Электропривод переменного тока

 

Изобретение относится к электротехнике . Цель изобретения - повьшение стабилизации частоты вращения в широком диапазоне изменения частоты Э ,8 вращения, нагрузки и температуры. Указанная цель достигается тем, что в электропривод переменного тока введены блок 21 вычисления угла между векторами тока и потока, блоки 22, 23, 24 интегрирования и измерительные катушки 25,26,27. В канал регулирования частоты введены блок сравнения 28, входами связанный с блоком сравнения 15 и блоком 21, а выходом - с блоком сравнения 13. В электроприводе обеспечивается стабилизация частоты вращения путем регулирования частоты возбуждения двигателя в функции угла, предотвращается возникновение в двигателе 1 незатухающих колебаний в установившемся режиме , обеспечивается самосинхронизация . 1 3.п. ф-лы, 1 ил. с 9 СУ)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„, 30„„ 137151

А3 (Ю 4 Н 02 P 7/42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ПАТЕНТУ

Фкыд

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2533349/24-07 (22) 03.10.77 (31) 729042 (32) 04.10.76 (33) US (46) 30.01.88. Бюл. У 4 (71) Дженерал Электрик Компани (US) (» ) Джон Дуглас Д Атре, Томас Энтони Лайпо и Аллан Барр Планкетт (US) (53) 621.313.39.013.8.001.5(088.8) (56) Патент Японии Ф 54-31562, кл. Н 02 Р 7/62, 1979.

Патент ФРГ У 2234681, кл. Н 02 Р 5/36, 1974. (54) ЭЛЕКТРОПРНВОД ПЕРЕМЕННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения — повышение стабилизации частоты вращения в широком диапазоне изменения частоты вращения, нагрузки и температуры.

Указанная цель достигается тем, что в электропривод переменного тока введены блок 21 вычисления угла между векторами тока и потока, блоки 22, 23, 24 интегрирования и измерительные катушки 25,26,27. В канал регулирования частоты введены блок сравнения 28, входами связанный с блоком сравнения 15 и блоком 21, а выходом — с блоком сравнения 13. В электроприводе обеспечивается стабилизация частоты вращения путем регулирования частоты возбуждения двигателя в функции угла, предотвращается возникновение в двигателе 1 незатухающих колебаний в установившемся режиме, обеспечивается самосинхронизация. 1 з.п. ф-лы 1 ил.

Изобретение относится к элек;ротехнике, а именно к управлению электроприводами на базе асинхронного двигателя.

Цель изобретения — повьппение стабилизации частоты вращения в широком диапазоне изменения частоты вращения, нагрузки и температуры.

На чертеже приведена структурная схема электропривода переменного тока.

Электропривод переменного тока содержит асинхронный двигатель 1, подключенный к выходу инвертора 2 то- 15 ка, вход которого через дроссель 3 соединен с регулятором 4 напряжения, канал регулирования напряжения, составленный из последовательно соединенных блока 5 управления регулято- 2р ром 4 напряжения, пропорциональноинтегрального регулятора 6 тока, блока 7 сравнения, один вх(»д которого соединен с д тчиком 8 тока асинхронного двигателя, а другой — с задат- 25 чиком 9 тока, вход которого соединен с выходом !О задания потока блока ll

1 формирования задания момента и потока. Канал регулирования частоты элек-. трспривод-. переменного ток: состоит 30 иэ блока !2 упр »вления инвертороМ блока .3 с.уммировн(((, регулятора !4 частоть» скольжения, блока !5 сравнения, при этом выход блока 12 управления инвер1(,ром соединен с инвертором35

2 тока, а вхоц подключен к блоку 13 суммирования, первый вход которого соединен с тахогенератором !6, а второй вход связан с регулятором частоты скольжения. Первый вход лока 15 40 сравнения канала регулирсв:»ния часто . ты соединен с выходом !7 задания момента блока 1! формирования задания момента и потока, а вгсрой вход — с выходом блока 19 вычисления момента, один вход которого соединен с да чиками 19 фазных токов двигателя, выход тахогенератора 16 соединен с входом блока 11 формирования задания момента и потока, к которому подклю- 50 чен выход блс а 20 задания частоты вращения, В электропривод введены блок 2! вычисления угла между векторами тока и потока с тремя входами, блоки 2224 интегрирования, в воздушном зазоре двигателя расположены измерительные катушка 25-27, в канал регулироВа»(ия частоты дополниг-..льно введен

