Электропривод

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в позиционных механизмах. Целью изобретения является улучшение динамических показателей. Указанная цель обеспечивается введением в электропривод сумматоров 11, 12, релейного элемента 13, датчика 14 модуля вектора тока статора и вычислителя 15 ортогональных составляющих вектора потокосцепления ротора асинхронного двигателя 1. Введение указанных блоков позволяет обеспечить в электроприводе параметрическое управление. 1 3 . п. ф-лы, 1 ил.

СО)ОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

А1 (19) (11) (51) 4 Н 02 P 7/42 Г.Г(". 1 ) 1 "

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1)(Ь 1МйТЕ)(А

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

00 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3908820/24-07 (22) 11.06 ° 85 (46) 23.05.87. Бюл. )(19 (72) О, А. Головач, П. П. Примшиц и О. П. Ильин (53) 62-83:621.313.333.072.9(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

)1 60068lе кл, Н 02Р 5/40 1 1975

Авторское свидетельство СССР

У 1072223, кл. H 02 P 5/40, 1984. (54) ЭЛГКТРОПРИВОД (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в позиционных механизмах. Целью изобретения является улучшение динамических показателей ° Указанная цель обеспечивается введением в электропривод сумматоров 11, 12 релейного элемента 13, датчика 14 модуля вектора тока статора и вычислителя 15 ортогональных составляющих вектора потокосцепления ротора асинхронного двигателя 1, Введение указанных блоков позволяет обеспечить в электроприводе параметрическое управление.

1 э.п. ф-лы, 1 ил.

1312 712

R +K Rr

K t-UJr

1 + з

30 Di

1 Ую

КЛг

+ — «+ 1 э 1 г

40 Duг = (1 где 0=6/й С

5у

R, Rv

55

w г

Изобретение относится к электротехнике, а именно к управлению асинхронными электроприводами с помощью полупроводниковых преобразователей за счет изменения поднодимого к двигателю напряжения, и может быть использовано в электроприводах позиционных механизмов с нысокими требованиями к качеству переходных режимов и точности позиционирования.

Целью изобретения является улучшение динамических показателей за счет уменьшения пульсаций момента и понышения быстродействия °

На чертеже представлена функциональная схема электропривода.

Электропривод содержит асинхронный электродвигатель 1, обмотки статора которого через датчик 2 фаэных токон подключены к выходам силового полупроводникового коммутатора 3 с входом 4 для управления порядком чередования фаз и с входом 5 для управления величиной выходного напряжения, выпрямитель 6, датчик 7 скорости вращения асинхронного электродвигателя I и блок 8 задания скорости, подключенный через прямой вход первого сумматора 9 и первый релейный элемент 10 к входу 11 для управления порядком чередования фаэ силового полупроводникового коммутатора

3, При этом выход датчика 7 скорости вращения подключен к инверсному входу первого сумматора 9, В электропринод нведены второй сумматор 11 с прямым и инверсным входами, третий сумматор 12 с одним прямым и двумя иннерсными входами, второй релейный элемент 1.3, датчик

14 модуля нектора тока статора и вычислитель 15 ортогональных составляюших вектора потокосцепления ротора, три входа которого подключены соответстненно к выходам датчика 7 скорости вращения, датчика 14 модуля нектора тока статора и первого релейного элемента 10.

При этом выход первого сумматора

9 подключен к прямому входу второго сумматора 11, соединенного выходом с входом выпрямителя 6, выход выпрямителя 6 соединен с прямым входом третьего сумматора 12 подключенного выходом через второй релейный элемент 13 к нходу 5 для управления величиной выходного напряжения силового полупроводникового коммутатора 3.

Вход датчика 14 модуля вектора тока статора подключен к выходу датчика 2 фаэных токов, а его выход— к первому инверсному входу третьего сумматора 12, второй инверсный вход которого и инверсный вход второго сумматора II соединены с соответствующими выходами вычислителя 15 ортогональных составляющих вектора

10 потокосцепления ротора.

В качестве силового полупроводникового коммутатора 3 использован преобразователь импульсного типа на тиристорах или транзисторах, осу15 ществляющий с нысоким быстродействием подключение и отключение однонременно трех фаэ асинхронного электродвигателя 1 к питающей сети, при этом в период отключения производит20 ся закорачивание фаэ для протекания реактивного тока.

