Устройство для управления асинхронным двигателем

 

УСТРОЙСТВОдля УПРАВЛЕНИЯ АСЙНХРОННЬМ ДВИГАТЕЛЕМ, содержащее инвертор напряжения, предназначенный для подключения к асинхронному двигателю, измеритель реальной скорости вращения двигателя, выход которого под1шючен к первому входу первого блока сравнения, второй вход которого подключен к блоку задания скорости, а выход блока сравнения через нелинейный блок подсоединен к блоку суммирования, второй вход которого соединен с измерителем фактической скорости вращения двигателя , блок регулирования напряжения и частоты, связанный с инвертором , и второй блок сравнения, отличающееся тем, что, с целью повьшения равномерности частоты вращения, блок регулирования напряжения и частоты составлен из двух блоков формирования абсолютного значения отклонения скорости дискриминатора полярности, преобразователя напряжение - частота, трехфазного кольцевого счетчика, перво- , го и второго умножителей, блока измерения напряжения, выполненного в виде последовательно соединенных усилителя КС-фильтра и вьшрямителя, соединенного с выходом инвертора, генератора пилообразного напряжения и широтно-импульсного модулятора, составленного из трех компараторов, первые входы которых соединены с генератором пилообразного напряжения , а выход через блоки синхронизации - с управляющими входами инверс S тора, при этом выходы первого и второго формирователей абсолютного зна (Л чения отклонения скорости соединены с с входами первого умножителя, выход которого соединен с вторым блоком сравнения, второй вход которого соединен с выходом блока измерения напряжения , выход второго блока срав- , нения связан с входом второго умножителя , выходы которого подсоединены к вторым входам трех компараторов, а вход второго умножителя через кольцевой счетчик соединен с преобразователем напряжение - частота, вход которого через второй блок формирования абсолютного значения отклонения скорости соединен с выходом блока суммирования, к которому через дискриминатор полярности подсоединен вход кольцевого счетчика, вход первого блока формирования абсолютного значения отклонения скорости соединен с выходом нелинейного блока.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (1) Н 02 Р 7

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ ГЕ

Н ПАТЕНТУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2836789/24-07 (22) 02. 11. 79 (31) 136069/78 (32) 04. 11.78 (33) JP (46) 15.1 1,85. Бюл. У 42 (71) Фудзицу Фанук Лимитед (JP) (72) Сигеки Кавада, Хироси Исида и Птака Коиваи (ЛР) (53) 362.83:621.313.333(088.8) .(56) Труды ВНИИЭМ. Том 41, 1974, с. 242, рис. 48.

Патент Великобритании 9 1.120 ° 477, кл. Н 02 P 7/42, 1968. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ

АСИНХРОННЫМИ ДВИГАТЕЛЕМ, содержащее инвертор напряжения, предназначенный для подключения к асинхронному двигателю, измеритель реальной скорости вращения двигателя, выход которого подключен к первому входу первого блока сравнения, второй вход которого подключен к блоку задания скорости, а выход блока сравнения через нелинейный блок подсоединен к блоку суммирования, второй вход которого соединен с измерителем фактической скорости вращения двигателя, блок регулирования напряжения и частоты, связанный с инвертором, и второй блок сравнения, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения равномерности частоты вращения, блок регулирования напряжения и частоты составлен из двух блоков формирования абсолютного значения отклонения скорости дискриминатора полярности, преобразо-, вателя напряжение — частота, трехфазного кольцевого счетчика, перво-, го и второго умножителей, блока измерения напряжения, выполненного в виде последовательно соединенных усилителя RC-фильтра и выпрямителя, соединенного с выходом инвертора, генератора пилообразного напряжения и широтно-импульсного модулятора, составленного из трех компараторов, первые входы которых соединены с генератором пилообразного напряжеГ ния, а выход через блоки синхронизации — с управляющими входами инвертора, при этом выходы первого и второго формирователей абсолютного значения отклонения скорости соединены с входами первого умножителя, выход которого соединен с вторым блоком сравнения, второй вход которого соединен с выходом блока измерения напряжения, выход второго блока сравнения связан с входом второго умножителя, выходы которого подсоединены к вторым входам трех компараторов, а вход второго умножителя через кольцевой счетчик соединен с преобразователем напряжение — частота, вход которого через второй блок формирования абсолютного значения отклонения скорости соединен с выходом блока суммирования, к которому через дискриминатор полярности подсоединен вход кольцевого счетчика, вход первого блока формирования абсолютного значения отклонения скорости соединен с выходом нелинейного блока.