13 2 второй блок 28 сравнения, зад.-.тчик 2" угл» между векторами тока »» потока, при этом второй вход блока 18 вычисления момента соед»»нен с первым входом блока 21 е!.числения улла между вектор»ми тока и поток» и выходам»» блоков 22-23 интегрирования, входы которых соединены с выходами кату»пек

25-27, выход блока !8 вычисления момента соединен с вторым входом блока

2! вычисления угла между векторами тока и потока, третий вход которого подключен к датчикам !9 фазных токов, а выход соединен с первым входом второго блока 28 сравнения канала регулирования частоты, второй вход которого через задатч»(»: 19 уг I» между векторами тока и »стока Ооединен с выходом первого блока 15 сравнения канала регулирования частоты. Выход второго блока сравнения этого канала регулирования через регулятор 14 частоты скольжения соединен с первым входом блока 13 суммирования.

В другом вариант» злектропривода переменного тока в кан(.л регулирования частоты введены интегр»льный усилитель ЗС и третий блок 3! сравнения, при з»см р. (î»I 1(нт гра »hH0 о

;"илителя 30 под :»»(»ч »(к- выходу второгО блока 28 .-.рав»(ения, а выход к первому вход, трет .-: о блока 3 сравнения указаннО» с канал, регулирования, в-.орой вход трет т,е. о блока сравнения соединен с регулятором 14 ча с то ты скс чьж ения, . - »зыхг)(» псдк I»o— чен к первому входу »дока !3 суммироеания.

Бчоки 5-9 соста»»ляют кон-.ур регу»»ирования наг»ря»кения. который имен»ет возбукдени= тато;,"вигателя 1 регулирова»»ием средней «еличин: i(апряжения»7(, которая. в св(чо очере.(»ь, определяет величи»(у тскз »» дрссселе

3, а г»едг;вательно, ам:(литуду основного гока в обмотках ст(тора, О снижае ошибку меж;, !» íàëñ- задания зсзбуждения п .данным с д»т,ика

Я. и пером нн», комз»»д;»ым гиг»»»лом с з;д- - :-. ка (» тока. Зтс т кснтус пред— ст,» (-..:;с: сог., и це» ь управления, в ксT(ð.: с гнал обратной (RH. »I » кс» знд..Игиал ср-: внива» .» в блоке 7 (." мм.lp(»»çà»èí (. в» дачей на ли:;ии =игна. .«сшибки, страж(1»(щего p;:((oã.»»ñoвачие между н»(ми. Сигнал опиб«и обрабать»взет в регуляторе 6 т<-.к;1, имеюще" i:.!1(тегральнун»1 Ip (»ср(.»»О»»»льну»(»

3 13715 переходные характеристики, что обес-печивает получение нулевой статистической ошибки. Из регулятора 6 тока пол -:ают скомпенсированный сигнал и подают на соответствующие входы блока 5 управления регулятором 4 напряжения. Такигч образом, контур регулирования напряжения реагирует ня любую ошибку между сигналом обратной связи по величине возбуждения с обеспечением изменения U< в смысле корректировки, что обеспеч: вяет увели"ение или уменьшение основной амплитуды тока в обмотках статора и сниже-1 ние величины ошибки до нуля. Сигнал обратной связи по величине возбуждения служит для выражения действительного уровня возбуждения в стяторе двигателя 1. Так, он может служить мерой средней величины действительного магнитного потока, нагяеденного в зазоре между статором и ротором двигателя 1 при его возбуждении и при этом такой сигнал обратной связи 25 предпочтительно получают иэ сигналов обратной связи по магнитному потоку. Командный сигнал задатчика 9 тока получают из сигнала управления 7 представ гющего требуемую величину 3() возбуждения статора, как оня определяется блоком 11 формирования момен— тя H IT) ri .K;I .

Второй наружный KoH p ; e! пирует крутящий момент двигателя путем )eãóпирования основной частоты коммутации инвертора 2 тока. Эта частота определяет основную частоту тока в обмотках стятора, что снижает до минимума рассогласование между сиг.

40 лом обратной связи Т по крутящему моменту блока 18 и переменным командным сигналом Т (представляющим крутящий момент двигателя) с выхода 17 блока 11. Этот контур содержит блок

15 сравнения, в котором сигнал обратнои связи и командный сигнал сравниваются с выдачей сигнала ошибки, который отражает рассогласование между ними, Сигнал ошибки обрабатывается в зядятчике 29, имеющем интеграпь-5О

:.ую и пропорциональную перехг>дные характеристики, что обеспечивает нулевую статистическую ошибку. Задат ик 29 обеспечивает на вых де коМ

: янпный ;игнап bin g для внутреннего с; .яиг.:изи.:ующего контура. Этот сигнал иэ .ен:-".-,ся как функция сигналя упряв.-ени.. обеспе:ением у. еньшсгпгя ве!

