Частотно-управляемый электропривод

 

Изобретение относится к электротехнике, а именно - к частотно-управляемым электроприводам, выполненным на основе асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором и преобразователя частоты, и может быть использовано в электроприводах механизмов с высокими требованиями к динамическим показателям, с частыми пусками, реверсами, с работой "на упор". Целью изобретения является повышение точности управления. В электропривод введены сумматоры 18 - 20, блоки 21 - 23 дифференцирования, блок 24 умножения, блок 25 выделения абсолютного значения, релейные элементы 26 - 28, элемент НЕ 29, ключ 30, источник 31 опорного напряжения, интегратор 32, демодуляторы 33, 34. При этом обеспечивается автономность контуров регулирования частоты вращения, модуля потокосцепления ротора и фазных токов статора и достижение инвариантности их к параметрическим и внешним возмущениям в установившихся и переходных режимах работы.2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А!

ÄÄSUÄÄ 1527701 ь51) 4 И 02 Р 7/42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ5

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ щения, модуля потоко сцепления ротора и фазньrx токов ròàòoðà и достижение инпариантности их к параметрическим и вне!1:ним Hoзмущениям R установив шихся и переходных режимах работь!.

2 ип. в

Фиг.! !

ГОСУДАРСТВЕННЬ1Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4411180/24-07 (22) 21.03.88 (46) 07.12.89. Г>юл. N 45 (71) Днепродзерж!п{ский индустриальньп! институт им. 1!.1!. Арсеничева (72) О.A. Дегтяренко и Ю.1!. Елименко (53) 621.313.333(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 868960, кл . Н 02 Р 7/42, 1 977.

Слежановский О.В. и др. Системы подчинещ!! го регулирования электроприводов переменного тока с вентильными преобразователями. — !1.: Энергоатомиздат, 1983, с.! 25-128. (54) ЧАСТОТНО-У1!РЛИ ЯЕ1ЪФ ЭЛЕКТРОПРИВОД (57) Изобретение относится к электротехнике, а именно — к частотно-управляемым зле ктропр!!вода!!, выполнс-:нпым на основе асинхронного двигателя с короткозамкнуть!ы ротором и преобра2 зователя частоты, и может быть использовано в электроприводах механизмов с высокими требованиями к динамическим показателям, с частыми пусками, реверсами, с работой на упор . Целью изобретения является повьп!!ение точности управления. В электропривод введены сумматоры 18-20, блоки 21-23 дифференцирования, блок

24 умножения, блок 25 выделения абсолютного значения, релейные элементы 26-28, элемент HE 29, ключ 30, ис!очник 31 опорного напряжения, интс гратор 32, демодуляторы 33, 34.

1!ри этом обеспечивается автономность контуров регулирования частоты вра1527701

Изобретение относится к электротехнике, а именно к частотно-управляемым электроприводам, выполненным на основе асинхронного двигателя с короткозаикнутым ротором и преобразователя частоты, и может быть использовано в электроприводах механизмов с высокими требованиями к динамическим показателям, с частыми пусками, реверсами, с работой "на упор".

Целью изобретения является повышение точности управления эа счет обеспечения автономности контуров регулирования частоты вращения, модуля потокосцепления ротора и фаэных токов статора и достижения инвариантности их к параметрическим и внешним возмущениям в установившихся и переходных режимах работы, ограниче- 20 ния и стабилизации на заданном уровне ускорения электропривода.

На фиг.1 представлена функциональная схема частотно-управляемого электропривода; на фиг. 2 — схема демо- 25 дулятора.

Частотно-управляемый электропривод содержит асинхронный короткозамкнутый двигатель 1 (фиг.1) с встроенными датчиками потокосцеплений, блок 2 дат-30 чиков фазных токов, ключевой преобразователь 3 энергии, задатчик 4 интенсивности, сумматор 5, датчик 6 частоты вращения, р гулятор 7 частоты вращения, блок 8 деления, сумматор 9, блок 10 векторного анализатора, сумматор 11, регулятор 12 модуля потокосцепления ротора, преобразователь 13 координат, блок 14 регуляторов фаэных токов, сумматор 15, релейный элемент 40

16, интегратор 17, сумматоры 18-20, блоки 21-23 дифференцирования, блок

24 умножения, блок ?5 выделения абсолютных значений, релейные элементы

26-28, логический элемент НЕ 29, уп- 45 равляемый ключ 30, источник 31 опорного напряжения, интегратор 32, демодуляторы 33 и 34.

