Частотно-регулируемый асинхронный электропривод

 

ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫЙ АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД, содержаизий асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, статорные обмотки которого подключены к преобразователю частоты, составленно1- у из последовательно соединенных автономного инвертора тока, дросселя и управляемого шапрямителя, дaтчиkи фазных TokoB и напряжений, тахоГенератор , установленный на валу асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, последовательно соединенные блок задания скорости, элемент сравнения и регулятор скорости , блок управления выпрямителем и блок управления инвертором, снабженный формирователем сигйала выходной частоты и формирователем сигнала потокосцепления, при этом выход регулятора скорости подключен к входу блока управления вы прямителем, соединенного выходом с управляющим входом.управляемого выпрямителя, и к первому входу блока управления инвертором, второй вход которого и второй вход элемента сравнения объединены между собой и подключены к выходу тахогенератора , выходы датчиков фазных токов и напряжений подключены соответственно к третьему и четвертому входам блока управления инвертором, выход которого соединен с управляющим входом автономного инвертора тока, причем первый и второй входы блока управления инвертором образованы входами формирователя сигнала выходной частоты, а третий и четвертый входы - входами формирователя сигнала потокосцепления, о т л и, чающийся тем, что, с целью улучшения качества работы путем повышения быстродействия, в блок управления инвертором дополнительно введен узел коррекции, снабженный операционным усилителем, тремя резисторами , двумя управляекыми .ключами , нелинейным преобразователем, формирователями логических сигна (Л лов заданного и фактического токов и элементом логического сравнения, с первый и второй выходы которого подключены соответственно к входам управления первого и второго управляемых ключей, а первый и второй входы подключены соответственно к выходам формирователей логических сигналов заданного и фактического токов, при этом в цепь,обратной со со с/о | :связи операционного усилителя вклю;чены параллельно соединенные первый резистор и первый управляемый ключ, а к входу операционного усилителя подключены второй резистор и один из выводов второго управляемого ключа, 00 другой вывод которого подключен к третьему резистсчру, вторые выводы второго и третьего резисторов объединены между собой и подключены к выходу формирователя сигнала выходной частоты, первый вход Формирователя .логического сигналазаданного тока, подключен к выходу нелинейного преобразователя ,соединенйого входом с первым входом блока управления инвертором, второй вход формирователя логичес ,кого сигнала заданного тока ПОДКЛКР|чен к выходу формидювателя сигнала

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

3(SD H 02 P 7 42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3464738/24-07 (22) 07.07.82 (46) 23.06.84. Бюл. Р 23 (72) В.В.Батер, С.О.Кривицкий, A.A.TþòþíHèêîâ и И.И.Эпштейн (71) Научно-исследовательский электротехнический институт Производственного объединения "ХЭМЗ" (53) 621. 316. 718. 5 (088. 8) . (56) 1. Патент ФРГ Р 1563228, кл. Н 02 Р 7/42, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 955483, кл. Н 02 P 7/42, 1981. (54)(57) ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫЙ

АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД, содержаадй асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, статорные обмотки которого подключены к преобразователю- частоты, составленному из последовательно соединенных автономного инвертора тока, дросселя и управляемого выпрямителя, датчики фазных токов и напряжений, тахогенератор, установлениый на вапу асинхронного двигателя с коротхозамкнутым ротором, последовательно соединенные блок задания скорости, элемент сравнения и регулятор скорости, блок управления выпрямителем и блок управления инвертором, снабженный формирователем сигиала выходной частоты и формирователем сигнала потокосцепления, при этом. выход регулятора скорости подключен к входу блока управления вы прямителем, соединенного вь1ходом с управляющим входом управляемого выпрямителя, и к первому входу блока управления инвертором, второй вход которого и второй вход элемента сравнения объединены между собой и подключены к выходу тахо" генератора, выходы датчиков фазных токов и напряжений подключены соответственно к третьему и четвертому (19) SU(1i) А входам блока управления инвертором, выход которого соединен с управляющим входом автономного инвертора тока, причем первый и второй входы блока управления инвертором образованы . входами формирователя сигнала выходной частоты, .а третий и четвертый входы - входами формирователя сигнала потокосцепления, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью улучшения качества работы путем повьвтения быстродействия, в блок управления инвертором дополнительно введен узел коррекции, снабженный операционным усилителем, тремя резисторами, двумя управляеьыми .ключами, нелинейным преобразователем, формирователями логических сигналов заданного и фактического токов и элементом логического сравнения, первый и второй выходы которого подключены соответственно к входам управления первого и второго управляемых ключей, а первый и второй входы подключены соответственно к выходам формирователей логических сигналов заданного и фактического токов, при этом в цепь, обратной ,связи ойерационного уейлителя вклю:чены параллельно соединенные первый резистор и первый управляемай ключ, а к входу операционного усилителя подключены второй резистор и один из выводов второго управляемого ключа, другой вывод которого подключен к третьему резистору, вторые выводы второго и третьего резисторов объединены между собой и подключены к выхо- ду Формирователя сигнала выходной частоты, первый вход формирователя, логического сигнала званного тока подключен к выходу нелинейного преобраз ователя, соединенйого входом с первым .входом блока управления инвертором, второй вход формирователя логичес,кого сигнапа заданного тока подклю чен к выходу формирователя сигнала

1099373

1Ь потокосцепления, а вход формирователя логического сигнала фактического тока подключен к третьеьу вхоИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах автоматического управления частотно-регулируемщи электроприводами общепроьыаленного 5 назначения, выполненными на основе асинхронного короткозамкнутого двигателя и тиристорного преобразователя частоты с автономным инвертором тока.

Известен, частотно-регулируемый асинхронный электропривод, содержащий асинхронный двигатель с корот- козамкнутым ротором, статорные обмотки которого подключены к преобразователю частоты, датчик тока статора, импульсный датчик скорости . установленный на валу асинхронного двигателя, последовательно соединенные блок задания скорости, элемент . сравнения и регулятор скорости, пер- 2О вый преобразователь напряжение-частота, первый и второй сумматоры, выход которого подключен к входу управления частотой блока управления, соединенного выходом с управлякюцим входом преобразователя частоты, при этом выход импульсного датчика скорости подключен к второму входу . первого сумматора, а через. преьбра звватель частота-.напряжение - к вто- 30 рому входу элемента сравнения выход регулятора скорости через первый функционайьЪый преобразователь допойнительно подключен к входу второго преобразователя напряжение - часто- з5 та, выходом соединенного с вторым входом второго сумматора, выход регулятора скорости через второй функциональный преобразователь дополнительно подключен к первому входу третьего сумматора, второй вход которого соединен с выходом датчика тока статора а выход подключен к входу управления величиной тока блока управления (1) .

Однако такое устрбйство отлича» ется конструктивной сложностью и недостаточно высокими статическими и динамическими показателями, что обусловлено необходимостью прй- 50 менения импульсного датчика скорости и блоков суммирования импульсным сигналом. Кроме того, в системе. управления электроприводом не производится учет запаздывания, вносимого аре- 55 ду блока управления инвертором, выход которого образован выходом операционного усилителя. ббраэователем частоты, что также снижает динамические показатели.

Наиболее близким к предлагаемому является частотно-регулируеьмй асинхронный электропривод, содержащий асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором„ статорные обмотки которого подключены к преобразователю частоты, составленному из последовательно соединенных автономного инвертора тока. дросселя и управляемого выпрямителя, датчики фазных токов и Напряжений, тахогенератор, установленный на валу асинхронного двигателя, последовательно соединенные блок задания скоросТИ, элемент сравнения и регулятор скорости, блок управления инвертором, снабженный формировате-, лем сигнала выходной частоты и формирователем сигнала потокосцепления, при этом выход регулятора скорости подключен к входу блока управления выпрямителем, соединенного выходом с управляющим входом управляемого выпрямителя, и к первому входу блока управления инвертором, второй вход которого и второй вход элемента сравнения объединены между собой.и подключены к выходу тахогенератора, выходы датчи-. ков фазных токов и напряжений подключены соответственно к третьему и четвертому входам блока управления инвертором, причем первый и второй входы блока управления инвертором образованы входами формирователя сигнала выходной частоты, а третий и четвертый входы — входами. формирователя сигнала потокосцепления, выходом подключенного к дополнительному вхОду формирователя сигнала выходной частоты, выход которого образует выход блока управления инвертором и подключен к управляющему входу .автономного инвертора тока 2) °

Недостатком известного частотно-регулируемого асинхронного электропривода является невысокое качество регулирования в динамических режимах работы из-за отсутствия контроля фазы между векторами тока и потокосцепления.