4 личины ошибки между Т и Т до нуля.

Этот сигнал суммируется в блоке 13 суммирования с сигналом обратной связи по скорости Я„ дня выдачи сигнала

4 управления частотой возбуждения О, представляя их алгебраическую сумму.

Сигнал обратной связи по скорости Я„ . выдается соответствующими средствами, например тахогенерятором !6, для восприятия действительной угловой скорости ротора двигателя 1. Сигнал

Ф управления частотой возбуждения Ю подается на соответствующие входы блока 12 управления инвертором 2 тока.

Поскольку величина У соответствует частоте возбуждения статора, а вели пша Р„соответствует эквивалентной частоте действительной скорости двигателя, сигнал на входе блока 13 суммирования представляет частоту скольжения двигателя И,! .

Таким образом, внешний регулирующий контур чувствителен к любому рассогласованию между сигналом обратной связи Т по крутящему моменту, опреденяемсму блоком 18, и сигналом управления Т на в сходе 17 блока ll для обеспечения изменения частоты коммутации переключающих элементов инвертора в ггоправочном смысле и увеличения HI> уменьшения частоты возбужд=ния статора для уменьшения величины рассогласования до нуля.

Сигнал управления Т обеспечивается блоком ll формирования задания момента и потока -и его значение определяется в соответствии с расчетной программой, которая обеспечивает в двигателе требуемые характеристики по скорости и крутящему моменту (обычно блок ll предназначен для согласования значения управления сиглФ

íàля с, со значен гем сигнала управ+1 пения T ) Сигнан обратной связи по крутящему моменту Т олока 18 служит пля представления дейс.твительной вечичины 1 относительного направления крутящего момента ротора двигателя при возбуждении. Его можно получить от двигателя любыми средствами, например многовитковыми измерительными катушками 25, 26 и 27, располагаемыми вблизи и чувствительными к дейстнительному магнитному потоку, наводимому в зазоре между статором и ротором двигателя 1 при возбуждении статоря, в результате чего каждая катуш5 13 ка имеет индуцМрованнь»е н ней сигналы напряжения, пропорциональные скорости изменения магнитного потока на смежном участке зазора между статором и ротором. Кроме того, предусматрИваются интегрирующие схемы 22, 23 и 24 соответственно, подсоединенные к указанным чувствительным катушкам для выдачи сигналов обратной связи, которые являются интегральными во времени индуцированных сигналов напряжения, чем обеспечивается правильное представление сигналами обратной связи по потоку как величины, так и фазы действительного магнитного потока н зазоре между статором и ротором. Предпочтительно -катушки 25, 26, 27 располагать вокруг зазора между ротором и статором н совмещении с центрами зон потока, относящихся к основным катушкам соответствующих фаз А В и С обмоток статора. При таком расположении сигналы обратной связи по потоку, выдаваемые интеграторами 22, 23, 24, чувствительны к действительному магнитному потоку, преяставлень» KaK g„>, Qме и »» мс

Каждый из этих сигналсн является переменной величиной, имеющей форму волны (синусо»»дальную), и частоту, которая равна основной частоте магнитодвижущей силы (МДС).

Сигналы (»» »,,»» интегратомн мс ров 22, . н 2й и си: иалы фазных токов с датчикон 19 фазных токов преобразуются ио .Iýâåñòííì выражениям в векторные величины с вычислением момента в блоке 18.

Стабильность системь» возбуждения двигателя в условиях изменяющейся нагрузки повьш»жется. Для повышения качества переходного процесса предусмотрен интегральиый усилитель 30 и блок 31 сраннения, которые используются для регулирования возбуждения днигателя н функции действительно угла с» между осями магнитных полей статора и ротора в машине в переходном режиме. Под углом 8 подразумевается фазовый угол между двумя векторами, которые представляют соответственно магнитный поток и токи, которые взаимодействуют в двигателе для создания выходного крутящего момента. Этот угол положительный в двигательном режиме в прямом направлении и отрицательный в режиме торможения в обратном направлении.