Асинхронный короткозамкнутый двигатель 1 через блок датчиков фазных 50 токов ? подключен к выходу ключевого преобразователя 3 энергии, соединенного управляющими входами с выходами блока 14 регуляторов фазных токов.

Задатчик 4 интенсивности, сумматоры 5 и 19, регулятор 7 частоты вращения, демодулятор 33, блок 8 деления, сумматор 9 соединены между собой последовательно. Вход задатчика 4 интенсивности через сумматор 15 соединен с последовательно включенными релейным элементом 16, сумматором 18, интегратором 17, причем последний выходом соединен с выходом задатчика

4 интенсивности и вторым входом сумматора 16. Второй вход сумматора 5 и вход блока 21 дифференцирования соединены с выходом датчика 6 частоты вращения. Выход сумматора 5 через блок 25 выделения абсолютных значений соединен с вторым входом блока

24 умножения ° Первый вход последнего и его выход соединены соответственно с выходом блока 21 дифференцирования и с входом релейного элемента 26. Выход блока 8 деления через блок 22 дифференцирования соединен с входом релейного элемента 27 и с вторым входом сумматора 9. Выход блока 21 дифференцирования соединен с вторым входом сумматора 1 9. Выходы релейных элементов 16, 26 и 27 соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами сумматора 18, Первые входы-выходы сумматоров 11 и 20, вход-выход регулятора 12 модуля потокосцепления ротора и вход-выход демодулятора 34 включены последовательно. Второй вход сумматора 11, вход блока 23 дифференцирования и вход "Делитель" блока 8 деления подключены к выходу модуля потокосцепления блока 10 векторного анализатора. Первый и второй входы последнего связаны с выходом датчиков потокосцепления асинхронного двигате° ля 1 и с выходом блока 2 датчиков фазных токов. Выход сумматора 11 соединен с входом релейного элемента

28, выход которого подключен к входу управления управляемого ключа 30, а через элемент НЕ 29 — с входом

"Сброс" интегратора 32. Источник 31 опорного напряжения через основной вход-выход управляемого ключа 30 соединен с основным входом интегратора 32, выход которого подключен к третьему входу сумматора 20. Выход сумматора 9, выход демодулятора 34 и выход опорных гармонических функций блока 10 соединены с соответствующими входами преобразователя 13 координат. Выход блока 2 датчиков фазных токов и выход преобразователя

13 координат подключены к входам блока 14 регуляторов фаэных токовр выходом соединенного с входом управ1527701 йы

С4Ж

35 °

О) Л (1т„о d,), О)

p) A (тт, (d,), О) Л (т.т„> d, ), ЕСЛИ (U<4 л

О, если (Ug4 > ттл, ЕСЛИ (U<4 (О, если (11 < (2) к ь где ления ключевым преобразователем 3 энергии.

Демодуляторы 33 и 34 (фиг.2) содержат каждый последовательно включенные входами и выходами симметрирующий элемент 35, пиковый детектор

36, повторитель 37. Вход симметрирующего элемента 35 и выход повторителя 37 соединены соответственно с входом и выходом демодулятора 33(34).

Асинхронный двигатель представляет собой нелинейный взаимосвязанный объект управления, характеризующийся параметрической нестационарностью, наличием внутренних перекрестных связей между каналами регулирования.

Для обеспечения автономности контуров регулирования модуля вектора потокосцепления ротора и скорости асинхронного двигателя, инвариантности их к параметрическим и внешним возмущениям необходимо обеспечить непрерывные скользящие режимы в данных контурах. Так как внутренние контуры регулирования фазпых токов статора подчинены ннешнттм контурам регулирования модупя потокосцегтления и частоты вращения ротора, возникает необходимость разделения движений в системе регулирования путем выделения медленной (низкочастотпой) составляющей выходных сигналов релейных регуляторов внешних контуров. Разделение движений в системе позволяет осуществить н конт грах регулирования фазных токов статора свои скользящие режимы, которые определят тся параметрами данных контуров и приложенными к ним возмущающими ноздейстниями, L и С вЂ” значения амплитуды нал д пряжения релейного элемента 26, определяемые игналом управления yr

1;,т4 — выходное напряжение блока 24 умножения, определяеттое как произведение модуля сигнала

Органиэация многомерного непрерывного скользящего режима в системе регулирования позволяет обеспечить автономность контуров регулирования, их инвариантность к параметрическим и внешним возмущениям и повысить точность системы в целом.

