Асинхронный частотно-регулируемый электропривод

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„, 1277347 11 4 Н 02 Р 7/42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3884929/24-07 (22) 21.02.85 (46) 15.12.86. Бюл. № 46 (72) П. И. Щербаков, Е. Ю. Анишев и В. А. Глаголев (53) 621.316.718 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 785937, кл. Н 02 P 7/42, 1980.

Авторское свидетельство СССР № 957403, кл. Н 02 P 7/42, 1982. (54) (57) АСИНХРОННЫЙ ЧАСТОТНОРЕГУЛИРУЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД, содержа щи и асинхронный электродви гател ь с двумя статорными обмотками, сдвинутыми в пространстве относительно друг друга на 30 эл. град., которые соединены с двумя независимыми каналами преобразователя частоты, каждый из которых состоит из последовательно соединенных выпрямителя, сглаживающего дросселя, датчика тока и инвертора тока, блок фазового сдвига, вход которого соединен с блоком управления инвертором первого канала, а выход — с блоком управления инвертором второго канала, входы блоков управления инверторами соединены с выходом сумматора, входы которого соединены с выходами регулятора скорости и датчика скорости, а датчики тока каждого независимого канала преобразователя частоты через пропорциональные усилители соединены с входами регуляторов тока, выходы которых связаны с блоками управления выпрямителями, выход датчика скорости связан с регулятором скорости, выход которого через первый функциональный элемент, осуществляющий задание тока на уровне, обеспечивающем стабилизацию потока, соединен с первым и вторым регуляторами тока, отличающийгя тем, что, с целью повышения КПД и надежности, электродвигатель содержит измерительную обмотку и введены первый и второй интегрозапоминающие блоки, дифференцирующий усилитель, четыре управляемых ключа, второй функциональный элемент выделения максимального входного сигнала, третий функциональный элемент определения полярности входного сигнала, элемент задержки, формирователь, бинарный триггер, мажоритарный элемент, три компаратора и датчики высших гармоник магнитного потока, входы которых подключены к измерительной обмотке, а выходы — к первым входам компараторов, вторые входы которых соединены с блоком задания высших гармоник в зазоре, а выходы Я компараторов подключены к входу мажоритарного элемента, выход которого подключен к управляющим входам третьего и четвертого управляемы; ключей, выход четвертого С управляющего ключа подключен к входам первого и второго интегрозапоминаюгцих блоков, выходы которых подключены соответственно к входам первого и второго ре- > » гуляторов тока, цепи обратных связей которых подключены к выходам соответственно первого и второго управляемых ключей, управляющие входы которых подключены к выходу бинарного триггера, вход которого (фО через формирователь, элемент задержки, Д » третий функциональный элемент подключен к выходу дифференцирующего усилителя, вход которого через выход третьего ключа подключен к выходу второго функционального элемента, входы которого подключены к выходам датчиков высших гармоник магнитного потока. 3

1277347

Изобретение относится к электротехнике. точнее к частотно-управляемым э Ie« Троприводам и может быть использовано для привода высокооборо «I«.Ix насосов и газодувок.

Цель изобретения — повышение КИ,«(, и надежности электропривода.

На чертеже приведена функционал шгая схема асинхронного час.готно-регx.! «IðóåìoãO электропривода, который Включает в ссб>я асинхронный электродвигатель 1 с двумя статорными обмотками, c!«âH«ióòkiìè в llp0странстве относительно друг друга на 30 эл. град., и измерителш«ой Обмоткой, датчик 2 скорости, регулятор 3 скорости, первый функциональный элемент 4, осуществляю«ций задание тока на уровне, обеспечивающем стабилизацию потока, первый и второй регуляторы 5 и 6 тока, первын и второй в I;ipH>»Iтели 7 и 8, первый и второй сглаживающие дроссели 9 и 10, первый и второй датчики 1! и 12 тока, первый и второй инвер горы 13 и 14

ТОКа, О, IОк 1 5 фазо«)ОГО Cg«3111 kI, II . () Hhi li H 13ТОрой блоки 16 и !7 управления инвертором, сум мат<>р 18, первый н второй llpOIIO()ll:lопальные усилители 19 li 20. первый li