1192641

Изобретение относится к электротехнике, а точнее к частотно-регулируемому асинхронному электроприводу, и может найти применение в механизмах с большим диапазоном регулирования скорости.

Известно устройство для управления асинхронным двигателем, содержащее усилитель мощности, выходы которого предназначены для подключения к дви-10 гателю, датчик частоты вращения, выход которого через преобразователь частота — напряжение соединен с блоком суммирования, второй вход которого подключен к задатчику абсолютного 15 скольжения, выход через задающий генератор частоты соединен с управляющим входом усилителя мощности (1) .

Известное устройство обеспечивает широкий диапазон регулирования часто-20 ты вращения, но не обеспечивает высокой равномерности вращения в области низких частот вращения.

Наиболее близким к изобретению является устройство для управления 25 асинхронным двигателем, содержащее инвертор напряжения, предназначенный для подключения к асинхронному двигателю, измеритель фактической скорости вращения двигателя, выход щ0 которого подключен к первому входу блока сравнения, второй вход которого подключен к блоку задания скорости, а выход блока сравнения через нелинейный блок подсоединен к блоку суммирования, второй вход которого соединен с измерителем фактической скорости вращения двигателя, блок регулирования напряжения и частоты, содержащий датчик тока, задатчик и 40 блок сравнения (2j .

Однако и данное устройство не обеспечивает высокой равномерности вращения, так как форма волны напряжения переменного тока на выходе инвертора не является точно синусоидальной.

Цель изобретения — повышение равномерности частоты вращения во всем диапаздне изменения момента нагрузки.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для управления асинхронным двигателем, содержащем инвертор напряжения, к выходу которо- 5 го подключен асинхронный двигатель, измеритель реальной скорости вращения двигателя, выход которого подключен к первому входу первого блока сравнения, второй вход которого подключен к блоку задания скорости, а выход блока сравнения через нелинейный блок подсоединен к блоку суммирования, второй вход которого соеди- нен с измерителем фактической скорости вращения двигателя, блок регулирования напряжения и частоты, связанный с инвертором, и второй блок сравнения, блок регулирования напряжения и частоты составлен из двух блоков формирования абсолютного значения отклонения скорости дискриминатора полярности, преобразователя напряжения — частота, трехфазного кольцевого счетчика, первого и второго усилителей, блока измерения напряжения, выполненного в виде последовательно соединенных усилителя, RC-фильтра и выпрямителя, соединенного с выходом инвертора, генератора пилообразного напряжения и широтноимпульсного модулятора, составленного из трех компараторов, первые входы которых соединены с генератором пилообразного напряжения, а выходы через блоки синхронизации — с управляющими входами инвертора, при этом выходы первого и второго формирователей абсолютное значение отклонений скорости соединены с входами первого умножителя, выход которого соединен с вторым блоком сравнения, второй вход которого соединен с выходом блока измерения напряжения, выход второго блока сравнения связан с входом второго умножителя, выходы которого . подсоединены к вторым входам трех компараторов, а вход второго умножителя через кольцевой счетчик соединен с преобразователем напряжение— частота, вход которого через второй блок формирования абсолютного значения отклонения скорости соединен с выходом блока суммирования, к которому через дискриминатор полярности подсоединен вход кольцевого счетчика, вход первого блока формирования абсолютного значения отклонения скорости соединен с выходом нелинейного блока.

На фиг. 1 приведено устройство для управления асинхронным двигателем; на фиг. 2 — временные диаграммы его работы.

Устройство для управления асинхронным двигателем содержит трехфаз1192641 ньп» источник 1 переменного тока, которьп» подключен к двухполупериодному . выпрямителю 2, выход которого соединен с инвертором 3 напряжения. К выходу инвертора .3 подключен асинхронный двигатель 4, на валу которого установлен измеритель 5 реальной ско рости вращения двигателя. Блок 6 задания скорости соединен с первым блоком 7 сравнения, второй вход ко- 10 торого подключен к измерителю 5 реальной скорости вращения. Выход первого блока 7 сравнения соединен через нелинейный блок 8 с блоком 9 суммирования. Блок 10 является блоком 15 формирования сигнала абсолютного значения отклонения скорости, блок 11 блоком формирования сигнала абсолютного значения отклонения скорости от результата суммирования блока 9, 20 а блок 12 является дискриминатором полярности сигнала блока 9 суммирования. Выход блока 9 суммирования через блок 11 подсоединен к преобразователю 13 напряжение — частота, 25 выход которого соединен с трехфазным кольцевым счетчиком 14, второй вход которого соединен с выходом блока 12.

