Электропривод переменного тока

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах и механизмах общепромьшленного назначения. Целью изобретения является повьшение стабильности характеристик при изменении температуры нагрева. Указанная цель достигается тем, что в электропривод переменного тока введены блок 26 умножения и последовательно соединенные между собой двухвходовый блок 24 определения потока и фильтр 25, Один вход блока 26 соединен с выходом блока 14 вычисления скольжения. Другой вход блока 26 подключен К выходу фильтра 25. Один из входов блока 24 связан с выходом датчика 4 тока в статора асинхронного двигателя (АД) 1 с короткозамкнутым ротором . Другой вход блока 24 соединен с выходом датчика 7 напряжения, подключенного к одной из фаз обмотки статора АД 1. Благодаря введению указанных блоков обеспечивается автомагнитическая корректировка частоты скольжения при изменении температуры нагрева АД 1. Благодаря этому повышается стабильность момента и улучшаются энергетические показатели электропривода. 3 ил. | сл со Niii N 4 Ю 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5и 4 Н 02 Р 5 40

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3937443/24-07 (22) 24.07.85 (46) 30.05.87. Бюл. Р 20 (71) Всесоюзный научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт вэрывозащищенного и рудничного электрооборудования (72) В.А.Скрыпник, Л.Х.Дацковский и Л.Л.Афанасьев (53) 621.316.718.5 (088.8) (56) Шрейнер P.Т., Дмитренко Ю.А.

Оптимальное частотное управление асинхронными электродвигателями.

Кишинев: Штиинца, 1982, с ° 158.

Дацковский Л.Х. и др. Регулирование асинхронным электроприводом на основе непосредственных преобразователей частоты. — Электричество,.

1982, У 3. (54) ЭЛЕКТРОПРИВОД ПЕРЕМЕННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах и механизмах общепромышленного назначения. Целью изобрете„„SU„„1314428 А 1 ния является повышение стабильности характеристик при изменении температуры нагрева. Укаэанная цель достигается тем, что в электропривод переменного тока введены блок 26 умножения и последовательно соединенные между собой двухвходовый блок 24 определения потока и фильтр 25 °

Один вход блока 26 соединен с выходом блока 14 вычисления скольжения.

Другой вход блока 26 подключен к выходу фильтра 25. Один из входов блока 24 связан с выходом датчика 4 тока в цепи статора асинхронного двигателя (АД ) 1 с короткоэамкнутым ротором. Другой вход блока 24 соединен Я с выходом датчика 7 напряжения, подключенного к одной из фаз обмотки статора Ag 1. Благодаря введению указанных блоков обеспечивается авто- С магнитическая корректировка частоты скольжения при изменении температуры нагрева АД 1. Благодаря этому повышается стабильность момента и улучшаются энергетические показатели электропривода. 3 ил.

1314428

Изобретение относится к электротехнике и может „ быть использовано для частотного управления асинхронными электродвигателями с короткозамкнутым ротором в системах и механиз- 5 мах общепромыщленного назначения.

Цель изобретения — повышение стабильности характеристик при изменении температуры нагрева.

На фиг,l представлена функциональная схема электропривода переменного тока; на фиг.2 — электрическая схема однофазного блока определения потока с фильтром на выходе на фиг.3 — схе15 ма блока умножения.

Электропривод переменного тока содержит асинхронный двигатель 1 (фиг.l) с короткозамкнутым ротором, подключенный через датчики 2,3 и 4 фазных токов и датчики 5,6 и 7 фазных напряжений к выходам преобразователя 8 частоты, импульсный датчик 9 ско. рости, установленный на валу асинхронного двигателя 1 с короткозамкнутым 25 ротором и выполненный с двумя выходами, подключенными к входам блока 10 определения частоты и направления вращения, блок ll определения аналогового сигнала частоты вращения, два входа которого подключены к соответствующим выходам блока 10 определения частоты и направления вращения, блок 12 задания скорости, подключенный выходом к первому входу регулятора 13 скорости, второй вход которого соединен с выходом блока 11 определения аналогового сигнала частоты вращения, блок 14 вычисления скольжения, управляемый генератор 15 частоты скольжения, два выхода которого подключены к первым двум входам блока 16 суммирования частот, третий и четвертый входы которого подключены к соответствующим выходам блока

