Частотно-регулируемый электропривод

 

Использование: в автоматизированном электроприводе переменного тока. В частотно-регулируемый электропривод введены преобразователь 9 напряжение-частота, датчики 10 напряжения и блок 12 определения ЭДС. Это повышает точность регулирования скорости, так как повышается жесткость механических характеристик электропривода. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si>s Н 02 P 7/42

ГОСУДАРСТВЕНЮЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСРАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

6NHAN

Th Hii%ilygg

31 (21) 4916726/07 (22) 05.03.91 (46) 23.06.93. БюлЛФ 23 (71) Днепропетровский горный институт им. Артема

{72) В,Л.Соседка. Ю.M.Ñåðäþêîâ, Н.А.Сафронова и В.6.Верник (56) Авторское свидетельство СССР

hh 1677840. кл. H 02 P 7/42, 1989.

Авторское свидетельство СССР

ЬЬ 1534734, кл. H 02 P 7/42, 1990.

Авторское свидетельство СССР

ЬЬ 1275731, кл. Н 02 P 7/42, 1986.

„„Я2 „„1823125 А1 (54) ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД (57) Использование: в автоматизированном злектроприводе переменного тока. В частотно-регулируемый электропривод введены преобразсаатель 9 напряжение-ча:тота, датчики 10 напряжения и блок 12 определения ЭДС. Это повышает точность регулирования скорости, так как повышается жесткость механических характеристик электропривода. 3 ил.

1823125

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано о автоматизированном электроприводе переменного тока.

Цель изобретения — упрощение устройства и повышение точности регулирования за счет обеспечения жесткости механических характеристик.

На фиг.1 представлена функциональная схема частотно-регулируемого электропривода; на фиг.2 — функциональная схема блока определения ЭДС; на фиг.3 — векторная диаграмма, поясняющая работу частотнорегулируемого привода.

Частотно-регулируемый электропривод (фиг.1), содержащий асинхронный двигатель 1, статорные обмотки которого через датчики тока 2 подключены к выходу силового преобразователя частоты 3, управляющие входы которого соединены с выходами блока прямого преобразования координат

4, снабженного двумя входами, один из которых соединен с выходом регулятора 5, входом подключенного к выходу элемента сравнения 6, один вход которого служит для подачи сигнала задания угла лежду вектором тока и вектором ЭДС, а другой вход соединен с выходом блока деления 7, и задатчик интенсивности 8, В частотно-регулируемый эпектропривод введены преобразователь напряжениечастота 9 и датчики напряжения 10, входами подключенные к выходу силового преобразователя частоты 3, и блок определения ЭДС

11 с тремя входами 12, 13, 14 и двумя выходами, соединенными с соответствующими входами блока деления 7, выход задатчика интенсивности 8 через преобразователь напряжение-частота 9 подключен ко второму входу блока прямого преобразования координат 3 и к перво;лу входу блока определения

ЭДС 12, второй 13 и третий 14 входы которого соединены соответственно с выходами датчиков тока 2 и напряжения 10.

Блок определения ЭДС (фиг,2) состоит из ключа 15, на вход 12 которого поступает последовательность импульсов из преобразователя напряжение-частота 9, а выход ключа 15 соединен через частотные входы

16, 17 соответственно с координатным преобразователем напряжения 18 и тока 19. а выходы датчиков тока 2 через вход 13 соединен с преобразователем координат тока три в доа 20, выходы которого соединены с логическим блоком 21, TQKooblM входом 22 координатного преобразователя тока 19 и токовым оходо л 23 координатного преобразователя напряжения 18, а выход логического блока 21 соединен с управляющим входом ключа 15. Выходы датчиков фазных

55 напряжений 10 через вход 14 соединены с преобразователем координат напряжения три в два 24, выходы которых через вход 25 соединены с координатным преобразователемм напряжения 18, выходы которого соединены с первым 26 и вторым 27 вычитателем, вторые входы которых через дифференцирующий блок 28 соединены с выходом координатного преобразователя тока 19, а выходы вычитатепей 26 и 27 образуют выход блока определения составляющих ЭДС ротора E2q и E2d.

Все блоки частотно-регулируемого привода (фиг.1) являются стандартными и их работа описана в прототипе.

