двигатель, подключенный к тиристорному регулятору напряжения через датчик тока, датчик, напряжения, два формирователя импульсов, дифФеренциатор, одяовибратор, фазовый детектор,35 интеГратор, активный Фильтр первого порядка и усилитель. Сигнал с датчика напряжения через формирователь прямоугольных импульсов подается на один из входов фазового детектора. gg

На другой его вход подается сигнал с датчика тока через дифференциатор, вырабатывающий импульсы в моменты . црохождения тока двигателя через нуль, и через вибратор, запускаемый имаулъаами положительной полярности и вырабатывающий прямоугольные импульсы длительностью полпериода питающего напряжения. На выходе фазового детектора формируются прямоугольные импульсы постоянной амплитуды и длительностью, равной углу протекания прерывистого тока двигателя после прохождения синусоиды сетевого напряжения через нуль, называемому углом запаздывания тока. Далее- Ы последовательность этих импульсов интегрируется, сигнал с выхода интегратора подается на узел сравнения, . где сравнивается с сигналом, задающим угол сдвига между первыми гар- щ мониками напряжения и тока двигате ля. Полученная разность сигналов подается через активный фильтр и усилитель на вход тнристорного регулятора напряжения. Таким образом, известная система электропривода пред- ставляет собой статическую систему стабилизации угла запаздывания тока, s которой реализуется косвенное управление,.приближающееся к экстремальному по минимуму тока статора (2).

Недостаток известного электропрй вода - завьпаенные на 7-.233 потери в двигателе по сравнению с потерями, соответствующими случаю постоянства угла сдвига между первыми гармониками напряжения и тока двигателя.Режим стабилизации угла сдвига между первыми гармониками напряжения и тока двигателя является достаточно близким к режиму минимума тока статора в отличие от режима стабилизации угла запаздывания тока, который реализуется в известном электроприводе и является лишь первым приближением к экстремальному управлению по минимуму тока .статора.

Цель изобретения — повышение экономичности электропривода и точности стабилизации коэффициента мощности электродвигателя.

Указанная цель достигается тем, что в асинхронный электропривод с экстремальным управлением, содержащий асинхронный электродвигатель, подключенный к блоку регулирования напряжения, датчики тока и напряжения двигателя, два формирователя прямоугольных импульсов, фазовый детектор, последовательно соединенные активный Фильтр разностного сигнала и усилитель, выход которого подключен к входу блока регулирования напряжения, введены два активных фильтра третьего порядка, три фазоинвертора, преобразователь аналогового сигнала задания в импульсы, два логических элемента И н два логических элемента НК, причем два активных фильтра третьего порядка подключены входами на выходы датчиков соответственно тока и напряжения двигателя, а выходами через формирователи прямоугольных импульсов — на вход фазового детектора, два фазоинвертора включены между выходами формирователей прямоугольных импульсов и вторыми входами фазового детектора, преобразователь аналогового сигнала задания в импульсы своим синхронизирующим входом соединен с выходом фазового детектора, а выходом — непосредственно с входом первого логического элемента И и с входом второго логического элемента И через первый логический элемент НЕ, второй вход первого логического элемента И соединен с выходом фазового детектора через второй логический элемент НЕ, второй вход второго логического элемента И соединен с выходом

Фазового детектора непосредственно, 1072229

Гищключенных к выходам датчиков тока 3 и нанряжения 4 мгновенных значений тока и напряжения на двигателе 1, выдешпотся синусоидальные сигналы, пропорциональные по амплитуде первым гармоыикам напряжения и тока двигателя-и равные им по частоте и по Фазе (или с одинаковым сдвигом по Фазе. относительно первых гармоник напряжения и тока двигателя). СинуЯ соидальные сигналы с выхода Фильтров

