Частотно-управляемый электропривод

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах различного назначения с высокими требованиями по точности управления скоростью перемещения нагрузки . Целью изобретения является улучшение динамических и энергетических характеристик, электропривода за счет повышения точности формирования фазных токов двигателя переменного тока. Указанная цель достигается введением в частотно-управляемый электропривод формирователя заданных фазных ЭДС 33, вычислителя действительных фазных ЭДС 34 и вычитателей. Это позволяет формировать фазные компенсирующие сигналы по ЭДС с учетом реально изменяющихся параметров асинхронного двигателя 1.3 ил. с S W 00 СА СО Ю

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) (5g 4 Н 02 P 7/42

r всксоюзни

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ASTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4087320/24-07 (22) 14.07.86 (46) 15.02.88. Бюл. )) 6 (71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технолбгический институт взрывозащищен ного и рудничного электрооборудования (72) В.А. Скрыпник, Л.Х. Дацковский и А.М. Федоров (53) 621.313.333.072(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 629619, кл. H 02 P 7/42, 1978.

Энштейн И.И. Автоматизированный электропривод переменного тока. — М.:

Энергоиздат, 1982.,(54) ЧАСТОТНО-УПРАВЛЯЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах различного назначения с высокими требованиями по точности управления скоростью перемещения нагрузки. Целью изобретения является улучшение динамических и энергетических характеристик. электропривода за счет повышения точности формиро- вания фазных токов двигателя переменного тока. Укаэанная цель достигается введением в частотно-управляемый электропривод формирователя saданных фазных ЭДС 33, вычислителя действительных фазных ЭДС 34 и вычитателей. Это позволяет формировать фаэные компенсирующие сигналы по ЭДС с учетом реально изменяющихся параметров асинхронного двигателя 1. 3 ил.

1374392

Изобретение относится к электротехнике, а именно к частотно-управляемым электроприводам, построенным на основе асинхронных двигателей, пи- таемых от тиристорных преобразователей частоты с непосредственной связью, и может быть использовано в системах различного производственного назначения с высокими требованиями по fp точности управления скоростью нагрузки.

Цель изобретения — улучшение динамических и энергетических характеристик электропривода эа счет повьппения 15 точности формирования фазных токов двигателя переменного тока.

На фиг. 1 представлена функциональная схема частотно-управляемого электропривода; на фиг. 2 — диаграмма 20 формирования выходного напряжения преобразователя частоты с непосредственной связью и ЭДС двигателя при синусоидальном сигнале управления; на фиг. 3 — векторная диаграмма двига- 25 теля.

Частотно-управляемый электропривод . содержит асинхронный короткозамкнутый двигатель 1 (фиг. 1), подключенный к выходам преобразователя 2 частоты, 30 датчики 3-5 фазных токов, датчики фазных 6-8 напряжений, датчик 9 частоты вращения, установленный на валу асинхронного двигателя 1, последовательно соединенные блок fO задания частоты вращения, элемент 11 сравнения и регулятор 12 частоты вращения, вычислитель 13 частоты скольжения, подключенный входом к выходу регулятора 12 частоты вращения,пер- 4О вый сумматор 14, первый вход которого объединен с другим входом элемента 11 сравнения и подключен к выходу датчика 9 частоты вращения, второй вход соединен с выходом вычислителя

13 частоты скольжения, формирователь

15 сигналов задания фазных токов с входами управления намагничивающей и активной составляющих тока статора, подключенными соответственно к выходу блока 16 задания потока и выходу регулятора 12 частоты вращения, с входом управления частотой, подключенным к выходу первого сумматора 14, и с дополнительным выходом 17.опорных гармонических сигналов, сумматоры

18-20 первые входы которых подключены к соответствующим основным выходам формирователя 15 сигналов задания.

