Способ управления электроприводом переменного тока и устройство для его осуществления

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6!) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 01.09.76 (21) 2401 941/24-07 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано05.04.79. Бюллетень № 13

Дата опубликования описания 09.04.79

Союз Советских

Социалистических

Республик

«() 656175 (51) M. Кл

Н 02 P 5/34

Н 02 P 7/42

Государственный комитет

СССР по делам иэооретений и открытий (53) У ДК 6 21. 3 1 3.. 3 (088.8 ) (72) Авторы изобретения

Г. Б. Онищенко, И. Л. Локтева, Ю. Г. Шакарян и T. В. Плотникова (71) Заявитель (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ ПЕРЕМЕННОГО

ТОКА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к электроприводу переменного тока, предназначенного для использования с частотно-регулируемым асинхронным двигателем.

Известны способы управления асинхронным двиг3телем в электроприводах переменного тока с прсобразователсм частоты для питания двигателя (() и (2).

Известные спосооы характеризуются тем, что управление двигателем осуществляют по двум каналам: каналу скорости и каналу потокосцеплсния ротора, построенным в ко10 ординатах, связанных с вектором потокосцепления ротора Ч, (1одчиненнымн контурами являются контуры токов статора 110 оси, связанной с ()n и оси, lleptt(tl тикулярной (()) .

Ориентацию 110 вектору (1)) осуществля)с) г путем измерения фазовых значений потокосцепления ротора при помощи датчиков Холла или специальных обмоток и вычисления по этим значения ) гармонических функций япЧ), сов()) ((() — угол между вектором Ч)Г

20 и обчоткой фазы «А» ст))тор)1).

Такой способ ориентации практически трудно осуществим, Т3К к IK установки дат 1п кои Х()лл 3 в асинхронном 1вн Г lтслс It pc:t ставляет собой сложную Ilpo()ëåìó. 3 вычислительные узлы, использусмыс для определения гармонических функций (всктор —— фи 1ьт, ), дели l (ли ) - 11311()0 1c(с 10>hit üIt . и нен()дежные элементы системы управления.

Из известных решений )гаиболсс близким

h изобрстснн)о по технической суlll,ttocòè и достнгасчому результату являстл1 снос(и) управления элсктропрцво ц)м псрсменно)с тока с асинхронным электродвигателем и преобразователем частоты в статоре путем регулирования потокосцеплсння статора и скс)рости с применением координатных преооразов»III)t сигналов нулевой частоты в сигналы управления прсооразоватслеч н сиги)lлов ча(ToTBI напряж(ения cTBTop(1 в сиГналы обратных связей кана 10B регул прс) пан ия (;3) .

В извсcTI(ox! Ilo(с)б(управление ос((цсствляют нс посрсдствс IIIII.I I рсгули )083llllcì

М 0)1С IIT 1 И IIOTOKO(Цеtl. l II I I H CTIITOP(1 B (. OOTвстствующих каналах, что lloBI IIII;l(т надсжНОСTI> у Н р))ВАС ll litt И ун pO lit;I(: I IICТС (!у I)CГ1, I I t t ) O IS ) l l I1 è.

О. 1 н 3 к О, И 3 д(с Ь Г(1 () м 0 н И Ч е с K l t C (j) X I I K i I I l l

sill 0, сов б (0 - - ) Гол мс жду BOKTopo(i )1 : и ()6)lv(()TK()A фазы «А» статоря) вы о!сля!0T по покязяничм датчиков Холла, установка которых снижает надежность регулирования и усложняет реялизацик) способа.

11ель!о изобретения является повышение надежности управления при одновременном упрощении его реализяцйи.

Поставленная цель достигается благода- ря тому, что дополнительно формируют сигнал, пропорциональный составляющей по токосцепления статора по оси, перпендикулярной вектору потокосцепления статора, и используют этот сигнал в качестве сигнала обратной связи в канале регулирования потокосцепления статора, задающий сигнал ня входе которого устанавлива!от равным нулю, ориентируя тем самым каналы регулирования Ilo вектору потокосцепления стятора при независимом по фазе задании синус-косинусных сигналов для координатных преобразований. . Способ может сыть осуществлен устройством новой конструкции, содержащей асинхронный двигатель, преобразователь частоты в статоре и каналы регулирования скорости (момента) и потокосцепления статора, а также блок координатных преобразований с подкл!оченным к его. выходу блоком компенсирующих связей; в устройство введен блок вычисления перпендикулярнс)й составляющей потокосцепления статора, входы которого подключены к выходам упомянутых блоков координатных преобразований и компенсирующих связей, а выход — ко входу для сигнала обратной связи элемента сравнения в канале регулирования потокосцепления статора.

