Частотнорегулируемый асинхронный электропривод

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

3(50 Н 02 P 7/42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3343638/24-07 (22) 08.10.81 (46) 07.03.84. Бюл.Р 9 (72) С.О.Кривицкий и И.И.Эпштейн (71) Научно-исследовательский электротехнический институт Производственного объединения "ХЭМЗ" (53) 621.316.718.5(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 744887, кл. Н 02 P 7/42, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 955483, кл. Н 02 Р 7/42, 1981. (54 ) (57 ) ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫЙ АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД, содержащий асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, статорные обмотки которого подключены к преобразователю частоты, составленному из последовательно соединенных автономного инвертора тоиа, дросселя и управляемого выпрямителя, блок управления инвертором, подключенный выходами к входам управления автономного инвертора тока, а входом — к выходу сумматора, первый вход которого соединен с выходом блока задания частоты, а второй вход — с выходом блока коррекции частоты, подключенного основными фазными входами к выходам блока определения фазных потокосцеплений, блок задания тока статора с выходом задания модуля тока статора, подключенным к первому входу регулятора тока, второй вход которого соединен с выходом датчика тока, установленного на выходе управляемого выпрямителя, а выход — с входом управления управляемого выпрямителя, и датчики фаэных токов и напряжений статора, подключенные выходами к входам блока определения фазных потокосцеплений, отличающийся тем, что, с целью повышения качества работы путем увеличения быстродействия, блок коррекции частоты снабжен дополнительными фаэными входами и входом

ÄÄSUÄÄ 1078568 А задания фазы тока статора, а блок задания тока статора снабжен выходом задания фазы вектора тока статора, подключенным к входу задания фазы вектора тока статора блока коррекции частоты, дополнительные фаэные входы которого подключены к выходам датчиков фаэных токов статора, при этом блок коррекции частоты содержит опре делитель частоты вращения вектора потокосцепления, два блока нульорганов, блок генераторов пилообразных напряжений и формирователь корректирующего сигнала, составленный из шести управляемых ключей, двенадцати токоограничивающих резисторов и последовательно соединенных суммирующего, интегрирующего и апериодического звеньев, причем к входу апериодического звена подключены объединенные между собой выходы управляемых ключей, подключенные входами к первым шести токоограничивающим резисторам, вторые выводы которых образуют первую группу входов формирователя корректирующего сигнала, подключенных к выходам блока генераторОв пилообразных напряжений. входы управления управляеьых ключей образуют вторую группу входов формирователя корректирующего сигнала, подклю ченных к выходам первого блока нульорганов, входы управляеьых ключей подключены дополнительно к другим ше сти токоограничивающим резисторам, вторые выводы которых объединены меж ду собой и образуют вход задания фазы вектора тока статора блока коррекции частоты, один вход блока генераторов пилообразных напряжений подключен к выходу определителя частоты вращения вектора потокосцепления, а другие входы — к выходам второго блока нуль-органов, входы которого пофазно объединены с входами определителя частоты вращения вектора потокосцепления и образуют основные

1078568 фазные входы блока коррекции частоты, входы первого блока нуль-органов образуют дополнительные фаэные входы блока коррекции частоты, выходы апериодического звена формирователя корИзобретение относится к электротехнике, в частности, к частотнорегулируемым электроприводам, постро-, енным на основе асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором и преобразователя частоты с автономным инвертором тока, и может быть использовано в системах и механизмах общепромышленного назначения, где определяющим является высокое качество работы в переходных режимах. 10

Известен частотно-регулируемый асинхронный электрспривод, содержащий асинхронный двигатель с короткоэамкнутым ротором, статорные обмотки которого подключены к нреобразова- )5 телю частоты, составленному из автономного инвертора тока, дросселя и управляемого выпрямителя, блок управления инвертором, подключенный выходами к входам управления автономно го инвертора тока, эадатчики активной и реактивной составляющих тока статора, выходы которых подключены к формирователю управляющих напряжений, регулятор тока, выходом подключенный к входу управления управляемого выпрямителя, блок компараторов, выходы которого подключены к входам блока управления инвертором, и блок определения фаэных потокосцеплений, соединенный входами с датчиками фазных токов и напряжений статора, а выходом — с дополнительным входом формирователя управляющих напряжений и с первым входом блока компараторов, . при этом выходы формирователя управ- 35 ляющих напряжений подключены соответственно к входам регулятора тока и второму входу блока компараторов f1) .

