Устройство для регулирования асинхронного двигателя

 

Изобретение позволяет повысить точность регулирования скорости и уменьшить электромагнитные потери асинхронного двигателя. Устройство для регулирования асинхронного двигателя содержит последовательно соединенщзш регулируемый выпрямитель, дроссель, инвертор , датчик тока и асинхронньШ двигатель , последовательно соединенные задатчик скорости, усилительограничитель , интегратор задатчика частоты и блок управления инвертором . Кроме того, содержит блок управления выпрямителем, связанный с датчиком тока и с усилителемограничителем , задатчик потокосцепления , соединенный через регулятор потокосцепления (РПС) с моделирующим блоком (МБ), входы которого связаны с датчиком тока и через датчик ЭДС - с датчиком напряжения . Входы интегратора задатчика частоты связаны с выходом РПС и § выходом МБ, Положительный эффект достигаетсяза счет того, что МБ (Л формирует .мгновенные расчетные значения скольжения, скорости и проекции вектора потокосцепления ротора, которые в РПС сравниваются с заданными , и полученным сигналом через интегратор задатчика частоты изме- ; tN5 няет параметры вращения двигателя. О ND 3 ил.

„„Я0„„1202006

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 Н 02 Р 7/42

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО,ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3636251/27-07 (22) 03;06.83 (46) 30.12.85. Бюл. У 48 (» ) Отдел энергетической кибернетики АН МССР (72) IO.À. Дмитренко, Е.А.Маранец, Г.Я.Вехтер и В.И.Любицкий (53) 621.313.333.072.9(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N- 838997., кл. Н 02 Р 7/42, 1981.

Эпштейн И.И.Автоматизированный электропривод переменного тока.

N.: Энергоатомиздат, 1982, с. 136 рис. 5.22. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ

АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ. (57) Изобретение позволяет повысить точность регулирования скорости и уменьшить электромагнитные потери асинхронного двигателя.

Устройство для регулирования асинхронного двигателя содержит последовательно соединенные регулируемый выпрямитель, дроссель, инвертор, датчик тока и асинхронный двигатель, последовательно соединенные задатчик скорости, усилительограничитель, интегратор задатчика частоты и блок управления инвертором. Кроме того, содержит блок управления выпрямителем, связанный с датчиком тока и с усилителемограничителем, задатчик потокосцепления, соединенный через регулятор потокосцепления {РПС) с моделирующим блоком (МБ), входы которого связаны с датчиком тока и через датчик ЭДС вЂ” с датчиком напряжения. Входы интегратора задатчика частоты связаны с выходом РПС и выходом МБ, Положительный эффект достигается за счет того, что МБ формирует .мгновенные расчетные значения скольжения, скорости и проекции вектора потокосцепления ротора, которые в РПС сравниваются с заданными, и полученным сигналом через интегратор задатчика частоты изменяет параметры вращения двигателя.

3 ил.!

202006 2

Изобретение относится к управлению электрическими машинами и может быть использовано. для частотного управления асинхронных двигателей, в которых по условиям эксплуатации невозможна установка датчиков магнитного потока и частоты вращения двигателя.

Цель изобретения — повышение точности регулирования скорости вращения асинхронного двигателя и уменьшение электромагнитных потерь.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства для регулирования асинхронного двигателя, на фиг.2регулятор потокосцепления, на фиг. 3 — функциональная схема моделирующего блока.

Устройство для регулирования асинхронного двигателя содержит последовательно соединенные регулируемый выпрямитель 1, дроссель 2 и автономный инвертор 3 тока, выход которого подсоединен к двигателю 4, последовательно соединенные задатчик 5 скорости, усилитель-огра! ничитель 6, имеющий второй вход 7, интегратор 8 задатчика частоты с тремя входами 9, 10 и 11 и блок 12 управления автономным инвертором, выход которого подключен к управляющему входу автономного инвертора

3, блок 13 управления выпрямителем с двумя входами 14 и 15, первый вход 15 которого соединен с датчиком 16 тока, датчик напряжения, выход 17 которого и выход датчика

16 тока соединены с датчиком 18 ЗДС, задатчик 19 потокосцепления, выполненный в виде двух функциональных преобразователей 20, 21 первый из которых реализует симметричную функцию типа насыщения, а второй

2! — функцию типа арктангенс, и они образуют первый 22 и второй 23 выходы задатчика потокосцепления, ре- гулятор 24 потокосцепления имеет четыре входа 25, 26, 27, 28 и выход

29, первый вход 25 связан с первым выходом 22 задатчика 19 потокосцеп,ления.

