Способ управления асинхронным электроприводом
Использование: для регулирования насосных и компрессорных установок. Сущность изобретения: выделяют постоянную составляющую из измеренного тока в звене постоянного тока и дополнительно изменяют его выходную частоту обратно пропорционально указанной составляющей. Электропривод, реализующий способ, содержит датчик тока, подключенный через фильтр к одному входу задающего генератора , другой вход которого соединен с выходом датчика ЭДС. При этом достигается экономия потребляемой электроэнергии при вентиляторном моменте статического сопротивления. 2 ил,
СОК):! СОВЕ ТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ CCCP) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ! ! м Сд С) IQ) К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4828405/07 (22) 28.05.90 (46) 30.07.93. Бюл. N.. 28 (71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт силовых полупроводниковых устройств (72) А.В.Волков и А.С.Гринченко (56) Авторское свидетельство СССР М 352358, кл, Н 02 Р 7/42. Авторское свидетельство СССР М 1056854,. кл. Н 02 Р 7/42. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ Изобретение относится к электротехнике, в частности к частотно-управляемым электроприводам, и может быть использовано в различных отраслях промышленности; химической, нефтедобывающей, атомной энергетике, в коммунальном хозяйстве, в мелиорации и в других отраслях — для регулирования производительности насосных и компрессорных установок. Целью предложенного способа является уменьшение электрических потерь в электроприводе с вентиляторным моментом статического сопротивления. На фиг. 1 — блок-схема примера реализации способа в злектроприводе с автономным инверто ром тока; на фиг. 2 — блок-схема примера реализации способа в электроприводе с автономным инвертором напряжения, Предложенный способ охватывает варианты его реализации в электроприводах с автономными инверторами тока и напряжения. На фиг. 1 приведена блок-схема при„„Я2„„1830608 А1 (57) Использование: для регулирования насосных и компрессорных установок. Сущность изобретения: выделяют постоянную составляющую из измеренного тока в звене постоянного тока и дополнительно изменяьот его выходную частоту обратно пропорционально указанной составляющей. Электропривод, реализующий способ, содержит датчик тока, подключенный через фильтр к одному входу задающего генератора, другой вход которого соединен с выходом датчика ЭДС. При этом достигается экономия потребляемой электроэнергии при вентиляторном моменте статического соп ротивления. 2 ил, мера реализации способа в электроприводе с автономным инвертором тока, содержащем управляемый выпрямитель 1, силовой фильтр 2, автономный инвертор тока 3 и клеммы для подключения статорных обмоток асинхронного двигателя 4, последовательно соединенные между собой, систему управления выпрямителей 5, соединенную своим входом с выходом регулятора тока 6, первый вход которого подключен к выходу задатчика тока 7, а второй вход — к выходу датчика тока 8 в звене постоянного тока электропривода, систему управления инвертором 9, соединенную своим входом с выходом задающего генератора 10, первый вход которого подключен к выходу датчика ЭДС 11 двигателя, а второй вход — связан через фильтр 12 с выходом датчика тока 8, задатчик тока 7 выполнен в виде последовательно соединенных регулятора частоты 13 и усилителя-ограничителя 14. причем один из входов регулятора частоты 13 подключен к выходу датчика ч:.стоты I(.êîð còè) l5, а 1830608 Е гЕ/Е,„ 1 (! (2) Ф=Х=Ф Г— = Е К (3) 1*= 1, /сов р, (1) (4) сов p - сов уъ = const. второй вход регулятора частоты 13 и выход усилителя-ограничителя 14 являются, соот88TGT8eHH0, входом и выходом зддатчикатока 7. На фиг. 2 приведена блок-схема приме-" ра реализации способа в электроприводе с автономным инвертором напряжения, содержащем управляемый выпрямитель 1, силовой фильтр 2, автономный инвертор напряжения 3 и клеммы для подключения статорных обмоток асинхронного двигателя 4, последовательно соединенные между собой, систему управления выпрямителем 5, соединенную своим входом с выходом регулятора тока 6, первый вход которого подключен к выходу задатчика тока 7, а второй вход — к выходу датчика тока 8 в звене постоянного тока электропривода, систему управления инвертором 9, соединенную своим входом с выходом задающего генератора 10, первый вход которого подключен к выходу датчика ЭДС 11 двигателя, а второй вход связан через последовательно соединенные усилитель-ограничитель 14 и фильтр 12 с выходом датчика тока 8, эадатчик тока 7 выполнен в виде регулятора частоты 13, соединенного одним из входов с выходом датчика частоты (скорости) 15, причем второй вход и выход регулятора частоты 13 являются, соответственно, входом и выходом задатчика тока 7, Предложенный способ на примере блок-схемы электропривода с автономным инвертором тока (см.