BTорой блоки 21 и 22 уllра«3, ц IIH«I Выllрямитс;«и м и, Ilk 1) «3h«H:I )TO ()I> (! к птегРОзапоминающие блоки 23 и 24. дифференцируюп«ий усилитель 25, четыре управляемых кл«оча 26, 27, 28 и 29. Второй элемент 30 выделения максимального вход«и>го сигнала, третий функциональный элемент 31 определения полярности входного сигна.la, элемент 32 задержки, формирователь 33, бинарный триггер 34, мажоритарный элсмент 35 с первого llo третий, компараторы 36, 37, 38 и с первого по третий датчики 39 41 высших гармоник магнитного потока.

При этом асинхронный электродвигатель с двумя статорными обмотками, сдвинутыми в пространстве относительно друг дру«а на

30 эл. град., соединен обмотками с HHI)срторами 13 и 14 тока, датчик 2 скорости выходом сВязан с рег улятором 3 скорости, Выход которого через первый функциональный элемент 4 соединен с первым 5 и вторым 6 регуляторами тока, преобразователь частоты, включающий два независимых канала, каждый из которых состоит из псч едовательно 00ezHIIO«I«I« ix выпрямителей 7 и 8, сглаживак>щих дросселей 9 и 10, датчиков 11 и 12 тока и инверторов 13 и 14 тока указанного канала, блок фазового сдвига 15, вход которого соединен с блоком 16 управления инвертором первого канала, а выход — — с блоком 17 управления и«:.вертором второго канала, входы блоков управления иннсргором соединены с выходом сумматора 18, входы

KoTopoI 0 соединены с вь« ходами ре« v. зятора 3 скорости и датчика 2 скорости, <1,д ; т IHhli 11 и 12 тока каждого канала чере:3 пропорциональные усилители 19 и 20 соединс;.ы с выходами регуляторов 5 и 6 тока, Выходы которых связаны с блоками 21 и 22 управлеII«Irl Выпрямителями. Кроме ТОГО, Входы датчиков 39- — 41 высших гармоник магнитH>г0 потока подключены к измерительной

01>мотке, а выходы — к входам компараторов 36, 37 и 38, на которые подается также сиi«13.I задания высших гармоник в зазоре, а выходы компараторов подключены к входу мажоритарного элемента 35. выход которого

I1o;kê Iþ÷åkI к управляющему входу третьего и четвертого клк>чей 28 и 29, выход последне-!

О гс подключен к входам первого и второго иптегрозапоминающих блоков 23 и 24, выхо.1«,1 которых подключены, соответственно, к выходам первого и второго регуляторов 5 и 6 тока, а цепи обратных связей — к выходам, соответственно, первого и второго клю-!

5 чей 26 и 27, управляющие входы которых подключены к выходу бинарного триггера 34, вхо,z которого через формирователь 33, э.«емент 32 задержки и третий функциональный элемент 31 1«одключен к выходу дифферснциальпогO усилителя 25, вход которого через выход третьего ключа 28 подключен к Выходу второго функционального элемента 30, входы которого подключены к выходам датчиков 39, 40 и 41 Высших гармоник магнитного потока.

Асинхронный частотно-регулируемый электропри вод работает следующим образом.

Сигнал на задание скорости вращения v;3 поступает на сумматор регулятора 3 скорости. Сюда же поступае-. с датчика 2 скорости сигнал фактической скорости v. (1од действием разности этих сип«алов регулятор 3 скорости вырабатывает сигнал абсолк>тного скольжения р, который в сумматоре 18 складывается с сигналом фактической скорости v.

Выходной сигнал сс сумматора 18 нос>упает на входы 1-10 и 2-го блоков управления инверторами !7 и 16 и задает частоту токов на выходе инвергора. Сигнал абсолютного скольжения р с выхода регулятора 3

4п скорости поступает через первый функциональный элемент 4 на вход первого 5 и второго 6 регуляторов 4 тока и задает величину токов в обмотках дви.-ателя 1.

Контуры регулирования тока совместно с регуляторами 5 и 6 тока образуют блоки 21

4 и 22 управления выпрямителями, выпрямители 7 и 8, датчики 0 и 11 тока и пропор,иональные усилители 19 и 20.

