Частотно-регулируемый асинхронный электропривод

 

Изобретение относится к электротехнике . Целью изобретения -является повьшение качества работы. Частотно-. регулируемый асинхронный электропривод содержит асинхронць1й двигатель (АД) 1, на валу к-рогоГ- установлен тахогенератор 7. Обмотки статора АД 1 подключены через датчики 5, 6 фазных токов и напряжений к преобра-.- зователю (ПЧ) 2 частоты с двумя уп

СО1ОЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУВЛИК (б1) 4 Н 02 P 7/42.ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ .Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3882427/24-07 (22) 08.04.85 (46) 07.01.87. Бюл. N 1 (71) Научно-исследовательский электротехнический институт производственного объединения "X3M3" (72).Б.Е.Калашников и И.И.Эпштейн (53) 621.316.718.5(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

11(1078569, кл. Н 02 P 7/42, 1982.

Авторское свидетельство СССР ,У 1099373, кл. Н 02 P 7/42, 1982.,.SU 1282 02 А1 (54) ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫЙ АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД (57) Изобретение относится к злектротехнике. Целью изобретения является повышение качества работы. Частотно-. регулируемый асинхронный электропривод содержит асинхрониый двигатель (АД) 1, на валу к-рого. установлен ( тахогенератор 7. Обмотки статора

АД 1 подключены через датчики 5, 6 фазных токов и напряжений к преобра-.. зователю (ПЧ) 2 частоты с двумя уп02

12823 равляющими входами 3, 4. Выход тахогенератор» 7 соединен с одним входом блока 12 управления частотой, образованным одним входом формирователя

13 анало) ового сигнала выходной частоты и одним входом элемента (Э) 9 сравнения, Второй вход Э 9 подключен к выходу блока 8 задания скорости.

Выход Э 9 подключен к входу регулятора 10, выход которого соединен с другим входом блока 12 и входом блока 11 задания амплитуды. Выход блока

11 подключен к управля)ощему входу

3 ПЧ 2. Вход 4 ПЧ 2 связан с выходом блока )2, образованным выходом ключевого регулятора !9 частоты. Выходы датчиков 6, 5 соединены с третьим и четвертым входами блока 12, образова))ными входами формирователя 14 сигналов по )с);оtr!aïI)ÿн))я. Указ 11еная цель достигается тем, что во входную цепь операционного усилителя 20, входящего в состав регулятора !9, введены дополнительные резисторы 35, 37 и ключи 34, 36, коммутируемые сигналами формирователя 33 логических сигналов регулятора потока по сигналам релейного регулятора 32 потока и зна" ка момента. В результате осуществляются регулирование амплитуды потока и точное ее поддержание на заданном уровне., Указанное регулирование особенно эффективно при использовании экономического закона регулирования, при котором амплитуда потока меняется в широких пределах, а фазовый угол вектора тока в системе координат потокосцепления меняется в узких пределах. 1 э.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах автоматического управления частотно-регулируемыми электроприводами общепромышленного назначения, 5 выполненными на основе асинхронного короткозамкнутого двигателя и тиристорного преобразователя частоты с автономн)>)м инвертором тока.

Целью изобретения является повыше10 ние качества работы за счет точного поддержания задаваемой амплитуды потока в асинхронном двигателе.

На фиг.1 представлена функциональная схема частотно-регулируемого асинхронного электропривода; на фиг.2 — функциональная схема блока выделения модуля потокосцеплений1IIG фнг.3 — функциональная схема формирователя логических сигналов регуля.тора потока.

Частотно-регулируемый асинхронный электропривод содержит асинхронный двигатель 1 с короткоэамкнутым ротором, статорные обмотки которого . подключены к выходу преобразователя

2 частоты с двумя управляющими входами 3 и 4 по току и частоте соответственно, датчик 5 фазных токов и датчик б фаэных напряжений, тахогенератор 7, установленный на валу асин2 хронного двигателя 1 с короткозамкнутым ротором, последовательно соединенные блок .8 задания скорости,первый элемент 9 сравнения, регулятор

10 скорости и блок, 11 задания амплитуды тока, подключенный выходом к управляющему входу 3 .по току преобразователя 2 частоты.

