Частотно-управляемый электропривод

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах и механизмах различного промьшленного назначения. Целью изобретбния является повышение точности управления электромагнитным моментом и частотой вращения асинхронного короткозамкнутого двигатели за счет введения компенсирующей связи по ЭДС при регулировании фазных токов . Указанная цель достигается введением в частотно-управляемьп электропривод модуляторов (М) 13, 14, сумматора 15, фильтра 16, блока 17 преобразования сигналов, источника 18 постоянного напряжения и преобразователя 19 частота - напряжение. Указанные блоки предназначены для формирования си -налов компенсации ЭДС, при этом коммутирующие входы М 13, 14 связаны с коммутирующими входами М 8, 9, а коммутирующие входы блока 17 - с коммутирующими входами блока 12 преобразования сигналов. Выходы блоков 12, 17 соединены с управляющими входами преобразователя частоты 2 асинхронного двигателя 1 . Введение компенсирующих сигналов ЭДС А а t закон регулирования асинхронного двигателя 1 позволяет повысить точность регулирования фазных токов . 3 ил. (Л со ts9 сл --;ЗГ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (11) (5D 4 Н 02 P 7 42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4067774/24-07 (22) 16.04,86 (46) 07.02.88. Бюл. Ф 5 (71) Всесоюзный научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт взрывозащищенного и рудничного электрооборудования (72) Г.А.Пименов и В.А.Скрыпник (53) 621.3 16.718(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 688976, кл. Н 02 P 5/40, 1979.

Авторское свидетельство СССР

1(699643, кл. Н 02 P 7/42, 1979, (54) ЧАСТОТНО-УПРАВЛЯЕМЫИ ЭЛЕКТРОПРИВОД (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах и механизмах различного промьппленного назначения. Целью изобретЕния является повышение точности управления электромагнитным моментом и частотой вращения асинхронного короткозамкнутого двигателя эа счет введения компенсирующей связи по ЭДС при регулировании фазных токов. Указанная цель достигается введением в частотно-управляемьп» электропривод модуляторов (М) 13, 14 сумматора 15, фильтра 16, блока 17 преобразования сигналов, источника 18 постоянного напряжения и преобразователя 19 частота — напряжение. Указанные блоки предназначены для формирования сигналов компенсации ЭДС

r при этом коммутирующие входы М 13, 14 связаны с коммутирующими входами

M 8, 9, а коммутирующие входы блока

17 — с коммутирующими входами блока

12 преобразования сигналов. Выходы блоков 12, 17 соединены с управляющими входами преобразователя частоты

2 асинхронного двигателя 1. Введение компенсирующих сигналов ЭДС

Ф ф Ф е„; е ; е в закон регулирования асинхронного двигателя 1 позволяет повысить точность регулирования фазных токов ° 3 ил.

1372577

Изобретение относится к электротехнике, а именно к частотно-управляемым электроприводам, построенным на основе асинхронных короткозамкну5 тых двигателей, и может быть использовано в системах и механизмах различного промышленного назначения.

Цель изобретения — повышение точности управления электромагнитным мо- 10 ментом и частотой вращения асинхронного короткозамкнутого двигателя эа счет введения компенсирующей связи по ЭДС при регулировании фазных то— ков. 15

На фиг. 1 представлена функциональная схема частотно-управляемого электропривода; на фиг.2 — схема дополнительного блока преобразования сигналов; на фиг.3 — векторная диаграм- 20 ма двигателя.

Частотно-управляемый электропривод содержит асинхронный короткозамкнутый двигатель 1 (фиг.1), подключенный к выходам силового преобразователя 2 25 частоты, импульсный датчик 3 частоты вращения, установленный на валу асинхронного кораткозамкнутого двигателя

1, последовательно соединенные управляемый генератор 4 импульсов и блок 5 суммирования частот, делители

6 и 7 частоты, модуляторы 8 и 9,сумматор 10, фильтр 11 и блок 12 преобразования сигналов с аналоговым и коммутирующими входами. 35

При этом входы делителей 6 и 7 частоты подключены к соответствующим выходам блока 5 суммирования частот.