В приводе принят закон регулирования, Обеспечивающий 110(тоянство магнитного н010ка ма«пины во всем диапазоне регулирования. Известный недостаток управления с постоянным потоком, связанный с повы«пснными потерями в стали при малых Моме:iià Вагры:3ки, нс существенен для данного класса приводов, так как большую часть

Врсмени они работают с нагрузкой, близкой к номинальной.

Управление выход««ой частотой инверторон 13 и 14 производ->тся по Ill)HH«kHIIv пря1277347

f5

К= 12п+ 5;

К= 12п+7, 30

55 мого формирования скольжения, т. е. выходная частота устанавливается такой, что автоматически получается заданное скольжение. В сумматоре 18 скольжение Р складывается с фактической скоростью v. Выходной сигнал сумматора 18 а = P + v является сигналом задания выходной частоты.

Постоянство магнитного потока достигается за счет первого функционального элемента 4, реализующего соответствующее задание тока.

Кроме того, перед преобразованием первой функциональный элемент 4 осуществляет операцию выделения модуля выходного сигнала абсолютного скольжения Р. Это необходимо, так как ток в звене выпрямленного тока не меняет своего знака, а скольжение меняет свой знак при переходе привода в режим рекуперативного торможения.

Для ограничения тока в переходных режимах регулятор 3 скорости должен быть с огра ничением.

Фазовый сдвиг на 30 эл. град. выходных токов инверторов 13 и 14 достигается за счет создания блоком фазового сдвига 15, временного сдвига управляющих импульсов блоков управления инверторами 16 и 17.

Благодаря пространственному сдвигу обмоток двигателя 1 и временному сдвигу выходных токов инверторов 13 и 14 высшие гармоники магнитного потока в зазоре, определяемые выражениями где К вЂ” номер гармоники; и = О, 1, 2, 3, взаимно уничтожаются, т. е. при прямоугольной форме токов в обмотках двигателя 1 в зазоре его синтезируется магнитное поле, изменяющееся во времени практически сину.соидально. Режи(((компенсации высших гармоник в зазоре с двигателем с расщепленными обмотками способствует уменьшению потерь на поверхности ротора, повышению

КПД привода. Нарушение компенсации высших приводит к недопустимому тепловому режиму двигателя. Поэтому в течение всего времени работы привода должен осуществляться надежный контроль непосредственно магнитного поля в зазоре машины.

В известных устройствах контролировались токи высших гармоник в обмотках. Но достаточно измекиться передаточным коэффициентам датчиков токов высших гармоник (в прототипе) или пропорциональных усилителей 19 и 20 в цепи обратной связи контуров регулирования тока в предлагаемом устройстве, как режим компенсации высших гармоник в зазоре нарушается. Система автоматического регулирования этого не почувствует, но двигатель начнет работать с увеличенными потерями и низким КГ1Д в том случае, если компенсация намагничивающих сил высших гармоник в зазоре нарушается незначительно, или выходит из строя из-за перегрева, если поля высших гармоник велики. В предлагаемом устройстве для повышения КПД и надежности контролируются не токи высших в обмотках двигателя 1, а содержание высших гармоник непосредственно в магнитном потоке двигателя 1, для чего двигатель снабжают измерительной обмоткой, а систему автоматического регулирования выполняют адаптивной самоорганизующейся.

При работе привода датчики 39 — 4! высших гармоник магнитного потока, подключенные к измерительной обмотке двигателя 1 дают содержание высших гармоник в зазоре.

Так как ЭДС измерительной обмотки есть производная от магнитного потока, то магнитные поля высших гармоник в зазоре наводят в обмотке ЭДС соответствующих частот. Сигналы фактического содержания высших гармоник в зазоре сравниваются на входах компараторов 36, 37 и 38 с заданным ив(и при равенстве фактической и заданной величин компаратор выдает сигнал.

Для исключения ложных срабатываний, связанных с возможными изменениями коэффициентов передачи датчиков магнитного потока и неисправностью компараторов, контроль осуществляется по мажоритарной схеме «два из трех».

При срабатывании .двух компараторов нг выходе мажоритарного элемента 35 появляется сигнал, который поступает на управляющие входы ключей 28 и 29.