На рис.3приведена диаграмма,,поясняющая расположение составляющих напряжений для момента времени, когда результирующий вектор тока совпадает с дейстоительной осью, направленной по оси фазы А. Величина отрезка АВ (угол АОВ = P) определяет отставание потокосцепления

Qz отфо (или отставание вектора ЭДС Е2 от вектора ЭДС ЕО) и характеризует скольжение, Определение составляющих вектора

ЭДС E2d и E2q через составляющие напряжение Ua и Uq, модуль тока 1, частоту w u параметры двигателя R, LI (R — активное

I сопротивление; L> — переходная индуктивI ность статора, в — круговая частота поля статора) так же изображены на рис.3.

В переходных режимах угол между вектором напряжения и вектором ЭДС Е2 увеличивается, так как к соответствующим падениям напряжения на активном и индуктивном сопротивлениях, зависящим от модуля тока добавляется падение напряжения, зависящее от производной тока. Причегл величина падения напряжения на активном сопротивлении в переходных режимах пропорционально переходной индуктивности статора К1 (Ki = L1) а

dt величина падения напряжения на индуктивном сопротивлении в переходных режимах пропорциональна изменению частоты тока ротора(или изменения угла 3), которое можно, с некоторым приближением, заменить производной модуля тока.

Частотно-регулируемый электропривод работает следующим образом, На первый вход элемента сравнения б подается сигнал

tg p з, соответствующий требуемому углу между составляющими ЭДС. Наиболее экономичный режим будет при условии, когда вектор тока совпадает с действительной осью, тогда F2d = E2q. В этом случае угол между вектором тока статора и потокосцеп1823125

20

55 лением ротора равен 45О, что соответствует максимальному электромагнитному моменту, При E2q > E2d электромагнитный момент, при равных значениях тока, падает. но зато понижаются требования к быстродействию системы. В этом случае объект регулирования будет обладать некоторым самовыравниванием, т.е. при увеличении нагрузки угол между током и потокосцеплением ротора будет расти, что приведет к увеличению момента эа счет внутренних характеристик объекта.

Предположим, для конкретности, что E2d=

E2q. Сигнал ошибки tg Л р = tg p з — tg p ф (где р ф — фазовый сдвиг между составляющим ЭДС ротора или между вектором ЭДС ротора и током статора) подается через регулятор 5 на аналоговый вход блока прямого преобразователя координат 4, на частотный вход которого от задатчика интенсивности 8 через преобразователь напряжение-частота 9 подается частотный сигнал. На выходе блока прямого преобразования координат 4 в декартовой системе координат, действительная ось которой совпадает с вектором напряжения, появляется трехфазный задающий сигнал, который, через преобразователь частоты 3 подается на статорные обмотки асинхронного двигателя 1. разные токи изменяются датчиками 2 фазных токов и подаются через вход 13 на блок 20 преобразования координат тока три в два. При переходе выходного сигнала 1q блока 20 через нуль срабатывает логический блок 21 и ключ

15 начинает пропускать последовательность импульсов. В блоке 19 преобразования координат тока из последовательности импульсов и сигналов 1д и 1я формируется результирующий вектор тока во вращающейся системе координат. Так как переход во вращающуюся систему координат происходит тогда, когда вектор совпадает с действительной осью, то на выходе блока 19 преобразования координат тока появляется сигнал, пропорциональный модулю тока, который подается на дифференциатор 28. в котором не только осуществляется дифференцирование модуля тока, но и производная модуля проходит через два масштабных усилителя. Один из усилителей определяет коэффициент К1 при производной вдоль действительной оси, а второй К2 — вдоль мнимой оси. Таким образом, на входе дифференцирующего блока

28 появляются два сигнала в соответствии с двумя составляющими падения напряжения, определяемыми величинами производных, изображенных на фиг,3, Фазные напряжения изменяются датчиками 10 и подаются через вход 14 на блок

24 преобразования координат напряжения три в два. В момент совпадения результирующего вектора тока с действительной осью (фиг.З) включается ключ 15 и в блоке 18 из последовательности импульсов начинает формироваться результирующий вектор напряжения во вращающейся системе координат (фиг, 3), который задается своими проекциями Ua u 0ч. Далее в блоке 16 из составляющей 0д вычитается падение напряжения на активном сопротивлении обмотки статора, а из составляющей Уя вычитается падение напряжения на переходной индуктивности обмотки статора и на выходе блока 18 появляются составляющие