Выходы первого делителя 6 частоты подключены к коммутирующим входам моду- 40 ляторов 8 и 9, соединенных выходами с входами сумматора 10, выход которого через фильтр 11 подключен к аналоговому входу блока 12 преобразования сигналов. Выходы второго делите- 45 ля 7 частоты подключены к коммутирующим входам блока 12 преобразования сигналов, соединенного выходом с первым управляющим входом силового преобразователя 2 частоты. Выходы импульсного датчика 3 частоты вращения подключены к соответствующим входам блока 5 суммирования частот.

В частотно-управляемый электропривод введены два модулятора 13 и

14, сумматор 15, фильтр 16, блок 17 преобразования сигналов с аналоговым и коммутирующими входами, источник 18 постоянного напряжения и преобразователь 19 частота — напряжение, подключенный входами к соответствующим выходам импульсного датчика 3 частоты вращения. При этом коммутирующие входы модуляторов 13 и 14 подключены к соответствующим выходам делителя

6 частоты. Аналоговые входы модуляToDoB 13 и 14 подключены соответственно к выходу источника 18 постоянного напряжения и к выходу преобразователя

19 частота — напряжение, выходы модуляторов 13 и 14 соединены с входами сумматора 15, выход которого через фильтр 16 подключен к аналоговому входу блока 17 преобразования сигналов, соединенного коммутирующими входами с соответствующими выходами делителя 7 частоты. Выход блока 17 преобразования сигналов подключен к второму управляющему входу силового преобразователя 2 частоты, Аналоговые входы модуляторов 8 и

9 связаны с цепями задания составля.« ющих тока статора i« i во вращающейся системе координат Ы,Р>.

Блок 17 преобразования сигналов содержит два демодулятора сигналов, выполненные на аналоговых ключах

20-23 (фиг.2), фильтры 24 и 25 нижних частот и преобразователь двухфазного напряжения в трехфазное, выполненньгй на операционных усилителях 26 и

27 и резисторах 28-33 ° Входы демодуляторов 20, 21 и 22, 23 попарно объединены и образуют аналоговые вхо- . ды блока 17 преобразования сигналов.

Коммутирующие входы демодуляторов

20-23 образуют соответствующие коммутирующие входы блока 17 преобразования сигналов. Попарно объединенные выходы демодуляторов 20, 21 и 22, 23 через фильтры 24 и 25 подключены к входам преобразователя двухфазного напряжения в трехфазное, выходы которого образуют выходы блока 17 преобразования сигналов. Блок 12 преобразования сигналов выполнен аналогично °

Частотно-управляемый электропривод работает следующим образом.

На входы блока 5 суммирования частот поступает импульсный сигнал с частотой КИ„, пропорциональной частоте вращения ротора электродвигателя 1, снимаемый с выхода импульсного датчика 3 частоты вращения, и импульсный сигнал с частотой Ки, пропорциональный заданной частоте сколь1372577

1«ь

+ arc tg —.-)

<и, (3) т К <

И н К (4) cos (<".< „ (Ь) 4

i, (t) cos (са, t

1<в — arc tg —. -)

1<* (8) sin (Ин t

v„(t) жения, снимаемый с выхода управляемого генератора 4 импульсов. С выхода блока 5 суммирования частот на вход делителя 6 частоты поступает импульс5 ный сигнал с частотой, равной алгебраической сумме частоты cD, тактового генератора, имеющегося в блоке суммирования частот, и частоты KQ, T.e. ((2т + КЯ ), ля частоты 7 поступает импульсный сигнал с частотой (т — «) (1)

С выходов делителя 6 частоты прямоугольные импульсы с частотой а ка2 т (2)

«

20 где К д — коэффициент деления, поступают на коммутирующие входы модуляторов 8 и 9, при этом делитель 6 частоты выполняют таким образом, что прямоугольные импульсы, поступающие на коммутирующий вход модулятора 9, сдвинуты относительно импульсов на коммутирующем входе модулятора 8 на 90 эл.град.

