Способ управления асинхронным электроприводом и устройство для его осуществления (его варианты)

 

1. Способ управления асинхронным электроприводом, при .котором измеряю-р мгновенную частоту вращения ротора, сравнивают ее с заданным значением, по результату сравнения в сумме с измеренной частотой вращения ротора регулируют частоту тока статора, измеряют активную и реактивную составляющие тока статора, сравнивают их с соответствующими заданиями; по результату этого сравнения регулируют активную и реактивную составляющие тока статора, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и улучшения энергетических показателей путем рекуперации энергии стопорения, фиксируют момент стопорения ротора, после чего изменяют на противоположное направление активной составляющей тока статора. 2. Устройство для управления асинхронным электроприводом, содержащее электродвигатель с короткозамкнутым .ротором, подключенный к выходу преобразователя частоты с управляющим входом, подключенным к трехфазно1 1у выходу блока преобразования коорди- , нат, трехфазный вход которого соединен с выходом датчика фазных токов , три пропорционально-интегральных регулятора с компараторами на входах, генератор опорных синусоидальных колебаний, соединенный вы (Л ходами с опорными входами блока преобразования координат, информационные ВЫХОДБ1 которого соединены с информационными входами .первого и второго компараторов, выходы которых соответственно через первый и второй пропорционально-интегральные регуля05 торы соединены с управляющими входами блока преобразования координат, 4 задающий вход второго компаратора со-00 единен с выходом источника задания сд тока намагничивания, задающий и информационный входы третьего компаратора соединены соответственно с выходами задатчика и датчика скорости вращения ротора, а выход третьего компаратора через третий пропорционально-интегральный регулятор связан с задающим входом первого компаратора , отличающееся тем, что, с целью повьш1ения надежности за счет рекуперации энергии стопорения ротора в сеть, введены управляемый коммутатор, два порого

СОО3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

4851 А 4 (5 I ) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3514547/24-07 (22) 26.11.82 (46) 30.06.85. Бюл. М 24 (72) И,И.Волошиновский (71) Московский ордена Трудового

Красного Знамени горный институт и Всесоюзный научно-исследователь-. ский и проектно-конструкторский институт по автоматизированному электроприводу в промышленности, сельском хозяйстве и на транспорте (53) 621.313.333.072.9(088.8) (56) 1, Авторское свидетельство СССР

В 202282., кл. Н 02 P 5/00, 1965.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке У 3473376/24-07, 21.07.82.

3. Авторское свидетельство СССР.

N 612375, кл. Н 02 Р 7/42, 1975. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ

ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (ЕГО BAPHAHTbl). . (57) 1. Способ управления асинхронным электроприводом, при котором измеряюТ мгновенную частоту вращения ротора, сравнивают ее с заданным значением, по результату сравнения. в сумме с измеренной частотой вращения ротора регулируют частоту тока статОра, измеряют активную и реактивную составляющие тока статора, сравнивают их с соответствующими заданиями; по результату этого сравнения регулируют активную и реактивную составляющие тока статора, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности и улучшения энергетических показателей путем рекуперации энергии стопорения, фиксируют мочент стопорения ротора, пос» ле чего изменяют на противоположное направление активной составляющей тока статора.

2. Устройство для управления. асинхронным электроприводом, содержащее электродвигатель с короткозамкнутым .ротором, подключенный к выходу преобразователя частоты с управляющим входом, подключенным к трехфазному выходу блока преобразования координат, трехфазный вход которого соединен с выходом датчика фаэных токов, три пропорционально-интегральных регулятора с компараторами на входах, генератор опорных синусоидальных колебаний, соединенный выходами с опорными входами блока пре. образования координат, информационные выходы которого соединены с ин- С формационными входами .первого и второго компараторов, выходы которых соответственно через первый и второй фею пропорционально-интегральные регуля- р торы соединены с управляющими входами блока преобразования координат, задающий вход второго компаратора со--, единен с выходом источника задания тока намагничивания, задающий и информационный входы третьего компара1 тора соединены соответственно с выходами задатчика и датчика скорости вращения ротора, а выход третьего компаратора через третий пропорционально-интегральный регулятор связан с задающим входом первого коипаратора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности за счет рекуперации энергии стопорения ротора в сеть, введены управляемый коммутатор, два порого116ч851вых элемента, логический элемент

И-НЕ с двумя входами и блок суммирования частот, выход которого соединен с входом генератора опорных синусоидальных колебаний, первый вход - с выходом. датчика скорости вращения ротора, второй вход соединен с задающим входом первого компаратора, связанным с выходом управляемого коммутатора, коммутационные входы которого соединены с прямым и инверсным выходами третьего пропорционально-интегрального регулятора, а управляющий вход управляемого коммутатора соединен с выходом логического элемента И-НЕ, входы которого соединены с выходами пороговых элементов, при этом входы первого и второго пороговых элементов подключены соответственно к выходам датчика и задатчика скорости вращения ротора.

