Устройство для управления асинхронным частотно-регулируемым электродвигателем
УСТРОЙСТВО ДЛЯУПРАВЛЕНР1Я АСИНХРОННЫМ ЧАСТОТНО-РЕГУЖРУЕМЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ, содержащее инвертор напряжения,предназначенньш для подключения к электродвигателю, блок управления частотой и модулем напряжения инвертора напряжения, вход которого подключен к блоку формирования задания вектора напряжения, входом соединенного с преобразователем координат, первые два входа которого подключены соответственно к регуляторам намагничивающего и активного составляющих токов, вход регулятора намагничивающей составляющей тока через первый блок сравнения связан с регулятором потокосцепления, вход которого через второй блок сравнения подключен к блоку задания пото косцепления, вход регулятора активной составлящей тока через третий блок сравнения и блок деления связан с регулятором скорости, вход которого через четвертый блок сравнения и задатчик интенсивности соединен с блоком задания частоты вращения, модель асинхронного двигателя с.- выходами сигналов потокосцепления, токов в . двухфазной неподвижной системе координат и выходом величины момента, блок определения частоты вращения, составленный из последовательно включенных моделей передачи и исполнительного механизма, который соединен с вторым входом четвертого блока сравнения , отличающееся тем, что, с целью упрощения и повышения точности,в него введены модель инвертора , блок преобразования трехфазного напряжения в двухфазное, блок | вычисления модуля потокосцепления, сл блок преобразования модулей токов каждой фазы, а модель асинхронного двигателя выполнена в виде двухфазной Т-образной схемы замещения, каждая фаза которой составлена из последовательно соединенных резисторов и дросселей с йараметрами, эквивалент ными параметрам активного сопротивления статора и индуктивности расN5 сеяния статора, индуктивности расх сеяния ротора и активного сопротивле ния ротора, двух инт.еграторов, двух 9) блоков перемножения и инвертора, при этом входы каждой схемы замещения соединены с выходами мрдели инвертора через блок преобразования трехфазного напряжения в двухфазное, входы первого и второго интеграторов подключены соответственно к общим точкам соединения резистора и дросселя с параметрами, эквивалектными параметрам индуктивного сопротивления рассеяния ротора и активного сопротивления ротора в каждой фазе модели, выход
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
09) (11) gy1) Н 02 Р 7/42
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3572851!24-0? . (22) 06.04.83 (46) 07.12.84. Бюл. 1 45 (72) А.M Ëàíãåí, Б.M.Ëàêñ, И.В.Сениковский, Л.Ф.Суханова и Н.B.Ãàëêèíà (71) Московский ордена Трудового
Красного Знамени текстильный институт им. А.Н.Косыгина (53) 621.313 ° 333.07(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР
Р 517126, кл. Н 02 Р 7/42, 1976.
2. Шреймер P.Т. Оптимальное частотное управление асинхронными электроприводами. Кишинев, Штиница, 1982, с. 145. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫМ
ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ, содержащее инвертор напряжения, предназначенный для подключения к электродвигателю, блок управления частотой и модулем напряжения инвертора напряжения, вход которого подключен к блоку формирования задания вектора напряжения, входом соединенного с преобразователем координат, первые два входа которого подключены соответственно к регуляторам намагничивающего и активного составляющих токов, вход регуля/ тора намагничивающей составляющей тока через первый блок сравнения связан с регулятором потокосцепления, вход которого через второй блок сравнения подключен к блоку задания потокосцепления, вход регулятора активной составлящей тока через третий блок сравнения и блок деления связан с регулятором скорости, вход которого через четвертый блок сравнения и задатчик интенсивности соединен с блоком задания частоты вращения, модель асинхронного двигателя с. выходами сигналов потокосцепления, токов в двухфазной неподвижной системе координат и выходом величины момента, блок определения частоты вращения, составленный из последовательно включенных моделей передачи и исполнительного механизма, который соединен с вторым входом четвертого блока сравнения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения и повышения точности,в него введены модель ин-. вертора, блок преобразования трехфазного напряжения в двухфазное, блок Е