Блок регулирования напряжения и

30 частоты инвертора 3, кроме указанного преобразователя 13 напряжение— частота, кольцевого счетчика 14, содержит первый умножитель 15, блок измерения напряжения, состоящий из выпрямителя 16, RC-фильтра 17 и усилителя 18. Кроме того, в блок регулирования входит усилитель 19, второй блок сравнения 20, второй умножитель 21, генератор пилообразного напряжения 22, широтно-импульс40 ный модулятор, состоящий из трех компараторов 23 и блоков синхронизации 24-29, выходы которых соединены с управляющими входами инвертора 3.

При этом выход трехфазного кольцевого счетчика 14 соединен с первыми входами второго умножителя 21, второй вход которого соединен через усилитель 19 с выходом сумматора 20, пер50 выи вход которого соединен с блоком измерения напряжения, а второй — с выходом первого умножителя 15, входы которого через блоки 10 и 11 соединены соответственно с нелинейным блоком 8 и с выходом блока 9 сумми55 рования.

Трехфазный источник 1 переменного тока подает синусоидальный, трех<раэ»»ь»»» переменньп» ток на двухполупериодный выпрямитель 2, состоящий из диодов, который вырабатывает напряжение постоянного тока. Иннертор 3, состоящий из силовых транзисторов и диодов, получает выпрямленное напряжение от выпрямителя 2 1» преобразует это напряжение в трехфазное напряжение переменного тока, которое имеет ступенчатую, близкую к сипусоидальной, форму напряжения, эффективное значение которого можно изменять управлением двухпозиционной синхронизацией с»»ловь»Х транзисторов. Трехфазный асинхронный двигатель 4 имеет вал, на которол» установлен измери— тель 5 скорости реальной, например тахометр, причем последний вырабатывает аналоговое напряжение, пропорциональное скорости вращения »» двигателя. Блок 6 задания скорости подает на первый блок 7 сравнения аналоговое напряжение, пропорциональное скорости и„, блок 7 сравнения вырабатывает выходное напряжение, пропорциональное отклоне»и»ю (n -и) меж(; ду заданной скоростью и реальной скоростью.

Нелинейньп» блок 8 включает усилитель ошибки, имеющий характеристику первоначальной задержки или цепи ограничения.

Блок 9 суммирования предназначен для суммирования реальной скорости и сигнала с выхода блока 8.

Блок 10 формирования абсолютного значения производит выходной сигнал, представляющий абсолютное значение отклонения скорости (n n), а блок 11 абсолютного значения производит выходной сигнал, представляющи»» абсолютное значение сигнала скорости, полученного в блоке 9 суммирования.

Преобразователь 13 напряжение — частота выдав»;, почку импульсов, час— тота которь»х пропорциональна напряжению, подаваемому блоком 11 формирования абсолютного значения. Кольцевой счетчик 14 имеет три состояния триггера, которые вырабатывают трехфазные прямоугольные сигналы АБ, RS и CS„ последовательно сдвинутые по фазе на 2и/3 (фиг. 2). Направление фазы вращения трехфазных прямоугольных сигн;»лов ЛЯ,BS, CS определяется выходом дискриминатора 12 полярности. . 1926

Первый умножитель 15 умножает значение отклонения скорости (n -n)

I с на вьгход (n ) блока 11 и выдает выс ! ходное напряжение и (и -и), соответствующее отклоне нию скорости 5

1 и сигналу скорости пс Двухполупериодный выпрямитель 16 выпрямляет трехфазное напряжение переменного тока, получаемое от инвертора 3.

Фильтр нижних частот, содержащий ре- 10 зисторы и конденсатор, осуществляет сглаживание пульсаций выпрямленного напряжения постоянного тока, подаваемого выпрямителем 16. Второй умножитель 21 умножает прямоугольные сигнаI лы AS BS, CS на выходе усилителя 19 и выдает трехфазйые прямоугольные ,! с сигналы AS, BS, С$, амплитуды которых соответствуют отклонению скорости и сигналу скорости. 20

Генератор 22 пилообразного напряжения вырабатывает пилообразный сигнал STS с периодом, значительно меньI шим, чем у сигналов AS, BS, С$

Три компаратора 23 сравнивают ампли- 25 туды пилообразного сигнала и сигналов AS BS CS и каждый вырабатыI ( вает выходной сигнал. Другими словами, генератор 22 пилообразного напряжения, умножитель 21 и три компара- З0 тора 23 составляют цепь модулятора шириньч импульсов, предназначенного для управления фазой сигналов АРМ, ВРМ, СРИ (фиг. 2), которые соответственно состоят из сигналов AS

I I

BS CS после их модулирования по ширине импульса в соответствии с их амплитудами. Выходы блоков 23 через блоки 24-29 синхронизации подают свои выходные сигналы на соответст- 40 вующие базы силовых транзисторов инвертора 3.