3. Устройство для управления асинхронным электроприводом,,содержащее электродвигатель с короткозамкнутым ротором, подключенный к выходу преобразователя частоты с управляющим входом, подключенным к трехфазному выходу блока преобразования координат, трехфазный вход которого соединен с выходом датчика фазных токов, три пропорционально-интеграл",— ных регулятора с компараторами на входах, генератор опорных синусоидальных колебаний, соединенный выходами с опорными входами блока преобразования координат, информационные выходы которого соединены с информационными входами первого

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электроприводу переменного тока с частотно-управляемым RcHBxpOHHHM двигателем, и может быть применено в установках со стопорным характером нагрузки на валу вплоть до заклинивания рабочего органа, как плавном, так и скачкообразном, например, в горнопроходческих, очистных, буровых, и второго компараторов, выходы которых соответственно через первый и второй пропорционально-интегральные регуляторы соединены с управляющими входами блока преобразования коорс динат, задающий вход второго компаратора соединен с выходом источника задания тока намагничивания, задающий и информационный входы третьего компаратора соединены. соответственно с выходами задатчика и датчика скороети вращения ротора, а выход третьего компаратора через третий пропорционально-интегральный регулятор связан с задающим входом перво»

ro компаратора, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения надежности путем рекуперации энергии стопорения ротора в сеть, введены управляемый коммутатор, два пороговых элемента, логический элемент

И-НЕ и четвертый пропорционально-интегральный регулятор, выход которого соединен с входом генератора опорных синусоидальных колебаний, а вход соединен с задающим входом первого компаратора, связанным с выходом управляемого коммутатора, коммутационные входы которого соединены с прямым и инверсным выходами третьего пропорционально-интегрального регулятора, а управляющий вход управляемого коммутатора соединен с выходом логического элемента И-HE входы которого соединены с выходами пороговых элементов, при этом входы первого и второго пороговых элементов подключены соответственно к выходам датчика и задатчика скорости вращения ротора.

2 стругово-скреперных и других машинах, Известен способ управления асин5 хронным электроприводом, при котором в случае возникновения стопорного момента на валу или заклинивания рабочего органа производят торможение вала электропривода с последующим 0 отключением или реверсом $1).

3 1164

Недостатком известного, технического решения является низкая надежность, так как энергия стопорения вала электродвигателя расходуется на износ механизма вплоть до разрушения, а также на нагрев электро- двигателя.

Известно устройство для управле,ния асинхронным электроприводом, содержащее электродвигатель с коротко- 1п замкнутым ротором, подключенный к выходу преобразователя частоты с управляющим входом и силовой блок торможения в цепи статора, соединенный управляющим входом с датчиком тока статора, а выходом — с управляющим входом преобразователя частоты (1 ).

Недостаток известного устройстванизкая надежность, так. как энергия стопорения вала электродвигателя расходуется на износ механизма и на нагрев электродвигателя.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату ,.25 к изобретению является способ управления асинхронным электроприводом, при котором измеряют мгновенную частоту вращения ротора, сравнивают ее с заданным значением, по результату сравнения в сумме с измеренной частотой вращения ротора регулируют частоту тока статора, измеряют активную и реактивную составляющие тока статора, сравнивают их с соот- 35 ветствующими заданиями, по результату этого сравнения регулируют активную и реактивную составляющие тока статора (2 ).

