Электропривод переменного тока

 

ЭЛЕКТРОПРИВОД ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, содержащий асинхронный двигатель с фазным ротором, подключенным к выходам регулируемого источника тока, который снабжен последовательно соединенными блоком импульснофазового управления и преобразователем частоты с непосредственной связью, блок прямого преобразования координат, подключенный выходами к управляющим входам регулируемого источника тока, блок обратного преобразования координат, подключенньй входами к выходам датчиков фазных токов и напряжений статора, формирователь сигналов задания активного и реактивного токов ротора , снабженный регулятором скорости вращения ротора и регулятором реактивного тока статора, фазовый дискриминатор , снабженный на выходе пропорционально-интегральным регулятор ipOM частоты скольжения, и формирователь гармонических функций, вход которого соединен с выходом фазового дискриминатора, а выходы подключены к опорным входам блока прямого преобразования координат, управляюицне входы которого подключены к выходам формирователя сигналов задания активного и реактивного токов-ротора, первый и второй входы фазового дискриминатора подключены к одноименным выходам блока обратного преобразователя координат, а его третий вход .к соответствующему выходу формирователя сигналов задания активного и реактивного токов ротора, первые два трехфазных входа которого подключены соответственно к выходам датч11ков фазных токов и напряжений S статора, третий вход - к одноименно (Л му выходу блока обратного преобразования координат, а четвертьш вход .к выходу фазового дискриминатора, отличающийся тем, что, с целью повышения качества переходных процессов за счет уменьшения бросков тока при переходе от нерегулируемого к регулируемому режиму работы, в него введены три управляемых ключа и блок пуска, первые два трехфазных входа которого подключены соответственно к выходам датчиков фазных токов и напряжений статора, первый выход - к дополнительному входу обратной связи регулятора реактивного тока статора, второй и третий выходы подключены соответственно к входу и выходу регулятора скорости вращения ротора, а четвертый и пятый выходы подключены соответственно к входу и выходу пропорционально-интеграль ного регулятора частоты скольжения, при этом первый управляемый ключ подключен выходами к входу и выходу

СО(ОЗ СО8ЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (! 9) (11) (5!)4 Н 02 Р 7/42

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ (31

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ ( (21) 3683115/?4-07 (22) 03. 01 . 84 (46) 15. 10.85. Вюл. № 38 (72) В.А.Ерухимович, Ю.Л.Шинднес и И.И.Эпштейн (71) Научно †исследовательск электротехнический институт Производственного объединения ХЭМЗ (53) 621.313.333(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 675567, кл. Н 02 P 7/42, 1976.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1037405, кл. Н 02 P 7/42, 1980. (54)(57) ЭПЕКТРОПРИВОД ПЕРЕМЕННОГО

ТОКА, содержащий асинхронный двигатель с фазным ротором, подключенным к выходам регулируемого источника тока, который снабжен последовательно соединенными блоком импульснофазового управления и Преобразовате.лем частоты с непосредственной связью, блок прямого преобразования координат, подключенный выходами к управляющим входам регулируемого источника тока, блок обратного преобразования координат, подключенный входами к выходам датчиков фазных токов и напряжений статора, формирователь сигналов задания активного и реактивного токов ротора, снабженный регулятором скорости вращения ротора и регулятором реактивного тока статора, фазовый дискриминатор, снабженный на выходе пропорционально-интегральным регулято .:ром частоты скольжения, и формирователь гармонических функций, вход которого соединен с выходом фазового дискриминатора, а выходы подключены к опорным входам блока прямого преобразования координат, управляющие входы которого подключены к выходам формирователя сигналов задания актинного и реактивного токов ротора, первый и второй входы фазового дискриминатора подключены к одноименным выходам блока обратного преобразователя координат, а его третий вход— .к соответствующему выходу формирователя сигналов задания активного и реактивного токов ротора, первые два трехфазных входа которого подключены соответственно к выходам датчиков фазных токов и напряжений статора, третий вход — к одноименному выходу блока обратного преобразования координат, а четвертый вход— ,к выходу фазового дискриминатора, отличающий с я тем, что, с целью повышения качества переходных процессов за счет уменьшения бросков тока при переходе от нерегулируемого . к регулируемому режиму работы, в него введены три управляемых ключа и блок пуска, первые два трехфазных входа которого подключены соответст= венно к выходам датчиков фазных токов и напряжений статора, первый выход — к дополнительному входу обратной связи регулятора реактивного тока статора, второй и третий выходы подключены соответственно к входу и выходу регулятора скорости вращения ротора, а четвертЫй и пятый выходы подключены соответственно к входу и выходу пропорционально-интегрального регулятора частоты скольжения, при этом первый управляемый ключ подключен выходами к входу и выходу