Причем другой вход первого элемен. та 9 сравнения подключен к выходу тахогенератора 7, блок 12 управления частотой, выполненный с формирователем 13 аналогового сигнала выходной частоты, подключенным входами к выходу регулятора 10 скорости и к вы- ходу тахогенератора 7, формирователем 14 сигналов потокосцеплений,подключенным входами к выходам датчиков

5 и б токов и напряжений, блоком 15 задания фазы тока в системе координат потокосцеплений, подключенным входом к выходу регулятора 10 скорости, формирователем 1б логических сигналов заданного тока, подключЕнным входами к выходу формирователя !

4 сигналов потокосцеплений и к выходу блока 15 задания фазы тока в системе координат потокосцеплений, А формирователем 17 логических сигналов фактического тока, подключенным входом к выходу датчика 5 фазных то1282302 ков, элементом 18 логического сравнения, подключенным входами к выхоцам формирователей !6 и 17 логических сигналов заданного и фактического токов, ключевым регулятором 19 5 частоты с операционным усилителем 20, к инвертирующему входу которого подключен первый резистор 21, а через первый управляемый ключ 22 — второй резистор 23, другой вывод которого объединен с другим выводом первого резистора 21 и образует первый вход

24 ключевого регулятора 19 частоты, подключенный к выходу формирователя

l3 аналогового сигнала выходной частоты.

При этом по цепи обратной связи операционный усилитель 20 охвачен третьим резистором 25, шунтированным 20 вторым управляемым ключом 26, управляющий вход которого и управляющий вход первого управляемого ключа

22 образуют соответственно второй и третий входы 27 и 28 ключевого pery- 25 лятора 19 частоты, подключенные к .выходам элемента 18 логического сравнения, а выход операционного усилителя 20, образующий выход ключевого регулятора 19 частоты, подключен к 30 управляющему входу 4 по частоте преобразователя 2 частоты.

В блок 12 управления частотой дополнительно введены блок 29 выделения модуля потокосцеплений и последовательно соединенные блок 30 задания амплитуды потока, второй элемент 31 сравнения, релейный регулятор 32 потока, формирователь 33 логических сигналов регулятора 32,по- 40 тока, при этом вход блока 30 задания амплитуды потока и второй вход формирователя 33 логических сигналов

l объединены между собой и подключены к выходу регулятора 10 скорости, а д5 второй вход второго элемента 31 сравнения подключен к выходу блока 29 выделения модуля потокосцеплений, в ключевом регуляторе 19 частоты инвертирующий вход операционного усилите- 50 ля 20 дополнительно подключен к первому входу 24 ключевого регулятора

19 частоты через две параллельно соединенные цепи, первая из которых выполнена из последовательно соединенных третьего управляемого ключа 34 и четвертого резистора 35, а вторая цепь — из последовательно соединенных четвертого управляемого ключа 36 и пятого резистора 37, причем управляющие входы третьего и четвертого управляемых ключей 34 и 36, образующие соответственно четвертый и пятый входы 38 и 39 ключевого регулятора 19 частоты, соединены с соответствующи ми выходами формирователя 33 логических сигналов регулятора 32 потока.

Блок 29 выделения модуля потокосцеплений может содержать узел 40 вы1 читания (фиг.2), блоки 41 и 42 умножения, сумматор 43 и преобразователь

44 функции квадратного корня, выходом образующий выход блока 29 выделения модуля потокосцеплений, входы которого образуют объединенные между собой входы блока 41 умножения и входы узла 40 вычитания.

Выход узла 40 вычитания подключен к объединенным между собой входам блока 42 умножения. Выходы блоков 41 и 42 умножения подключены к входам сумматора 43, соединенного выходом с входом преобразователя 44 функции квадратного корня.

Формирователь 33 логических сигналов регулятора 32 потока содержит три инвертора 45-47 (фиг.3), три элемента И 48-50, два элемента ИЛИ 51 и 52, источник 53 логического сигнала включения системы регулирования потока и нуль-индикатор 54, подключенный выходом к входу второго инвертора 46, при этом входы первого элемента И 48 подключены к выходам первого и второго инверторов 45 и 46, входы второго элемента .И 49 подключены к входам первого и второго инверторов 45 и 46.

Входы первого элемента ИЛИ 5lподключены к выходам первого и второго элементов И 48 и 49.