Для точного воспроизведения заданного сигнала тока регулирующий сигнал управления U, который посту. пает в систему импульсно-фазового управления преобразователем 2 частоты, должен состоять из следующих составляющих:

U

Кр„ (U +1, +а;.i, +Ь. — ), (1) где U выходное напряжение регулятора тока; сигнал, пропорциональный

ЭДС двигателя; сигнал, пропорциональный падению напряжения в активном сопротивлении статора; а; i; фазных токов, вторые входы — к выходам соответствующих датчиков 3-5 фазных токов, выходы — к входам соответствующих регуляторов 21-23 фазных токов, формирователи 24-26 сигналов, пропорциональных заданным значениям фазных токов и их производным,подключенные входами к соответствующим выходам формирователя 15 сигналов задания фазных токов, сумматоры 27-29, первые входы которых подключены к выходам соответствующих регуляторов

21-23 фазных токов, вторые входы— к выходам соответствующих формирователей 24-26 сигналов, пропорциональных заданным значениям фаэнык токов и их производным, а выходы через соответствующие системы 30-32 импульсно-фазового управления соединены с управляющими входами преобразователя

2 частоты, формирователь 33 заданных фазных ЭДС, вычислитель 34 действительных фазных ЭДС и вычитатели 3537; сумматоры 27-29 снабжены дополнительными входами, подключенными к выходам соответствующих вычитателей

35-37; первые входы вычитателей 3537 подключены к соответствующим выходам формирователя заданных фазных

ЭДС, соединенного входами с выходом датчика 9 частоты вращения и дополнительным выходом 17 опорных гармонических сигналов формирователя 15 сигналов задания фазных токов. Вторые входы вычитателей 35-37 подключены к соответствующим выходам вычислителя действительных фазных ЭДС

34, соединенного входами с выходами датчиков фазных токов 3-5 и выходами датчиков 6-8 фазных напряжений.

1374392 ем состояния электродвигателя теряется точность и устойчивость электропривода в целом и способ не обеспечивает качественного регулирования электродвигателей во всех режимах работы.

Особенность предлагаемого частотно-управляемого электропривода пере55 менного тока заключается в том, что в качестве сигнала, компенсирующего влияние ЭДС двигателя, используется

dl

Ь вЂ” — сигнал, пропорциональный

de производной тока статора (падению напряжения на индуктивности статора); а,Ь вЂ” коэффициенты пропорциональности;

К „ — коэффициент передачи преобразователя 2 частоты.

Уравнение (1) выведено из предварительного условия, что коэффициент передачи преобразователя частоты постоянный (К„ц = сопя ). В действительности из-за нелинейности характерис15 тики управления преобразователя частоты для режимов прерывистого и непрерывного токов коэффициент передачи изменяется в несколько раз, снижая соответственно точность системы ре20 гулирования фазных токов. Кроме того, наибольшее влияние в таких системах оказывает ЭДС электродвигателя, так как ее величина составляет 92-96 от величины напряжения статора, Поэтому от точности компенсации ЭДС, а следовательно, от точности. формирования сигнала ЭДС в системе регулирования зависит и точность системы регулирования фазных токов. При использовании сигнала компенсации с датчика ЭДС из-за нелинейности характеристик преобразователя сигнал управления становится недостаточным для поддержания заданного тока и приемлемой для практики точности регулиро- З5 вания фазных токов в широком диапа зоне регулирования скорости получить не представляется возможным. При использовании формирователя ЭДС для получения сигнала компенсации систе- 40 ма не обеспечивает все режимы работы электродвигателя в требуемом диапазоне регулирования скорости, так как сигнал ЭДС с формирователя — это внеш" ний сигнал, никак не отражающий из- 45 менения ЭДС реального двигателя в процессе работы. Поэтому с измененине сигнал, пропорциональный ЭДС двигателя, а разностный сигнал между удвоенным значением заданной ЭДС,полученным с помощью формирователя сигналов ЭДС, и сигналом ЭДС двигателя, измеренным с помощью датчика ЭДС.

Например, для фазы А

21 — 1

А А р (2) 1-кд

Где 1

Д сигнал, полученный с формирователя ЭДС; сигнал, измеренный ЭДС.

