Устройство управления электроприводом переменного тока

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Соцмалмстическик, Республик >657558

« f (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 23.02.79 (21) 2329582/24-07 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет

Опубликовано 15.04.79,бюллетень № 14 г (51) М. Кл.

Н 02 P 5/34

Н 02 P 7/36

Гесударстеенвб квмнтет

СССР ке делам наебретеннй

N OTKPblTNN (53) УДК 621 316. . 718.5 (088.8) Дата опубликования описания19 04.79 (72) Авторы изобретения

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

ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Изобретение относится к области эпектропривода переменного тока, предназначенного дпя испопьзования с машиной двойного питания и частотно-регулируемым асинхронным двигателем.

Известны системы управпения электро- 5 приводом переменного тока с асинхронным электродвигателем и преобразователем частоты дпя питания асинхронного двигатепя с двумя каналами регулирования, позволяющими с высокой степенью точности управпять моментом асинхронного двигателя в неустановившихся режимах tlj, (21, (31 .

В этих системах управление моментом осуществпяется не непосредственно, а через активную составляющую тока статора, 15 направленную перпендикулярно вектору потокосцеппения статора ф ипи роторау„.

Ипя точной ориентации переменных машин по вектору потокосцеппения в асинхронном двигателе должны быть установ20 лены датчики Холла; системы содержат также депитепьные устройства дпя перес чета задающего сигнапа момента в сигнал

2 задания активного тока статора и дпя расI

Ф чета частоты вращения вектора потокосцепления. Эти обстоятепьства затрудняют цр подобных систем, так как "ус-, тановка в асинхронном двигателе датчиков

Хоппа в настоящее время является сложной проблемой, а депитепьные устройстванаименее точный и надежный элемент системы регулирования.

Известно также устройство управлении электроприводом переменного тока, содержащее преобразователь частоты, подкпюченный к цепям асинхронного двигателя, блоки прямого и обратного преобразований координат, два канапа регулирования; в том чиспе канаи регулирования скорости с последовательно включенными регупятором скорости, элементом сравнения, регупятором момента н сумматором, при этом выходы обоих упомянутых каналов регулирования соединены со входами бпока прямого преобразования координат 4 j .

В этом устройстве канал регупирования скорости содержит элемент сравнения

657558

- „„4<„y,+ й, я.) задающего сигнала момента и сигнала обратной связи по моменту и регулятор момента. Выход канала регулирования подкпючен к первому входу координатного преобразоватепя. На второй вход коорди- S натного преобразователя поступает сигнап второго канала регупирования (канапа потока).

В этой системе эпектропривода переменного тока с преобразователем частоты 1О с широтно-импупьсной модуляцией (ШИМ) применено прямое управление моментом путем введения жесткой отрицательной о6ратной связи по моменту. Однако управпение моментом в переходных режимах в этом случае возможно лишь прй очень больших коэффициентах усиления в канале регулирования скорости, что в электроприводах переменного тока с преобразоватепями частоты типа, отличного от преоб- 2О ,разоватепя типа ШИМ, практически не осуществимо по соображениям устойчивости и цомехозашищенности. Снижение коэффициента усипения до реально осуществимых значений приводит к снижению точности управпения моментом и не обеспечивает высокого качества переходных процессов..

Цепью изобретения является повышение точности регупирования.

Пепи достигается тем, что в устройство введен блок обратных и компенсирующих связей по моменту, входы которого подключены к блоку обратного преобразования координат, а выходы - к упомя3$ нутым эпемекту сравнения и сумматору.

Возможность достижения указанной цепи с помощью предпагаемого устройства вытекает из спедуюшего.

Управления статора (ротора) асикхронно40

ro двигателя можно представить в виде:

1),)= ) +),p> „м (<) Р где K ка Т вЂ” эквивалентные коэффициэкь,> экю, енты усиления и постоянная времени, — сумма членов, характери«М зующих взаимное влияние фаз.

Х Х„б»» X I" Хр

) "к @ ") 9 - )».Уу + г(9 р,ф8 % Р As

Запись уравнения ротора в формуле (1) позволяет осуществить техническую оптимизацию по моменту известными ме тодами (например методами, испопьзуемыми в системах подчиненного регупирования параметров) и найти структуру дпя управления моментом как со стороны статора, так и сс стороны ротора.