71513

5

Таким образом, величина сигнала частоты скольжения (дне янляе Гся фун-. цией рассогласования между коман».— ным сигналом по углу и сигналом обратной связи. Частота тока, возбуждающего обмотки статора двигателя, определяется основной частотой коммутации ключей в инверторе 2, и »:з— менения н этой частоте будут переходно сдвигать интервалы токопронодимости статора, а следовательно, относительное фазоное положение вектора тока Т . Когда частота возбужн дения увеличивается, вектор напряжения статора перемещается в фазе (т.е. угол этого вектора увел»»чинается относительно заданного исходного положения). Допусти», что величина сигнала управления по требуемому крутящему моменту резко снизилась на заданную величину от точки установившегося двигательного режима с расчетной нагрузкой. Это вызывает рез- кое уменьшение величины командного сигнала sin9T по углу и соответстФ нующее приращению в сигнале ошибки по углу в блоке 28, которая, н свою очередь, отражается пропорциональным снижением вели:.ииы сигнала С.» по часse тоте скольжения на нходе блока 13, и соответственно сту»-енчатым уменьш

Ф нием величины сигнала управления Ы по частоте возбуждения. Блок 12 управления запуском иннертора 2 реагирует на указанное уменьшение путем снижения частоты коммутации иннертора, н результате чего основная частота возбуждения статора у.ю »ьшается.

Этим снижается част-та скольжения двигателя, что задерживает угловое положение вектора ток=. статора отно-. сительно вектора магнитного потока н зазоре между статором и po ooi.»: (т.е. уменьшает угол 8 ). В ре.зуль-.нте как сигнал обратной связи ио крутящему моменту в блоке 18, так:. сигнал обратной связи по у». .у блока

2! уменьшается,»о нел»»чи»»е и основиая частота нозбуж»е»»ия статора бь;стро дости>.зет .авионесия в ионой рабо»ей т:- .ке, где мещ;у сиги лом обрат- ной . d»»3t» по действительному крутящему моменту и величиной крутящего ма»»ента, установленного уменьшенным

»» кома» цным сигналом Т но "»Ie».:I.нм»:o»I".ape регулирования кру",.щего:-û" »å»Iта, и»еет место равенство »» гд» между действительным с»»л»алом обратной

1 171513

20

> 40

50

СВЛ 3 >l ПО у ГЛV И НОВОЙ I«е. :И f l »l:. ™ мандного сигнала по углу во внутрснIIeM cT76»1;Izi ирующем контуре имес ся не Голее чем минимальное p;..-Ce; ffäcn—

В.1»«1«Е .

Д:»я ступенчатого»<з;»е»«е пя в кои 11<,,»»О велич и»«с. уГл;1 g в»3 »;. ."" 3 ий контур реагирует на с.1 f >»»»I».»e и »ме» ения деii< T» z«Tezbi«<7ro сиги;»ла 61>1T-»f. свя-,и по уг.-.у» в рсзуль-.ате,.нома:1ий или возму»п".» ий разл»»<1»»ого типа в двигателе или в его нзгрузке путем I«bl зсза корректировоч»п,»х изме»»еш»й в возбуждении статора, чем ОГес»»ечив7 ется немедленное восста»»овление правильного угла. Этим предстгращается вози»«кнояе»«ие в двигателе незатух lv) щИХ»<ОЛЕГа»пий ОтНОСИтЕЛЬНО рабо f CI« точки в установившемся состояпии.

Таким Образом, действительное угловое положение вектора тока статора самопрои .«сльно эаставляег следоват команднь»й сигнал по требуемо.".»у y» »у, 4

СИСтЕМа С-.,«НОВИтСЯ С;1 ч 7СИНХРО низиру»<>»»»ей . Эффект регули..юв l»fi«я угла Р внутренним ко»«турок» может синхронизировать пус In»3»,le C z»»f;«лы ин вертора 2 (т. е. действп l ельные Io—

M" z!7ü: .",Омм таци11 . Ока Io »аГ»il< » ;:n. 1, пот<эку в з<»зоре между ст, .тором, I»o—

T >POM И, С .ДО»3аТЕЛЬ»«С .::." <1,.07» В >электрод»»«7«, ...»«, и силе, что и к; .ч =т

i«eустой «ивость качающегося

Пос::ол».»< описанная с.»с;

61«п»«зац «и ".табилизипуется путем регулирования частоты возбуж.»ения ц игателя в,;vlfêöèè угла, упрощаются требования в отi«oliie»fzfl«регулируемого источника 4 питания пост...энного ока который используется только пля pery пирования установивше "»ся < л1»чины возбуждения. Кроме того, pef улирование Гла выражаeтся в ме»»»е неупоряцоченном потоке тока в :,-.п»» итания перемен;Ог< гока 1«нвертора 2, в реЗ >h1 Ë тe ЧЕГ 7 MO»> .H У МЕ»«Ь»». Ить P 3 Ibfe— сн сглаживающего фи»«ьтра 3,. атраты

Иа НГ ГО iiPII апач»»ТЕЛЬНО»1>7!I»L« 6ован»«:-: -: к регулиропа»п»л т-»ка в

» епи. В.-п.яния коммутационной .3адерж» ки ипверт ра ослабляются усилением в контуре регулирования угл7, в результате чего устраняются в змож»»ые не»1ормаль»:.. условия коммутации ин>«ЕPTOP.;.