Задатчик 19 потокосцепления (фиг. 2) выполнен на базе двух сравнивающих усилителей 30, 31 и сумматоре 32, входы первого сравнивающего усилителя 30 образуют первый

25 и второй 27 входы регулятора потокосцеплеиия, входы второго усилите ля 31 †. соответственно третий 26 и четвертый 28 входы регулятора потокосцепления, выходы усилителей 30 и 31 подключены к сумматору 32, выход которого 22 подключен к второму входу 10 интегратора 8.

Моделирующий блок 33 имеет три входа 34, 35, 36 и четыре выхода

37, 38, 39, 40. Первый вход 35 моделирующего блока соединен с выходом датчика 18 ЭДС, второй вход 34— с выходом датчика тока, третий 36— с выходом интегратора 8 задатчика частоты

15 дам шестого 47 и четвертого 44 сумматоров, выход последнего соединен с входом второго 46 сумматора, третий вход 36 моделирующего блока соединен с третьим сумматором 49, выход которого подключен к третьему

55 выходу 39 моделирующего блока и к выходам третьего 53 и четвертого

52 множителей, выходы которых соединены соответственно с входами второго 46 и шестого 47 сумматоров, выход первого 45 сумматора подключен к входам четвертого 44 и пятого 48 сумматоров, выход третьего 43 интегратора соединен с чет. вертым 40 выходом моделирующего блока, с входами первого 50 и четвертого 52 множителей и пятого сумматора 48, выход последнего подключен к входам третьего 43 инI

Моделирующий блок (фиг. 3) выполнен в виде модели роторной цепи, включающей три интегратора 41, 42 и 43, шесть сумматоров 44-49, 20 четыре множителя 50-53 и двуполярный релейный элемент 54. При этом

I первый вход 35 моделирующего блока соединен с последовательной цепью — первый 45 и второй 46 сумматоры, релейный элемент 54 и первый интегратор 42, выход которого подключен к второму 38 выходу моделирующего блока, к входу третьего 49 сумматора и к входам первого 50 и второго 51 множителей, выходы которых соединены соответственно с входами четвертого 44 .и пятого 48 сумматоров, второй 34 вход моделирующего блока последовательно соединен с четвертым 44 сумматором и вторым 41 интегратором, выход которого подключен к первому

37 выходу моделирующего блока, к входу второго множителя 51, к вхо1202006

К pr p Tp c ((,)

Рд

1о Р л

Po Y P тегратора и третьего 53 множи.теля, Выход усилителя-ограничителя 6 подключен к входу задатчика 19 потокосцепления и к второму входу 14 блока 13 управления выпрямителем, входы регулятора 24 потокосцепления соединены, третий 26 — с вторым выходом 23 задатчика потокосцепления, четвертый 28 — с четвертым

40 выходом моделирующего блока 33; выходы моделирующего блока 33 подключены: второй 38 — к третьему входу 11 интегратора 8 задатчика частоты, третий 39 — к второму входу 7 усилителя-ограничителя 6, Функциональные преобразователи

20 и 21 реализуют задания по проекциям вектора потокосцепления ротора

Po"р" р р 1с(о) (2)

Ч 1+р, г в зависимости от величины /3, — постоянной составляющей скольжения, В формулах (1), (2) г, Т

К вЂ” сопротивление, постоянная времени и коэффициент связи роторной цепи, i (P ) — зависимость тока от скольжения для оптимального энергетического режима, Графически зависимость (1) имеет вид симметричной функции типа насыщения, а зависимость (21 имеет вид функции типа арктангенс, с учетом знака "минус" зеркально повернутой относительно оси абсцис, В спуско-тормозном режиме устройство для регулирования асинхронного двигателя, работает следующим образом.