Выражения Е могут быть существен ки но упрощены при регупировании в осях, связанных с векторами потокосцеппений статора <р и ротора @ . Например,в осях

$ у„дпя частотно-управляемого двигатепя и машины двойного питания сигналы

Е., » вычиспяются по км(а1 км(Y ) форму пам: к.и(ь) ЖР Ы

« ») фЖ»+Ч» фа

Сигнап обратной связи по моменту может сниматься с датчика момента, например с измеритепя крутящего момента ИКМ (этот спучай показан на чертеже пунктиром) ипи определяться по известным формулам.

Например, в копебпющейся системе координат, связанной с векторому„, имеет место соотношение:

М»-К

»»»»ф» ба= и » 1ь= »»ь фР 1»

На чертеже представлена функционапьная схема предлагаемого устройства, применитепьно к машине двойного питания.

Предлагаемое устройство может быть испопьзовано также в частотно-регупируемом асинхронном двигателе.

На чертеже приняты спедуюшие обозначения:

ЗИ - задатчик интенсивности, Ф - фильтр, ЭС1+ЭС6 —,элементы сравнения, РС вЂ” регулятор скорости, РМ - регулятор момента;

С 1--С2 — сумматоры, Р - регулятор реактивного тока, БОКСМ - блок обратной и компенсирующей связи по моменту, КП1,КП2 — координатные преобразоватепи, РФа, РФв, РФС - регупяторы фазных токов, ПЧНС - преобразователь частоты с непосредственной связью, 657558

Ь

2 +(As 5 Ъ ць Ks

Величины потокосцеплений статора по осям х, у у„,

Второй канал в показанной на черт. системе — канал регулирования реактивного тока статора. Канал содержит регулятор реактивного тока Р с элементом сравgS кения задающего сигнала реактивного тока 1„и сигналом обратной связи „

Выход регулятора реактивного тока соединен с сумматором, на второй вход которо- Сигнал компенсации Z. рассчитывакм

ro поступает сигнал компенсации влияния ется по формуле: фаз на реактивный ток Ед„. Выход сумматора соединен со вторым входом координатного преобразователя КП1.

1 щ ф (иУу цiЙх5 и(+y.c At +Is +g> J

АД - асинхронный двигатель, УМ вЂ” углоизмерительн:и машина, ТГ - тахогенератор.

Система содержит два канала регулирования, работающих на нулевой частоте - 3 канал регулирования скорости {момента) и канал регулирования реактивного тока (вместо реактивного тока вторым каналом можно регулировать потокосцеппение статора, поток). При этом каналы регулирования могут быть построены в системе координат, связанной с одним нз обобщенных векторов машины: напряжении статоpB Ug HoToKocBe éeHHé < ; ф

1 f$

1 1

Как показывает анализ, при регулировании момента по осн, перпендикулярной вектору потокосцепления статора или ротора, существенно упрощается вычисление сигнала компенсации по моменту. Однако .

26 для машины двойного питания наиболее простой оказывается система с непосредственным регулированием момента, построенная в координатах х, у, связанных с

25 вектором У

Канал регулирования скорости содержит задатчик интенсивности ЭИ, выход которого через фильтр Ф соединен с элементом сравнения ЭС2 задающего сигнала. и сигнала отрицательной обратной связи по ЗЕ скорости. Выход ЭС2 годключен к регулятору скорости РС. Выход регулятора скорости соединен с элементом сравнения

ЭС2 задающего сигнала момента М и

35 сигнала обратной связи по моменту, вь ход элемента ЭС2 подкшочен ко входу регулятора момента РМ; выход регулятора момента РМ соединен с сумматором С2..

Второй вход сумматора С2 подключен к

40 выходу блока обратной связи и коммутирующей связи по моменту БОКСМ, входы которого соединены с выходами блока обратных координатных преобразований КП2.

Выход су матора С2 соединен с преобра- 45 зователем координат КП1.

Выходы координатного преобразователя КП1 соединены через элементы сравнения ЭС4-ЭС6 с регулятором фаэных токов ротора РФа, РФв, РФс. Выход регуляторов фазных токов соединяется со входами системы импульсно-фазового управления ПЧНС, ПЧНС включен в ротор асинхронного двигателя АД.

С ротором AQ механически .связана углоизмерительная машина УМ, Сигналы УЯ а также сигналы датчиков фазных токов статора и ротора двигателя подключаются ко входу координатного преобразователя

КП2. Выходы КП2 соединяются со входамн узлов сравнения, сумматоров и КП1.

На роторе АД устанавливается также измеритель крутящего момента (для варианта с датчиком момента). Выход изме рителя момента соединяется со входом элемента сравнения ЭСЗ (на чертеже связь показана пунктиром}.