"f,":oãåíe ITîp 16 »ie яв.-,»l" г,",я необхо 1«мым для уповлет.р;<7--. ь:»ой раб о»ы - е".ы т а 6 и 1И 3 а > ии f <.. Г< мож не:;ОГ,17ьзовать. Тахогенератор вклю-fe»« с целью регулирования скорости двигателя системой управления в

Г v-«ае первоначального приложения .. J< ктроэнергии на обмотки статора

»»р»» л»3»пле»«ии рот о ра или ес Izf опера; р предусматр»»вает изменения скорос<.ц> а. о если сигнал обратной связи II(действител».>foil скорости двигат -»я отсутствует, регулирующий угол контура будет выдавать командный сигнал по частоте возбуждения, треСуемьп« для уменьшения до минимума ошибки межу действительной и требуеSnII ВЕЛИЧИНаМИ УГ17 9

Фоpмvлаизобретени я

Электропринод переменного тока, содержащий асинхронный двигатель, подключенный к выходу инвертсра тока, вход котор<зго через дроссель соединен: регулятором напрякения, канал регулzipof« a»f»sf напряжения, составленный из последов 7тельно соединенных блока упр lf«ле»«1«я регулятором напряжt »«èÿ, пропоpöèof«àëüно-интегрального рогу»ритора тока, блока сравнения, :,1I1» вход которого соединен с датчико.< то»;3 асинхг. »1< го двигателя, а другой — с зад.а7ч»п,ом тока, вход ко- .рог сое ц«»»ен = выходом задания

1.» О» -:, б: Гка формирования задания мом 1»та и потока, канал регулирования частот»., c зс T>7âëåí»fbié из блока управле «ия инвертором, блока суммирования, регулятора частоты скольже»f.1я, блока сравнения, при этом выход блока упр:«вления инвертором соединен с ин»«ерторо ч тока, вход подключен

K l>71< У С УММИ<>О 1< а»11»Н, ПЕРВЫЙ ВХОД КОТ>7рорп соедине = тахогенератором, а второй связан с регулятором частоты скольжения, первый вход блока срав. ения канала регулирования частоты соединен с выходом задания момента блока формирования задания момента и потока. а второй вход — с выходо.. блока вычисления момента, один вход которого соединен с датчиками фазных токов двигателя, выход тахогенератора соединен с входом блока формирования задания момента и потока, к которому подключен выход блока задания частоты вращения, о т л ич à »<» шийся тем, что, с целью повыш =.ния стабилизации частоты вращени-: Il широком диапазоне изменения

Составитель А. Головченко

Редактор А. Лежнина Техред К.Nоpгeнтал Корректор М. Щароыи

Заказ 434/59 Тираж 583 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССP по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4!5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. ужгород, ул. .роектп .ч, 4 частоты вращения, нагрузки и температуры, введены блок вычисления угла между векторами тока и потока с тремя входами, блоки интегрирования, измерительные катушки, расположенные в воздушном зазоре асинхронного двигателя, в канал регулирования частоты дополнительно введен второй блок сравнения, эадатчик у .ла между векторами тока и потока, при этом второй вход блока вычисления момента соединен с первым входом блока вычисления угла между векторами тока и

jIoToKB и выходамй блоков интегрирования, входы которых соединены с выводами измерительных катушек, выход блока вычисления момента соединен с вторым входом блока вычисления угла между векторами тока и потока, третий вход которого подключен к датчикам фазных токов, а выход соединен с первым входом второго блока сравнения канала

71513

10 регулирования частоты, второй вход которого через эадатчик угла между векторами тока и потока соединен с

5 выходом первого блока сравнения канала регулирования частоты, выход второго блока сравнения этого канала регулирования через регулятор частоты скольжения соединен с первым входом блока суммирования.

2. Электропривод по п. I, о т л ич а ю шийся тем, что в канал регулирования частоты введены интегральный усилитель и третий блок сравнения, при этом вход интегрального усилителя подключен к выходу второго блока сравнения, а выход — к первому входу третьего блока сравнения укаэанного канала регулирования, второй вход третьего блока сравнения соединен с регулятором частоты скольжения, а выход — с первым входом блока суммирования.