Ф вычисления модуля потокосцепления, блок преобразования модулей токов каждой фазы, а модель асинхронного двигателя выполнена в виде двухфазной Т-образной схемы замещения, каждая фаза которой составлена из последовательно соединенных резисторов и дросселей с Параметрами, эквивалент ными параметрам активного сопротйвления статора и индуктивности рассеяния статора, индуктивности рассеяния ротора и активного сопротивления ротора, двух ин-.еграторов, двух блоков перемножения и инвертора, при этом входы каждой схемы замещения соединены с выходами модели инвертора через блок преобразования трехфазного напряжения в двухфазное, входы первого и второго интеграторов подклю чены соответственно к общим точкам соединения резистора и дросселя с параметрами,эквивалентными параметрам индуктивного сопротивления рассеяния ротора и активного сопротивления ротора в каждой фазе модели, выход
361
1128 первого интегратора через первый блок перемножения, второй вход которого соединен с блоком определениябчастбты вращения, соединен со свободным sa жимом резистора с параметром, эквивалентньи активному сопротивлению ротора ва второй фазе, выход второго. интегратора через инвертор подключен .к второму блоку перемножения, второй вход которого соединен с блоком определения частоты вращения, а выход в торого блока перемножения соединен со свободным зажимом резистора с па- ; раметром, эквивалентньм активному сопротивлению ротора в первой фазе, - выходы интеграторов подключены к бло-, ку вычисления модуля потокосцепления, выход которого подключен к второму входу блока деления, к второму входу второго блока сравнения, к третьему входу преобразователя координат, общие точки резистора и дросселя с ,параметрами, эквивалентными активному сопротивлению статора и индуктивности1 через блок преобразования модуля то;ков каждой фазы соединены с вторыми входами первого и третьего блоков сравнения, с четвертым ирпятым входа .ми преобразователя координат, шестой вход которого соединен с выходом блока определения, частотьг. ,! вращения .
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано.в системах регулируемого асинхронного электропривода текстильной промышленНости и в других отраслях. 5
Известно устройство для управления асинхронным частотно-регулируемьм электродвигателем, работающее по принципу векторного управления и содержащее каналы регулирования потокосцеп- 10 ления и скорости, а также блок компенсационных связей, блоки прямого и обратного преобразования координат, датчики потока тока статора, преобразователь фаэ (1) . 15
Недостатком устройства является сложность управляющих и функциональных устройств при реализации преобразования координат и фаз.
Ю
Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для управления асинхронным частотно-регулируемыи электродвигателем, содержащее инвертор напряжения, нред-: назначенный для подключения к указан- 5 ному электродвигателю, асинхронный электродвигатель, блок управления частотой и модулем напряжения инвертора напряжения, вход которого подключен к блоку формирования задания - Зо вектора напряжения, входы которого подключены к преобразователю координат, первые два входа которого подключены соответственно к регуля+
|
1 2 торам намагничивающего и активного
;составляющих токов, вход регулятора намагничивающей составляющей тока через первый блок сравнения подключен к регулятору потокосцепления,/вход которого через второй блок сравнения подключен к блоку задания .потокосцепления, вход регулятора активной составляющей тока через третий блок сравнения, блок деления подключен к регулятору скорости, вход которого через четвертый блок сравнения и задатчик интенсивнос1и соединен с блоком задания частоты вращения, модель асинхронного двигателя, имеющая выходы сигналов потокосцепления, токов в двухфазной неподвижной системе координат, выход величины момента, а блок определения частоты вращения. соединен с вторьи. входом четвертого блока сравнения (2) .
Недостатками устройства являются конструктивная сложность системы управления, невысокая надежность н невысокое качество регулирования скорости, что не позволяет учитывать изменения .момента инерции, упругость передачи, нелинейность характерйстики преобразователя частоты, а также насыщение магнитной системы асинхронного двигателя.
Целью изобретения является повы1 шение точности и упрощение системы управления.