1185528 регулятора реактивного тока статора, второй управляемый ключ подключен выходами к входу и выходу пропорционально-интегрального регулятора частоты скольжения, третий управляемый ключ подключен выходами в разрыв цепи между блоком импульсно-фазового управления и преобразователем частоты с непосредственной связью, управляющие выводы управляемых ключей объединены с третьим входом блока пуска, образуя вывод для подключения сигнала пуска, а блок пуска снабжен элементом задержки, ограничителем уровня сигнала, четвертым и пятым управляемыми ключами, источником постоянного сигнала и определителем начального скольжения, входы котороИзобретение относится к электротехнике, а именно к управляемому

\ электроприводу переменного тока на базе асинхронного двигателя с фазным ротором, и может быть использовано в механизмах, требующих высоких динамических свойств и повышенной .надежности, например в горно-металлургической промьппленности при регулировании числа оборотов ротора относительно синхронной скорости питающего поля;

Цель изобретения — повышение качества переходных процессов в электроприводе переменного тока за счет уменьшения бросков тока при переходе от нерегулируемого к регулируемому режиму работы.

На чертеже представлена функциональная схема электропривода переменного тока;

Электропривод содержит асинхронный двигатель 1 с фазным ротором, подключенным к выходам регулируемого источника тока 2, который снабжен последовательно соединенными блоком импульсно-фазового управления 3 и преобразователем частоты с непосредственной связью 4. Регулируемый источник тока 2 содержит также блок датчиков фазных токов 5 ротора,блок компенсации 6 и блок регуляторов 7

5$

2S

30 го образуют первьпЪ и второй входы блока пуска, выход определителя начального скольжения подключен к первому входу ограничителя уровня сигнала, второй вход которого объединен с управляющими входами четвертого и пятого управляемых ключей и соединен с выходом элемента задержки, вход которого образует третий вход блока пуска, при этом выход

l источника постоянного сигнала подключен к одному из выводов четвертоro управляемого ключа, второй вывод которого, два вывода пятого управляемого ключа и два выхода ограничителя уровня сигнала образуют соответственно первый, второй, третий, чет> вертый и пятый выходы блока пуска. фазных токов ротора, подключенные выходами к входам блока импульснофазового управления 3, узел сравнения 8, первая группа фазных входов которого образует управляющие входы регулируемого источника токов 2, вторая группа фазных входов подключена к выходам блока датчиков фазных токов 5 ротора, а выходы подключены к входам блока регуляторов фазных токов 7.

Электропривод переменного тока содержит, кроме того, блок прямого преобразования координат 9, подключенный выходами к управляющим входам регулируемого источника токов 2, блок обратного преобразования координат 10, подключенный входами к выходам датчиков 11 фазных токов статора и к выходам датчиков 12 фазных напряжений статора, формирователь

13 сигналов задания активного и реактивного токов ротора, снабженный регулятором 14 скорости ротора с элементом сравнения 15 на входе, регулятором 16 реактивного тока статора с элементом сравнения 17 на входе, блоком 18 вычисления потокосцепления статора и элементом деления 19, вхоI ды которого подключены соответственно к выходу блока 18 вычисления потокосцепления статора и к выходу

1185528

55 регулятора 14 скорости вращения ротора. Входы блока 16 вычисления поток осцепления статора образуют первые два трехфазных входа формирователя 13 сигналов задания активно- 5 го и реактивного токов ротора, третий и четвертый входы которого образованы соответственно входами обратньгх связей элементов сравнения 17 и 15.

Выходы формирователя 13 сигналов 10 задания активного и реактивного токов ротора образованы выходами регулятора 16 реактивного тока статора и .выходом элемента деления 19.

Электропривод переменного тока 15 содержит, кроме того, фазовый дискриминатор 20, снабженный на выходе про- порционально-интегральным регулятором частоты скольжения 21, к входу которого подключен элемент деле- 20 ния 22. К одному из входов элемента деления 22 подключен элемент сравнения 23, первый вход которого и второй вход элемента деления образуют соответственно первый и второй вхо- 25 ды фазового дискриминатора 20. Третий вход фазового дискриминатора

20 образован вторым входом элемента сравнения 23.

