Частотно-регулируемый асинхронный электропривод
1. ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫЙ АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД, содержащий асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, статорные обмотки которого подключены к преобразователю частоты, составленному из последовательно соединенных управляемого выпрямителя, дросселя и автономного инвертора тока, систему управления инвертором, снабженную двумя группами входов и подключенную выходами к входам управления автономного инвертора тока, датчики фазных токов и напряжений статора, выходы которых подключены к блоку определения ЭДС двигателя, снабженного амплитудным и фазными выходами, блок определения потока двигателя, снаб-. женный амплитудным и фазными выхода ми и подключенный входами к фазным выходам блока определения ЭДС двигателя , блок задания составляющих тока статора, выходы которого подключены к входам блока задания амплитуды тока статора и к первой группе входов блока преобразования координат , вторая группа входов которого связана с выходами датчиков фазных токов статора, а выходы подключены к первой группе входов системы управления инвертором, вторая группа входов которой подключена к фазным выходам блока определения потока двигателя, при этом выход блока задания амплитуды тока статора подключен к входу регулятора амплитуды тока статора, соединенного с .входом управления управляемого выпрямителя, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности электропривода, в-него введены генератор пилообразных сигналов, снабженный управляющим входом и вхо9 дами коммутации, блок импульсного измерения угла запаздывания инвертора , снабженный двумя группами F фазных входов, два функциональных (преобразователя с синусной и коси .нусной характеристиками соответствен но и блок деления, входы которого подключены к амплитудным выходам блока определения ЭДС двигателя и со блока определения потока двигателя, а выход соединен с управляющим входом генератора пилообразных сигнаСП СП лов, входы коммутации которого подключены .к выходам системы управления инвертором, при этом первая группа фазных входов блока импульсного измерения угла запаздывания инвертора подключена к выходам генератора пилообразных сигналов, вторая группа фазных входов - к выходам датчиков фазных токов статора, а выход - К объединенным между собой входам функциональных преобразователей с синусной и косинусной характеристиками , выходы которых подключены
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
09) 08
155 А з(д) Н 02 P 7/42
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР (21) 3616913/24-07 (22) 08.07.83 (46) 15.10.84. Бюл. Ф 38 (72) А.Ю. Бару и И.И. Эпштейн, (71) Научно-исследовательский электротехнический институт Производственного объединения "ХЭМЭ" (53) 621.316.718.5(08S.S) (56) 1. Патент Франции М- 2060101,, кл. Н 02 P 7/00, 1971.
2. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 3362054/07, кл. Н 02 Р 7/42, 1981. (54) (57) 1. ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫЙ
ACHHXP0HI bIA MEKTP0IlPHROg, содержащий асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, статорные обмотки которого подключены к преобразователю частоты, составленному иэ последовательно соединенных управляемого выпрямителя, дросселя и авто. номного инвертора тока, систему уп- равления инвертором, снабженную двумя группами входов и подключенную выходами к входам управления автономного инвертора тока, датчики фазных токов и напряжений статора, выходы которых подключены к блоку определения ЭДС двигателя, снабженного амплитудным и фазными выходами, блок определения потока двигателя, снаб-. женный амплитудным и фаэными выхода.ми и подключенный входами к фазным выходам блока определения ЭДС двигателя, блок задания составляющих тока статора, выходы которого подключены к входам блока задания амплитуды тока статора и к первой группе входов блока преобразования координат, вторая группа входов которого связана с выходами датчиков фазных токов статора, а выходы подключены к первой группе входов системы управления инвертором, вторая группа входов которой подключена к фаэным выходам блока определения потока двигателя, при этом выход блока задания амплитуды тока статора подключен к входу регулятора амплитуды тока статора, соединенного с входом управления управляемого выпрямителя, отличающийся тем, что, с целью повышения надеж.ности электропривода, в него введены генератор пилообразных сигналов, снабженный управляющим входом и вхо- I дами коммутации, блок импульсного измерения угла запаздывания инвертора, снабженный двумя группами фаэных входов, два функциональных, преобразователя с синусной и коси-, I нусной характеристиками соответствен
1 но и блок деления, входы которого подключены к амплитудным выходам Визит блока определения ЭДС двигателя и ми блока определения потока двигателя, Щ а выход соединен с управляющим входом генератора пилообразных сигна- р лов, входы коммутации которого подключены .к выходам системы управления инвертором, при этом первая группа фаэных входов блока импульсного измерения угла запаздывания инверторя подключена к выходам генератора пилообразных сигналов, вторая группа фазных входов — к выходам датчиков фазных токов статора, а выход — к объединенным между собой входам функциональных преобразователей с синусной и косинусной характеристиками, выходы которых подключены
1 к второй группе входов блока преобразования координат.