Первый вход третьего элемента

И 50 объединен с первым входом второго элемента ИЛИ 52 и подключен к выходу первого элемента ИЛИ 51. Второй вход третьего элемента И 50 объединен с входом третьего инвертора

47 и подключен к выходу источника 53 логического сигнала включения системы регулирования потока.

Второй вход второго элемента ИЛИ

52 подключен к выходу третьего инвертора 47, причем вход первого инвертора 45 и вход нуль-индикатора 54 образуют соответственно первый и втсрой входы формирователя 33 логических сигналов, выходы которого об1282302

Выходной сигнал блока 11 задания амплитуды тока поступает на управляющий вход 3 преобразователя 2 частоты. Выходной сигнал формирователя 13 аналогового сигнала выходной частоты через ключевой регулятор 19 частоты поступает на управляющий вход 4 преобразователя 2 частоты. Фактическая частота преобразователя 2 частоты определяется выходным сигналом операционного усилителя 20, для которого соотношение между входным и выходным сигналами зависит от среднего времени замкнутого состояния управляемых ключей 22, 34, 36 и 26.

Если замкнут ключ 34, а ключи 22, 36 и 26 разомкнуты, то выходной сигнал равен входному. Если замкнуты ключи 34 и 36, а ключи 22 и 26 разомкнуты, то выходной сигнал больше входного. Если ключи 22, 34, 36 и

26 разомкнуты, то вьгходной сигнал меньше входного. разуют выход третьего элемента И 50 и выход второго элемента ИЛИ 52.

В качестве источника 53 логического сигнала включения систеггы регулирования потока может быть использовано реле, контакт которого коммутирует напряжение источника постоянного тока, являющееся логическим сигналом включения.

Частотно-регулируемый асинхронный электропривод работает следующим образом.

Сигнал задания скорости из блока

8 сравнивается с сигналом тахогенератора 7 на первом элементе 9 сравнения. Сигнал ошибки скорости преобразуется регулятором 10 скорости в сHI ггал э адамия гчо!лент<1 . В зависи мости от принятого закона управления электромагнитными процессами асинхронного двигателя 1 с короткоэамкнутым ротором каждому значению момента соответствует определенное значение амплитуды тока, задаваемое блоком 11, определенное значение угла между векторами потока и тока, задаваемое блоком 15, определенное значение амплитуды потока, задаваемое блоком 30, и определенное значение скорости вектора тока в сис,еме координат ротора, задаваемое формирователем 13 где производится сложение сигнала скольжепия асинхронного двигателя с сигналом тахогенератора 7. о

Сигналы датчиков тока 5 и напряжения 6 в формирователе 14 преобразуются в сигналы потокосцеплений двигателя, а по сигналам потокосцеплений и преобразованному блоком 15 задания фазы тока сигналу задания момента формирователем 16 выдаются логические сигналы заданногб тока. Сиг- налы датчика 5 тока в формирователе

17 преобразуются в логические сигналы фактического тока. Последовательности логических сигналов с выходов формирователей 16 и 17 сравниваются в элементе 18 логического сравнения, на выходах которого появляется логический сигнал на время несовпадения логических сигналов заданного и фактического тока. Если фактический ток отстает от заданного, выходной сиг 20 нал элеме гта 18 логического сравнения замыкает ключ 22, если опережает ключ 26.

По сигналам потокосцеплений форми.

25 рователя 14 в блоке 29 выделяется сигнал амплитуды потока, который с помощью элемента 31 сравнения сравнйва ется с сигналом задания амплитуды потока с выхода блока 30. Сигнал ошибки с вы

30 хода элемента 31 сравнения переключает релейный регулятор 32 потока.

В формирователе 33 логические сигналы с выхода релейного регулятора 32 в комбинации с логическими сигнахгами

35 знака момента, получаемыми с помо" щью.нуль-индикатора 54 (фиг.2) и инвертора 45, преобразуются в вьгхсГдные логические сигналы формирователя 33, которые в нормальной работе одинако40 вые и повторяют выходной сигнал эле-. мента ИПИ 51. Только в наладочном режиме, когда на входы элементов 50 и

47 вместо единичного логического сигнала включения источника 53 подает45 ся кулевой, на выходе элемента И 50 получаем постоянный нулевой сигнал, а. на выходе элемента ИЛИ 52 — постоянный единичный сигнал. Единичный сигнал на выходах формирователя 33 при

50 нормальной работе появляется, если в двигательном режиме фактический. поток больше заданного или в генераторном (тормозном) режиме — меньше заданного . Указанная логическая функЯ ция реализуется логическими элементами 48, 49 и 51. Выходные сигналы формирователя 33 управляют работой ключей 34 и 36 ключевого регулятора 19 частоты.