Недостатком данного электропривода является низкое качество работы 4п в переходных режимах, так как в нем не обеспечивается компенсация запаздывания по фазе вектора входного тока инвертора по сравнению с задающим вектором тока °

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности ялвяется частотно-регулируемый асинхронный электропривод, содержащий асинхронный двигатель с короткоэамкнутым ротором, статорные обмотки которого подключены к преобразователю частоты, составленному из автономного ин-, ректнрующего сигнала подключены к второго входу суммирующего звена, выход которого образует выход блока коррекции частоты. вертора тока, дросселя и управляемого выпрямителя, блок управления инвертором, подключенный выходами к входам управления автономного инвертора тока, а входом — к выходу сумматора, первый вход которого соединен с выходом датчика скорости враще ния, второй вход — с выходом регулятора скорости, а третий вход — с выходом блока коррекции частоты, подключенного фазными входами к выходам блока определения фазных потокосцеплений, к входам которого подключены выходы датчиков фазных напряжений и токов статора, регулятор тока, первый вход которого подключен к выходу функционального преобразователя, соединенного входом с выходом регулятора скорости, второй вход регулятора тока подключен к выходу датчика тока, установленного на выходе управляемого выпрямителя, а выход регулятора тока подключен к входу управления управляемого выпрямителя (21 .

Недостатком известного электропривода является низкое качество работы в переходных режимах, в частности невысокое быстродействие, из-за отсутствия корректирующей связи по фазе вектора тока статора.

Цель изобретения — повышение качества работы частотно-регулируемого асинхронного электропривода путем увеличения быстродействия.

Указанная цель достигается тем, что в частотно-регулируемом асинхронном электроприводе, содержащем асин- хронный двигатель с короткозамкнутым ротором, статбрные обмотки которого подключены к преобразователю частоты, составленному из последовательно соединенных автономного инвертора тока, дросселя и управляемого выпрямителя, блок управления инвертором, подключенный выходами к входам управления автономного инвертора тока, а входом — к выходу сумматора, первый вход которого соединен с выходом блока задания частоты, а второй вход с выходом блока коррекции частоты, подключенного основными фазными входами к выходам блока определения фазных потокосцеплений,блок задания тока статора с выходом задания модуля, тока статора, подключенным к перво1078568

10 му входу регулятора тока, второй вход которого соединен с выходом датчика тока, установленного на выходе. управляемого выпрямителя, а выход — с входом управления управляемого выпрямителя, и датчики фаэных токов и напряжений статора,подключенные выходами к входам блока определения фазных потокосцеплений, блок коррекции частоты снабжен дополнительными фазными входами и входом задания фазы тока статора, а блок задания тока статора снабжен выходом задания фазы вектора тока статора, подключенным к входу задания фазы вектора тока статора блока коррекции частоты, дополнительные фазные входы которого подключены к выходам датчиков фазных токов статора, при этом блок коррекции частоты содержит определитель ча->0 стоты вращения вектора потокосцепления, два блока нуль-органов, блок генераторов пилообразных напряжений и формирователь корректирукщего сигнала, составленный иэ шести упранля-. 2 етых ключей, двенадцати токоограничивающих резисторов и последовательно соединенных суммирующего,интегрирующего и апериодического звеньев, причем к входу апериодического звена подключены объединенные между собой выходы управляемых ключей, подключенные входами к первым шести токоограничивакщим резисторам, вторые выводы которых образуют первую группу входон формирователя корректирую- 35 щего сигнала, подключенных к выходам блока генераторов пилообразных напряжений, входы управления управляемых ключей образуют вторую группу нходов формирователя корректирующего сигна- 40 ла, подключенных к выходам первого блока нуль-органов, входы управляемых ключей подключены дополнительно к другим шести токоограыичинающим резисторам, вторые выводы которых объе-45 динены между собой и образуют вход задания фазы вектора тока статора блока коррекции частоты, один нход блока генераторов пилообразных напряжений подключен к выходу определителя частоты вращений вектора потоко.сцепления, а другие входы — к выходам второго блока нуль-органов, входы которого пофазно объединены с входами определителя частоты вращения вектора потокосцепления и образуют 55 основные фазные входы блока коррекции частоты, входы первого блока нуль-органов образуют дополнительные фаэные входы блока коррекции частоты, выход апериодического звена формиро- 60 вателя корректирующего сигнала подключен к второму входу суммирующего звена, выход которого образует выход блока коррекции частоты.

На фиг.1 предстанлена структурная схема частотно-регулируемого асинхронного электропривода, на фиг.2 структурная схема блока коррекции частотыр на фиг.3 — схема генераторов пилообразного напряжения; на фиг.4 — схема формирователя корректирующего сигнала",на фиг.5 — диаграмма работы первого блока нуль-органов," на фиг.6 — диаграммы работы второго блока нуль-органов и блока генераторов пилообразных напряжений.