2. Электропривод по п.1, о т л ич а ю шийся тем, что генератор пилообразных сигналов содержит три интегратора, каждый из кеуорых зашунтирован управляемым ключом, при этом объединенные между собой входы интеграторов образуют управляющий вход генератора пилообразных сигналов, а управляющие входы управляемых ключей и выходы интеграторов образуют соответственно входы коммутации и выходы генератора пилообразных сигиалов.
3. Электропривод по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что блок импульсного угла запаздывания инвертора содержит элемент запоми119155 нания коротких сигналов, вход которого подключен к объединенным между собой первым выводам трех управляемых ключей, управляющий вход каждого из которых подключен к выходу соответствующего элемента дифференцирования, соединенного входом с выходом соответствующего нульоргана, при этом вторые выводы управляемых ключей подключены к соответствующим резисторам, др1 гие выводы которых образуют первую группу фазных входов блока импульсного измерения угла запаздывания инвертора, вторая группа фазных входов которого и выход образованы соответственно входами нуль-органов и выходом элемента запоминания коротких сигналов.
Изобретение относится к электро" технике, в частности к системам автоматического управления частотнорегулируемьйчи электроприводами, выполненными на основе асинхронного короткозамкнутого двигателя и ти ристорного преобразователя частоты с автономным инвертором тока, и может быть использовано в механизмах общепромышленного назначения с высо10 кими требованиями по качеству регулирования скорости вращения..
Известен частотно-регулируемый асинхронный электропривод, содержащий асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, статорные обмотки которого подключены к преобразователю частоты, составленному из последовательно соединенных управляемого выпрямителя, дросселя и автономного инвертора тока, систему .управления инвертором, подключенную выходами к входам управления автономного инвертора тока, а первыми входами через блок определения фазных потокосцеплений — к выходам датчиков фазных токов и напряжений ставора, блок задания составляющих тока статора, выходы которого через формирователь задания амплитуды тока З0 статора и регулятор амплитуды 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, связанному с системой управления инвертором f1) .
Недостатком известного электропривода является наличие запаздывания в канале коррекции фазы, определяемого конечпой скоростью изменения выходного сигнала интегратора фазовой погрешности. Это приводит к тому, что задаваемые блоком задания проекций тока статора значения момента и потока двигателя в динамике воспроизводятся с искажениями, что, в свою очередь, приводит к затяжке и ухудшению качества переходных процессов в приводе.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является частотно-регулируемый асинхронный электропривод, содержащий асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, статорные обмотки которого подключены к преобразователю частоты, составленному из последовательно соединенных управляемого выпрямителя,.дросселя и автономного инвертора тока, систему управления
3 . 11191 инвертором, снабженную двумя группами входов и подключенную выходами к входам управления автономного инвертора тока, датчики фазных токов и напряжений.. статора, выходы кото рых подключены к блоку определения
ЭДС двигателя, снабженного амплитудным и фазными выходами, блок определения потока двигателя, снабженный амплитудным и фазными выходами и подключенный входами к фазным выходам блока определения ЭДС двигателя, блок задания составляющих то10 ка статора, выходы которого подключены к входам блока задания амплитуды тока статора и к первой группе входов блока преобразования координат, вторая группа входов которого связана с выходами датчиков фазных токов статэра, а выходы подключены к первой группе входов системы управления инвертором, вторая группа входов которой подключена к фазным выходам блока определения потока двигателя, при этом выход блока задания амплитуды тока статора подключен к входу регулятора амплитуды тока статора, соединенного с входом
20
25 управления управляемого выпрямителя.
В известном электроприводе производится учет запаздывания,. вносимого, автономным инвертором тока (2) .
30 !
Недостатками этого электропривода являются сложность схемного решения и низкая надежность.
Цель изобретения — повышение надежности частотно-регулируемого асинхронного электропривода путем упрощения схемы и сокращения количества элементов.