А (3) 1кд = 21А 1д 1д

При уменьшении реальной ЭДС двигателя 1„д увеличивается, и соответственно увеличивается напряжение управления преобразователем U а следовательно, выходное напряжение преобразователя и напряжения статора электродвигателя, что ведет к увеличению

ЭДС электродвигателя. При увеличении

ЭДС электродвигателя вследствие изменения его состояния 1„„, а следовательно, и U и напряжение статора и реальной ЭДС двигателя уменьшаются.

Особенно стабилизирующее действие такого управления проявляется в электроприводах переменного тока с асинхронными короткозамкнутыми двигателями, где величина потока, а следовательно, и ЭДС двигателя определяются напряжением статора, а не током возбуждения, как у синхронных машин.

Линеаризация характеристики управления преобразователя при таком способе управления-электроприводом происходит следующим образом. На фиг. 2а показан процесс формирования одной полуволны напряжения двигателя преобразователя частоты с непосредственной связью, При синусоHpaëüHîì управлении (фиг.2б) из-за нелинейности характеристики преобразователя (характеристики управления управляемого выпрямителя) образуется несинусоидальное напряжение на выходе преобразователя (фиг.2в), которое

Этот сигнал компенсации ЭДС учитывает изменение реальной ЭДС двигателя. Одновременно производится линеаризация характеристики управления преобразователя. Если при настройке системы регулирования выставить 1д =1д то

1374392 кг 1 +

2 1 (( (4) где R — активное сопротивление ро2 тора;

Е,L — индуктивность намагничивающего контура и индуктивность ротора.

В сумматоре 14 частота вращения ротора а суммируется с частотой скольжения Qг согласно выражению: (5) с 2 9 где знаки + перед И2 определяют режим . 45 работы электродвигателя: двигательный или генераторный.

По заданным значениям ортогональ° Ф ных составляющих тока статора 1, и . 4.

i и частоте тока статора са, на выходе формирователя 15 образуется трехфазная система синусоидальных сигналов задания на фазные токи:.Ф

A

; 4.

1в

I sin(u,t

Т„sin(z, t

+ср);

2h — +со) °

9

2 «

+ — +q), (6) ° Ф

1 с

I sin(g,t прикладывается к двигателю и образует несинусоидальную ЭДС (фиг.2г).Так как из формирователя ЭДС поступает синусоидальный сигнал 1„,а из датчиМ чика ЭДС вЂ” несинусоидальный сигнал

1, то в системы управления преоб,разователем поступает сигнал,компенсирующий ЭДС и сигнал а1, 9который линеаризует характеристику управления преобразователя.

Частотно-управляемый электропривод работает следующим образом.

На входе регулятора 12 частоты вращения сравнивается заданное я и действительное значение частоты вращения сд электродвигателя, которое снимается с датчика 9 частоты вращения. С выхода регулятора 12 частоты вращения сигнал поступает на вход 20 формирователя 15, определяя активную составляющую тока статора i . Намагничивающая составляющая тока статора

° 4.

1 задается независимо уставкой или

1д

% от регулятора потока. По сигналу i 25 в вычислителе 13 .частоты скольжения определяется частота скольжения.Так, при постоянстве потокосцепления ротора ((ф = const) где

1 — arctg (7) «и

По сигналам с формирователя 15 и сигналу частоты вращения ротора и в формирователе ЭДС 33 образуется трехфазная система заданных значений

ЭДС двигателя:

14

E cos9 t;

2Т

ń, cos(u t — — )

3 (8) %- 2«

1-с = Е,„соя(Я,t + — 3), где (9) Я щ = К У Е

К вЂ” коэффифицент пропорциональности.

Сигнал заданной ЭДС двигателя формируется перпендикулярно вектору намагничивающей составляющей тока статора (фиг. 3).

Действительные значения ЭДС двигателя 1>9 1, 1 могут быть получены с помощью измерительных обмоток, закладываемых в пазы обмотки статора, или путем вычисления ЭДС по напряжениям и тока статара

1, — Б, -l,R,— L< —, (10) d l.

6 Д где К, — активное сопротивление фазы статора;

L . — индуктивность рассеивания

1 фазы статора.