10 определения частоты и направления вращения, формирователь 17 синусоидальных сигналов задания фазных токов, первый вход которого объединен с входом блока 14 вычисления сколь50 жения и подключен к выходу регулятора 13 скорости, второй вход — к выходу блока 16 суммирования частот, выходы формирователя 17 синусоидальных сигналов задания фазных токов подключены к первым входам соответствующих

55 регуляторов 18,19 и 20 фазных токов, вторые входы которых соединены с выходами соответствующих датчиков 2,3 и 4 фазных токов, при этом выходы регуляторов 18„19 и 20 фазных токов подключены к первым входам соответствующих суммирующих усилителей 21,22 и 23, вторые входы которых соединены с выходами соответствующих датчиков 5,6 и 7 фаэных напряжений, а выходы суммирующих усилителей подключены к соответствующим управляющим входам преобразователя 8 частоты.

В электропривод переменного тока введены блок 24 определения потока, фильтр 25 и блок 26 умножения, первый вход которого подключен к выходу блока 14 вычисления скольжения, второй вход — к выходу фильтра 25, а выход блока 26 умножения подключен к входу управляемого генератора 15 частоты скольжения, при этом входы блока 24 определения потока подключены к выходам датчика 4 фазного тока и датчика 7 фазного напряжения (на фиг.! представлено подключение входов блока 24 определения потока, выполненного однофазным), Блок 24 опрецеления потока (однофазный) содержит интегратор 26 (фиг ° 2) с резисторами 27-31 и конденсатором

32. Выход интегратора 26 через резистор 33 подключен к входу суммирующего усилителя 34 с резистором 35 в цепи обратной связи. К второму входу суммирующего усилителя 34 через резистор 36 подключен выход инвертирующего усилителя 37 с резисторами 38 и 39 ° Выход суммирующего усилителя 34 подключен к входу элемента выделения модуля, собранного на инвертирующем усилителе 40 с резисторами 41 и 42 и диодах 43 и 44.

Фильтр 25 выполнен на операцион- ном усилителе 45 (фиг.2) с резисторами 46-48 и конденсаторах 49 и 50, Блок 26 умножения может быть выполнен на микросхеме 51 (серии

525ПС2) с резисторами 52-54 коррекции и входными резисторами 55 и 56.

Злектропривад переменного тока работает следующим образом.

Заданное значение скорости 41", поступающее с выхода блока 12 за;,ания скорости, и действительное значение скорости (в виде сигнала Ц„), поступающее с выхода блока 11, сравниваются на входах регулятора 13 скорости. Сигнал У„з получается путем преобразования частоты следования импульсов с Bblxopa датчика 9 скорос1314428

i = Т .sin(z„t +p);

6 и " 3 (3) lfq, arctg тlj d (4) ти в напряжение постоянного тока.

Преобразование осуществляется в блоке 11 определения аналогового сигнала частоты вращения. Полярность выходного напряжения указанного блока определяется логическим сигналом знака sign ы с выхода блока 10 определения частоты и направления вращения. На выходе блока 10,.кроме выходного импульсного сигнала td, пропор- 10 ционального частоте вращения, образуется сигнал "0" или "1" в зависимости от того, какое направление вращения имеет ротор электродвигателя I. При одном направлении враще- 15 ния на выходе датчика 9 импульсная последовательность Г" опережает посп ледовательность f, а при другом— наоборот.

С выхода регулятора 13 скорости 20 сигнал поступает на вход блока 14 вычисления скольжения и на вход формирователя 17 синусоидальных сигналов задания фазных токов, для которого он определяет активную составляющую . + тока статора i . Намагничивающая coc1q, ° + тавляющая тока статора i< задается независимо (уставкой). По активной составляющей тока статора в зависимости от принятого закона управле- 30 ния электродвигателем вычисляется величина частоты скольжения электродвигателя. Так, при управлении с поддержанием потокосцепления ротора Ч =

const величина частоты скольжения 35 у определяется выражением где Ь Ь вЂ” индуктивности намагни2 чивающего контура и ротора соответ-. ственно;

R — активное сопротивление рото2 ра, 45 а блок 14 вычисления скольжения является простым пропорциональным звеном. При других законах управления он может быть функциональным преобразователем, реализу- 50 ющим требующую функциональную зависимость между током статора и частотой скольжения ротора.