Указанная цель достигается тем, что в частотно-регулируемый асин,хронный электропривод, содержащий асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, статорные обмотки которого подключены к преобразователю частоты, составленному из последовательно соединенных управляемого выпрямителя, дросселя и автономного инвертора тока, систему управления инвертором, снабженную
40
50 двумя группами входов и подключенную выходами к входам управления автономного инвертора тока, датчики фазных токов и напряжений статора„ выходы которых подключены к блоку определе- 55 ния ЭДС двигателя, снабженного ам плитудным и фазными выходами, блок
;определения потока двигателя, снаб55 4 женный амплитудным и фазными вы.ходами и подключенный входами к фазным выходам блока определения ЭДС двигателя, блок задания составляющих ,тока статора, выходы которого подключены к входам блока задания амплитуды тока статора и к первой группе входов блока преобразования коор;динат, вторая группа входов которо:го связана с выходами датчиков фазных токов статора; а выходы подключены к -первой группе входов системы управления инвертором, вторая группа входов которой подключена к фазным выходам блока определения потока двигателя, при этом выход блока задания амплитуды тока статора подключен к входу регулятора амплитуды тока статора, соединенного с входом управления управляемого выпрямителя, введены генератор пилообразных сигналов, снабженный управляющим входом и входами коммутации, блок импульсного измерения угла запаздывания инвертора, снабженный двумя группами фазных входов, два функциональных преобразователя с синусной и косинусной характеристиками соответственно и блок деления, входы которого подключены к амплитудным выходам блока определения ЭДС двнгателя и блока определения потока двигателя, а выход соединен с управляющим входом генератора пилообразных сигналов, входы коммутации которого подключены к выходам системы управления инвертором, при этом первая группа фазных входов блока импульсного измерения угла запаздывания инвертора подключена к выходам генератора пилообразных сигналов, вторая группа фазных входов .— к выходам датчиков фазных токов статора, а выход — к объединенным между собой входам функциональных преобразователей с синусной и косинусной характеристиками, выходы которых подключены к второй. группе входов блока преобразования координат.
При этом генератор пилообразных сигналов содержит три интегратора, калде из которых зашунтирован уп" равляемым ключом, при этом объединенные между собой входы интеграторов образуют управляющий вход генератора пилообразных сигналов, а управляющие входы управляемых ключей и выходы интеграторов образуют соотS 11 ветственно входы коммутации и выходы генератора пилообразных сигналов.
Кроме того, блок импульсного измерения угла запаздывания инвертора содержит элемент запоминания коротких сигналов, вход которого подключен к объединенным между собой первым выводам трех управляемых ключей, управляющий вход каждого из которых .подключен к выходу соответствующего элемента дифференцирования, соединенного входом с выходом соответствующего нуль-органа, при этом вторые выводы управляемых ключей подключе-. ны к соответствующим резисторам, другие выводы которых образуют первую группу фазных входов блока импульсного измерения угла запаздывания инвертора, вторая группа фазных входов которого и выход образованы соответственно входами нуль-органов и выходом элемента запоминания коротких сигналов.
На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого частотнорегулируемого асинхронного электропривода; на фиг. 2 — структурная схема блока задания составляющих тока статора; на фиг. 3 — структурная схема блока определения ЭДС двигателя; ha фиг. 4 — структурная схема блока определения потока двигателя; на фиг. 5 — структурная схема блока преобразования координат; на фиг. 6 — структурная схема системы управления инвертором; на фиг. 7 » структурная схема генератора; на фиг.8— структурная схема блока импульсного измерения угла запаздывания инвертора.
Частотно.-регулируемый асинхронный электропривод содержит асинхронный двигатель 1 (фиг. 1) с коротко.замкнутым ротором, статорные обмотки которого подключены к преобразователю 2 частоты, составленному из последовательно соединенныХ управляе" ,мого выпрямителя 3, дросселя 4 и автономного инвертора 5 тока, .систему 6 управления инвертором, снабженную двумя группами входов и подключенную выходами к входам управления автономного инвертора 5 тока, датчики 7 фазных токов статора и датчики 8 фазных напряжений статора, выходы которых подключены к блоку 9 определения ЭДС двигателя, снабженного амплитудным выходом 10 и фаз19155 Ь
55 ными выходами 11, блок 12 определения потока двигателя, снабженный амплитудным выходом 13 и фазными вьг ходами 14 и подключенный входами к фазным выходам 11 блока 9 определения ЭДС двигателя, блок 15 задания составляющих тока статора, выходы которого подключены к входам блока 16 задания амплитуды тока статора и к первой группе входов 17 блока 18 преобразования координат, вторая группа входов 19 которого свя" зана с выходами датчиков 7 фазных токов статора, а выходы подключены к первой группе входов 20 систем6 6 управления инвертором, вторая группа входов которой подключена к фазHblM выходам 14 блока 12 определения потока двигателя, при этом выход блока 16 задания амплитуды тока статора подключен к входу регулятора 21 амплитуды тока статора, соединенного с входом управления управляемого выпрямителя 3.