Электропривод переменного тока 3б содержит также формирователь гармонических функций 24, вход которого соединен с выходом фазового дискриминатора 20, а выходы подключены к опорным входам блока прямого преоб35 раз ования координат 9, управляющие входы которого подключены к выходам формирователя 13 сигналов задания активного и реактивного токов ротора. Первый и второй входы фазового 4р дискриминатора 20 подключены к одноименным выходам блока обратного преобразования координат 10, а его третий вход — к соответствующему выходу формирователя 13 сигналов задания активного и реактивного токов ротора, первые два трехфазных входа которого подключены соответственно к выходам датчиков 11 фазных токов статора и к выходам датчиков 12 фазных 5б напряжений статора, третий вход— к одноименному выходу блока обратно1 о преобразования координат 10, а четвертый вход — к выходу фазового дискриминатора 20.

В электропривод переменного тока введены три управляемых ключа 25, 26 и 27 и блок пуска 28, первые два

Ф тр ехфаз ных вхоца которого подключены соответственно к выходам датчиков

11 фазных токов статора и к выходам датчиков 12 фазных напряжений статора, первый выход — к дополнительному входу обратной связи регулятора 16 реактивного тока статора, второй и третий выходы подключены соответственно к входу и вьгходу регулятора

14 скорости вращения ротора, а четвертый и пятый вьгходы подключены соответственно к входу и выходу пропорционально-интегрального регулятора частоты скольжения 21. При этом первый управляемьш ключ 25 подключен выходами к входу и выходу регулятора 16 реактивного тока статора, второй управляемый ключ 26 подключен выходами к входу и выходу пропорционально-интегрального регулятора частоты скольжения 21, третий управляемый ключ 27 подключен выходами в разрыв цепи между блоком импульснофазового управления 3 и преобразователем частоты с непосредственной связью 4, управляющие выводы управ ляемых ключей 25, 26 и 27 объединены с третьим входом блока пуска 28, образуя вывод для подключения сигнала пуска. Блок пуска 28 снабжен элементом задержки 29, ограничителем уровня сигнала 30, четвертым и пятым управляемыми ключами 31 и 32, источником постоянного сигнала 33 и определителем начального скольжения

34, входы которого образуют первый и второй входы блока пуска 28, выход определителя начального скольжения

34 подключен к первому входу ограничителя уровня сигнала 30, второй вход которого объединен с управляющими входами четвертого и пятого управляемых ключей 31 и 32 и соеди нен с выходом элемента задержки 29, вход которого образует третий вход блока пуска 28, при этом выход источника постоянного сигнала 33 подключен к одному иэ выводов четвертого управляемого ключа 31, второй вывод которого, два вывода пятого управляемого ключа 32 и два выхода ограничителя уровня сигнала 30 образуют соответственно первый, второй, третий, четвертый и пятый выходы блока пуска 28.

Электропривод переменного тока работает следующим образом.! 185528

На вход электропривода переменного тока поступает сигнал "Пуск", подаваемый на управляющие входы управляемых ключей 25, 26 и 27 и на вход элемента задержки 29. При этом выход блока импульсно-фазового управления 3 подключается к управляющему входу преобразователя частоты с непосредственной связью 4, а регулятор 16 реактивного тока статора и пропорционально.-интегральный регулятор частоты скольжения 21 подготавливаются к работе.

Элемент задержки 29 определяет время д, в течение которого управляемые ключи 31 и 32 замыкаются.

При этом регулятор 14 скорости вра щения ротора оказывается эакороченным, а к дополнительному входу обратной связи регулятора 16 реактив ного тока статора подключается вы40

Преобразователь частоты с непосредственной связью 4 имеет предельную выходную частоту, меньшую часто- . ты напряжения, подаваемого на статор асинхронного двигателя 1 с фазным ротором. Следовательно, преобразователь частоты с непосредственной связью 4 может подключаться к ротору двигателя только после того, 10 как частота его вращения достигнет значения (Ч ц„ — Чцц„ ), где Чмакс предельная выходная частота преобразователя.

Для качественного подключения преобразователя частоты .с непосред" ственной связью 4 к вращающемуся асинхронному двигателю 1 с фазным ротором необходимо, чтобы в момент подключения вектор выходного напря- 20 жения преобразователя бып сориентирован определенным образом относительно вектора ЭДС ротора. В противном случае при случайной ориентации указанного вектора возможны недопус- 25 тимо большие броски тока в момент подключения преобразователя частоты с непосредственной связью 4 к ротору

Выполнение указанного требования 30 по ориентации векторов связано с реализацией промежуточного синхронного режима работы асинхронного двигателя 1 с фазным ротором с последующим автоматическим переходом к регулируемому режиму работы. ход источника постоянного сигнала 33.