фиг.1) функционирует следующим образом: регулятор частоты 13, сравнивая на входе сигнал задания на частоту (скорость) й)* с сигналом отрицательной обратной связи flo частоте (скорости) в, поступающим с выхода датчика частоты (скорости) 15, формирует на своем выходе сигнал задания активной составляющей !а* статорного тока (пропорциональной заданной значению р электромагнитного момента двигателя). С учетом существующей для экономичного закона управления асинхронным двигателем пропорциональности активной 1, намагничивающей ip и модуля 1 статорного тока двигателя, усилитель-ограничитель 14 формирует на выходе сигнал задания 1+ модуля статорного тока: где р» — угол в номинальном режиме между векторами ЭДС двигателя и статорного тока двигателя. Таким образом, на выходе задатчика тока 7 формируется пропорционально требуемому значению электромагнитного мо5 30 мента двигателя сигнал заданного значения тока для звена постоянного тока электропривода. Посредством датчика тока 8 измеряется фактическое значение тока I в звене постоянного тока электропривода, а с помощью датчика ЭДС 11 — фактическое значение модуля Е ЭДС двигателя. На входах регулятора тока 6 сравниваются измеренный сигнал тока I с сигналом 1* его заданного значения, регулятор тока 6 посредством воздействия на фазовый угол включения вентилей управляемого выпрямителя 1 регулирует фактическое значение тока 1 в звене постоянного тока до уровня его заданного значения I*, Посредством фильтра 12 выделяют сигнал постоянной составляющей иэ измеренного пульсирующего сигнала тока I в звене постоянного тока злектропривода, поступаю.ций на второй (опорный) вход задающего генератора 10, на первый вход(интегрирующий) которого поступает сигнал Е ЭДС с выхода датчика ЭДС 11. При этом магнитный поток двигателя формируется путем задания выходной частоты f инвертора 3 (с выхода задаюшего генератора 10 через систему управления инвертором 9) пропорционально измеренному сигналу Е ЭДС дви -ателя и обратно пропорционально величине выделенного сигнала 1 постоянной составляющей тока: rye fh, Ея, 1н — номинальные значения частоты, ЭДС и статорного тока двигателя, соответственно, Такое задание магнитного потока Фдвигателя (в прямой линейной функции от модуля статорного тока I; где 4Ъ = Е /f — номинальное значение магнитного потока двигателя), означает реализацию в электроприводе экономичного закона управления (по минимуму электрических по= терь в двигателе),При этом, при изменении момента статической нагрузи на валу двигателя, взаимосвязанно пропорционально изменяются модуль статорного тока I и магнитный поток Ф двигателя, а коэффициент мощности соя р остается неизменным, равным номинальному значению: 1830508 Для электропривода с вентиляторным моментом статического сопротивления величина выходного токоограничения в двигательном режиме (в >в) задается амплитудой установки ограничения положительной полярности выходного сигнала регулятора частоты 13 (на уровне !амакс*/со$ Ъ). П ри наличии начального пускового момента статического сопротивления, выходной ток двиravens при пуске устанавливается на уровне токоограничения, двигатель преодолевает начальный. момент соп ротивления и разгоняется с номинальным и выше значением ь.агнитного потока (обладая высокой перегрузочной способностью по моменту). В тормозном режиме работы (в+<в) регулятор частоты 13 формирует на своем выходе нулевой сигнал (la* =-0), а усилитель-ограничитель 14 формирует на своем выходе при этом номинальный сигнал задания статорного тока !мин* (определенный из условия безаварийной токовой коммутации в автономном инверторе тока 3); двигатель привода при минимальном токе с ослабленным магнитным потоком (gg = Ф» ин*/l ) тормозится под воздействием момента статического сопротивления на валу рабочего механизма (насоса, компрессора), Предложенный способ на примере блок-схемы электропривода с автономным инвертором напряжения (см.фиг.2) функционирует следующим образом; регулятор частоты 13 сравнивает на своем. входе сигнал задания на частоту (скорость) в" и сигнал отрицательной обратной связи по частоте (скорости) в, поступа ощий с выхода датчика частоты (скорости) 15, и формирует на своем выходе сигнал задания активной составляющей I * статорного тока. Таким образом, на выходе эадатчика тока 7 формируется пропорциональный требуемому значению,и* лектромагнитного момента двигателя сигнал 4* заданного значения тока для звена постоянного тока электропривода. Посредством датчика тока 8 измеряется фактическое значение тока I> (для электропривода с автономным инвертором напряжения в статическом режиме I3 !