5 и 6 третьего порядка посредством

Формирователей 7 и 8 прямоугольных импульсов преобразуются и переменные напряжения прямоугольной формы, синхронизированные с первьвни гармониками тока и напряжения электродвигателя 1. Эти сигналы, а также инверсные им сигналы, получаете с помощью Фазоинверторов 10 и 11, подаются на вход фазового детектора 9, выполненного, например, на логических интегральных элементах. На выходе фазового детектора. 9 получают последовательность прямоугольных одно полярных импульсов неизменной ампли?5 туды, длительность которых равна углу сдвига первых гармоник тока и напряжения двигателя 1. Так в данном электроприводе получают. в импульсной форме сигнал обратной связи по углу

З0 сдвига первых гармоник тока и напряжения двигателя. Этот сигнал обратной связи с выхода фазового детектора 9 подается на первый вход второго логического элемента И 14

35 непосредственно, а на первый вход второго логического элемента И 13— через логический элемент HE 16. Посредством логических элементов И 13 и 14 производится сравнение в им- .

40 пульсной Форме сигнала задания угла сдвига первых гармоник напряжения и тока двигателя и сигнала обратной связи по этой переменной. Причем сигнал ошибки имеет место на выходе первого логического элемента И 13 только когда заданный угол сдвига больше фактического, а на выходе вто- рого логического элемента только когда заданный угол сдвига меньше фактического. Это позволяет устранить ошибку стабилизации заданного угла сдвига, обусловленную обычно имеющей место неодинаковостью амплитуд импульсов логических единиц с выходов фазового детектора 9 и преобра55 зователя 12 аналогового сигнала задания 0, в импульсы. Преобразование сигнала аналогового задания Пр угла сдвига первых гармоник тока и напряжения двигателя в последователь6О ность однополярных импульсов неизменной аввлитуды и длительностью, равной заданному углу сдвига первых гармоник тока и напряжения двигателя, производится с помощью преобравыход первого логического элемента И соединен. с входом фильтра раэностного сигнала непосредственно, а выход второго логического элемента И подключен к входу фильтра разностного сигнала через фазоинвертор.

На чертеже. представлена блок-схема асинхронного электропривода с экстремальным управлением.

Асинхронный электроприцод с экстремальным управлением содержит асинхронный электродвигатель 1, подключенный к питающей сети через блок

2 регулирования напряжения, .выполненный как тиристорный регулятор на" пряжения, датчик 3 тока статора электродвигателя 1, датчик 4 напряжения, на.статоре электродвигателя, активные фильтры 5 и 6 третьего порядка, подключенные входами к датчику 3 тока.и датчику 4 напряжения, а выходами - через формирователи 7 и 8 прямоугольных импульсов на вход Фазового детектора 9, два фазоинвертора

10 и 11 включены между выходами Формирователей 7 и 8 прямоугольных импульсов и входами фазового детектора 9. Преобразователь 12 аналогового сигнала задания Ue a импульсы своим синхронизирующим входом соединен с выходом фазового детектора 9, а выходом — непосредственно с входом первого логического элемента И 13, а с входом второго логического элемента И 14 - через первый логический элемент НЕ 15, второй вход первого логического элемента И 13 соединен с выходом фазового детектора 9 через второй логический элемент НЕ 16, а второй вход логического элемента И 14 непосредственно с выходбм фазового детектора 9, выход первого ло- . гического элемента И 13 соединен с входом фильтра 17 разностного сигнала .непосредственно, а выход второго логического элемента И 14 - через

Фазоиннертор 18. Выход активного, фильтра 17 разностного сигнала подключен к входу блока 2 регулирования напряжения через усилитель 19.

Выход датчика 4 напряжения на статоре двигателя соединен с входом блока 2 регулирования напряжения через выпрямитель 20, образуя отрицательную обратную связь по напряжению, охватывающую блок 2.

Асинхронный электропривод с экстремальным управлением работает как статическая система стабилизации угла сдвига первых гармоник тока и напряжения электродвигателя. Сигнал обратной связи по этому углу получают следующим образом.