При регулировании по описываемому способу системе задается угол ориентации вектора потокосцепления и выходной параь;етр электропривода — момент. При этом отпадает необходимость в специальных датчиках и вычислительных устройствах для измерения. и вычисления угла ориентации вектора, что существенно упрощает систему регулирования. Амплитуда вектора потокосцепления может задаваться косвенным образом по одному из условий: минимума потерь, минимума токов, поддержания потокосцепления на заданном уровне и т. п. путем регулирования абсолютного скольжения ф.

При таком способе регулирования величины потокосцеплений нужны лишь для контроля системы, а не ориентации, и потому отпадает необходимость в сложной сиет ме измерительных датчиков, вектор-фильтра и вычислительного узла для определения потокосцепления и угля орйентации (или TBK называемых гармонических функций).

Данный способ 1)еялизуется при ориентя ции системы регулировяция по вектору по токосцепления статоря, т. е. при направ ленни оси «Jl,» по вектору (1) и оси.«1»

ПО B(. к Гору, Опережя!О!цему Pg на 90 эл. Гряд.

Ориентация системы по вектору Ф производится заданием . ФЦ= О, г. е. каналом регулирования по оси «i» должен бь!ть канал

У регулирования потокосцепления, а задающий сигнал канала равен нулю. Гем самым вектор потокосцепления статора «привязывается» к вектору напряжения независимого синус-косинусного генератора.

На чертеже изображена функциональная схема способа управления.

Способ управления содержит зядатчик интенсивности 1, фильтр 2, регулятор потокосцепления 3, регулятор скорости 4, регулятор момента 5, элементы сравнения 6 — 11, сум-!

5 маторы 12, 13 и 14, координатный преобразователь 15, блок компенсирующих связей 16, блок вычисления 17 перпендикулярной составляющей потокосцепления, нелинейный преобразователь 18, независимый задатчик частоты 19, регуляторы фазных токов стяИ тора 20 — 22, преобразователь частоты 23, тахогенератор 24, асинхронный двигатель

АД-25.

Способ содержит два канала регулирования, работающих на нулевой частоте канал регулирования потокосцепления статора и канал регулирования скорости (момента) .

Канал регулирования потокосцепления статоря содержит элемент сравнения 6, первым входом соединенный с источником нулевого сигнала ((Р! = О), а вторым входом связанный с блоком вычисления перпендикулярной соста вляющей потокосцепления 17.

Выход элемента 6 подключен к регулятору

3, выход которого через сумматор 12 связан

35 с координатным преобразователем 15. Второй вход сумматора соединен с выходом блока компенсирующих связей 6.

Канал регулирования скорости содержит задатчик интенсивности 1, выход которого через фильтр 2 связан с первым входом элемента сравнения 7, второй вход которого подключен к выходу датчика скорости (тахогенератора 24), а выход — ко входу регулятора скорости 4. Выход регулятора скорости соединен с первым входом элемента сравнения 8, второй вход которого связан с источником сигнала обратной связи по моменту (с блоком 16 или с датчиком момента). Выход элемента сравнения 8 соединен с регулятором момента 5, выход которого через сумматор 13 связан с координатным преобразователем. Второй вход сумматора

13 соединен с блоком 16. Входы блока соединены с выходами преобразователя. Другие выходы преобразователя связаны через элементы сравнения 9, 10 и 11 и регуляторы фазных токов 20, 21 и 22 с преобразователем частоты 23. Выходы преобразователя частоты 23 связаны с обмотками стятора асинхронн(н о двигателя АД" 25.

Q>) ) j тг

Форз(ула изобретения

Ко входам преобразователи п()дклктч(1;I„I также выходь1 длт«иков токов и напряжений статора, а также выходы синус-коси11ус)пэго независимого задатчикл частоты 1(). Вход независимого задатчика частоты связан «ерез сумматор 14 с нелинейным преобразователем. Второй вход сумматора связан с вы ходом датчика скорости (тахогенератора 24).

Управление по способу осу(цествляется следующим образом.

Ня входы координатного преобразователя От независимого задатчика частоты подают сигналы — гармонические функции произвольной фазы яп о, cOS (i. На вход канала регулированчя потокосцепления подают нулевой задаюгций сигнал ((j)<58 = О), <:при-. вязывая» тем самым вектор потокосцепления статораФ, к гармоническим сип1ялам. В канале регулирования потокосцепления при помощи регулятора с элементом сравнения б и сумматора 12 формируют сигнал канала управления. Uji5 по оси, перпендикулярной вектору (р8: при отклонении величины Ф1р от нулевого значения изменяется выходной сигнал элемента б. Этот сигнал преобразуют в регуляторе 3, суммиру)от с сигналом компенсации в сумматоре 12 и полученный сигнал 1185 подают иа преобразователь.

Каналом регулирования скорости при помощи злдатчика интенсивности 1, фильтра 2, регулятора скорости, регулятора момента,. элементов сравйения 7 и 8 и сумматора 13 формируют сигнал управления 1,,: при изменении задаю)цего сигнала по скорости или моменту нагрузки изменяется сигнал на входе регулятора скорости. Измененный сигнал преобразуют в регуляторах скорости и момента, суммируют с сигналом компенсации

К«. и полученный сигнал U)(8 подают íà 35 преобразователь.