Частотно-управляемый электропривод работает следующим образом.

Сигнал задания скорости ю» поступает на вход эадатчика 4 интенсивности, который обеспечивает задание

did g темпа (1 . Выходной сигнал задатчи15 йt ка интенсивности co@ совместно с сигналом датчика обратной связи по скорости г,т поступают на входы первого сумматора 5. Сигнал на его выходе

Е =1т -Ы

z пропорционален ошибке регулированяя и ттоступает на вход шестого сумматора 19, формирующего плоскость пере25 ключения релейного регулятора 7 по выражению где С, — постоянный коэффициент; зо д„ сигнал на выходе блока 21, dt пропорциональньФ проиэвод ной скорости АД.

ИСАА д4>

Обеспечение условия — = ocydt dt ществляется подачей корректирующего сигнала U „ ь с выхода релейного элемента 26 с зоной нечувствительно40 сти на второй вход сумматора 18. Сигнал 1 на выходе релейного элемен к ь та 26 определяется по соотношению

1К <„> и производной

d> скорости —:

dt

=(Е ы!.; (3)

Йt

d — зона нечувствительности

1 релейного элемента 26.

1527701

rpe К„ ь, Sc(P

v„„

sin y

1,( (м„(= rd со& 4 (v,(U, если (О., 0 0)Л (U 1d ), О, если (U„) О) A (U„(d ); если (U z (О) Л (U (d );

О, ел (U„(0)h (U„> а;), (5) "К .7rpe E< = (v ( г

Реализация выражений (2) и (3) осуществляется блоками 21-26.

Выделение низкочастотной составляющей выходного сигнала регулятора

° 7, работающего в непрерывном скользящем режиме, осуществляется демодулятором 33, сигнал на выходе которого при ((const является заг данием момента М . При изменениях блок 8 деления осуществляет масштабирование сигнала М в соответствии с выражением:

I 4rr1 !5 где М вЂ” сигнал на выходе блока 8

ФФ деления сигнал с первого выхода блока вычислений.

В блоке вычислений по значениям потокосцеплений ь„ и от потока с(А воздушного э азора, измеренным датчиками потокосцепления, выполненными, например, на элементах Холла, и по вя iiзв,i зс блока 2

25 датчиков фазных токов вычисляются составляющие потокосцепления

1"Ы,(3 ротора:

4 р д

-(. 4 = — -L гЫ К,„<РАЙ З rp К J r Sр 30 где U U — значение амплитуды напряжения на выходе

1третьего релейного элемента 27, определяемое сигналом управления U

45 выходное напряжение блос1М ка 22, равное и

d z — зона нечувствительности,50 определяемая допустимым значением аt

На выходе сумматора 9 напряжение

U9 определяется по соотношению

U=М+С

9 Д где С вЂ” постоянный коэффициент, коэффициент связи ротора индуктивность рассеяния ротора; значения составляющих тока статора, определяемые как

iss — i sc К 5> sp

Гз

По значениям y < определяются гЫ, ь модуль потокосцеплейия ротора I vrI и опорные гармонические функции: которые подаются соответственно на первый и второй выходы блока 10.

Для обеспечения непрерывного скользящего режима в контурах регулирования фаэных токов введено ограничение на скорость изменения активной составляющей тока статора °

С этой целью на выходе релейного элемента 27 вырабатывается сигнал коррекции U<„,определяемый по соотношению

Такое формирование задания активной составляющей тока статора позволяет повысить точность отработки задающих воздействий в контурах регуляторов фаэных токов.