Недостаток известного способа управления асинхронным электропри, водом заключается в низкой надежности в -режимах стопорения, так как способ не предусматривает отвода от электродвигателя, рабочего органа и трансмиссии энергии удара при возникновении стопорного момента на- грузки на валу, например, при заклинивании.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для управления асинхронным электроириводом, содержащее электродвигатель с короткозамкнутым ротором, подключенный к выходу преобразователь частоты, управляющий вход которого подключен к трехфазному выхо." блока преобразования ко851 4 ординат, трехфазный вход которого соединен с выходом датчика фаэных токов, три пропорциональыо интегральных регулятора с компараторами на . входах, генератор опорных синусоидальных колебаний, соединенный с опорными входами блока преобразования координат, информационные выходы которого соединены с информационными входами первого и второго компараторов, выходы которых через первый и второй пропорционально-интегральные

I регуляторы соединены с управляющими входами блока преобразования координат, задающий вход второго компаратора соединен с выходом источника задания тока намагничивания, задающий и информационный входЫ третьего компаратора соединены соответственно с задатчиком и датчиком скорости вращения ротора, а выход третьего компаратора через третий пропорционально-интегральный регулятор связан с задающим входом первого компаратора (3 1.

Недостаток известного устройства низкая надежность при возникновении стопорных нагрузок на валу, прикладываемых как скачком (в виде удара), так и постепенно, поскольку энергия стопорения затрачивается на разрушение трансмиссии машины.

Целью изобретения является повышение надежности и улучшение энергетических показателей за счет обеспечения рекуперации энергии стопорения ротора в сеть путем перевода электропривода в генераторный рекуперативный режим.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу управления асинхронным электроприводом, при котором измеряют мгновенную частоту вращения ротора сравнивают ее с за-. данным значением, по результату сравнения в сумме с измеренной частотой вращения ротора регулируют частоту .тока статора, измеряют активную и реактивную составляющие тока статора, сравнивают их с соответствующими заданиями, по результату этого сравнения регулируют активную и реактивную составляющие тока статора, фиксируют момент стопорения ротора, после чего изменяют на противоположное направление активной составляющей тока статора.

1164851

Укаэанная цель по первому варианту устройства достигается тем, что в устройство для управления асинхронным электроприводом, содержащее электродвигатель с короткозамкнутым ротором, подключенный к выходу преобразователя частоты, управляющий вход которого подключен к трехфазному выходу блока преобразования координат, трехфазный вход которого соединен с выходом датчика фазных токов, трн пропорционально-интегральных регулятора с компараторами на входах, . генератор опорных синусоидальных 15 колебаний, соединенный выходами с опорными входами блока преобразования координат, информационные выходы которого соединены с информационными входами первого и второго компараторов, выходы которых соответственно через первый и второй пропорционально-интегральные регуляторы соединены с управляющими входами блока преобразования координат, задающий вход 25 второго компаратора соединен с выходом источника задания тока намагничивания, задающий и информационный входы третьего компаратора соединены соответственно с выходами задатчика 30 и датчика скорости вращения ротора, а выход третьего компаратора через третий пропорционально-интегральный регулятор связан с задающим входом первого компаратора, введены управляемый коммутатор, два пороговых элемента, логический элемент И-НЕ с двумя входами и блок суммирования частот, выход которого соединен с входом генератора опорных синусои- 4р дальных колебаний, первый вход — с выходами датчика скорости вращения ротора, а второй вход соединен с задающим входом первого компаратора,связанным с выходом управляемого ком- 45 мутатора, коммутационные входы которого соединены с прямым и инверсным вЫходами третьего пропорциональноинтегрального регулятора скорости, а управляющий вход управляемого коммутатора соединен с выходом логического элемента И-НЕ, входы которого соединены с выходами пороговых элементов, при этом входы первого и второго пороговых элементов подключены 55 соответственно квыходам датчикаи задат чика скоростивращения ротора.

По второму варианту в устройство введены управляемый коммутатор, два пороговых элемента, логический элемент И-НЕ и четвертый пропорционально †интегральн регулятор, выход которого соединен с входом генератора опорных синусоидальных колебаний, а вход соединен с задающим входом первого компаратора, связанным с выходом управляемого коммутатора, коммутационные входы которого соединены с прямым и инверсным выходами третьего пропорционально-интегрального регу-. лятора, а управляющий вход управляемого коммутатора соединен с выходом логического элемента И-НЕ, входы которого соединены с выходами пороговых элементов, при этом входы первого и второго пороговых элементов подключены соответственно к выходам датчика и задатчика скорости вращения ротора.

На фиг.1 и 2 представлены варианты устройства для управления асинхронным электроприводом, на фиг.3 моментная характеристика электропривода.

