Электропривод переменного тока

 

Использование: управление электропривода переменного тока и следящих приводов для широкодиапазонного регулирования частоты вращения асинхронного двигателя с частотным управлением при питании его от регулируемого источника напряжения переменной частоты и амплитуды. Сущность изобретения: электропривод содержит асинхронный двигатель 1, задатчик момента 2, датчик 3 частоты вращения вала двигателя 1, первый сумматор 4, первый функциональный преобразователь 5, второй функциональный преобразователь 6, второй сумматор 7, соединенный входами с выходами функциональных преобразователей 5, 6, регулируемый по частоте и амплитуде источИзобретение относится к электротехнике , а именно к управляемому электроприводу переменного тока и может быть использовано в следящих приводах для широкодиапазонного регулирования частоты вращения асинхронного двигателя с частотным управлением при питании его от регулируемого источника переменной частоты и амплитуды. Цель изобретения - повышение надежности привода путем устранения колебаний момента привода, потока и тока статора в переходных режимах за счет регулирования ник напряжения 8, соединенный управляющим входом по напряжению с выходом второго сумматора 7, а выходом - с обмотками статора синхронного двигателя 1, третий функциональный преобразователь 9, третий сумматор 10. соединенный входами с выходом третьего функционального преобразователя 9 и .выходом первого сумматора 4, а выходом - с входом первого функционального преобразователя 5, четвертый функциональный преобразователь 11, выходом соединенный с входом дифференциатора 12, четвертый сумматор 13, соединенный входами с выходом первого сумматора 4 и выходом дифференциатора 12, а выходом - с управляющим входом по частоте регулируемого источника 8. С помощью соответствующих функциональных преобразователей зависимость фазы вектора напряжения 0 от частоты вращения од и скольжения о поля статора реализуется суперпозицией двух функций в виде ; в ,( од, о 6(од+ Ас (% )гдеАо% - выходное напряжение третьего функционального преобразователя 9. 2 ил. фазы вектора напряжения м колебаний момента в приводе. При использовании изобретения в электроприводе обеспечивается не только высокаяточность стабилизации потокосцепления двигателя во всех квадрантах механической характеристики, в том числе и при малых .частотах вращения, но и устранение колебаний момента привода, потока и тока статора, в переходных режимах с возможностью предварительной подстройки и простотой выполнения функциональных преобразователей, что ел С 00 го о N VJ со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (191 (! () (м)э H 02 P 7/42

ГОСУДАРСТВЕН(ОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4907843/07 (22) 05.02.91 (46) 07.06.93. Бюл. М 21 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт "Сигнал" (72) Е.В.Макаров и Б.В.Новоселов (56) Авторское свидетельство СССР

М 1621135, кл. Н 02 P 7/42, 1991. (54) ЭЛЕКТРОПРИВОД ПЕРЕМЕННОГО

ТОКА (57) Использование: управление электропривода переменного тока и следящих при водов для широкодиапазонного регулирования частоты вращения асинхронного двигателя с частотным управлением при питании его от регулируемого источника напряжения переменной частоты и амплитуды. Сущность изобретения: электропривод содержит асинхронный двигатель 1, задатчик момента 2, датчик 3 частоты вращения вала двигателя 1, первый сумматор 4, первый функциональный преобразователь 5, второй функциональный преобразователь 6, второй сумматор 7, соединенный входами с выходами функциональных преобразователей 5, 6, регулируемый по частоте и амплитуде источИзобретение относится к электротехнике, а именно к управляемому электроприводу переменного тока и может быть использовано в следящих приводах для широкодиапазонного регулирования частоты вращения асинхронного двигателя с частотным управлением при питании его от регулируемого источника переменной частоты и амплитуды.