Плоскость переключения регулятора

12 модуля потокосцепления ротора определяется выражением

d (V, I

Я, -а, - С, "- т„, (6) и

y — сигнал, пропорциональный ошибке регулирования, определяемый выходным напряжением сумматора 11 постоянный коэффициент1

1527701 раже ник при > С1

7 при <,1

К71 (7) О, 25

45 сигнал, пропорциональный произнодной модуля потокосцепления ротора, на выходе блока 23. 5 где з, — напряжение опорного источника 31; 15

Т вЂ” постоянная времени интеграч тора 32;

d — эона нечувствительности

7 релейного элемента 28.

Выделение низкочастотной состав- 20 ляющей выходного сигнала регулятора

12 модуля потокосцепления ротора осуществляется демодулятором 34. В демодуляторах 33 и 34 входной сигнал без искажения формы симметрируется относительно нуля симметрирующим элементом 35, выполненным в виде RC-цепочки. Площади положительного и отрицательного импульсов напряжения выравниваются. При этом амплитуда, например, отрицательного импульса,пропорциональная скважности входного сигнала демодулятора, выделяется пиковым детектором 36 и через повторитель 37 поступает на выход демоду- 35 лятора. Выходное напряжение демодуляторов 33 и 34 линейно связано со скважностью входного напряжения.

В преобразователе 13 координат вычисляются сигналы задания ортогональных составляющих вектора тока

+ у

СтатОРа 1 з, И фаЭНЫХ ТОКОВ

° +

9Я 59

Вычисления осуществляются по соотношениям

° Ф

1 зс — U cos y U sin M;

U 4sin 4 + U cos ч

Отработка заданий фазных токов статора осуществляется в замкнутом контуре регулирования, образованном элементами 14, 3 и 2.

Таким образом, введение в частотно-управляемый электропринод сумматоров, блоков дифференцирования, блока умножения, блока выделения абсоСигнал коррекции U „, входящий в выражение (6) плоскости переключения S > обеспечинает непрерывный скользящий режим в данном контуре и формируется элементами 28-32 по нылютного значения, трех релейных элементов с зоной нечувствительности, логического элемента НЕ, управляемого ключа, источника опорного напряжения, интегратора с входом сброса, двух демодуляторов, обеспечивает автономность контуров регулирования скорости, модуля потокосцепления ротора и фаз ных токов статора и их инвариантность к параметрическим и внешним возмущениям в переходных и установившихся режимах работы, ограничение и стабилизацию на заданном уровне ускорения электропривода, что позволяет повысить точность управления в сравнении с известным устройством.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Частотно-управляемый электропривод, содержащий асинхронный короткозамкнутый двигатель со встроенными да тч ик ами по то кос це пл ения, подключенный через блок датчиков фазных токов к соответствующим выходам ключевого преобразователя энергии, эадатчик интенсивности, первый сумматор, подключенный одним входом к выходу указанного задатчика, а другим входом — к выходу датчика частоты вращения, установленного на валу асинхронного короткоэамкнутого двигателя, регулятор частоты вращения, блок де,ления и подключенный к его выходу второй сумматор, блок векторного анализатора с выходами опорных гармони— ческих функций и модуля потокосцепления ротора, подключенный входами к выходам датчиков потокосцепления и блока датчиков фаэных токов, третий сумматор, один из входон которого предназначен пля задания модуля потокосцепления ротора,а другой вход объединен с входом делителя блока деления и под. тчен к выходу

152770!

12 модуля потокосцепле}и(я ротора блока векторного анализатор:, . лок регуляторов фазных токов, c(: тветству}(3пше входы которого подк}т1((че}(ы к выходам блока датчиков фазных токов и к выходам преобразователя координат, а вьг оды соединены с соответствующими входами управления клвчевого преобразователя энергии, г p!Jf té и Второй входы преобразоватс}ля координат подключены соо гветc"T}3pffffo (: выходу Второго сумматора 1(к:.!,. у Опорных гармонических функций блока векторного анализатора, rip«о том з адатчик интенсивности Выпол!!(! с сумм. Т-ором, РелеЙным .3, О11(if I " -I (.:: I Р,!ò(,,"