Устройство работает следующим образом.

Если асинхронный электродвигатель 4 вращается при указанных условиях, то изменение нагрузки вызывает изменение реальной скорости и двигателя. Предположим, что нагрузка увеличилась, вызвав падение скорости и. Реальная скорость п определяется тахометром 5, вырабатывающим выходное напряжение, пропорционально ей. Блок 7 сравнения определяет разность между заданной скоростью п выдаваемой блоком 6 задания скорости, и сигналом реальной скорости двигателя п, подаваемом тахометром„ и

41 е вырабатывает выходной сигнал, представляющий разность n -n. Этот сигнал подается на нелинейный блок 8, так как блок 8 содержит ограничитель, то его выход представляет отклонение скорости и -и, если отклонение скорости мало. Однако, если отклонение скорости велико, то выход блока 8 выдает К(п -n), где К 1. Этот сигнал складывается со значением реальной скорости в блоке 9 суммирования, чей выход, а именно сигнал скорости .п эквивалентен заданной скорости п, если выход блока 8 равен n --n, или . значению n+K(nI.-п),если выход блока

8 равен К (n;n). Значение n+K (n -n) получается путем сложения предпйсанного количества К(пg n) и реальной скорости и и служит для постепенного увеличения или уменьшения реальной скорости двигателя 4, . когда отклонение скорости велико, до тех пор, пока реальная скорость не достигнет значения заданной скорости и . Здесь предполагается, что выход сумматора 9 является и

Заданная скорость пс подается на блок 11 формирования абсолютного значения и дискриминатор 12 полярности, который обрабатывает сигнал, разделяя его на сигнал абсолютного, значения и сигнал направления вращения RDS. Сигнал абсолютного значения п подается на преобразователь 13 напряжение — частота, преобразующий его в последовательность импульсов ЕР, частота которых пропорциональна ему (фиг. 2). Кольцевой счетчик 14 получает сигнал направления вращения RDS, выдаваемый дискриминатором 12 полярности, и последовательности импульсов бт преобразователя 13 и вырабатывает трехфазные прямоугольные сигналы AS, BS, CS, которые помимо их фиксированного амплитудного значения пропорциональны по частоте заданному сигналу пс и представляют предписанные направления вращения фазы. Сигналы AS, ВЗ, CS в свою очередь подаются на второйумножитель 21.

В это время сигнал отклонения скорости, выданный блоком 8, преобразуется в сигнал абсолютного значения отклонения скорости блоком 10.

Этот сигнал, а именно и -п, вместе с сигналом абсолютного значения и из блока 11 используется для осущест.вления управления. К этому време7 1 t 92641 8 ни сигналы и -и и и уже перемножес с фазой пропорциональны отклонению сконы в первом умножителе !5, выраба- рости и -и и заданной скорости и тывающем управляющий сигнал, величис ° потому что амплитуда каждого из сиг- на которого является произведением лл налов АВ, ВЯ, CS пропорциональна (пс-n)- n, выдаваемым первым умнодого из сигналов АРМ, ВРМ, СРИ упвращаться ниже заданной скорости и равления фазой пропорциональна запредписанного отклонения скорости, данной скорости пс, так как частота и увеличение нагрузки увеличит от-! сигналов AS, BS u CS пропорциончльклонение скорости, а тем самым, и амплитуду сигнала CCS. Селекторы НЕТ вЂ” НЕТ в блоках

Параллельно с работой предыдущей 24-29

3 синхронизации используют сигнацепи трехфазное напряжение перемен- лы APM BPM СРИ п ав ного ток U V Ч лы, М, СРИ управления фазой ного тока ного ток ц 1 Ч щв и Ч от епи для выработки синхронизирующих сиг инвертора 3 выпрямляется двухполу- !5 налов АРИ, APM, BPM, ВРИ, CPM, CPM периодным выпрямителем 16. RC-фильтр . 17