В частотно-регулируемый асинхронный электропривод введены генератор
22 пилообразных сигналов, снабженный управляющим входом 23 и входами
24 коммутации, блок 25 импульсного измерения угла запаздывания инвертора, снабженный двумя группами фазных входов, два функциональных преобразователя 26 и 27 с синусной и косинусной характеристиками соответственно и блок 28 деления, входы которого подключены к амплитудному выходу 10 блока 9 определения ЭДС двигателя и к амплитудному выходу 13 блока 12 определения потока двигателя, а вьжод соединен с управляющим входом 23 генератора пилообразных сигналов 22, входы 24 коммутации которого подключены к выходам системы 6 управления инвертором, при этом первая группа фазных вхо" дов 25 импульсного измерения угла запаздывания инвертора подключена к выходам генератора 22 пилообразных сигналов, вторая группа фазных входов-к выходам датчиков 7 фазных токов статора, а выход — к объединенным между собой входам функциональных преобразователей 26 и 27 с синусной и косинусной характеристиками, выходы которых подключены к второй группе входов 19 блока 18 преобразования координат.
Блок -15 задания составляющих тока статора содержит регулятор 29
7 11 скорости и регулятор 30 потока, связанные с входами делителя 31. Выходы делителя 31 и регулятора 30 потока образуют выходы блока 15 задания составляющих тока статора.
Блок 9 определения ЭДС двигателя содержит фазные суммирующие усилители 32 (фиг. 3), выходы которых подклю. чены к входам блока 33 выделения амплитуды ЭДС, выход которого и выходы суммирующих усилителей 32 образуют соответственно амплитудный выход 10 и фазные выходы 11 блока 9 определения ЭДС двигателя.
Блок 12 определения потока.двигателя содержит фазные интеграторы
34 (фиг. 4), выходы которых подключены к входам блока 35 выделения ам:плитуды потока двигателя, выход которого,и выходы интеграторов 34 образуют соответственно амплитудный выход 13 и фазные выходы 14 блока 12 определения потока двигателя.
Блок 18 преобразования координат содержит умножители 36-39 (фиг. "5), входы которых образуют две группы входов 17 и 19 блока 18 преобразования координат, и сумматоры 40 и
41, выходы которых образуют выходы блока 18 преобразования координат.
Система 6 управления инвертором содержит блок 42 определения составляющих сигнала задания тока в неподвижной системе координат (фиг. 6), выходы которого соединены с входами нуль-органов 43-45, подключенных вйхо;дами к входам блоков 46-48 дифференцирования, выходы которых образуют выходы системы 6 управления инвертором.
Генератор 22 пилообразных сигналов содержит фазные интеграторы 49 (фиг. 7), каждый из которых зашунтирован управляемым ключом 50, при этом объединенные между собой входы интеграторов 49 образуют управляющий вход 23 генератора 22 пилообразных сигналов, а входы управления управляемых ключей 50 и выходы интеграторов 49 образуют соответственно входы 24 коммутации и выходы генератора 22 пилообразных сигналов.
Блок 25 импульсного измерения угла запаздывания инвертора содержит элемент 51 запоминания коротких сигналов (фиг. 8), вход которого подключен к объединенным между собой первым выводам трех управляемых ключей 52 54, управляющий вход каж19155 8 дого из которых подключен к выходу соответствующего элемента 55 дифференцирования,соединенного входом с выходом соответствующего нуль-органа 56, при этом вторые выводы управляемых ключей 52-54 подключены к соответствующим резисторам 57-59, вторые выводы которых образуют первую группу фазных входов блока 25
10 импульсного измерения угла запаздывания инвертора, вторая группа фазных входов которого и выход образованы соответственно входами нуль-органов 56 и выходом элемента
51 запоминания коротких сигналов.
Частотно-регулируемый асинхронный электропривод работает следующим образом.
В блоке 15 задания составляющих
2п тока статора на входе регулятора скорости 29 (фиг. 2) сравниваются сигналы задания И и Фактической скорости Q вращения, а на входе ре" гулятора 30 потока сравниваются сигналы задания с амплитуды потока и амплитуды фактического потока ((цепи для сигналов (d и с выходов бло-. ков 28 и 12 соответственно на фиг. 1 не показаны). Выходной сигнал регулятора 29 скорости делится на сигнал (1 с помощью делителя 31, выходной сигнал которого является заданием 1> проекции вектора тока статора на мнимую ось, а выходной сигнал регулятора 30 потока является заданием 1 проекции вектора тоМ ка статора на вещественную ось б системы координат, ориентированной по
;потоку двигателя 1.