Частотно-регулируемый асинхронный электропривод содержит асинхронный двигатель 1 с короткоэамкнутым рбтором (фиг.1), статорные обмотки которого подключены к преобразователю ча стоты, составленному из последовательно соединенных автономного инвертора 2 тока, дросселя 3 и управляемого выпрямителя 4, блок 5 управления инвертором, подключенный выходами к входам управления автономного иннертора 2 тока, а входом - к выходу сумматора 6, первый вход которого соединен с выходом блока 7 задания частоты, а второй нход — с выходом блока 8 коррекции частоты, подключенного основными фазными входами 9 к выходам блока 10 определения фазных потокосцеплений, блок 11 задания тока статора с выходом 12 задания модуля тока статора, подключенным к первому входу регулятора 13 тока, второй вход которого соединен с выходом датчика 14 тока, установленного на выходе управляемого выпрямителя, а выход с входом управления управляемого выпрямителя 4, и датчики фазных токов

15 и напряжений 16, подключенные выходами к входам блока 10 определения фазных потокосцеплений.

В частотно-регулируемом асинхронном электроприводе блок коррекции частоты снабжен дополнительными фазными входами 17 и входом 18 задания фазы вектора тока статора, а блок 11 задания тока статора снабжен выходом

19 задания фазы вектора тока статора, подключенным к входу 18 задания фазы вектора тока статора блока 8 коррекции частоты, дополнительные фазные входы 17 которого подключены к выходам датчиков 15 фаэных токон статора.

Блок 11 задания тока статора содержит эадатчики активной и реактивной составляющих тока 20 и 21 статора соответственно и формирователь 22 модуля и фазы тока статора.

Блок 8 коррекции частоты содержит определитель 23 частоты вращения вектора потокосцепления (фиг.2), блоки

24 и 25 нуль-органов, блок 26 генераторов пилообразных напряжений и формиронатель 27 корректирующего сигнала.

Формирователь 27 корректирующего сигнала составлен иэ шести управляе1078568 мых ключей 28-33, двенадцати токоограничивающих резисторов 34-45 и последовательно соединенных суммирующего звена 46, интегрирующего звена

47 и апериодического звена 48. К входу апериодического звена 48 подключены объединенные между собой выходы управляемых ключей 28-33, подключенные входами к первым шести токоограничивающим резисторам 34-39, вторые выводы которых образуют первую группу входов формирователя 27 корректи10 рующего сигнала, подключенных к выходам блока 26 генераторов пилообразных напряжений. Входы управления управляемых ключей 28-33 образуют вторуго группу входов формирователя 27 корректирующего сигнала, подключенных к выходам первого блока 24 нульорганов. Входы управляемых ключей подключены также к другим шести токоограничивакшим резисторам 40-45, 20 вторые выводы которых объединены между собой и образуют вход 18 задания фазы вектора тока статора блока 8 коррекции частоты.

Первйй иэ входов блока 26 генераторов пилообразных напряжений подключен к выходу определителя 23 частоты вращения вектора потокосцепления, а другие входы — к выходам второго блока 25 нуль-органов, входы ко орого пофаэно объединены с входами определителя 23.частоты вращения вектора потокосцепления и образуют основные фазные .входы 9 блока 8 коррекции частоты.,Входы первого блока

24 нуль-органов образуют дополйительные фазные входы 17 блока 8 коррекции частоты. Выход апериодического звена

48 формирователя 27 корректирующего сигнала подключен к второму входу 40 суммирующего звена 46, выход которого образует выход блока 8 коррекции частоты.

Блок 26 генераторов пилообразных.. напряжений содержит шесть однотипных 45 генераторов, каждый из которых содержит интегратор 49 (фиг.4) и управляемый ключ 50.

Частотно-регулируемый асинхронный электропривод работает следующим образом.

Задатчики активной и реактивной составляющих тока 20 и 21 статора формируют сигналы задания I< I< co- < ответственно в декартовой системе координат, связанной с вектором пото-55 косцепления ротора. В формирователе

22 модуля и фазы тока статора укаэан-, ные сигналы задания преобразуются в полярной системе координат, при этом получают сигнал 1 задания модуля 60 тока статора и сигнал 9 задания фазы вектора тока статора относительно вектора.потокосцепления ротора. Сигнал Iy задания модуля тока статора отрабатывается в замкнутой системе, автоматического регулирования с ггомощью регулятора 13 тока.