Для пояснения принципа работы . электропривода запишем систему дифференциальных уравнений двухполюсного асинхронного электродвигателя в системе вращающихся координат Х, Y ось Y которой совмещена с вектором тока статора

35 Т

4 г= T4 vx + (к г) 4 гу i

4 г-у Г г з (u 1ñ А Г) 9г" "гУ ° (3),5 Кг з Чгх Мс) ?, (4) оператор дифференцирования; модуль вектора тока статора; составляющие вектора потокосцепления ротора; проекция вектора напряжения статора на ось У; активные сопротивления фаз статора и ротора; полные индуктивности обмоток статора и ротора; взаимная индуктивность между статором и ротором; скорость вращения вала электродвигателя;

13127

Вычислитель 15 ортогональных сос- 5р тавляющих вектора потокосцепления ротора (наблюдающее устройство) предназначен для получения информации о составляющих Ч по уравг")( нениям (2)-(4). На его входы поступает информация о величине модуля вектора тока статора, скорости вращения вала ротора и знаке направления вращения поля электродвигателя цз — скорость вращения сиск темы координат;

М вЂ” момент сопротивления с на валу;

Т вЂ” приведенный момент инерции

К m LALr1 Тг 1.г/Кгj

Путем высокочастотной коммутации фаз статора от состояния, соответ- 1О ствующего подключению к сети на полное напряжение, к их закорачиванию и обратно по сигналу рассогласования между заданным и измеренным значениями модуля вектора тока статора, 15 можно достаточно точно поддерживать желаемое значение этой величины, Основываясь на этом положении, можно приближенно описать процессы в асинхронном электродвигателе с помощью 2р уравнений (2)-(4), Причем степень приближения в полной мере определяется качеством поддержания заданного значения модуля вектора тока статора, которое в электроприводе осу- 25 ществляется релейным образом.

Линеаризуя уравнения (2-)-(4) и выбирая в качестве управляющего воздействия модуль вектора тока статора, можно решить задачу синтеза сис- 30 темы автоматического управления асинхронным электродвигателем, используя общие методы теории модального управления, согласно которым для получения желаемых динамических 35 показателей объекта, описываемого тремя дифференциальными уравнениями, необходимо наличие трех обратных связей по переменным состояниям.

Поддержание управляющей величины 49 путем высокочастотного подключения и отключения фаэ электродвигателя к питающей сети позволяет обеспечить желаемое качество переходных процессов. При этом форма тока в фазах 45 близка к синусоидальной, что благоприятно сказывается и иа энергетических показателях.

12 4 (что соответствует направлению вращения вектора тока и системы координат Х, Y связанной с ними). Абсолютное значение скорости вращения координат щ„ принимается равным своему установившемуся значению, при этом предполагается, что действие обратных связей наблюдающего устройства позволит избежать большой ошибки в вычислении проекций потокосцепления ротора из-за принятого допущения, Кроме того, высокая частота коммутаций способствует близости кривых токов в фазах электродвигателя к синусоиде, что в свою очередь, означает близость скорости вращения вектора тока статора (или системы координат, связанной с ним) к своему установившемуся значению.

Наличие выпрямителя 6 объясняется тем, что при изменении знака сигнала задания по скорости, в установившемся режиме сигнал рассогласования по скорости и составляющая вектора потокосцепления ротора по действительной оси координат, ортогональной вектору тока статора, также меняют знак, в то время как величина управления, т.е. модуль вектора тока статора и составляющая вектора потокосцепления ротора по мнимой оси координат остаются положительны.

Злектропривод работает следующим образом.

На прямой вход сумматора 9 подается сигнал задания по скорости с выхода блока 8 задания в соответствии с желаемым процессом пуска.

Если действительное значение скорости вращения вала электродвигателя

1 меньше заданного, релейный эле-. мент IO подает на управляющий вход

4 коммутатора 3 логический сигнал, соответствующий прямому порядку подключения фаз сети на выход коммутаI тора. Задание величины управления осуществляется вычитанием из сигнала рассогласования по скорости сигнала обратной связи по проекции вектора потокосцепления ротора на действительную ось системы координат (эту операцию осуществляет сумматор 11), последующим выпрямлением результата с помощью выпрямителя 6 и вычитанием из него сигнала обратной связи по другой составляющей вектора потокосцепления ротора с помощью сумматора 12.