3 11283
Указанная цель достигается тем, что в устройство для управления асинхронным частотно-регулируемым электродвигателем, содержащее асинхронный электродвигатель,подключенньй к инвертору напряжения, блок управле-. ния частотой и.модулем напряжения инвертора напряжения, вход которого .подключен- к блоку формирования задания вектора напряжения, входы кото- 10 рого подключены к преобразователю координат, первые два входа которого подключены соответственно к регуляторам намагничивающего и активного составляющих токов, вход регулятора,15 намагничивающей составляющей тока через первый блок сравнения подключен. к регулятору потокосцепления, вход которого через второй блок сравнения,подключен к блоку задания пото-20 косцепления, вход регулятора активной составляющей тока через третий блок сравнения и блок деления подключен к регулятору скорости, вход которого через четвертый блок сравнения и задатчик интенсивности соединен с блоком задания частоты вращения, модель асинхронного двигателя, имеющая выходы сигналов .потокосцепления, токов в двухфазной неподвижной системе координат, вьмод величины момента, блок определения частоты вращения соединен с вторым входом четвертого блока сравнения, введены модель инвертора, блок преобразованияз
;трехфазного напряжения в двухфазное, блок вычисления модуля потокосцепления, блок преобразования. модулей токов каждой фазы, а модель асинхронного двигателя выполнена в виде двух- 40 фазной Т-образной схемы замещения, состоящей на каждую фазу из последовательно соединенных резисторов и дросселей с параметрами, эквивалентными параметрам активного сопротивле-45 ния статора и индуктивности рассеяния статора, индуктивности рассеяния ротора и активного сопротивления ротора, двух интеграторов, двух блоков перемножения и инвертора, при этом входы каждой схемы замещения соединены с выходами модели инвертора через блок преобразования трехфазного нап,ряжения в двухфазное, входы первого и второго интеграторов подключены соответственно к общим точкам соединения резистора и дросселя с параметрами, эквивалентными параметрам ин61 4 дуктивного сопротивления рассеяния ротора и активного сопротивления ротора в каждой фазе модели, выход пер.» .вого интегратора через первый блок перемножения, второй вход которого соединен с блоком определения частоты вращения, соединен со свободным зажимом резистора с параметром, эквивалентным активному сопротивлению ротора во второй фазе, выход второго интегратора через инвертор.подключен к второму блоку перемножения, второй вход которого соединен с блоком определения частоты вращения, а выход второго блока перемножения соединен со свободным зажимом резистора с параметром, эквивалентньи .активному сопротивлению ротора в первой фазе, при этом выходы интеграторов подклочены к блоку вычисления модуля потокосцепления, выход которого подключен к второму входу блока деления, к второму входу. второго блока сравнения, к третьему входу преобразователя координат, общие точки резистора и дросселя с параметрами, эквивалентными активному сопротивлению статора и индуктивности через блок преобразования модулей токов каждой фазы соединейы с вторыми входами первого и третье3 го блоков сравнения, с четвертым и пятым входами преобразователя координат, шестой вход которого соединен с выходом блока определения частоты вращения.
На фиг. 1 представлена фнукциональная схема устройства для управления асинхронным частотно-регулируемым электродвигателем; на фнг. 2 - модель асинхронного электродвигателя. .!
Устройство -для управления асинх-. ронньи частотно-регулируемьач электродвигателем содержит асинхронный электродвигатель 1, подклоченный к инвертору 2 напряжения, блок 3 управ;ления частотой и модулем напряжения инвертора напряжения, вход которого подключен к блоку 4 формирования задания вектора напряжения, входы
1 которого подключены к преобразователю 5 координат, первые два входа которого подключены соответственно к регуляторам намагничивающего 6:и активного 7 составляющих токов. Вход регулятора 6 намагничивающей составляющей тока через первый блок 8 срав" нения подключен к регулятору 9 пото-, косцепления, вход которого через
1128361 второй блок 10 сравнения подключен к блоку задания потокосцепленияЦ
Вход регулятора 7 активной составляющей тока через .третий блок 11 сравнения, блок 1.2 деления подключен к 5 регулятору 13 скорости, вход которого через четвертый блок 14 сравнения и задатчик 15 интенсивности соединен с блоком задания частоты вращения
И щ . Иоде3п асинхронного двигате-, 10 ля 16 (фиг. 2) содержит трехфазную
Т-образную схему замещения, состоящую на каждую фазу из последовательно соединенных резисторов и дросселей с параметрами, эквивалентными
15 параметрам активного сопротивления статора 17 и индуктивности рассеяния статора 18, индуктивности рассеяния ротора 19 и активного сопротивления ротора 20, а также два интегратора 21 и 22, два блока 23 и 24 перемножения и инвертор 25, при этом входы каждой схемы замещения соединены с выходами модели инвертора 26 через блок 27 преобразования трех 25 фазного напряжения в двухфазное.
Входы первого 22 и второго 21 интеграторов подключены соответственно к общим точкам соединения резистора и дросселя с параметрами, эквивалент-З0 ! .ными параметрам индуктивного сопротивления рассеяния ротора 19 и актив-, ного сопротивления ротора 20 в каждой фазе модели. Выход первого ин-, тегратора 22 черег первый блок 23 З5 перемножения, второй вход которого соединен с блоком определения частоты вращения, состоящим из последовательно включенных моделей передачи 28 и исполнительного механизма 29 (фиг. 1), соединен со свббодиым зажимом резистора, эквивалентного активному сопротивлению ротора 20 во второй, фазе. Вы- ход второго интегратора 21 через 45 инвертор 25 подключен к второму .. .блоку 24 перемножения, второй вход которого соединен с блоком опреде. ления частоты вращения, а выход. второго блока 24 перемножения соединен g0 со свободным зажимом резистора, эквивалентного активному сопротивлению ротора 20 в первой фазе. При этом .. выходы интеграторов 21 и 22 подключены к блоку 30;вычисления модуля потокосцепления 30, выход которого подключен к второму входу блока 12 деления, к второму входу второго блока 10 сравнения, к третьему входу преобразователя 5 координат.