Цель изобретения - улучшение качества работы частотно-регулируемого асинхронного электропривода за

1099373 вод которого подключен к третьему резистору, вторые выводы второго и третьегО резисторов объединены между собой и подключены к выходу Формирователя сигнала выходной частоты,первый вход Формирователя логического сигнала заданного тока подключен к выходу нелинейного преобразователя, соединенного входом с

10 первым входом блока управления инвертором, второй вход формирователя логического сигнала заданного тока подключен к выходу формирователя сигнала потокосцепления, а ф вход формирователя логического сигай3 нала фактического тока подключен к третьему входу блока. управления инвертором, выход которого образован выходом операционного усили2О теля.

На фиг. 1 представлена структурная схема частотно-регулируемого асинхронного электропривода; на фиг.2 - структурная схема узла коррекции; на фиг. 3 - схема элемента логического сравнения; на фиг.4схема формирователя логического сигнала фактического тока; на фиг.5схема формирователя логического сигнала заданного. тока.

Частотно-регулируежй асинхронный электропривод содержит асинхронный двигатель 1 (Фиг.1) с короткозамкнутым ротором, статорные обмотки которого подключены к преобразователю 2 частоты, составленному из последовательно соединенных автономного инвертора 3 тока, дросселя 4 и управляемого выпрямителя 5, датчики фазных токов б и фазных на40 пряжений 7, тахогенератор 8, установленный йа валу асинхронного двигателя 1> последовательно соединенные блок 9 задания скорости, элемент 10 сравнения и регулятор 11 ско45 рости, блок 12 управления выпрямителем и блок 13 управления инвертое ром, снабженный формирователем 14 сигнала выходной частоти и формиро.вателем 15 cHrHarta потокосцепления, О при этом выход регулятора 11 скорости подключен к входу блока 12 управления выпрямителем, соединенного выходом с управляющим входом управляемого выпрямителя 5, и к первому входу 16 блока 13 управления инвертором, второй вход 17 которого и второй вход элемента 10 сравнения объединены между собой и подключены к выходу тахогенератора 8, выходы датчиков б фазных токов под60 ключены к третьему входу 18 блока 13 управления инвертором, .выходы датчиков 7 фазных напряжений подключены к четвертому входу 19 блока

13 управления инвертором, выход 5 которого соединен с управлякщим счет повышения быстродействия путем непосредственного управления фазой между векторами тока и потокосцепления.

Указанная цель достигается тем, что в частотно-регулируемяй асинхронный электропривод, содержащий асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, статорные обмотки которого подключены к преобразователю частоты„составленному из последовательно соединенных автономного инвертора тока, дросселя и управляемого выпрямителй, датчики фазных токов и напряжений, тахогенератор, установленный на валу асинхронного двигателя с короткозамкиутым ротором, последовательно соединенные блок задания скорости, элемент сравнения и регулятор скорости, блок управления выпрямителем и блок управления инвертором, .снабженный формирователем сигнала выходной частоты и формирователем сигнала потокосцеиления при этом выход регулятора скорости подключен к входу блока управления выпрямителем, соединенного выходом с управ" ляющим входом управляемого выпрями» теля, и к первому входу блока управления иивертором, второй вход . которого и второй вход элемента сравнения объединены между собой и подключены к выходу тахогенератора, выходы датчиков фазных токов и напряжений подключены соответственно к третьему и четвертому входам блока управления инвертором,; выход которого соединен с управляющим входом автономного инвертора тока, причем первый и второй входы блока управления инвертором образованы вхо3 ами формирователя сигнала выходной частоты, а третий и четвертый входы - входамй