Согласно первому варианту (фиг. 1) устройство для управления асинхронным электроприводом содержит электродвигатель с короткозамкнутым ротором 1, подключенный к выходу преобразователя частоты 2 с управляющим входом, подключенным к трехфазному выходу 3 блока преобразования координат 4, трехфазный вход 5 которого соединен с выходом датчика фазных токов 6, пропорционально-интегральные регуляторы 7-9 с компараторами 10-12 на входах, генератор опорных синусоидальных колебаний 13, соединенных выходами с опорными входами 14 блока преобразования координат 4. Информационные выходы 15 и 16 блока преобразования координат 4 соединены с информационными входами первого и второго компараторов 10 и 11, выходы которых соответственно через пропорционально-интегральные регуляторы 7 и 8 соединены с управляющими входами 17 и 18 блока преобразования координат 4. . Задающий вход компаратора 11 соединен с выходом источника задания тока намагничивания 19. Задающий и информационный входы третьего компаратора 12 соединены соответственно с выходами задатчика 20 и датчика 21 скорости вращения ротора. Выход третьего компаратора 12 через пропор7 1164 ционально-интегральный регулятор связан с задающим входом первого компаратора 10. В устройство для управления асинхронным электроприводом введены управляемый коммутатор 22, два пороговых элемента 23 и 24, логический элемент 25 И-НЕ с двумя входами и блок суммирования частот 26, выход которого соединен с входом генератора опорных синусоидальных колебаний 1О

13, первый вход — с выходом датчика скорости вращения ротора 21, а второй вход объединен с задающим входом первого компаратора 10 и подключен коммутационные входы которого со-,15 единены с. прямым и инверстным го соединены с прямым и инверсиым выходами третьего пропорциональноинтегрального регулятора 9. Управляющий вход управляемого коммутатора

22 соединен с выходом логического элемента 25 И-HE входы которого соединены с выходами пороговых элемен тов 23 и 24. Вход порогового элемента 23 подключен к выходу датчика ско-р5 рости вращения ротора 21, а вход порогового элемента 24 — к выходу задатчика скорости вращения ротора

20.

Согласно второму варианту (фиг.2) 3р устройство для управления асинхронным электроприводом дополнительно содержит четвертый пропорционально-интегральный регулятор 27, выход которого соединен с входом генерато- З5 ра опорных синусоидальных колебаний

13, а вход объединен с задающим входом первого компаратора 10 и подключен к выходу управляемого коммутатора 22. аа

На моментной характеристике (фиг.3) обозначено:

+М вЂ” электромагнитный момент, развиваемый асинхронным электродвигателем ("+" соответствует 5 двигательному, а "-" соответствует генераторному режимам работы); и3-зц - частота вращения (скорость) ротора; 50

+M — максимальные допустимые вели- зщак чины электромагнитного момента для двигательного и генераторного режимов работы соответственно; 55

+ Бы — максимальные допустимые великих чины абсолютного скольжения, соответствующие + M>.

851, 8

Пунктирами показаны возможные настройки порогового элемента 23 по просадке скорости, вплоть до полного заклинивания (стопорения) рабочего органа, когда ы-БА=0.

Осуществление предложенного способа управления асинхронным электроприводом заключается в том, что измеряют .фазные токи статора и скорость вращения ротора, преобразуют напряжения, пропорциональные фазным токам статора в напряжения нулевой частоты, смещенные между собой на 90 эл.град и пропорциональные соответственно активному 1„ и реактивному 11 токам статора, формируют два задающих напряжения 1 и 11+, пропорциональных ,соответственно заданиям активного и реактивного тока статора, сравнивают указанные информационные и задающие напряжения, формируют опорные синусоидальные колебания с частотой ю тока ; статора, координатно преобразуют полученные в результате сравнения управляющие двухфазные напряжения в трехфазную систему управляющих напряжений, пропорциональных зада+ ниям i A < трехфазного тока статора, воздействуют сформированным управляющим напряжением на ток 1„ статора при прохождении его через преобразователь частоты, регулируя скорость и развиваемый момент электродвигателя, контролируют возникновение стопорения, по изменяющемуся перепаду уровней скорости ц ротора и ее задания щ о (скачкообразному или медленному), фиксируют момент наличия стопорения ротора или вала электропривода, после чего немедленно изменяют на противоположное направление активной составляющей тока статора, в результате чего переводят электропривод иэ двигательного в генераторный режим, например, путем изменения на противоположные полярностей задающих напряжений активной составляющей тока статора и скольжения °

Устройство для управления асинхронным электроприводом по первому варианту (фиг. 1) в процессе .осуществления предложенного способа функционирует следующим образом.