Общие точки резистора, эквивалентного активному сопротивлению статора, и дросселя, эквивалентного индуктивности рассеяния статора, через блок 31 преобразования модуля токов каждой фазы соединены.с вторыми входами первого 8 и третьего 11 блоков сравнения, с четвертым и пятым входами преобразователя 5 координат, шестой вход которого соединен с выходом блока определения частоты вращения. Общие точки резистора, эквивалентного активному сопротивлению- статора 17, и дросселя, эквивалентного индуктивности рассеяния статора 18, а также выходы интегра торов 21 и 22 соединены с четырьмя входами третьего блока 32 перемножения, выход которого подключен к блоку определения частоты вращения.
Устройство работает следующим образом.
Сначала подается сигнал (4! ) на вход регулятора 9 потокосцепленйя, который, компенсируя большую постоянную времени объекта, формирует переходный процесс установления заданного потокосцепления ротора соответственно модульному оптимуму.
Одновременно регулятор 9 потокосцепления вырабатывает уставку для регулятора б намагничивающего тока асинхронного двигателя, который компенсирует большую постоянную времени рассеивания двигателя. Регулятор б на" магничивающего тока статора в свою очередь вырабатывает уставку входно-, го напряжения блока 3 управления;. частотой и модулем напряжения инвертора напряжения, пройдя при этом преобразователь 5 координат и блок 4 формирования задания вектора напря-, жения. На вхо) регулятора 13 скорос-. ти через задатчик 15 интенсивности подается сигнал задания скорости. Од- новременно на выходе регулятора 13 скорости появляется сигнал задания электромагнитного момента, который после прохождения через делительное . устройство 12 образует сигнал задания активного тока статора. Регулятор скорости компенсирует электромеханическую постоянную времени, а регулятор 7 активного тока статора компенсирует постоянную времени рассеива7 1128 ния двигателя и вырабатывает сигнал ля преобразователя 5 координат.
Выходящие из преобразователя 5 координат составляющие напряжения статора U1 и U Модель асинхронного двигателя в неподвижной системе координат описывается системой дифференциальных уравнений: f2) работает в реальном масштабе времени, ее выходной величиной является вращающий момент двигателя, который определяется по изВестной зависимости M = 1.(g Qgр Q(Так как задача определения координат О движения системы возложена на аналоговую модель устройства; т.е. она играет роль "наблюдателя" и регламентирует изменение частоты вращения 361 8 электропривода, то обратная связь по частоте вращения реализуется с помощью блока определения частоты вра; щения. В его состав входят модели .передачи 28 и исполнительного механизма 29, первая иэ которых может быть реализована с помощью Т-образ,ной схемы замещения с переменными параметрами вертикальной ветви, учитывающими параметры податливости и трения, а вторая позволяет учитывать . изменение нагрузки и момента инерции и представляет собой последовательно включенные и регулируемые раздельно индуктивность и резистивное сойротивление. Применение предлагаемого устройства для управления частотно-регулируемым электроприводом позволяет существенно упростить систему управления, так как частично используются электрические аналоги, выполненные на базе Т-образных пассивных четырехполюсников, а не операционных усилителей, используемых обычно в аналоговых моделях или аналоговых вычислительных машинах. Кроме того, использование устройства для управления частотно-регулируемым электроприво-, дом позволяет повысить точность, ес- . ли в системе имеются нелинейные элементы. Если учесть влияние существенных нелинейностей, таких как насыщение магнитной системы АД, нелиней- ность характеристики преобразбвателя частоты, а также блока определения частоты вращения, то ошибка их вос-. произведения будет меньше, так как нелинейность реализуется путем непосредственного изменения параметров Т-образного четырехполюсника, а не,параметрическнм подбором коэффи". циента усиления операционного усили теляя. 1128361 Составитель В.Тарасов Техред О.Ващишина Корректор О.Тигор Редактор Т.Кугрышева Заиаэ 9081/42 Тираж 666 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета, СССР по делам изобретений и открытий 113035» Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал НПП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4