ВыхОД КОТ(}рог О и p:I . с I 1(! fõ(3E} 3 з Jf,(T чика интенсивности }i нс дклк чен к ОдНОМУ ИЗ ВХОДОВ $ h;! 3}1111!ОГО СУММ 3TOPB ( другой вход которо! о r а Зует Вход задания з адатчик а 1 fit T(}с ив ности, а выход сумматора !I .3 -3д, ((ике интенсивности подкл(вчен к 13 ..,;(у релейного элемента, о т л и i ., п щ и и с. я тем, что, с i лью 11(3«1}к .(ия т(чности управления за (.Hp", r .. I (чения автономпос. и к !11! ур!. ° I ° i 1}рова» (я

25

И ДОСТ 3!... f «,fr. (33 !3 IIIТ «(3(. ТИ ИХ К пар(31.1етр}}ч(с}:.3}м ..« . ним -:озмущениЯм В У. Ti!l:! (III!!: с f! H п(.Ре ход}1ьсх режимах р ((о . пр билизаци! нич(-HHH и . тания -.Зтектр:

ТЪ1}3 И Пяткlй - (i рой и третий б 1( ния, блок уf.f}f "к(i(11 ния абсолютн !х р! . „ i 1(=pl!I }31 (ВЧ О-.

I:1 !((!3 = fl!JH(> 13 а (1Ob 1(ЫД ПЕпервый, 40

BT(3pOIt it т;3(;;!и, I и! (I(3 3PI!(11Tbl !

1 1 Н("11! II .. (И, fl. I H(f(3(}(HH э. емент 1!1".,:. !.p.: . яй к.(II((% источник опор«огс,:, .(, 1(I, (! те! ратор, С}3с. б}КЕ 1(1(Ы3! ВХ(!дОМ (i. }> (с(1!е1) }(Ь1!1 H второй де;.!Одулятсп ы,;3 задатчик ин— те?1(ивl(Ос и сl:аб (((1. 3}оl!(33!Нитс:31«}lым сумматоро?., полки ("fe:!,! ым одним

ВХОДОМ К 3311, С 3-;;((33(Е1:!((1Г(3 ЭЛЕМСНт,, са ВыхОдом к 1!. (! 1 иl! Гегp((rap«rtpH 50

3ТОМ (3,P У"!!Е, !E;i П Х >3!. (3}С(11ОЛНИТ(Е3}Ь(..» О

}асто гы «р.!ш(3!и,, ду;!я потоко"; пения ротор,, и а-}к:. с (:f!!и с гатор, gp сумматора в задатчике интенсивности соединены соответственно с выходами первого и второго релейных элементов, Входы первого, второго и третьего блоков дифференцирования подключены соответственно к выходу датчика частоты вращения, к выходу блока деления и к выходу модуля потокосцепления ротора блока векторного анализатора, выход первого блока дифференцирования соединен с первым входом блока умножения и с вторым входом четвЕртого сумматора, выход второго блока дифференцирования соединен с вторым входом второго сумматора с r(.-;Одс«. Второго релейного элемент, Выход третьего блока дифференцирования соединен с вторым входом пятого сумматора, первый вход которог(i соединен с выходом третьего сумматора, выход четвертого сумматора подкчючен к входу регулятора частоты вращения, выход пятого сумматора соединен с входом регулятора модуля потокосцепления ротора, выход первого сумматора соединен непосредственно с первым входом четвертого сумматора, а через блок

Выделения абсолктных значений — с вторым входом блока умножения, выходом подключенного к входу первого релейного элемента, выход третьего сумматора соединен с входом третьего релейногo элемента, вьгход которого соединен непосредственно с входом управления управляемого ключа, а через логический элемент НŠ— с входом сброса интегратора, источник опорного напряжения через коммутируемые выводы управляемого ключа соединен с основным входом интегратора, выход которого подключен к третьему входу пятого сумматора, выход регулятора частоты вращения через первый демодулятор соединен с входом делителя блока деления, а выход регулятора модуля потокосцепления ротора через второй демодулятор соединен с третьим входом преобразователя координат.

1527701

% 1

L J

Составитель А. Жилин

Редактор Н. Бобкова Техред М.Дидык Корректор И.Муска

Заказ 751 7/56 Тираж 551 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНГ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101