3а время д t асинхронный двигатель

1 с фазным ротором втягивается в. синхронизм, при этом ротор разворачивается таким образом, что вектор тока ротора (он же вектор выходного тока источника регулируемого тока

2) сориентирован по вектору электромагнитного поля двигателя 1. Надежное втягивание двигателя 1 в синхронизм за время ht обеспечивается заданием синхронной частоты тока ротора большей, чем частота скольжения, при которой источник регулируемого тока 2 подключается к ротору, а также увеличенным на интервале времени

gt значением тока ротора. Ток ротора на интервале времени дс задается выходным сигналом регулятора 16 реактивного статора, а выходной сигнал регулятора 14 скорости вращения ротора в это время равен нулю.

Выходной сигнал регулятора 14 скорости вращения ротора задает веичину активного тока i >, который сравнивается на входе элемента сравнения 23 с сигналом фактического значения активного тока Л „, поступающего с выхода блока обратного преобразователя координат 10. В режиме регулирования частоты вращения выходной сигнал элемента сравнения 23 близок к нулю. В указанном режиме пуска в течение времени gt пока регулятор

14 скорости вращения ротора закорочен, выходной сигнал элемента сравнения определяется величиной Хд.

При этом выходной сигнал пропорционально-интегрального регулятора частоты скольжения 21 быстро выходит на ограничение, уровень которого определяется ограничителем уровня сигнала 30, и задает синхронную частоту тока ротора, Значение уровня. ограничения определяется выходным сигналом определителя начального скольжения 34, замеряющего частоту скольжения, при которой произошло подключение к ротору источника регулируемого тока 2.

По окончании времени 0Г. управляемые ключи 31 и 32 размыкаются, дополннтельный сигнал на входе регуля-, тора 16 реактивного тока статора снимается, регулятор 14 скорости вращения ротора вступает в работу, Ф:

1185528 ограничение выходного сигнала пропорционально-инте грального регуля— тора частоты скольжения 21 снимается.

Тем самым осуществляется переход к известному регулируемому режиму работы электропривода переменного тока на базе асинхронного двигателя с фазным ротором. Поскольку к этому моменту вектор выходного тока источника регулируемого тока 2 уже 10 сориентирован необходимым образом, указанный переход осуществляется без аварийных бросков тока и с качественным переходным процессом.

Далее блок регулятора 7 фазных токов 15 ротора обеспечивает соответствие фазных токов ротора сигналам задания, поступающим с выходов блока прямого преобразования координат 9, благодаря большому коэффициенту усиления 20 в контуре фазных токов ротора, что переводит непосредственный преобразователь частоты 4 в режим источника тока.

На управляющие входы блока прямого25 преобразования координат 9 поступают сигналы задания реактивной и активной i д составляющих тока ротора, а на его опорные входы — функции sin f3t eos Д t с выходов формирователя гармонических функций 24, управляемого выходным сигналом Р пропорционально-интегрального регулятора частоты скольжения 21.

Сигнал задания х формируется На З5 выходе регулятора 16 реактивного тока статора, а сигнал задания iay— на выходе элемента деления 19, для которого делимым является выходной сигнал регулятора 14 скорости вращения ротора, а делителем — выходной сигнал блока 18 вычисления потокосцепления статора. Рассогласование сигналов i и 1 д, получаемое на выходе элемейта сравнения 23, поступает в виде делимого на вход элемента деления 22, делителем для которого является сигчал, пропорциональный реактивной составляющей

Л p. poT. поступающий с выхода блока обр атно го пр еобр аз ования координат

10. Выходной сигнал элемента деления 22 пропорционален углу рассогласования между вектором тока ротора и его заданием. Сигнал ЬЫ поступая на вход пропорционально-интегрального регулятора частоты скольжения 21, определяет частоту токов ротора и одновременно используется в качестве сигнала обратной связи регулятора 14 скорости вращения ротора.

Таким образом, введение в электропривод переменного тока управляемых ключей и блока пуска позволяет обеспечить в режиме пуска промежуточный синхронный режим работы асинхронного двигателя с фазным ротором, благодаря чему переход от нерегулируемого к регулируемому режиму работы осуществляется с более высоким качеством переходных процессов в сравнении с известным решением.

11855?8

Составитель А. Жилин

Редактор В. Ковтун Техред О. Вашишина Корректор E. Рошко

Заказ 6433/55 Тирах 645 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. У кгород, ул. Проектная, 4 о