Цель изобретения — повышение надежности привода путем устранения колебаний момента привода, потока и тока статора в переходных режимах зз счет регулирования ник напряжения 8, соединенный управляющим входом по напряжению с выходом второго сумматора 7, а выходом — с обмотками статора синхронного двигателя 1, третий функциональный преобразователь 9, третий сумматор 10, соединенный входами с выходом третьего функционального преобразователя 9 и выходом первого сумматора 4. а выходом — с входом первого функционального преобразователя 5, четвертый функциональный преобразователь 11, выходом соединенный с входом дифференциаторз

12, четвертый сумматор 13, соединенный входами с выходом первого сумматора 4 и выходом дифференциатора 12, а выходом— с управляющим входом по частоте регулируемого источника 8. С помощью соответствующих функциональных преобразователей зависимость фазы вектора напряжения О от . частоты вращения а и скольжения а поля статора реализуется суперпозицией двух функций в виде: О,(аЪ аь = 6(в +

Ьаъ (а })гдеЛаъ — выходное напряжение третьего функционального преобразователя 9. 2 ил. ОО

М

С) фь фазы вектора напряжения и колебаний момента в приводе. (л)

При использовании изобретения в электролриводе обеспечивветсв не только высо- )р» кая точность стабилизации а потокосцепления двигателя во всех квадрантах механической характеристики, в том числе и при малых частотах вращения, но и устранение колебаний момента привода, потока и тока статора, в переходных режимах с воэможностью предварительной подстройки и простотой выполнения функциональных преобразователей, что, 1820473 улучшает условия работы силовых элементов регулируемого по частоте и амплитуде источника напряжения, повышает надежность привода.

Указанная цель достигается тем, что в известный привод дополнительно введены четвертый функциональный преобразователь, соединенный входом с выходом третьего сумматора, дифференциатор, соединенный входом с выходом четвертого функционального преобразователя, четвертый сумматор, соединенный входами с выходами первого сумматора и дифференциатора соответственно, а выходом — с управляющим входом по частоте регулируемого по частоте и амплитуде источника напряжения, причем четвертый функциональный преобразователь выполнен с воэможностью реализации зависимости фазы вектора напряжения относительно вектора потокосцепления статора от частоты при холостом ходе двигателя следующего вида

oJ (0(оР ) = arctg где R — активное сопротивление статора;

Ls — полная индуктивность статора; аР— частота тока статора.

Существенными отличиями заявляемого технического решения является то, что известная сложная функциональная зависимость фазы напряжения от частоты и скольжения от частоты а ф и скольжения

oflphons статора регулируется в виде суперпоэиции двух функций двух независимых переменных 0(аР ) и ЛиР (of ) в виде

0(,of) =0(oP+AoF (of)) с помощью соответствующих функциональных преобразователей и соответствующего их соединения между собой.

Такое выполнение привода переменного тока неизвестно и обеспечивает достижение поставленной цели.

На фиг.1 представлена функциональная схема электропривода переменного тока; на фиг.2 — зависимости фазы вектора напряжения относительно вектора потокосцепления статорз от частоты и скольжения.

Электропривод переменного тока содержит асинхронный двигатель 1, задатчик момента 2, датчик 3 частоты вращения вала двигателя 1, первый сумматор 4, первый функциональный преобразователь 5, реализующий в режиме стабилизации потокосцепления двигателя зависимость управляющего напряжения от частоты вращения поля статора при холостом ходе двигателя уВ S

5 01(йУ ) = —,— (1 У+г@ Я вЂ” 1) я второй функциональный преобразователь

6, реализующий в режиме стабилизации потокосцепления двигателя зависимость дополнительного напряжения от скольжения

u (of ) =R 1 (of ) сов (Ч", I ) и соединенный входом с выходом задатчика

15 момента 2, второй сумматор 7, соединенный входами с выходами функциональных преобразователей 5, 6, регулируемый по частоте и амплитуде источник напряжения 8, соединенный управляющим входом по на20 пряжению с выходом сумматора 7, а выходом — с обмотками статора асинхронного двигателя 1, третий функциональный преобразователь 9, реализующий зависимость смещения частоты вращения поля статора

25 от скольжения

ЛаР(аг) =

«л» у з

30 LP и соединенный входом с выходом задатчика момента 2, третий сумматор 10, соединенный входами с выходом функционального преобразователя 9 и выходом сумматора 4, 35 а выход — с входом функционального преобразователя 5.