При нулевых напряжениях на задающих входах компараторов 10 и 12 изменяют напряжение на задающем входе компаратора 11, в результате чего в зазоре двигателя 1 возникает рабо10

9 11648 чий магнитный поток. После этого изменяют напряжение, например по линейному закону, на задающем входе компаратора 12, в результате чего на задающем входе компаратора 10 из зня- 5. ется напряжение задания активного тока (момента), а на втором входе сумматора частот 26 — напряжение, пропорциональное частоте скольжения, суммируемое с напряжением, поступаю- 10 щим на первый вход блока 26, пропорциональным скорости вращения ротора.

После суммирования напряжений в блоке 26, выполненном по аналогоцифровому или частотному принципу, с ум- 15 маркое напряжение и> соответствующее частоте тока статора поступает на вход генератора 13, с выхода которого синусоидальные колебания поступают на опорные входы блока преобразова- 20 ния координат 4. При возникновении стопорного момента на валу, как ударного так и упругого, происходит увеличение разности межпу скоростью вращения ротора и ее заданием, пре- 25 образованными в пороговые воздействия в блоках 23 и 24, которые настроены так, что указанного перепада величин достаточно для перехода элемента 25 И-HE в состояние, при котором на его выходе возникает единичный импульс напряжения, перебрасывающий управляемый коммутатор 22 на инверсный вход, в результате чего изменяются знаки напряжения за35 .дания активного тока статора и скольжения на соответствующие генераторному режиму. В результате этого энергия удара с вала ротора отдается в сеть. Переход происходит практичес- 40 ки мгновенно, в отличие от реверса по известному способу. При этом двигатель передает н сеть через себя удар нагрузки, предотвращая поломку трансмиссии и рабочего органа машины.

Устройство для управления асинхронным электроприводом по второму

I варианту (фиг.2) в процессе осуществления предложенного способа функцио- 0

50 нирует следующим образом, При нулевых напряжениях на задающих входах компараторов 10 и 12 изменяют напряжение » на задающем вхо2 де компаратора 11, в результате чего 55 в зазоре двигателя 1 возникает рабочий магнитный поток. После этого изменяют напряжение, например по линейному закону, на задающем входе компаратора 12, в результате чего на задающем входе компаратора 10 изменяется напряжение задания активного тока (момента), а на выходе введенного пропорционально-интегрального регулятора 27 возникает напряжение, пропорциональное частоте статора, подаваемое на вход генератора 13.

В результате обеспечивается нормальный установившийся режим. При возникновении на валу не скачкообразного, а упруго) о стопорения происходит увеличение.рассогласования между скоростью ротора и ее заданием, в результате чего элемент 25 И-НЕ переходит из нулевого в единичное состояние.

Под воздействием импульса напряжения управляющий коммутатор 22 перебрасывается на инверсный вход, что приводит к изменению активного тока и частоты скольжения при застопоренном вале двигателя 1 на соответствующие генераторному режиму, поэтому двигатель 1 переходит иэ двигательного в генераторный.режим, передавая энергию стопорения в сеть. Благодаря этому повышается ресурс установки в целом при работе с упругими стопорными моментами нагрузки.

Таким образом, предложенный способ обеспечивает такой режим работы электропривода, при котором энергия стопорения вала рекуперируется в питающую сеть, в отличие от известных технических решений. 11ри этом повышается надежность электропривода, сокращается количество простоев и увеличивается срок службы оборудования. Предложенный способ управления пригоден для всех без исключения типов электроприводов. При этом конт роль возникновения стопорения вала и перевод электропривода в генераторный рекуперативный режим осуществляется специфическими средствами, свойственными конкретному типу электродвигателя и управляемого преобразователя.

Предложенное устройство для управления асинхронным электроприводом (его варианты) за счет введения пороговых элементов, логического элемента И-НЕ,сумматора частот, пропорционально-интегрального ре=улятора имеет более высокую надежность в сравнении с известными техническими

11 1164851 12

Решениями, так как энергия ударного . разрушения, а рекуперируется в. элекили упругого стопорения не расходу-, тросеть или накопитель электроэнерется на механическое или тепловое гии.

Фиг.2

1164851

Составитель А.Жилин

Редактор M,Öèòêèíà Техред Т.Дубичнак Корректор O.THrop

Заказ 4 197/53 Тираж 646 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