7 !282302 8

Рассмотрим сначала работу управля-: емых. ключей 22 и 26, управляемых выходными сигналами элемента 18 логического сравнения, условившись, что единичный управляющий сигнал замыкает ключ, а нулевой — размыкает. Допустим, что на входы элементов 50 и 47 формирователя 33 вместо единичного сигнала из источника 53 подается ну.-, левой сигнал. Тогда на выходе И 50 10 получаем "0", а на выходе элемента

ИЛИ 52 — "1", ключ 34 замкнут, а ключ 36 разомкнут. При разомкнутых ключах 22 и 26 на выходе операционного усилителя 20 получаем повторе- 15 ние. аналогового сигнала задания частоты с выхода формирователя 13 ° Однако фактическая частота тока на выходе преобразователя 2 частоты не будет в точности равна требуемой, ко- 20 торая определяется электромагнитными процессами в двигателе, из-за погрешности измерительных и решающих устройств системы управления и запаздывания, вносимой преобразователем. Указанное несоответствие приведет к несовпадению фазы логических сигналов фактического и заданного тока на выходах формирователей 17 и

16. Данная погрешность фиксируется 30 элементом 18 логического сравнения, и благодаря работе клюией 22 и 26 фактическая частота тока в преобразователе 2 частоты будет в точности равна требуемой.

Допустим, что фаза фактического

O тока отстает от фазы заданного тока.

Логический сигнал с выхода элемента

18 логического сравнения будет на некоторое время замыкать ключ 22, в результате увеличится сигнал на выходе ойерационного усилителя 20, соответственно увеличится частота преобразователя 2 частоты, и частота . фактического тока двигателя установится равной частоте заданного тока. .Но соответствие по частоте вследствие работы ключа 22 означает установившуюся фазовую ошибку фактического тока относительно заданного. Если фактический ток отстает от заданного, то в двигательном режиме будет увеличиваться поток двигателя, а в генераторном режиме — уменьшаться.

При работе регулятора потока создается преднамеренное изменение входного сопротивления операционного усилителя 20, при этом будет меняться частота преобразователя, и восстановление частоты произойдет при новом значении угла рассогласования между заданной и фактической фазами тока двигателя, что приведет при заданной амплитуде тока к изменению потока. Например, в двигательном режиме амплитуда потока меньше заданной, на выходах формирователя 33 нулевой сигнал, ключи 34 и 36 разомкнуты, входное сопротивление операционного усилителя 20 оказывается больше сопротивления в цепи обратной связи, и сигнал на„.его выходе уменьшается. При этом вступает в работуэлемент 18 логического сравнения, который коммутирует ключ 22. Фаза фактического тока меняется в сторону отставания, амплитуда потока увеличива. ется.

Таким образом, благодаря введению во входную цепь операционного усилителя 20, дополнительных сопротивлений 35 и 37 и ключей 34 и 36, коммутируемых сигналами формирователя

33 логических сигналов регулятора потока по сигналам релейного регулятора 32 потока и знака момента двигателя, осуществляется регулирование амплитуды потока и точное поддержание ее на заданном уровне, при этом повышается качество управления моментом и скоростью предложенного . асинхронного электропривода в сравнении с известным.

Указанное регулирование потока особенно эффективно при использовании экономичного закона управления асинхронным двигателем (закона Костенко M.Ï. или закона минимального тока), при котором амплитуда потока меняется в широких пределах, а фазовый угол вектора тока в системе координат потокосцепления меняется в узких пределах.