° для управления работой транзисторов

7 сглаживает пульсации напряжения в инверторе 3. Эти синхронизирующие постоянного тока и вырабатывает налы синхронизируют последователь общей ошибке происходящей колебаний на пряжения в источнике 1

20 происходит формирование ступенчатого и ошибки в системе п

УпРавлениЯ фазой, Ч Ч иг напряжения переменного тока V><, (фи . ). Эти трехфазHMe сравнения обрабатывает управляющий напряжения V V .V подаются сигнал CCS u ляющии как первоначальное напряжение на и напряжение постоянного 25 двигатель 4 и сл тока вь аб т ь и служат для управле, а, выра атываемое фильтром. 17, ния его ск р т . Кр . того, э— о скоростью. Кроме того, э— и вычисляет их разность. Другими фективное значен ие этих трехфазных словами, сигнал СС$ корректируется напряжений пропорционально отклонев соответствии с ошибкой, вызываемой нию скорости (и -и) и заданной скоколебаниями напряжения, и с ошибкой рости пс, а первоначальная частота в системе управления фазой. Ско екрр — пропорциональна заданной скорости тированный сигнал CCS подается на

Э т. е. с. бурость двигателя 4 ег ли умножитель 21 через усилитель 19 ко- ется р улируУ торы, поскольку он получает AS, В$ CS н ум ожает эти сигналы на сиг- Описанная опе а и нал CCS

35 ая операция повторяется нал, вырабатывая трехфазные пря- до тех пока ока отклонение между реальмоугольные сигналы А$, BS, СЯ соот- ной скорос

1 ой скоростью и заданной скоростью ветствующие по амплитуде сигналу от- не достигнет пр т предписанной величины. клонения скорости (n -n) и заданной с е того эффективные значения скорости (и ), а по частоте — про- трехфазных напРяжен

40 ж нии переменного порциональны сигналу п . тока V V

М Ч Ч Ф Ч ЧЧЧ зависят от

Компараторы 23 соответственно отклонения скорости и --и. К роме того, сравнивают пиковые значени отклонение скорости п ибл р изительно

АЯ, ВЯ С$ с я сигналов п о р порционально степени колебания с амплитудой пилообраз- нагрузки. Таким об ного сигнала STS вь в выдаваемого генера- ная скорость падает т.е. тором 22 пилообразного си . К ь" о сигнала. Каж- ско я скорость падает, т.е. отклонение д m компаратор приспособлен для вырао си . К вЂ” рости и -n возрастает за счет веУ ботки логического вых 3, личения нагрузки эффе фф ктивное знаплитуда си AS В ода,если ам- чение пе вон сигналов, BS, CS боль- V, V Ч р начального напряжения ше, чем амплитуда б да пилоо разного сиг- за счет

0v yvl Vwv становится больше, нала Т аким о разом, три компа ато а б, р чет чего увеличивается вырабатыаратора ваемый вращающий момент. С д гой

23 вырабатывают сигналы управления стороны если е фазой АРМ ВРМ СРМ

У Э трех фаз, сигнания стороны, если реальная скорость увеличиваетея или отклонение сКопосТН лы модулируются в соответствии с уменьшается за счет снижения наг замплитудой каждого прямоугольного сиг.55 ки э екти агрузнала APM ВРИ CPM г ки, эффективное значение этого первоЭ Э

Отметим, что зна- начального напряжения становится чения эффективного напряжения кажд— го сигнала АРИ, BPM CPM и ав ,о- меньше, за счет чего чет чего уменьшается управления вращающий момент.

1 192641

1О

Лналогично устройство работает при изменении моментов нагрузки и запуска двигателя.

I !

Таким образом, в соответствии с изобретением индуктивный электродвигатель, управляемый изменением напряжения и изменением частоты, может плавно вращаться даже на низкой частоте и при малой нагрузке. Это возможно потому, что вырабатываемый вращающий момент и пульсация вращающего момента во время уменьшения нагрузки минимизируется за счет того, что эффективное значение напряжения становится меньше. С другой стороны, большое отклонение скорости, вызываемое увеличением нагрузки, сопровождается увеличением эффективного значения, что немедленно ведет к

10 выработке большого вращающего момента.

1192641

Ы

CS 2

5S е

CS Ж

8rS 3

АРй и

ЬРМ к

СРМ л vv vw Н

Составитель В. Тарасов

Редактор M. Келемеш Техред Л.Микеш Корректор С. Лекмар

Заказ 7184/62 Тираж 645 Подписное

BHHHIIH 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