5 13127

Из результата, соответствующего заданному значению модуля вектора тока статора, вычитается действитель ное значение этой величины (это осуществляется также с помощью сумматора 12), Если знак разности положителен, то релейный элемент 13 подает на управляющий вход 5 коммутатора 3 логический сигнал, соответствующий подключенному состоянию фаз электро- fp двигателя l к фазам сети. Ток и момент электродвигателя 1 начинают нарастать. Если действительное значение модуля вектора тока статора превысит заданное, на выходе сумматора 15

12 появится отрицательный сигнал, и релейный элемент 13 подаст логическую коь дрду коммутатору 3 на отключение фаз электродвигателя 1 от сети и их закорачивание. Если скорость 20 вращения вала электродвигателя 1 становится больше заданной, то релейный элемент 10 подаст логическую команду коммутатору 3 на изменение порядка чередования подключаемых фаз 25 сети, и электродвигатель перейдет н режим торможения противовключением, причем интенсивность торможения определяется величиной заданного значения моцуля век- 30 тора тока статора, которая, в свою очередь, пропорциональна величине рассогласования по скорости и корректируется обратными связями по составляющим вектора потокосцепления рото- 35 ра ° Динамические показатели процесса управления определяются выбором коэффициентов обратных связей в соответствии с известными методами синтеза. 40

Таким образом, введение в электропривод двух дополнительных суммато. ров, релейного элемента, датчика модуля вектора тока статора, вычислителя ортогональных составляющих вектора потокосцепления ротора и применение импульсного полупроводникового коммутатора позволяет обеспечить в электроприводе параметрическое управление, характеризуемое более вы- 50 сокими показателями по качеству динамических процессов, гармоническому составу токов и напряжений и быстродействию в сравнении с известным решением. 55

Применение предлагаемого электропривода экономически оправдано в частности для позиционных систем высокой точности, где не требуется ра12 бота на пониженных скоростях, а важно регулирование пуско-тормозных режимов.

Формула и з о б р е т е н и я

1. Электропринод, содержащий асинхронный электродвигатель, обмотки статора которого через датчик фаэных токов подключены к выходам силового полупроводникового коммутатора с входом для управления порядком чередования фаэ и с входом для управления величиной выходного напряжения, выпрямитель, датчик скорости вращения ротора асинхронного электродвигателя и блок задания скорости, подключенный через прямо . вход первого сумматора и первый релейный элемент к входу для управления порядком чередования фаз силового полупроводникового коммутатора, при этом выход датчика скорости вращения подключен к инверсному входу первого сумматора, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью улучшения динамических показателей за счет уменьшения пульсаций момента и повышения быстродействия, введены второй сумматор с прямым и инверсным входами, третий сумматор с одним прямым и двумя инверсными входами, второй релейный элемент, датчик модуля нектора тока статора и вычислитель ортогональных составляющих вектора потокосцепления ротора, три входа которого подключены соответственно к выходам датчика скорости вращения ротора асинхронного электродвигателя, датчика модуля вектора тока статора и первого релейного элемента, при этом выход первого сумматора подключен к прямому входу второго сумматора, соединенного выходом с входом выпрямителя, выход которого соединен с прямым нходом третьего сумматора, подключенного выходом через второй релейный элемент к входу для управления величиной выходного напряжения силового полупроводникового коммутатора, вход датчика модуля вектора тока статора подключен к выходу датчика фазных токов, а его выход— к первому инверсному входу третьего сумматора, второй инверсный вход которого и инверсный вход второго сум- матора соединены с соответствующими выходами вычислителя ортогональных

Составитель А. Жилин

Т«ред Л.Сердюкова Корректор А. Тяско

Редактор А. Шандор

Заказ 1978/54 Тирюк 661 Подлы сно е

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий

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

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

7 1312712 8 составляющих вектора потокбсцеплення вой полупроводниковый коммутатор вы ротора. полнея в виде преобразователя ии2. Электропривод по и. 1, о т пульсного типа. л и ч а ю шийся тем, что сило