Привод содержит также четвертый функциональный преобразователь 11, реализующий зависимость фазы вектора

40 напряжения относительно потокосцепления статора от частоты при холостом ходе двигателя аР L

0(аР) =arctg и соединенный входом с выходом сумматора 10, дифференциатор 12, соединенный входом с выходом четвертого функциональ„ного преобразователя 11, четвертый сумматор 13, соединенный входами с выходом сумматора 4 и выходом дифференциатора

12, а выходом — с управляющим входом по частоте регулируемого по частоте и змпли55 туде источника напряжения 8.

8ыражениядля.Ор (аК)иЬаР(иК) могут быть представлены в виде и (г}=я Щ1Х+Чй2

° °

1820473

Дор (У) з х С

6") где 1„, ly3,Чф, Py — компоненты соответственно векторов тока и потокосцепления статора во вращающейся прямоугольной системе координат Х, У, связанной осью Х с вектором потокосцепления статора. Модули векторов тока и потокосцепления статора и их компоненты однозначно определяются по известным в литературе выражениям в зависимости от параметров двигателя в режиме стабилизации потокосцепления статора.

Особенностью рассматриваемого привода является то, что известная сложная функциональная зависимость фазы вектора напряжения относительно потокосцепления статора асинхронного двигателя от частоты го г и скольжения oflp поля статора реализуется в виде суперпоэиции двух функций 0(аР) иЛаР (аК) в виде

0(aP,m") =0 fаР+hèy (иг) J с помощью соответствующих функциональных преобразователей. Такая возможность следует из графоаналитического метода определения указанных функций, согласно которому рассчитываются и строятся графически в плоскости 0, аР семейство параметрических характеристик 0(N, Qf ), в которых в качестве параметра принято скольжение r4 =О;в1,ck, ... и т.д., а в качестве аргумента — частота аР . Как следует из фиг.2, все параметрические характеристики. 0(аР cif ) имеют почти одинаковую зависимость относительно новой системы координат, сдвинутой вдоль оси абсцисс в точку пересечения параметрических характеристик с осью абсцисс, в том числе и с характеристикойхолостогохода0(аР, О ),, которая так же, как и характеристика амплитуды напряжения U(аР, О), смещается в зависимости от скольжения elf относительно начала координат по частоте на величину

ЬаР (ef ).

Характеристика холостого хода

0(иР, О} реализуется функциональным преобразователем 11, а функция ЛоР (o }. — функциональным преобразователем 9.

Примерный вид функций дан на фиг.1 в обозначениях соответствующих функциональных преобразователей. В результате зователя 5. С выхода сумматора 7 сигнал, пропорциональный амплитуде напряжения двигателя, поступает на управляющий вход по амплитуде регулируемого по частоте и амплитуде источника напряжения 8, соединенного выходами с обмотками статора асинхронного двигателя 1.

С выхода сумматора 10 сигнал поступает на вход функционального преобразователя 11., которы.. вычисляет фазу 0(aP) вектора напряжения относительно вектора потокосцепления статора в зависимости от частоты с учетом смещения ее на величину

ЛЦР (af ), С выхода функционального преобразователя-11 сигнал, пропорциональный фазе вектора напряжения О, поступает на вход дифференциатора 12, аппроксимации функций 0(аР, О) кусочнолинейной зависимостью она реализуется в виде усилителя ограничителя.