Формирователя сигнала потокосцепления, в блок управления инвертором дополнительно введен узел коррекции, снабженный операционным усилителем, тремя резисторами, двумя управляемы" ми ключами, нелинейныМ преобразбвателем, формирователями логических . сигналов заданного и фактического токов и элементом логического сравнения, первый и второй входы которого подключены соответственно к входам управления первого и второго управляемлх ключей, а первый и ,.:,.;второй входы подключены соответ,ственно к выходам формирователей логических сигналов заданного и фактического токов,при этом в цепь обратной связи операционного усилителя включены параллельно соединенные первый резистор и первый управляемый ключ,. а к входу операционного усилителя подключен второй резистор и один из выводов второго управляемого ключа, другой вы1099373 входом автономног6 инвертора .3 тока, причем первый и второй входы 16 и

17 блока 13 управления инвертором образованы входами формирователя 14 сигнала выходной частоты, а третий и .четвертый входы 18 и 19 — входами формирователя 15 .сигнала потокосцепления.

В блок 13 управления инвертороМ дополнительно введен узел 20 коррекции, снабженный операционным усилителем 21 (фиг.2),тремя резистора" ми 22 — 24, двумя управляеьыми ключами 25 и 26, нелинейным преобраеователем 27, формирователями 28 и 29.логических сигналов заданного и Фактических токов и элеМентом 30 логического сравнения, первый и второй выходы которого подключены соответственно к входам управления первого и второго управляеьых ключей 25 и 26, а первый и второй входы подключены соответственно к выходам формирс вателей 28 и 29 логических сигналов заданного и фактического токов, при этом в цепь обратнОй связи операционного усилителя 21 включены параллельно соединенные. первый резистор 22 и первый управляемый ключ 25, а к входу операционного усилителя 21 подключены второй резистор 23 и один из выводов второго управляемого ключа 26р другой вывод которого подключен к третьему резистору 24, вторые выводы второго и третьего резисторов 23 и 24 объединены между собой и подключены к выходу Формирователя 1.4 сигнала выходной часто" ты, первый вход формирователя 28 логического сигнала заданного тока пЬдключен к выходу формирователя 15 сигнала потокосцепленйя, а вход формирователя 22 логического сигнала фактического тока подключен к:. третьему входу 18 блока 13 управления инвертором, выход. которого образован выходом операционного усилителя 21.

Элемент 30 логического сравнения содержит две шестнвходовые схемы

ИЛИ 31 и 32 (фиг.3) и подключенные к их входам двенадцать-трехвходовых схем И 33-44, входы которых образуют первый и второй входы элемента 30 логического сравнения, а выходы элемента 30 логического срав нения образованы выходами схем

ИЛИ 31 и 32. Формирователь 29 логического сигнала фактического тока содержит три компаратора 45 - 47 (Фиг. 4) . Формирователь 28 логического сигнала заданного тока содержит в каждой фазе компараторы 48 и 49 (Фиг.5) и триггер 50 °

Частотно-регулируевый асинхронный электропривод работает следующим образом.

В узле 20 коррекции сигнал сколькения через нелинейный преобразователь 27 подается на первый вход формирователя 28 логического сиг40 нала заданного тбка, где с помощью опорных сигналов потокосцепления, поступающих с выхода формирова теля 29 сигнала потокосцепления формируются логические сигналы Э задания тока двигателя. В элементе

30 логического сравнения производится сравнение логических сигналов ð с логическими сигналами фактического тока >, поступающими с выхода ФОрмироватеЛя 29.. В результате этого сравнений на выходе элемента 30 логического сравнения вырабатываются сигналы 8 (больше) или М (меньше), управляийие соответственно управляемюми ключами 26 и 25 и осуществляющие коррекцию сигнала частоты.

Если выходной сигнал формирова теля 14 сигнала выходной частоты не имеет погрешности, то фактичес60 кое положение вектора тока в асинхронном двигателе соответствует эа65

Выходной сигнап И . блока 9 задания скорости сравнивается в элементе 10 сравнения с выходным сиг-налом тахогенератора 8 и поступает на вход регулятора .11 скорости, на выходе которого формируется сигнал скольжения. В формирователе 14 сигнала выходной частоты производится сложение выходных сигналов регулятора 11 скорости (сигнапа скольжения) и тахогенератора 8.