Моделирующий блок 33 по сигналам с интегратора 8 задатчика частоты и с датчиков тока 16 и ЭДС 18, соответствующим переменным ас, i „ e„„ формирует мгновенные расчетные знал л чения скольжения Р, скорости 3 и л л проекций 1, Р вектора потокосцепления ротора.

Если напряжение обратной связи л по скорости 1, поступающее на вход

7 усилителя-ограничителя 6, отлича- ется от напряжения 1 с задатчика

5 скорости, на выходе успшп еля-ог-раничителя 6 формируется напряжение рассогласования(1 - )К, (K=const, которое принимается в качестве по.стоянной составляющей скольжения (Этот сигнал, поступая на второй вход 14 блока управления выпрямителем, участвует в формировании задания i (P ) по току. В блоке .%

13 управления выпрямителем с учетом напряжения обратной связи по току, подаваемому на его вход 1S, в результате действия регулятора тока вырабатывается напряжение, воздействующее на выпрямитель таким образом, что обеспечивается отработка задания по току (/3 ). В регуляторе 24 потокосцепления на сравнивающих усилителях 30 и 31 произвоА дится вычитание сигналов у g и ;, а на сумматоре 32 формируется корректирующее воздействие

l Ф л

V гЬ(р - М)+P<(y1,— yр » r e (<>,p =const), которое при суммированйи с Р, обуславливает такую частоту вращения вектора тока статора, при которой вектор потокосцепления ротора приближается к его требуемому значению ( задаваемому проекциями

На входе интегратора 8 происходит вычисление отклонения текущего значения скольжения от задания по этой величине, представляющего собой сумму

p =p.+v.

При поступлении на вход интегратора 8 отклонения 6(3 он осуществляет функцию регулятора скольжения и.формирует частоту таким образом, чтобы отрабатывать задание по скольжению. Блок 12 управле- . ния инвертором по сигналу формирует импульсы отпирания тиристоров инвертора. В результате изменяется частота вращения двигателя 4 до ф установления заданной величины и заданного скольжения P, при этом ток двигателя поддерживается равным заданному значению ;(P.). Одновременно происходит процесс установления величины и направления вектора потокосцепления ротора в соответствии с заданными проекциями

1 вектора потокосцепления ротора (У 1п °

Д л 1 л л л IP Pä 9YPq Ь " 1 P |: (3)

Д л л л 1 л риац= рд т р " (4)

Р.где Т

Г постоянная времени роторной цепи, коэффициент связи роторной цепи, омичвское сопротивление ротора, коэффициенты обратной связи отклонение реальной ЭДС, от расчетной величины определяемой формулой

К

Г

Г

6fr

ЭДС Е„, л л л

1о-K„— y .)

Сумматор 44 и интегратор 41 реализуют формулу (3), а сумматор 48 и интегратор 43 — формулу {4) . Ha вход сумматора 44 поступают сигнал от входной клеммы 34, сигнал отклонения Е от сумматора 45, сигнал л с выхода интегратора 41 и сигP л нал произведения Pg, вычисленный множителеи 50. На выходе интегратора 41 фориируется сигнал, пропорциональный проекции потокосцепления Р,1. На вход сумматора 48 поступают сигнал отклонения ц от сумматора 45, сигнал g P< c выхода интегратора 43 и сигнал произведения p y < с выхода множителя

Pá

51. На выходе интегратора 43 получается сигнал, пропорциональный проекции потокосцепления

Множитель 52 формирует произл л л ведение,1 из сигнала Lf р, поступающего с выхода интегратора 43.

Сумматор 47 вычисляет расчетное значение ЭДС Ец в соответствии с формулой (5). Йа вход сумматора 47

5 1 Моделирующий блок 33 (фиг. 3) представляет собой модель роторной цепи и формирует расчетные мгновенл ные величины скольжения р. частоты вращения, проекций вектора л л потокосцепления ротора „,1. и в системе координат, связанной с векторами тока статора. л. л

° Величины л1 и (., вычислЯютсЯ на основе управлений звена потокосцепления асинхронного двигателя, которые представлены следующими уравнениями:

202006

50.10

45 поступают сигнал произведения 4, л l и сигнал у .1 с выхода интегратора

41. Расчетный сигнал по частоте вращения определяется по формуле

) = (6) которая реализуется на сумматоре

49, где происходит вычитание сигнала управления частотой вращения двигателя, поступающего с входной ... л клеммы 36, и расчетного сигнала 3 по скольжению, поступающего с выхода интегратора 42. л

Расчетный сигнал р по скольжению.формируется на выходе интегратора 42 и вводится в модель роторной цепи в виде переменной, соответствующей реальному скольжению. л

Если сигнал соответствует реальному скольжению, то и расчетные сигналы, пропорциональные проекциям л л потокосцепления ротора у 1и, у будут равны действительнйм значениям,1 и . Тогда отклонение по ЭДС Е> на выходе сумматора 45 л будет равно нулю, и сигнал р на выходе интегратора 42 не будет изменяться, т.е. в установившемся режиме сигнал р на выходе интегратора 42 можно принять за мгновенное значение скольжения. Если о1клонение 1ö по ЭДС на,выходе сумматора 45 не равно нулю, то схема идентификатора, рассчитанная из условия устойчивости, обеспечивает стремление отклонения цк нулю.

С точки зрения динамики схема моделирующего блока может быть представлена последовательным соединением колебательного и интегрирующего звеньев. Поэтому, при линейной коррекции по отклонению процесс установления скольжения характеризуется колебательностью. Для устранения колебательности вводится релейный элемент 54. На его вход поступает величина 8е — функция переключения, определяемая по формуле л

5 — Ео+Р Ь {7) где С =const — коэффициент пропорциональности.

Величина 3Еи /И определяется по формуле

7 1

Подставляя в формулу (8) значение

gu по формуле (5) получим

3 1 3 1 — 64= — Bu-

М И т at БГЧ

Учитывая,что величины 3„,4,изменяются значительно медленнее, чем про цесс в моделирующем блоке 33, допустимо считать их постоянными, тогда формула (7) с подстановкой величины

33„/ Й примет следующий вид:

Д л л <) л

5 --Ku — — y -Ku4 — y +Реево. (10)

gq д Й Ig

Р

На вход сумматора 46 поступают сигнал lu с сумматора 45, сигналд /

/$4 с вхора интегратора 43, произведение q J y > /оt с выхода множителя

53, причем величина d «/й получает ся на входе интегратора.

Релейный элемент при поступлении на его вход величины 5< положительного знака формирует иа выходе положительный сигнал 0 =+ 0О, при 5@ отрицательном на выходе формируется отрицательный сигнал 0 =- И .

Данное устройство, несмотря на отсутствие датчика частоты враще; ния двигателя, косвенно определяет с помощью моделирующего блока мгновенные значения скольжения и частоты вращения двигателя, а также проекции вектора потокосцепления ротора, и регулирует эти параметры.

При этом образованный в регуляторе скольжения сигнал Ж управления с учетом корректирующего воздействия, которое определяется по заданным и расчетным проекциям вектора потокосцепления ротора и сигналу /3О, позволяет регулировать частоту вращения, скольжение двигателя и веЛичину и направление вектора потокосцепления ротора.

Рассмотренное устройство для регу лирования асинхронного двигателя обеспечивает по сравнению с известным высокую точность регулирования частоты вращения двигателя при изменении момента нагрузки и регулирование величины и направления век тора потокосцепления ротора при переходном процессе, которое путем устранения колебательности процесса установления потокосцеплеиия уменьшает электромагнитные потери в двигателе, Погрешность по частоте вращения составляет не более

202006 8

35

Устройство. для регулирования асинхронного двигателя, содержащее последовательно соединенные регули4О руемый выпрямитель, дроссель и автономный инвертор тока, выход которого предназначен для подключения к асинхронному двигателю, последовательно соединенные задатчик ско45 рости, усилитель-ограничитель с двумя входами, интегратор задатчика астоты с тремя входами и блок упавления автономным инвертором тока, 56

5

1О

15 го

4

0,5Х а в известном при изменении момента нагрузки — до IOX.