Управляющие импульсы на тиристоры автономного инвертора 2 тока формируются на выходах блока 5 управления инвертором, при этом частота управляющих импульсов пропорциональна величине сигнала на выходе сумматора 6, который получается путем суммирования сигнала задания частоты fy, поступающего с выхода блока 7 задания частоты, и корректирующего сигнала поступающего с выхода блока 8 коррекции частоты. На вход блока 8 корреции частоты поступают фазные сигналы Д с выхода датчиков 15 фаэных токов статора, фазные сигналы lj с выхода блока 10 определения фаэных потокосцеплений и сигнал 8у задания Фазы тока статора с выхода блока 11 задания тока còàòîpà.. Сигналы фаэных потокосцеплений формыруются по выходным сигналам датчиков фазных токов и напряжений 15 и

16 статора соответственно.

В нормальных режимах работы (причастотах выше некоторого минимально-го порога),с помощью сигнала обеспечивается воспроизведение эаданого угла 0 независимо от запаздывания, вносимого автономным инвертором 2 тока, а при пуске, реверсе и в режиме низкой скорости сигнал отключается (выходной сигнал блока

8 делается равным нулю,) и управление частотой осуществляется только в функции сигнала Г, не связанного с изменением и преобразованием сигналов потокосцепления.

Блок 24 нуль-органов в блоке 8 коррекции частоты вырабатывает узкие единичнь1е импульсы в моменты перехода линейных токов через нуль (фиг.5).

Блок 25 нуль-органов вырабатывает узкие единичные импульсы в моменты времени, соответствующие положительной полярности разных потокосцеплений gg, Qg, Чс, Ч-A°, rrrg,g-с(фиг.б), На вход блока 26 генераторов пило образных напряжений, выполненного на основе интеграторов 49 (фиг.4), поступает сигнал И с выхода определителя 23 частоты вращения вектора потокосцепления и сигналы 6 fn (p с выходов блока 25 нуль-органов. Диаграмьы

Фиг.6 поясняют работу блока 25 нульорганов и блока генераторов пилообразных напряжений.. Комбинируя логические сигналы Ыф о, можно обеспечить длительность развертки пилообразных сигналов не 180, а 240 или 300 зл.град

Действие Формирователя 27 корректирующего сигнала основывается на том, что развертка генераторов в блоке 26 генераторов пилообразных напря жений однозначно определяется враще нием результирующего векторафчотокс

1078568 сцепления ротора, а появление импульсов на выходе блока 24 нуль-органов однозначно определяется вращением результирующего вектора . тока статора. Поэтому мгновенное значение напряжений пилы в момент появления соответствующего этому напряжению пилы выходного сигнала блока 24 нульорганов однозначно определяет истинный угол 9 между векторами g u T.

Очевидно, что зависимость между этим 10 напряжением и углом 6 пропорциональная. Сравнением истинного значения угла g с заданным 8у можно найти погрешность b 9, в функции которой на выходе блока 8 коррекции частоты фор- 5 мируется сигнал

Управляемые ключи 28-33 в формирователе 27 корректирующего сигнала (Фиг.3) управляются сигналами i 1 8, 8, ., поступающими с выходов блока 24 нуль-органов. При замыкании указанных ключей на вход апериодического звена 48 подается алгебраическая сумма соответствующего сигпилыф4 V8 9< 4 Q-RQ j и си 25 нала 8, поступающего с выхода блока

11 задания тока статора. Энаки обоих сигналов противоположны, поэтому вы ходное напряжение апериодического звена 48 к моменту размыкания ключей

28-33 пропорционально погрешности ЗО

69 = 6g — 8 . Данный сигнал и является ,корректирующим. Если принять постоянную времени разряда апериодического звена 48 такой, чтобы за время между двумя последовательными импульсами напряжение всегда спадало до нуля, получим отработку сигнала ошибки по фазе через частоту эа один такт работы автономного инвертора 2 тока.

Для повышения статической точности отработки заданного угла 9 сигнал

Гк можно сформировать как сумму рассмотренной пропорциональной составляющей и интегральной с выхода интегрирующего звена 47.

Для обеспечения возможности отключения сигнала на низких скрроС:тях в случае отсутствия интегрирующего звена 47 достаточно снять управляющие импульсы с ключей 28-33. При наличии интегрирующего звена 47 в его состав должен входить управляемый ключ, отключающий интегральную составляющую сигнала fg.

Таким образом, введение в. предлагаемый частотно-регулируемый асинхронный электропривод контура регу- . лирования Фазы вектора тока статора и соответствующее выполнение блока 8 коррекции частоты обеспечивает учет запаздывания, вносимого преобразователем частоты, благодаря чему повышается его быстродействие и улучшается качество работы в сравнении с известным электроприводом.

1078568

1078568

1078568

Жуат

5lgltWg

ИУп fq

Составитель A.Жилин

Редактор Л.Филь Техред A.Бабинец Корректор Ю.Макаренко .

Заказ 981/50 Тираж бб7 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал П а

ПП "П тент" г. Ужгород, ул. Проектн