На аналоговый вход модулятора 8 3Р поступает сигнал i<, величина которого соответствует ортогональной намагничивающей составляющей вектора заданного тока статора, направленной по ос и 0, вращающейся ситемы координат о, P, а на аналогичный вход модулятора 6 поступает сигнал . ч величина которого соответствует ортогональной активной составляющей вектора заданного тока статора, 40 направленной по оси P . На выходе модулятора 8 получают симметричный прямоугольный сигнал с частотой 43 и амплитудой, равной величине сиг° Ф нала 1<»<, а на выходе модулятора 9 45 получают аналогичный сигнал с той же частотой и амплитудой, равной ве.ч личине сигнала it, и сдвинутый по фазе на 90 эл ° град. относительно выходного сигнала модулятора 8. Эти два прямоугольных сигнала суммируются на сумматоре 10 и поступают на вход фильтра 11 нижних частот, выделяющего первую гармонику суммарного сигнала. Синусоидальный сигнал на выходе фильтра 11 описывается уравнением

С выхода фильтра 11 сигнал поступает на аналоговый вход блока 12 преобразования сигналов, где происходит демодуляция его коммутирующими сигналами с выходов делителя 7 частоты, имеющими частоту

Делители частоты 6 и 7 выполнены идентичными, поэтому на выходе делителя 6 частоты также присутствуют прямоугольные импульсы. Такой сигнал может быть описан уравнением для меандра

U (t) = - — --- sin (д t (5)

-) =1

<< где — 1,2,3,... натуральный ряд чисел (номер гармоники).

В блоке 12 преобразования сигналов производится демодуляция входных синусоидальных сигналов несущей частоты U (t) и Т„(t) (прямого и инверсного) коммутирующими прямоугольными импульсами И „,(t) и UK (t) (прямыми и инверсными). Синусоидальный сигнал на выходе блока 12 преобразования сигналов описывается уравнением (для одной фазы) Частота этого сигнала с учетом (2) и (4) « «Я» (2< + Ы ) +tD < (7) и представляет собой круговую частоту тока статора электродвигателя, равную алгебраической сумме частоты вращения ротора и частоты тока ротора (абсолютного скольжения). Следовательно, сигнал на выходе блока 12 преобразования сигналов может быть описан уравнением

1372577

5 е, = е, + )е< (13) если принято, что

К2

2 (14) Е <Р = Д <. (< 1

Кг циональный — Т ТVz, а на вход мо20 Т2

<:(1

U = R Т

Kz — — — (.!

3 (2, << 2— (10) где К, Т цепи; обобщенные векторы напряжения статора, тока статора и потокосцепле- 40 ния ротора; коэффициент связи рото1< 9i

=L iL

L L ния ротора.

C1 I.

R T --- + R i +

<1с з 1

+ )К Т, <д1, + е, где или в комплексной форме б . <<

1 + 3l

10, фильтра 11 и блока 12 преобразования сигналов производится преобразование сигналов ортогональных составляющих заданного обобщенного вектора тока статора из неподвижной системы координат во вращающуюся с частотой Ы, систему координат. По сигналу i, на выходе блока 12 преобразования сигналов получают трехфазную систему синусоидальных напряжений, поступающую на первый управляющий вход преобразователя 2 частоты.

Формирование сигналов для компенсации ЭДС электродвигателя производится исходя из уравнения статорной цепи асинхронного электродвигателя, записанного в обобщенных векторах в системе координат, врашаюшейся с произвольной частотой <й б R,1, + jRÝTÝ co i, + эквивалентные активное сопротивление и постоянная времени статорной ра; индуктивности цепей намагничивания и ротора; круговая частота вращеЭто уравнение можно также записать в следующем виде:

= — — — <72 + )К.2иг (12)

Т2 представляет собой ЭДС электродвигателя, которую можно представить в виде

Это иллюстрируется векторной диаграммой (фиг.3).

Таким образом, если на вход модулятора 13 подать сигнал, пропордулятора 14 — сигнал, пропорциональный Е2<<, gz . то на выходе блока 17 преобразования сигналов будет сфор1- — б мирован сигнал е,, пропорциональный ЗДС электродвигателя.