Сигнал с выхода блока 14 вычисле-.

55 ния скольжения поступает на первый вход блока 26 умножения, на другой вход которого поступает сигнал, пропорциональный потоку электродвигателя. Выходное напряжение более 26 умножения представляет собой произведение частоты скольжения на сигнал, пропорциональный потоку электродвигателя, поступающий с выхода блока 24 определения потока через фильтр 25.

Выходной сигнал блока 26 умножения поступает на вход генератора 15 частоты скольжения, который преобразует напряжение постоянного тока в импульсный сигнал, частота которого пропорциональна величине входного напряжения. Кроме того, на выходе генератора 15 частоты скольжения образуется логический сигнал знака sign ь> в зависимости от полярности входного напряжения.

Частота тока статора с, электродвигателя определяется выражением

У„»+» (+, 1 (2) где Ы вЂ” частота вращения ротора, определяемая частотой импульсов Г, поступающих с импульсного датчика 9 скорости; ь — частота скольжения, определяемая частотой импульсов с выхода генератора 15 частоты скольжения.

Двигательный или генераторный режим работы, а также направление вращения определяется логическими сигналами знаков sing ы и sign ы . Суммирование по (2 ) осуществляется с помощью блока 16 суммирования частот.

По данным значениям величины тока статора и частоты статора на выходах формирователя 17 получают синусоидальные сигналы задания на фазные токи электродвигателя где I — амплитуда тока статора;

Ф вЂ” составляющая определяющая

1 с1 поток электродвигателя;

1314428

i+ — активная составляющая тока

1%

Ф пропорциональная моменту электродвигателя.

Синусоидальные сигнала задания фазных токов статора.поступают на 5 входы регуляторов 18,19 и 20 фазных токов. На входах регуляторов фазных токов осуществляется сравнение сигналов задания i+,, ic, с действительными значениями токов статора которые поступают с выходов датчиков 2,3 и 4 фазных токов.

Для компенсации влияния ЭДС электродвигателя на режим работы замкнутых контуров регулирования фазных токов к выходным сигналам регуляторов фазных токов добавляются сигналы фазных напряжений электродвигателя

U, U11, U, которые получают с выходов датчиков 5,6 и 7 фазных напряжений. (Вместо указанных датчиков могут быть использованы датчики фазных

ЭДС).

Суммирование сигналов производится

25 с помощью суммирующих усилителей 21, 22 и 23, Действие блока 24 определения потока основано на моделировании уравнения напряжения статора электродвигателя. Эдесь реализуется выраже-30 ние

y = (U, — i„R„)dt — т,„,, (5) о где L R индуктивность и активное 35 сопротивление статора соответственно; — потокосцепление.

Я

На усилителе 26 фиг,2 произво40 дятся операция вычитания (U„ — i„R,) и интегрирование, поэтому резисторы

29 и 30 выбираются пропорционально

U u i R Для того, чтобы интегратор не несыщался при частотах, близких к нулевым, конденсатор 32 шунтируется резистором 31, величина которого выбирается большой порядка

20-30 MOM . Резисторы 27 и 28 служат для устранения смещения выходного сигнала интегратора. Инвертирующий усилитель 37 служит для изменения знака сигнала тока i< . На усилителе

34 производится вычитание сигнала с выхода интегратора и сигнала, пропорционального (L i „), согласно уравнению (6). Выходной сигнал с усилителя

34 пропорционален потокосцеплению где = — результирующий вектор тока статора.

Из (6) видно, что на величину момента, а следовательно, и на режим работы электродвигателя могут оказывать влияние лишь изменение параметров L L H R . Так как I и Е g изменяются в процессе работы незначительно, то наибольшее влияние на момент электродвигателя оказывает изменение активного сопротивления ротора R>, которое может меняться в 1,31,5 раза, в зависимости от температуры ротора. Поэтому если система регулирования на.строена на параметры

"горячего" состояния ротора, то в "хелодном" состоянии момент будет в

1,3-1,5 раза меньше.