д, где la — ток на выходе управляемого выпрямителя в звене постоянного тока электропривода), а с помощью датчика ЭДС 11 — фактическое (приближенно через параметры звена постоянного тока) значение модуля Е ЭДС двигателя. На входах регулятора тока 6 сравниваются измеренный сигнал тока 4 с сигналом 4* его заданного значения, регулятор ток. 6 посредством воздействия на фазовь и угол включения с уставкой верхнего ограничения на уровне 40 !н (верхнее ограничение усилителя 14 обес50 5 35 вентилей управляемого выпрямителя I регулирует фактическое значение тока !а в звене постоянного тока до уровня его заданного значения 4*. Посредством фильтра 12 выделяют сигнал постоянной составляющей из измеренного пульсирующего сигнала тока Ia в звене постоянного тока электропривода, поступающий через усилитель-ограничитель 14 на второй {опорный) вход задающего генератора 10, на первый вход (интегрирующий) которого поступает сигнал Е ЭДС с выхода датчика ЭДС 11, Магнитный поток двигателя формируется путем задания выходной частоты f инвертора 3 пропорционально измеренному сигналу Е ЭДС двигателя и обратно пропорционально величине сигнала la постоянной составляющей тока согласно выражения (2). что означает реализацию в электроприводе зкономического закона управления по формулам (3) и (4). Для электропривода с вентиляторным моментом статического сопротивления величина выходного токоограничения в двигательном режиме (а>+>в) задается амплитудой уставки ограничения выходного сигнала положительной полярности регулятора частоты 13 (на уровне !айзакс*/cos рн). При наличии начального пускового момента статического сопротивления, выходной ток двигателя устанавливается при пуске на уровне токоограничения, двигатель преодолевает начальный момент сопротивления и разгоняется с номинальным значением магнитного потока (обладая высокой перегрузочной способностью по моменту). Усилитель-ограничитель 14 формирует выходной сигнал, равный (!/соз p), с уставкой нижнего ограничения на уровне I <* и печивает при разгоне привода на токоограничении ограничение максимального значения магнитного потока на уровне номинального значения +). В тормозном режиме работы (в+<в) регулятор частоты 13 формирует на своем выходе нулевой сигнал (!* = О), нереверсивный выпрямитель 1 закрывается, а усилитель-ограничитель 14 формирует на своем выходе сигнал уставки нижнего ограничения I«<*, обеспечивающий нижнее ограничение ослабления магнитного потока двигателя при торможении на уровне Ф н =Ф н I<><*/I<, двигатель привода тормозится с ослабленным потоком и нулевой активной составляющей тока под воздействием момента статического сопротивления на валу рабочего механизма (насоса. компрессора). 1830608 Выделение фильтром 12 постоянной составляющей иэ измеренного пульсирующего сигнала тока в звене постоянного тока электропривода служит для исключения влияния пульсаций этого сигнала (поступающего на вход задающего генератора 10) на снижение стабильности выходной частоты инвертора. В предложенном способе возможно косвенное измерение тока и выделеwe постоянной составляющей тока в звене постоянного тока электропривода, например, путем вычисления данного сигнала иэ выходного сигнала I* задатчика тока 7 посредством фильтра 12, реализующего передаточную функцию: G(p) - I/I* замкнутого контура регулирования тока злектропривода. В качестве варианта в предложенном способе возможно осуществление задания частоты инвертора прямо пропорционально сигналу Е ЭДС и обратно пропорционально постоянной составляющей тока I с помощью блока деления (реализующего функцию Е/1) и задающего генератора, выполненного с одним интегрирующим входом. Формула изобретения Способ управления асинхронным электроприводом, снабженным преобразователем частоты со звеном постоянного тока, при котором пропорционально требуемому значению электромагнитного момента двигателя формируют заданное 5 значение тока для звена постоянного тока электропривода, измеряют фактические значения тока в звене постоянного тока электропривода и ЭДС двигателя, сравнивают измеренный ток с его заданным значе10 нием. по результатам этого сравнения воздействуют на фазовый угол включения вентилей управляемого выпрямителя и регулируют фактическое значение тока в звене постоянного тока до уровня его заданного 15 значения, а для формирования магнитного потока двигателя изменяют выходную частоту инвертора пропорционально измеренной ЭДС двигателя,отл и ча ю щийс я тем,.что„с целью улучшения энергетических 20 показателей путем уменьшения электрических потерь при вентиляторном моменте статического сопротивления, выделяют постоянную составляющую из измеренного тока в звене постоянного тока электропри25 вода и дополнительно изменяют его частоту обратно пропорционально величине указанной составляющей. 1830608 Составитель А. Bomos I âäàêòoð А; Егорова Техред М.Моргентал Корректор И. Шмакова Заказ 2526 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж 35, Рэушская наб.. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина. 101