Если регулирование асинхронного электродвигателя производится по закон <72 = const, то на вход модулятора 13 подается постоянное напряжение от источника 18, а на вход модулятора 14 — напряжение,пропорциональное частоте вращения ротора с выхода преобразователя 19 частота — напряжение.

Получение сигналов компенсации возмущающего воздействия по ЭДС производится с помощью модуляторов 13 и 14, сумматора 15, фильтра 16 и блока 17 преобразования сигналов, (1ри этом коммутирующие входы моду ля оров 13 и 14 связаны с коммутирующими входами модуляторов 8 и 9, а коммутирующие входы блока 17 преобразования сигналов — с коммутирующими входами блока 12 преобразования сигналов. Работа этих узлов схемы происходит аналогично описанной выше. ((одав на аналоговые входы модуляторов 13 и lu сигналы е и е, величин<,< которых соответствуют ортогональным составляющим вектора компенсирующего сигнала, по аналогии с сигналом вектора заданного тока i< получают вектор сигнала компенсации ЭДС, описываемый уравнением б1 б2

e(t) = е + « сos (Q< t

Ф е

are tg - -) е

13725 (15) или в комплексной форме е = е,ь + )е т.е. с гнал компенсации ЭДС получают в той же системе координат, что и вектор заданного тока. Далее на выходе блока 17 преобразования сигналов получают трехфазную систему компен1 сирующих сигналов ЭДС е, е 8, е,, поступающую на второй управляющий вход преобразователя 2 частоты.

Введение компенсирующих сигналов

ЭДС позволяет повысить точность регулирования фазных токов, благодаря чему повышается точность управления электромагнитным моментом и частотой вращения асинхронного короткозамкнутого двигателя в сравнении с известным решением.

25 формула изобретения

Частотно-управляемый электропривод, содержащий асинхронный короткозамкнутый двигатель, подключенный к выходам силового преобразователя частоты, импульсный датчик частоты вращения с двумя выходами, установленный на валу асинхронного короткозамкнутого двигателя, последовательно соединенные управляемый генератор импульсов и блок суммирования частот, два делителя частоты, два модулятора, сумматор, фильтр и блок преобразования сигналов с аналоговым и коммутирующим входами, при этом входы де40 лителей частоты подключены к соответствующим выходам блока суммирования частот, выходы первого делителя частоты подключены к коммутирующим входам соответствующих модулято45 ров, соединенных выходами с входами

77 сумматора, выход которого через фильтр подключен к аналоговому входу блока преобразования сигналов, выходы второго делителя частоты подключены к коммутирующим входам блока преобразования сигналов,соединенного выходом с первым управляющим входом силового преобразователя частоты, выходы импульсного датчика частоты вращения подключены к соответствующим входам блока суммирования частот, отличающийся тем, что, с целью повышения точности управления за счет введения компенсирующей связи по ЭДС при регулировании фазных токов, введены два дополнительных модулятора, дополнительный сумматор, дополнительный фильтр, дополнительный блок преобразования сигналов с аналоговым и коммутирующими входами, источник постоянного напряжения и преобразователь частота — напряжение, подключенный входами к соответствующим выходам импульсного датчика частоты вращения, при этом коммутирующие входы дополнительных модуляторов подключены к соответствующим выходам первого делителя частоты, аналоговые входы первого и второго дополнительных модуляторов подключены соответственно к выходу источника постоянного напряжения и к выходу преобразователя частота — напряжения, выходы дополнительных модуляторов соединены с входами дополнительного сумматора, выход которого через дополнительный фильтр подключен к аналоговому входу дополнительного блока преобразования сигналов, соединенного коммутируюшими входами с соответствующими выходами второго делителя частоты, а выход дополнительного блока преобразования сигналов подключен к второму управляющему входу силового преобразователя частоты.

1372577

Составитель А.Жилин

Редактор В.Петраш Техред И.Верес Корректор 1.Ïèëèïåíêî

Заказ 1206

Тираж 583 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