Устройство работает следующим образом. При изменении задающего сигнала по скорости или момента нагрузки изменяется сигнал на входе регулятора скорости, вызывая изменение задающего момента.

После преобразований в ПИ-регуляторе момента и суммирования с сигналомЕ„ функция регулирования 0;,„ пересчитывается совместно с сигналом по каналу реактивной мощности в сигналы заданий фазных токов статора (ротора). Сигнал обратной связи по моменту (если отсутствует датчик момента) и сигнал Z. км формируется в блоке обратной и компенсирующей связи по моменту БОКСМ.

Формирование сигнала обратной связи по моменту производится в блоке БОКСМ по формуле:

657558

Величины потокосцеплений ротораф „, )„ рассчитываются по формулам:

dL 4 xi хт

tYl Al

Ь gLL

Величина амплитуды напряжения статора 1 4 I = UÄ> равна2 2 хб Аь

Пересчет сигналов управления по каналам регулирования момента и реактивного тока в координатах х, у в сигналы управпения на частоте скольжения U d, U

U » ll b; U>z производятся в бло ке КПХ йо формулам:

U =U „,СОЯ Р-У 5Ы 1 1

U -U В1п 1Ц CosJ5

Ж Ч Я - и у Г3

Ч 2 чЧ,2 где: )5 - угол между вектором, напряжения 0 и осью d ", направленной по оси обмотки фазы "а" ротора.

Гармонические функции ь11ч ф; Comp (частотой ьЭ скольжения) вычисляются в блоке КП2 по формулам:

cosP - cosa, со и а sin g;

sin Р= ящ ycoscA. — cos Ыпс(. где: gk. - угол между осями обмоток фазы

А" статора и фазы "а ротора; функции

5111о ; Со&О (частотой сЭ РотоРа) снимаются с углоиэмерительной машины;

Я .- угол между вектором 0> и осью обмотки фазы "А" статора; сигналы

51я ; cos (частотой ь3 сети) определяются по напряжениям статора:

zs л ь1и i ps=@ô,-ф=соз

Реактивная 1„и активная 1„составляющие тока статора определяются по формулам:

1 = CO

1>< S1n g+1 CoSg

jh где: — 1 -1

ds л ps д(е

При изменении напряжения питаюц1ей сети изменяется момент машины и, сле довательно, сигнал обратной связи по .мо10

15 менту. функция регулирования U „„ изменяется таким образом, чтобы компенсиро.вать влияние возмущения и возмущающее воздействие в сети отрабатывается быстродействующим внутренним контуром по моменту, не вызывая, практически, колебаний момента двигателя.

Таким образом, предлагаемое устройство позволит оптимизировать систему непосредственно по моменту без блоков деления, характерных для известных систем и,в случае применения датчиков момента, позволит повысить точность работы электропривода. формула изобретения

Устройство управления электроприводом переменного тока, содержащее преобразователь частоты, подключенный к обмот» кам асинхронного двигателя, блоки прямого и обратного преобразования координат, два канала регулирования, одним иэ

25 которых является канал регулирования скорости с последовательно включенным регулятором скорости, элементом сравнения, регулятором момента и сумматором, при этом выходы обоих упомянутых каналов регулирования соединены со входом блока прямого преобразования координат, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с це.лью повышения точности регулирования, в него введен блок обратных и компенсирующих связей по моменту, входы которого подключены к блоку обратного преобразования координат, а выходы - к элементу сравнения и сумматору.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

3 . BEosehke Felix „Was Peinzip des Vetddo entie ung д1е drape (бг die

Т альчейор- Яе ейи11Д чо11 ovehield— и авс5и11ел"- Siemens-z, f971,45 Ф i0

4> 2 . ЮОАНН W. Rippeider Н, "Die TransРЕЫо - ке еЕииц fuji den 1еЕс1о1 е 1tierten lheteieb eine1 АвцысЬ оижс1. bine, - "Siemens-Z", Я71,45, 1410

3. Дацковский Л. Х. и др. Синтез сиSO стем подчиненного регулирования в асинхронных электроприводах с непосредственным преобразователем частоты, М., "Электричество", 1975, ¹ 9.

4. Р и йеЫ A:Ь. "Пи ест Иик and

tongue veguEat.ion in a PWM inve ster

induction otor сй 1че, ТАЕЮ TAS Anпи Мее, 1Ч75 Рар 10 1И, Snnu eet, Hyatt Рафеиьу Atlanta, j975,591-597