Электропривод переменного тока работает следующим образом. Сигнал. пропорГ циональный скольжению поля статорз о11р с выхода эадатчика момента 2 поступает на вход сумматора 4, где суммируется с сигна10 лом, пропорциональным электрической частоте вращения вала двигателя 1. поступающим с выхода датчика частоты вращения 3. С выхода эадатчика момента 2 сигГ

15 нал, пропорциональный скольжениююф поступает нз вход функционального преобразователя 9. который вычисляет сигнал смещения по частоте ЬаР (of ). С выхода функционального преобразователя 9 сигнал поступает.на вход сумматора 10. нз второй вход которого с выхода сумматора 4 поступает сигнал, пропорциональный частоте

$ вращения поля статора m . С выхода сум25 матора 10 сигнал й) Ч + ЛаР (вг ).поступает на вход функционального преобразователя

5, который вычисляет напряжение 01(оР )

З в зависимости от частоты с учетом смещения ее на величинуЛаР(аУ). С выхода задатчика момента 2 сигнал, пропорциональный скольжению, поступает на вход функционального преобразователя 6, который вырабатывает сигнал, пропорциональный величине смещения по амплитуде Uz (of ) . С выхода функционального преобразователя б сигнал поступает на вход суммзторэ 7. на второй вход которого поступает

40 сигнал с выхода функционального преобра1820473

С выхода дифференциатора 12 сигнал, бд пропорциональный скорости вращения, вектора напряжения относительно вектора потокосцепления статора, поступает на вход сумматора 13, на второй вход которого поступает с выхода сумматора 4 сигнал, пропорциональный скорости вращения поля статора cAp. С выхода сумматора 13 сигнал, пропорциональный скорости вращения вектора напряжения относительно статора а4, поступает на управляющий вход по частоте регулируемого по частоте и амплитуде источника напряжения 8, Подстройка функционального преобразователя 11 под конкретный двигатель может быть осуществлена на низкой скорости путем задания ступенчатого воздействия с эадатчика момента 2 до устранения в переходном процессе колебаний амплитуды тока статора.

Формула изобретения

Электропривод переменного тока, содержащий асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, задатчик момента, датчик частоты вращения вала двигателя, первый сумматор, соединенный входами с выходом задатчика момента и выходом датчика частоты вращения, первый функциональный преобразователь, выполненный с возможностью реализации зависимости

Е о1 (в.) — (1 1+(R ) — 1). второй функциональный преобразователь, выполненный с возможностью реализации зависимости

1 2 (AJ = 4 s (Ю ) COS (Чф, lg ) и соединенный входом с выходом задатчика момента, второй сумматор, соединенный входами с выходами первого и второго функциональных преобразователей, третий функциональный преобразователь, выполненный с воэможностью реализации зависимости

Лв,(в ) =

I APe Ia ) и соединенный входом с выходом задатчика

5 момента, третий сумматор, соединенный входами и выходами первого сумматора и третьего функционального преобразователя, а выходом — с входом первого функционального преобразователя, регулируемый

10 по частоте и амплитуде источник напряжения. соединенный управляющим входом по амплитуде с выходом второго сумматора, а выходами — с обмотками статара асинхронного двигателя, отличающийся тем, 15 что, с целью повышения надежности путем устранения колебаний момента привода, потока и тока статора в переходных режимах, дополнительно введены четвертый функциональный преобразователь, соеди20 ненный входом с выходом третьего сумматора, дифференциатор, соединенный входом с выходом четвертого функционального преобразователя, четвертый сумматор, соединенный входами с выходами первого

25 сумматора и дифференциэтора соответственно, а выходом — с управляющим входом по частоте регулируемого по частоте и амплитуде источника напряжения, причем четвертый функциональный преобразователь

30 выполнен с возможностью реализации зависимости фазы вектора напряжения относительно вектора потокосцепления статора от частоты при холостом ходе двигателя следующего вида;

35 в Еэ

0(вз ) = arctg, S где Ui, Uz,Л LL, Π— выходные напряжения соответствующих функциональных преобразователей; 4٠— модули векторов тока и

40 . 0 потокосцепления статора; 8> — активное сопротивление статора; 1®-. полная индуктивность статора;в, а частота вращения и скольжения потокосцепления статора; (V>, 1 ) — фазовый угол между вектора тока и

45 .потокосцепления статора.

1820473

Юигоюю ть

Фал р

Редактор А.Хорина

Заказ 2035 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и.открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 при поп

npuompq(u >о) Составитель Е.Макарова

Техред М.Моргентал Корректор С.Лисина