Вычислитель 34 ЭДС реализует выражение (10), используя информацию о фазных напряжениях Uä, U,,U с выходов датчиков 6-8 напряжения и с выходов датчиков 3-5 токов. В вычитателях 35-37 из удвоенного значения заданных ЭДС вычитаются действительные

ЭДС двигателя. Вычитатели построены на операционных усилителя и содержат небольшие фильтры для частичного подавления пульсаций, содержащихся в сигналах ЭДС двигателя.

В сумматорах 27-29 суммируются выходные сигналы с выходов регуляторов 21-23 тока; с выходов вычитателей 35-37 ЭДС и с выходов формирователей 24-26 сигналов, пропорциональных заданным значениям токов и их производных согласно выражению:

1374392 где К, — коэффициент пропорциональности

Выходные сигналы сумматоров 27-29 поступают в системы 30-32 импульснофазового управления преобразователя 2 частоты и управляют его выходным напряжением.

Таким образом, введение в частотно-управляемый электропривод формирователя заданных фазных ЭДС вычислителя действительных фазных ЭДС и 15 трех вычитателей обеспечивает формирование фазных компенсирующих сигналов по ЭДС с учетом реально изменяющихся параметров асинхронного двигателя, благодаря чему улучшаются дина- 20 мические и энергетические характеристики электропривода за счет повышения точности формирования фазных токов.

Формула изобретения

Частотно-управляемый электропривод, содержащий асинхронный короткозамкнутый двигатель, подключенный к выходам преобразователя частоты, датчики фазных токов и напряжений,. датчик частоты вращения, установленный на валу асинхронного короткозамкнутого двигателя, последовательно сое- 35 диненные блок задания частоты вращения, элемент сравнения и регулятор частоты вращения, вычислитель частоты скольжения, подключенный входом к выходу регулятора частоты вра- 4О щения, первый сумматор, первый вход которого объединен с другим входом элемента сравнения и подключен к выходу датчика частоты вращения, а второй вход первого су атора соединен 45 с выходом вычислителя частоты скольжения, формирователь сигналов задания фазных токов — с входами управления намагничивающей и активной составляющей тока статора, подклю- 50 ченными соответственно к выходу блока задания потока и выходу регулятора частоты вращения, с входом управления частотой, подключенным к выходу первого сумматора, и с дополнительным выходом опорных гармонических сигналов, второй, третий и четвертый сумматоры, первые входы которых подключены к соответствующим основным выходам формирователя сигналов задания фазных токов, вторые входы — к выходам соответствующих датчиков фазных токов, а выходы второго, третьего и четвертого сумматоров подключены к входам соответствующих регуляторов фазных токов, формирователи сигналов, пропорциональных заданным значениям фазных токов и их производным, подключенные входами к соответствующим выходам формирователя сигналов задания фазных токов, пятый, шестой и седьмой сумматоры, первые входы которых подключены к выходам соответствующих регуляторов фазных токов, вторые входы — к выходам соответствующих формирователей сигналов, пропорциональных заданным значениям фазных токов и их производным, а выходы пятого, шестого и седьмого сумматоров через соответствующие системы импульсно-фазового управления соединены с управляющими входами преобразователя частоты, отличающийся тем, что, с целью улучшения динамических и энергетических характеристик за счет повышения точности формирования фазных токов асинхронного двигателя, введены формирователь заданных фазных ЭДС, вычислитель действительных фазных ЭДС и три вычитателя, а пятый, шестой и седьмой сумматоры снабжены дополнительными входами,подключенными к выходам соответствующих вычитателей, при этом первые входы вычитателей подключены к соответствующим выходам формирователя заданных фазных ЭДС, соединенного входами с выходом датчика частоты вращения и дополнительным выходом опорных гармонических сигналов формирователя сигналов задания фазных токов,а вторые входы вычитателей подключены к соответствукнцим входам вычислителя действительных фазных ЭДС, соединенного входами с выходами датчиков фазных токов и напряжений.

1374392 фиГ3

Составитель А. Жилин

Редактор Л. Пчолинская Техред Л.Олийнык

Корректор И. Муска

Заказ 616/53 Тираж 583 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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