Сигналы Uj8, Ua8 в координатном преОбразователе преобразуют в сигналы управления для преобразователя частоты 23 напряжения статора U)(A, 1)у)), (!ус.

В координатном преобразователе производят также обратные операции: преобразуют сигналы фазных величин токов и нап-ряжений статора АД в сигналы в координатах g, i для вычисления сигналов компенсации и обратных связей.

Сигналы 1д,, i«, 1)д5, lh» в блоках 16 и 17 преобразуют в сигналы компенсации

Zi,g, Хкм и сигнал обратной связи по НОТоКосцепленик) статора по формулам:

Z Ие = — ф.д.„— — (j) + ()д()45

)"д Ь юч )(м =- (-Л8 Кч) — «)) ())д) Фд8

Ч)18 = (Я8 — ()ДЧ)д — Г8 1 5 ) (11 ч.,= .Ж., + „)дФ 8 — r81 )(jt

r Si 11

) 1(((8 1)() 5

55 где гя -- сойротивл(ние статоря, 18, 1.), 1.,-соответственно индуктивности стлторя, рОтоРЯ ВЗ .1 И МОИ НДЪ КЦИф) CTHTOj)3 И j)OT()j) 3

i р,y(.(1)(. ияпряжени)1 и ОТОкосцепл(IIIIH стятора и р()тора, 6 -= - 5 -" — -, -"- - --- коэф4 il фициепт рассеяния, (;) -- частота вращения вектора потокосцепления статорл, равная

«ЯС:ui (СИГНаЛОВ НЕЗЯВИСИМОГO ЗаДат«ИКЯ частот)1 1 .) siH (э, cos 6.

Величину сигнала обратной связи по мо. менту (если отсутствует датчик момента) получают по формуле:

М 1 / (Рд8115 1 18 )д 8) э

При рассмотренном способе управления могут быть минимизированы потери, а величина потокосцеплсниЯ статоРа 9в может поддержи ваться на заданном уровне. Для этЬго частоту независимого задатчика частоты « задают равной сумме (ь)„, - 1(j), где

fi — вели«инл лбсол)отного скольжения, которую формиру)от нелинейным преобразователем 18 в зависимости от момента нагрузки и ))$з .

Так I)I Образом, изобретение позволяет сочетать высокие динамические показатели (управление моментом двигателя в переходных процессах) иа уровне известных систем с хорошими энергетическими показателями путем регулирования абсолютного скольжения из условий минимизации потерь (или токов) или поддерживания постоянства потокосцспления статора. При этом система по изобретению значительно проще и надеж-ней известных "èñòåì.

1. Способ управления электроприводом переменного тока с асинхронным электродвигателем и преобразователем частоты в статоре путем регулирования потокосцепления стлтора и скорости, включающий координатные преобразовагн)я сигналов нулевой частоты в сигналы управления преобразователем и сигналов. частоты напряжения статора в сигналы обратных связей каналов регулирования, отличаюи(ийся тем, что, с целью повышения надежности управления, при одновременном упрощении его реализации, формируют сил(ал, пропорциональный составляющей потокосцепления статора по оси, перпендикулярной вектору потокосцепления статора, н используют этот сигнал в качестве сигнала обратной связи в канале регулирования потокосцепления стлторя, задающий сигнал, иа входе которого устанавливя)от равным нулю, ориентируя тем самым каналы регулирования по вектору потокосцепления статорл при независимом по фазе задании синус-косинусных сигналов для, координатных преобразований.

2. Устройство для осуществления clio(oj)81 по и. 1, содержащее канал регулирования потокосцепления стлторя с элементом срян656175 нения сигнала задания и обратной связи, а также блок координатных преобразований с подключенным к его выходу блоком компенсирующих связей, отличающееся тем, что в него введен блок вычисления перпендикулярной составляющей потокосцепления статора, входы которого подключены к выходам упомянутых блоков координатных преобразований и компенсирующих связей, а выход — ко входу элемента сравнения в канале регулирования потокосцепления статора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Blaschke Felix. Das Prinzip der Feldorientierung, die Grundlage fur die Transvektor Regelung von Drehfeldmaschienen .siemens — Z, 1971, 45, № 10.

2. Дацковский г1. Х., Тарасенко Л. М., Кузнецов И. С., Бабичев Ю. E. Синтез систем подчиненного регулирования в асинхронных электроприводах. «Электричество», 1975, № 9.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2348041(07, кл. Н 02 P 5/34, 197á.

Составитель A. Жилин

Редактор В.Большакова Техред О. Луговая Корректор С. 01екмар

Заказ 1546/46 Тираж 856 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий ! 13035, . Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4