Формула изобретения

1. Частотно-регулируемый .асинхрон50.ный электропривод, содержащий асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, статорные обмотки которого подключены к выходу преобразователя частоты с двумя управляющими входами по току и частоте, датчик фазных то ков и напряжений, тахогенератор, установленный на валу асинхронного двигателя с короткозмакнутым ротором, последовательно соединенные блок за9 12 дания скорости, первый элемент сравнения, регулятор скорости и блок задания амплитуды тока, подключенный выходом к управляющему входу по току преобраздвателя частоты, причем другой вход первого элемента сравнения подключен к выходу тахогенератора, блок управления частотой, выполненный с формирователем аналогового сигнала выходной частоты, подключенным входами к выходу регулятора скорости и к выходу тахогенератора, форМирователем сигналов потокосцеплений, Подключенным входами «с выходам датчиков фазных токов и напряжений, блоком задания фазы тока в системе координат потокосцеплений, подключенным входом к выходу регулятора скорости, формирователем логических сигналов заданного тока, подключенным входами к выходу формирователя сигналов потокосцеплений и выходу блока задания фазы тока в системе координат потокосцеплений, формирователем логических сигналов .фактического тока, подключенным входом к выходу датчика фазных токов, элементом логического сравнения, подключенным входами к выходам формирователей логи ческих сигналов заданного и фа«««тичесКого токов, ключевым регулятором частоты с операционным усилителем, к инвертирующему входу которого подключен первый резистор, а через первьпРуправляемый ключ — второй резистор, другой вывод которого объединен с другим выводом первого резистора и образует первый вход ключевого регулятора частоты, подключенный к выходу формирователя сигнала выходной частоты, при этом по цепи обратной связи операционный усилитель охвачен третьим резистором, шунтированным вторым управляемым ключом, управляющий вход. которого и управляющий вход первого управляемогб ключа образуют соответственно второй и третий входы ключевого регулятора частоты, подключенные к выходам элемен. та логического сравнения, а выход операционного усилителя, образующий выход ключевого регулятора частоты, подключен к управляющему входу по частоте преобразователя частоты, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения качества работы за счет точного поддержания задаваемой амплитуды потока, в блок управления

82302 10 стемы регулирования потока и нуль-индикатор, подключенный выходом к входу второго инвертора, при этом вхо45 ды первого элемента И подключены к

5

f0

40 частотой дополнительно введены блок выделения модуля потокосцеплений и последовательно соединенные блок задания амплитуды потока, второй элемент сравнения, релейный регулятор потока, формирователь логических сиг" налов регулятор потока, при этом вход блока задания амплитуды потока и второй вход формирователя логических сигналов регулятора потока объединены между собой и подключены к выходу регулятора скорости, а второй вход второго элемента сравнения подключен к выходу блока выделения модуля потокосцеплений, подключенного входом к выходу формирователя сигналов потокосцеплений, в ключевом регуляторе частоты инвертирующий вход операционного усилителя дополнительно подключен к первому входу ключевого регулятора частоты через две параллельно соединенные цепи, первая из .которых выполнена из последовательно соединенных третьего управляемого. ключа и четвертого резистора, а вторая — из последовательно соединенных четвертого управляемого ключа и пятого резистора, причем управляющие входы третьего и четвертого управляемых ключей, образующие соответственно четвертый и пятый входы ключевого регулятора частоты, соедине««ы с соответствующими выходами формирователя логических сигналов регулятора потока.

2. Электропривод по п.1, о т л ич а ю шийся тем, что формирователь логических сигналов регулятора потока содержит три инвертора, три элемента И, два элемента ИЛИ, источник логического сигнала включения сивыходам первого и второго инверторов, входы второго элемента И вЂ” к входам первого и второго инверторов, входы первого элемента ИЛИ вЂ” к выходам первого и второго элементов И, первый вход третьего элемента И объединен с первым входом второго элемента ИЛИ и подключен к выходу первого элемента ИЛИ, второй вход третьего элемента И объединен с входом третьего инвертора и подключен к выходу источника логического сигнала включения системы регулирования пото«са, 11 1282302 12 б второй вход второго элемента ИЛИ под- вателя логических сигналов реключен к выходу третьего инвертора, гулятора потока, выходы котопричем вход первого инвертора и вход рого образуют выход третьего нуль-индикатора образуют соответст- элемента И и выход . второго венно первый и второй входы формиро- 5 элемента ИЛИ.

Составитель А.Жилин

Редактор В.Данко ТехредВ,Кадар Корректор И.Муска

Заказ 7283/56 Тираж 66. Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие,г.ужгород,ул.Проектная,4,