В блоке 9 определения ЭДС двигателя на вход суммирующего усилителя
32 (фиг. 3), установленного в фазе А, поступают сигналы разного напряжения
0А, фазного тока и производной фазного.тока 3g . Ha выходе суммирующего усилителя 32 формируется сигнал фазной ЭДС Е (аналогичные операции выполняются и в других Aa" зах В, С).
Сигналы фазных ЭДС ЕА> ЕB Е поступают на входы блока 33 выделения амплитуды ЭДС, на выходе которого получают сигнал амплитуды ЭДС Е.
В блоке 12 определения потока сигнал фазной ЭДС Ед интегрируется с помощью интегратора 34, на выходе которого получают сигнал фазного потока < д (аналогично и в других фазах В, С). Сигналы фазных потоков
9 11191 у, Ч, поступают на входы блока
35 выделения амплитуды потока двигателя, на выходе которого получают сигнал амплитуды потока .
С помощью блока 28 деления прбизводится деление сигнала.Е на ((, в результате чего получают сигнал те. кущей скорости вращения(.
В блоке 16 задания амплитуды тока статора по составляющим заданного тока статора 1, 1,1 формируется эа" дание амплитуды тока статора по выражению
Указанное задание 1 амплитуды тока статора отрабатывается с помощью регулятора 21 амплитуды тока статора, связанного с входом управления управляемого выпрямителя 3.
Для формирования управляющих импульсов автономного инвертора 5 тока необходимо полученный сигнал задания вектора тока статора (с 25
4 1 составляющими <, Для этого, во-первых, осуществляется сдвФт задания 1 вектора тока статора в сторону опережения на угол 9 с помощью блока 18 преобразования координат, т.е. 4)8 I y=1 0 ) где 8 — - угол запаздывания обработки фазы тока на выхоце автономного инвертора 5 тока по сравнению с фазой управляющих импульсов. Далее полученный сигнал 1 пре+ > образуется к неподвижной системе координат с помощью блока 42 определения составляющих сигнала задания тока в неподвижной системе координат (фиг. 6), в котором формирует,ся вектор 1,(. В моменты фиксированной фазы ука50 эанного вектора формируются импульсы управления для автономного инвертора 5 тока. На входы нуль-органов 43-45 пос гупает три сдвинутых на 120 эл.град. сигнала, соответствующие сигналу 55 задания тока в неподвижной системе координат, которые затем преобразуются с помощью блоков 46-48 дифферен55 l0 цирования в импульсы управления +Ц,1, «+us- +ueB генераторе 22 пилообразных сигналов выполняется интегрирование сигнала Я с помощью трех интеграторов 49 (фиг. 7), шунтированнных управляемыми ключами 50. На каждый ключ поступают управляющие импульсы одной фазы с выхода системы 6 управления инвертором, В результате получаются сигналы IIA, П, П пилообразной формы, при этом значение пилы в каждой точке соответствует фазовому углу от момента поступления управляющего импульса инвертора (в угловых единицах частоты вектора 7 в неподвижной системе координат). Три пилообразных сигнала Пд, Пя, П поступает на выводы ключей 52-54 (фиг. 8) в блоке 25 импульсного измерения угла запаздывания инвертора. Указанные ключи коммутируются импульсами в моменты равенства токов коммутирующих фаз. Импульсы, например ИП, поступают на выходы элемента 55 дифференци- рования, на вход которого поступает сигнал с нуль-органа 56. На входы нуль-органа 56 поступают сигналы фазных токов < p, и - . На момент прохождения импульса И>> ключ 52 замыкается, и сигнал Н запоминает" ся с помощью элемента 51 запоминания коротких сигналов, т.е. тем самым измеряется угол между управляю-щим импульсом инвертора и моментом коммутации тока — угол 9 . С помощью функциональных преобразователей 26 и 27 полученный угол 9 преобразуется в гармонические функции sine, cosa поступающие в блок 18 преобразования координат ° Таким образом, введение в частотно управляемый асинхронный электропривод. генератора пилообразных сигналов, блока импульсного измерения угла за .паздывания инвертора, двух функциональных преобразователей с синусной и косинусной характеристиками соответственно и блока деления .обеспечивают измерение угла запаздывания 8 при отработке тока инвертором и соответствующую с этим углом корректировку управляющих импульсов автономного инвертора тока более простыми техническими средствами в сравнении с известными устройствами, благодаря чему повышается надежность. 1119155 1319155 1119155 рУ Рце. 5 Уие. д A?8. 7 1119155 Тираж 666 . . Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб;, д. 4/5 Заказ .7470/43 Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 Составитель А. Жилин /Редактор Л. Алексеенко Техред Т.Фанта Корректор Е. Сирохман