Посредством активных фильтров 5 и 6 третьего порядка, имеющих частоту среза 50 Гц и спад амплийудночастотной характеристики при более высоких частотах с наклоном 60 ПБ и зователя 12 аналогового сигнала зада1072229

40 ния в импульсы, выполненного, например, в виде гейератора пилообразного напряжения, синхронизированного с началом полуволн синусоиды первой гармоники напряжения двигателя, и узла сравнения пилообразного напря- 5 жения с аналоговым сигналом задания с выходом на крмпаратор нул-орган.

На синхронизирующий вход преобразователя 12 подаются импульсы с выхода фазового детектора 9, фронты кото- 10 рых синхронизированы с началами лолуволн синусоиды первой гармоники напряжения двигателя 1. Выход преобразователя 12 подключен к второму входу первого логического элемента

И 13 непосредственно, а к второму входу второго логического элемента

И 14 через логический элемент НЕ

15. На выходах элементов И 13 и 14 получают последовательность импульсов неизменной амплитуды и длительностью, равной разности длительнос.тей импульсов задания и обратной связи. Эти последовательности импульсов разностного сигнала подаются на вход; активного фильтра 17

25 разностного сигнала, причем с выхода первого логического элемента И

13 непосредственно, а с выхода второго логического элемента И 14 через фазоинвертор 18 так, что по- 30 лярность сигналов с выхода элемента

И 13 соответствует увеличению напряжения на двигателе, а полярность сигналов с выхода фазоинвертора 18 уменьшению напряжения на двигателе.

Последовательность импульсов разностного сигнала посредством активного Фильтра 17 преобразуется в гладкое постоянное напряжение,по величине пропорциональное ошибке регулирования угла сдвига первых гармоник напряжения и тока двигателя 1, и после усиления усилителем 19 подается как управляющее на вход блока 2 регулирования напряжения. В результате, например, при быстром уменьшении нагрузки на валу двигателя 1 угол сдвига увеличивается и становится больше заданного угла сдвига, появляется сигнал на выходе фазоинвертора 18 (на выходе эле-50 мента И 13 сигнал исчезает), что приводит к уменошению напряжения на двигателе и к уменьшению угла сдвига вследствие уменьшения реактивной составляющей тока статора. В установившемся режиме фактический угол сдвига меньше заданного угла сдвига,. и имеет место сигнал на выходе элемента

И 13 (на выходе .фазоинвертора 18 сигнал исчезает). При быстром увеличении нагрузки иа валу двигателя 1 угол сдвига уменьшается, а разностный сигнал с выхода элемента И 13 увеличивается, что приводит к увеличению напряжения на двигателе и к увеличению угла сдвига вследствие роста реактивной составляющей тока статора .

Частота вращения двигателя при всех нагрузках, не превышающих номинальную, сохраняется неизменной, а ток двигателя при всех нагрузках имеет значение, блиЗкое к минимальному, что обеспечивает существенное снижение потерь в двигателе. Для повышения быстродействия электропривода при набросах и сбросах нагрузки и повышения устойчивости (устранения автоколебаний) блок 2 регулирования охватывается отрицательной обратной связью по напряжению через датчик 4 напряжения двигртеля и выпрямитель

20. Эта связь снижает инерционность блока 2 и устраняет влияние на его работу двигателя и колебаний напряжения сети. Повышение устойчивости привода достигается также соответсствующим подбором инерционности активного фильтра 17. Пуск и остановка привода осуществляется подачей и снятием напряжения сети на блок 2 регулирования напряжения.

Предлагаемый асинхронный электропривод с экстремальным управлением имеет достаточно простую схему, характеризуется высоким быстродействием, высокой стабильностью, удобен в наладке и эксплуатации, надежен, высокоэкономичен и может быть использован в массовых электроприводах малой,: средней и большой мощности, не требует подстройки под конкретный двигатель, что особенно важно при его серийном производстве.

1072229

Составитель В.Тарасов

Редактор Н.Руднева Техреду О.Веце Корректор В.Бутяга, Заказ 142/50 Тираж бб7 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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