ЭДС Е2ч и Е2д статического режима, в системе координат. действительная ось которой совпадает с вектором тока. Далее иэ статических составляющих ЭДС в сумматорах 26 и 27 вычитаются производные тока и на входе блока 11 появляются полные составляющие ЭДС Е2я и Е2д, поступающие на блок деления 7, в котором определяется тангенс угла между составляющими ЭДС в системе координат, действительная ось которой совпадает с вектором тока. Выходной сигнал блока деления 7, пропорциональный текущему тангенсу угла между составляющими ЭДС в системе координат тока статора, подается на элемент сравнения 6, где сравнивается с задающим сигналом. Результат рассогласования воздействует через регулятор 5 на первый вход блока прямого преобразования координат 4, Изменение сигнала на входе блока 4 прямого преобразования координат приводит к изменению выходного напряжения силового преобразователя 3 таким образом, чтобы фазовый сдвиг между составляющими ЭДС в системе координат тока был равен заданному. Например, при уменьшении нагрузки на валу электродвигателя угол между вектором тока статора 1 и потокосцеплением ротора g2 уменьшается (уменьшается абсолютное скольжение, уменьшается угол

АОВ), Так как угол между Е2 и 2 равен

90О, то уменьшение нагрузки приводит к повороту вектора напряжения и вектора

ЭДС Е2 против часовой стрелки, что вызовет возрастание соотношения E2q/E2d.

При отрицательной обратной связи увеличение Е2ц! E2d = tg p ô, приводит к уменьшению напряжения на выходе преобразователя, к уменьшению оборотов и стабилизации режима при заданном угле между вектором I> и ф2 при пониженном напряжении на двигателе, При увеличении нагрузки угол между 4 и ф2 растет (вектор Е2 поворачивается по

1023125 часовой стрелке), что вызывает уменьшение отноше ия Е2я/Е2а. Уменьшение сигнала обратной связи приводит к увеличению напряжения, подводимого к двигателю, что вызывает поворот вектора HBflpB)KOHHA по 5 часовой с .релке. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока величина tg p не будет равна заданной, Таким образом, поддерживая заданное 10 отношение E2q/E2d в системе осуществляется стабилизация угла между векторами тока и потокосцепления ротора, что, во-первых, при заданном токе обеспечивает максимальный электромагнитный момент, 15 во-вторых, обеспечивает стабилизацию абсолютного скольжения и, как следствие этого, приводит к стабилизации частоты вращения ротора на заданном уровне.

Таким образом, введение в предлагаемое устройство преобразователя напряжение-частота, датчика напряжения и блока определения ЭДС обеспечивает. по сравнению с известными устройствами, повыше- 25 ние -.î÷íîñòè регулирования скорости за счет обеспечения жесткости механических характеристик и упрощения устройства эа счет исключения сложного нелинейного блока. ЗО

Формула изобретения

Частотно-регулируемый электропривод, содержащий асинхронный двигатель, статорные обмотки которого через датчики тока подключены к выходу силового преобразователя частоты, управляющие входы которого соединены с выходами блока прямого преобразования координат. снабженного двумя входами, один из которых соединен с выходом регулятора напряжения, входом подключенного к выходу элемента сравнения, один вход которого служит для подачи сигнала задания угла между вектором напряжения и вектором

ЭДС, а другой вход соединен с выходом блока деления, и задатчик интенсивности, о т л и ча к. шийся тем, что, с целью упрощения и посышения точности регулирования путем повышения жесткости механических характеристик, введены преобразователь напряжение — частота, датчики напряжения, входами подключены к выходу силового преобразователя частоты, и блок определения ЭДС с тремя входами и двумя выходами, соединенными с соответствующими входами блока деления, выход задатчика интенсивности через преобразователь напряжение-частота подключен к второму входу блока прямого преобразования координат и к первому входу блока определения ЭДС, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходами датчиков тока и напряжения.

1823125

ФМ3, Составитель В.Соседка

Техред M,Моргентал Корректор А.Козориз

Редактор

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

Заказ 2186 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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