С выхода второго функционального элемента 30 максимальный из трех сигнал через коммутирующие выходы третьего 28 и четвертого 29 ключей поступает на входы дифференцирующего усилителя 25, первого 23 и второго 24 интегрозапоминающих блоков.

В связи с тем, что первоначальная ориентация бинарного триггера 34 такова, что на выходе его, который подключен к управляющим входам первого 26 и второго 27 ключей, сигнал отсутствует, коммутирующий выход второго ключа 27 не замкнут, а первого ключа 26 — замкнут. Поэтому второй интегрозапоминающий блок 24 начинает работать в режиме интегрирования и на выходе его сигнал нарастает, а сигнал на выходе первого интегрозапоминающего блока 23 остается равным нулю. Далее система работает в режиме поиска по методу производной по времени. Поскольку контролируемым параметром является содержание высших гармоник в магнитном потоке машины, то производная по времени берется от сигнала содержания высших гармоник в потоке. Увеличивающийся во времени сигнал с выхода второго интегрозапоминающего блока 24 поступает на вход второго регулятора 6 тока. Увеличивающиеся вследствие этого токи высших гармоник во второй обмотке двигателя 1 при во.(HT к измен(чппо со I(j) ikа ни я выси(их гармоник в магнитном потоке. При этом.

1277347

Составитель В. Тарасов

Редактор !. Повхан Техре И. Верее Корректор X. Ильин

Заказ бб75/54 Тираж 631 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий!!3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патен|», г. Ужгород, ул. Проектная, 4 если происходит уменьшение содержания высших в магнитном потоке, то на выходе дифференцирующего усилителя 25 полярность сигнала такова, что сигнал не пропускается вторым функциональным элементом 31.

В этом случае процесс увеличения сигнала на выходе второго интегрозапоминающего блока 24 и уменьшения содержания высших гармоник в магнитном потоке происходит до тех пор, пока не произойдет отключение компараторов 36, 36 и 37. В таком положении привод находится до тех пор, пока вновь содержание высших гармоник в магнитном потоке не превысит заданное.

Если в режиме поиска происходит увеличение содержания высших в магнитном потоке, то производная по времени — сигнал на выходе дифференцирующего усилителя 25 имеет обратную полярность. В этом случае сигнал с выхода дифференцирующего усилителя 25 с задержкой по времени, создаваемой элементом 32 задержки, через формирователь 33 поступает на вход бинарного триггера 34. Появляется выходной сигнал на задействованном выходе триггера 34, который переключает первый 26 и второй 27 ключи.

Шунтируя цепь обратной связи второго интегрозапоминающего блока 24, второй ключ 27 обнуляет выход второго интегрозапоминающего блока 24.

Первый ключ 26 расшунтирует цепь обратной связи первого интегрозапоминающего блока 23, который начинает работать в режиме интегрирования. Увеличивающийся во времени сигнал с выхода первого интегрозапоминающего блока 23, поступая на вход первого регулятора 5 тока, уменьшает содержание высших в магнитном потоке до тех пор, пока не срабатывают компараторы 36, 37 и 38.

Третий функциональный элемент 31 предназначен для выделения на выходе дифференцирующего усилителя 25 сигналов, полярность которых соответствует увеличению !

В содержания высших в магнитном потоке, т. е. росту сигнала, поступающего с второго функционального элемента 30.

При всяком срабать|вании третьего ключа 28 на вход дифференцирующего усилителя 25 скачком поступает сигнал. При этом па выходе его появляется импульс малой длительности и большой амплитуды, поляр1юсть которого соответствует переключению бинарного триггера 34.

Чтобы отстроиться от ложного переброса триггера 34 этим импульсом, вводится элемент 32 задержки. Формирователь ЗЗ предназначен для четкой работы триггера 34.

Таким образом, за счет непрерывного и прямого контроля непосредственно магнитного поля в зазоре двигателя исключает25 ся режим работы с некомпенсированными высшими гармониками магнитного поля в зазоре, т. е. исклк>чается режим работы с увеличенными поверхностными роторными потерями — с низким КПД и режим работы с такими потерями на поверхности ротора, которые способны вывести двигатель из строя, за счет чего повышается надежность работы привода.