Выходной сигнал регулятора 11 скорости поступает также на вход блока 12 управлений выпрямителем, выполненного в виде. Функционального преобразователя, зависимость которого вход - выход выбирается, исходя иэ требуемой зависимости потока двигателя от момента на его валу. Для динамичных приводов обычно требуется поддержание постоянства потока при изменении момента.

На выходе формирователя 14 сигнала выходной частоты сигнал имеет статическую и динамическую погрешность, определяемые погрешностями выходных сигналов тахогейератора- 8 и регулятора 11 скорости. Эта погрешность. может быть исключена с помощью узла 20 коррекции, на основной вход которого поступает выходной сигнап формирователя 14 сигнала выходной частоты, а на корректирующий вход - сигнал скольжения с выхода регулятора 11 скорости. данному и на выходе элемента 30 логического сравнения сигналы 5 и

М не вырабатываются. В этом случае выходной сигнал узла 20 коррекции

1099373 равен входному. Если выходной сигнал Формирователя 14 сигнала выходной частоты имеет положительную погрешность, то вектор тока асинхронного двигателя 1 начинает опережать заданное значение, соответствукщее выходному сигналу регулятора 11 скорости. При этом на выходе элемента 30 логического сравнения появляются импульсы N, которые, шунтируя операционный усили- 10 тель 21, снижают частоту управления автономным инвертором 3 тока, сдвигая его управляющие импульсы в сторону отставания.

Если выходной сигнал формирова- 15 теля 14 сигнала выходной частоты, имеет отрицательную погрешность, то на выходе элемента 30 логического сравнения появляются импульсы б, приводящие к увеличению

20 частоты автономного инвертора 3 тока и сдвнгу его управляющих импульсов в сторону опережения.

При длительности сигналов Jg и 5, равной 180 эл.град., элемент 30 логического сравнения (фиг.3) реали зует следующие логические соотно- шения: = а с а в "о Зв 3c) 7B) с а с а 3в Заg  с) 6 3< > О = а Зв- "а в 7с в 3с а с+ а « с с в Зс 3а) 3с где а, Ъ, с — индексы фаз асинхрон- 35 ного. двигателя 1.

Й формирователе 29 логических сигналов Фактического тока (фиг.4) производится попарное сравнение сигналов фазных токов, осуществляе- 4О мое с помощью трех компараторов

45 - 47.

8 формирователе 28 логических сигналов заданного тока (фиг.5) на входах компараторов 48 и 49 cpas ниваются выходной сигнал нелинейного преобразователя 27 с соответствукх4им сигналом о г У в т ус

При этом обеспечение необходимой для работы элемента. 30 логического сравнения длительности выходных сигналов 186 эл.град. осуществляется с помощью логической схемы.

В частности, если электропривод работает в зоне углов 0 6 с

2 (где 6 - угол между векторами тока и потокосцепления двигателя), то расширение выходных сигналов компараторов 48 и 49 до 180 эл.град. можно осуществить с помощью R-S триггеров 50, на.входы R u S которых подаются сигналы компараторов

48 и 49 с противофазными опорныж синусоидами.

Наличие нелинейного преобразователя 27 в узле 20 коррекции определяется необходимостью соответствия между выходным сигналом регулятора 11 скорости и значением угла 8

Таким образом, введение в блок 13 управления инвертором узла 20 коррекции позволяет осуществить непосредственное управление угла между векторами тока и потокосцепления асинхронного двигателя и соответствукцую коррекцию выходной частоты благодаря чему повышается быстродействие электропривода и улучшается качество работы предлагаемога устройства по сравнению с известным i

1099373

1099373

Фиг.Я

1099373

1099373

+ а

Фиг.5

Составитель A.Жилнн

Редактор И.КовальЧук Техред A... .Бабинец, Корректор Г.Решетник

Заказ 4382/43 Тираж 667 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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