Дополнительные электромагнитные потери, возникающие в двигателе прототипа вследствие колебания магнитного потока в переходном ,процессе составляют приблизительно 407. от номинальных электромагнитных потерь, которые составляют

15Х от мощности двигателя. Для двигателя мощностью 100 кВт номинальные электромагнитные потери составят 15 кВт. Тогда дополни15 тельные потери равны 407=6 кВт, ;Учитывая, что двигатель, работаю:щий в пуско-тормозном режиме, допус-. (кает до 3600 изменений частоты вращения в час и переходный процесс в звене потокосцепления длится ориентировочно 1 с. При этом дополнительные потери за 1 ч, считая, что двигатель находится в состоянии переходного процесса в среднем

180О с, составят 3 кВт.

Данное изобретение позволяет свести дополнительные электромагнитные потери при переходном процессе практически к нулю.

Таким образом, изобретение позволяет значительно уменьшить электромагнитные потери в двигателе и получить экономию электроэнергии.

Формула изобретения выход которого подключен к управляю щему входу автономного инвертора тока, блок управления выпрямителем с двумя входами, первый вход которого соединен с датчиком тока, -датчик напряжения, выход которого и выход датчика тока подключены к вхо

1 дам датчика ЭДС, задатчик потокосцепления, первый выход которого соединен с первым входом регулятора по9 120 токосцепления, моделирующий. блок с тремя входами и одним выходом, первый вход которого соединен с выходом датчика -.ЭДС, второй вход — с выходом датчика тока, третий — с выходом интегратора задатчика частоты, а выход соединен с вторым входом регулятора потокосцепления, содержащего первый сравнивающий усилитель, входы которого образуют первый и второй входы регулятора потокосцепления, о т л и ч а- ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности регулирования скорости и уменьшения электромагнитных потерь, задатчик потокосцепления снаб жен вторым выходом и выполнен на двух функциональных преобразователях, первый из которых реализует симметричную функцию типа насыщения, а второй — функцию типа арктангенс, в регулятор потокосцепления введены второй сравнивающий усилитель и сумматор, входы которого соединены с выходами первого и второго сравнивающих усилителей, а его выход является выходом регулятора потокосцепления, входы второго сравнивающего усилителя образуют третий и четвер-. тый входы регулятора потокосцепления,моделирующий блок имеет три дополнительных выхода и выполнен в виде модели роторной цепи, включающей три интегратора, четыре множителя, шесть сумматоров и двуполярный релейный элемент, при этом первый вход моделирующего блока соединен с последовательной цепью — первый и второй сумматоры, релейный элемент и первый интегратор, выход которого подключен к второму выходу моделирующего блока, к входу третьего сумматора и к входам первого и второго мно*ителей, 2006

10 рых соединены соответственно с вход; ми четвертого и пятого сумматоров, второй вход моделирующего блока последовательно соединен с четвертым сумматором и вторым интегратором, выход которого подключен к первому выходу моделирующего блока, к входу второго множителя, к входам шестого и четвертого суммаt0 торов. выход последнего соединен с входом второго сумматора, третий вход моделирующего блока соединен с третьим сумматором, выход которого подключен к третьему выходу мо15 делирующего блока и к входам третьего и четвертого множителей, выходы которых соединены соответственно с входами второго и шестого сумматоров, выход первого суммато20 ра подключен к входам четвертого и пятого сумматоров, выход третьего интегратора соединен с четвертым выходом моделирующего блока, с входами первого и четвертого множи25 телей и пятого сумматора, выход последнего подключен к входам третьего интегратора и третьего множителя, при этом выход усилителяограничителя подключен к входам

30 задатчика потокосцепления и к второму входу блока управления выпрямителем, третий и четвертый входы регулятора потокосцепления соединены соответственно с вторым выходом задатчика потокосцепления и с четвертым выходом моделирующего блока, выход регулятора потокосцепления соединен с вторым входом интегратора задатчика частоты, выходы моделирующего блока подключены: второй — к третьему входу интегратора задатчика частоты, третий — к второму входу усилителя — ограничителя.

1202006

1202006

Составитель В. Тарасов

Техред З.Палий Корректор N. Самборская

Редактор N.Áàíäóða

Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4.Заказ 8103/58 Тираж 645 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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