Чтобы момент не менялся с изменением активного сопротивления ротора, необходимо пропорционально изменять частоту скольжения, как следует из (6) ° Однако контролировать изменение сопротивления ротора технически сложно.

Для момента. М из уравнений электродвигателя имеем выражение

3—

М=2 (7) Сравнивая 6 и 7, можно сделать вывод, что при одном и том же токе статора изменение параметров

На выходе усилителя 40 получают мо" дуль / ty (, С целью подавления пульсаций в сигнале потокосцепления служит фильтр с большой постоянной времени, собранный на усилителе 45 °

В системе частотного управления может применяться трехфазный блок определения потока вместо однофазного (фиг,2), при этом получается сигнал потока электродвигателя с меньшими пульсациями и требуется установка фильтра с меньшей постоянной времени.

Принцип корректировки частоты скольжения с учетом изменяющихся от температуры параметров электродвигателя заключается в следующем. Момент

М асинхронного электродвигателя определяется выражением 2

3, Й г

----- — — — - i 1,(6)

2 m 43 1 1

1 ° 1 -L2

Н2

1314428

Электропривод переменного тока, содержащий асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, подключенный через датчики фазных токов и напряжений к выходам преобразователя частоты, импульсный датчик скорости установленный на валу асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором и выполненный с двумя выходами, подключенными к входам блока определения частоты и направления враще-. ния, блок определения аналогового сигнала частоты вращения, два входа которого подключены к соответствующим выходам блока определения частоты и направления вращения, блок зада35

45 электродвигателя и прежде всего R ведет к изменению потока.

Следовательно, если с изменением потока электродвигателя пропорционально изменять частоту скольжения, 5 то момент электродвигателя, а также режим его работы, должен оставаться постоянным при изменении температуры.

Если электродвигатель 1 находится в холодном" состоянии, то сигнал с выхода блока 24 определения потока уменьшается, что приводит к уменьшению.выходного напряжения блока 26 умножения и уменьшению частоты скольжения. С уменьшением частоты скольжения возрастает момент электродвигателя. С нагревом машины поток повьппается, что ведет к увеличению частоты скольжения и уменьшению момента. 20

Таким образом, предлагаемый элект ропривод переменного тока обеспечивает автоматическое корректирование частоты скольжения при изменениях параметров электродвигателя от нагрева, благодаря чему повьппается стабильность моментных и энергетических характеристик в сравнении с известным решением.

Формула изобретения ния скорости, подключеннь.й выходом к первому входу регулятора скорости, второй вход которого соединен с выходом блока определения аналогового сигнала частоты вращения, блок вычисления скольжения, управляемый генератор частоты скольжения, два выхода которого подключены к первым двум входам блока суммирования частот, третий и четвертый входы которого подключены к соответствующим выходам блока определения частоты и направления вращения, формирователь синусоидальных сигналов задания фазных токов, первый вход которого объединен с входом блока вычисления скольжения и подключен к выходу регулятора скорости, второй вход — к выходу блока суммирования часчот, выходы формирователя синусоидальных сигналов задания фазных токов подключены к первым входам соответствующих регуляторов фазных токов, вторые входы которых соединены с выходами соответствующих датчиков фазных токов, при этом выходы регуляторов фазных токов подключены к первым входам соответствующих суммирующих усилителей, вторые. входы которых соединены с выходами соответствующих датчиков фазных напряжений, а выходы суммирующих усилителей подключены к соответствующим управляющим входам преобразователя частоты, отличающийся тем, что, с целью повьппения стабильности характеристик при изменении температуры нагрева, в него введены блок определения потока, фильтр и блок умножения, первый вход которого подключен к выходу блока вычисления скольжения, второй вход — к выходу фильтра, а выход блока умножения подключен к входу управляемого генератора частоты скольжения, при этом входы блока определения потока подключены к выходу датчиков фазных токов и напряжений, а выход соединен с входом фильтра.

1314428 авиа. Ю

Составитель А.Головченко

Редактор M.Дылын Техред М.Ходанич Корректор А.Тяско

Заказ 2217/54

Тираж 661 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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