Система для автоматического регулирования скорости вращения частотноуправляемого асинхронного двигателя

 

°,, " - - -:.. с".,-,,:«

«1 са,, „".

Союз Советски к

Социалистических

Республик

ОПИ А-ЙИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

«ссс 714610

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 17.04.78 (21) 2606190/24-07 (51}М. Кд.

Н 02 P 7/42 с присоединением заявки Ж

Гееудеротеенный комитет

СССР ю Аенем изобретений н етерытий (23) Приоритет

Опубликовано 05.02,80. Бюллетень М (53}УДК 62-83:621. ,3 13.333.072.

° 9(088.8) Дата опубликования описания 08.02.80

В. ф. Петренко и В. В. Талов (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СИСТЕМА ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

СКОРОСТИ ВРАШЕНИЯ ЧАС 1 ОТНО-УПРАВЛЯЕМОГО

ACHHXPOHHOI Î ДВИГАТЕЛЯ

t ..

Изобретение относится к электротех- : нике и может быть использовано в системах, Служа«дих для автоматического регулирования скорости асинхронных и синхронных двигателей, питаемых от

5 статических преобразователей частоты, содержащих управляемый выпрямитель и- автономный инвертор тока.

Известны замкнутые системы автоматического часто THoro регулирования скорости асинхронного и синхронного двигателей, содержащие контур регулирования внутренней ЭДС двигателя.

В таких системах выход источника эта-лонного задающего йапряжения Соединен с одним нз входов первого элемента г с f сравнения, к другому входу которого ,подключен выход датчика внутренней

ЭДС двигателя. Выход первого элемента сравнения соединен со входом регулято - тЕ ра ЭДС. Указанные элементы образуют внешний контур регулирования. Выход регулятора ЭДС подключен к одному из входов второго элемента сравнении, 2 к другому вхотту zoTopor подключен . выход датчттк& тока двигателя, ВыхОД второгб элемента сравнения соединен с входом регулятора тока, образующего подчиненный контур регулирования. Выход регулятора тока соединяется со входом системтт управлении силового выпрямителя 111, Известно, что выходное напряжение автономного инвертора тока с.ограни ченной величиной емкости коммутирующих конденсаторов, работающего на асинхронный или синхронный двигатель, может быть -представлено в вйде двух составляющих, синусоидального напряжения основной гармоники, коммутационной составляющей, представляющей собой крат: ковременные выбросът напряжения, ам,плитуда которых может в несколько раз превышать амплитуду напряжения первой т.армоники, Коммутапионные выбросы присутствуютс и в напряжении на Brrxone датчика внутренней ЭДС двигателя. В случае под14610 4

1затухания,Д, равным нулю, во жем

3 7 ключения выхода датчика ЭДС к первому элементу сравнения на выходе регулятора ЭДС появляются значительные пуль- сации, приводящие к пульсацйям напряжения на выходе инвертора, что особен. но сильно проявляется в области низких частот, в результате чего нормальная работа системы становится практически невозможной при выходных частотах ниже 5-10 Гц.

Для обеспечения функционирования системы автоматического регулирования в широком диапазоне выходных частот инвертора между выходом датчика ЭДС дингателя и входом первого элемента сравнения включают фильтры, йостроенные на Р,t- С -.элементах. Однако такие системы не позволяют получить необходимую точность регулирования.

ЭДС двйгателя во всем частотном. диа. пазоне и во всех. статическйх и динами ческих режимах.

Из известных систем автоматическоаг«о частотного регулирования (CAP) скорости асинхронных и синхронных двигателей наиболее близкой по технической сущности является система регулирования, описанная в f2). В этой системе машина переменного тока соединена с промышленной сетью через регулируемый выйрямитель« -и автономный инвертор тока, ко входам кот«орых подключены выходы блока управленйя«выпрямителем и блока уйравления инв«ертором соответственно. Система регулирования содержит основной контур регулирования внутренней ЭДС машины и подключенный

"контур регулирова«нйя тока статна мa шины переменного тока. Бень обратной связи по внутренней ЭДС машины включает в себя последовательно соединенные выпрямитель и низкочастотный фильтр

Так как в глубоко регулируем«ых элек-! троприводах переменного тока диапазон изменения частоты выходного найряжения автономного инвертора составляет не менее 1: 30 (например, от 2 до

60 Гц), то низкочастотные фильтры, коэффициент затухания 3 и коэффициент фазы :- которых являются функциями частоты, вызывают амплитудные и фазо вые искажения передаваемого сигнала в пепи обратной связи по ЭДС двигателя."

Вследствие этого в известной автоматической системе снижается точность регулирования ЭДС двигателя как в установившихся, так и в переходных режимах. Попытка получить коэффициент частотном диапазоне приводит к усложнению схемы CAP в части внешнего контура регулирования. При этом увеличиваются также масса и габариты

CAP. Кроме того,. такие фильтры вноcm инерционность в цепь обратной связи, вызывающую снижение быстродействия и устойчивости системы.

10 Келью;изобретения является повьппение точности регулирования.

Это достигается тем, что в известной системе автоматического регулирования скорости частотно-управляемого

15 асинхронного двиГателя, поДКлючеииоГо к статйческому преобразователю частоты на базе управляемого выпрямителя и автономного инвертора, содержащей блок управления автономным инвертором, 20 подключенным ко входу источника за дания частоты и напряжения, блок управления выпрямителем, вход которого подсоединен к последовательно соединенным регулятору тока статора, регулятору внутренней ЭДС асинхронного двигателя, который через элемент сравнения сое-. динен с источником задания частоты и напряжения, а также с преобразователем переменное напряжение - постоянное нап- ряжение, состоящим из низкочастотно» го фильтра и иьшрямителя, входы которо- го соединены с датчиком внутренней ЭДС асинхронного двигателя, в преобразователь переменное напряжение — постоянное напряжение между выпрямителем инизкочастотн ".4 фильтром введено ключевое устройство, управляющий вход которого соединен с выходом блока управления автономным инвертором через дополни40 тельно введенную цепь, составленную из последовательно соединенных формирователя управляющего сигнала, времязадающей цепочки и линии задержки.

На фиг. 1 изображена структурная

45 схема системы автоматического регулирования скоростй вращения частотно-. управляемого асинхронного двигателя; на фиг. 2 - возможный вариант последовательной цепи: линия задержки, времязадающая цепочка, формирователь

0 управляющего сигнала; на фиг. 3— а — е — кривые напряжений в отдельных точках схемы, представленной на (Риа а 1 а

В частотно-управляемом элек троприводе переменного тока (фиг. 1) питание асинхронного двигателя 1 осуществляет ся от проМышленной сети 2 трехфазно5 714610 6

J го переме пюго напряжения через ста- подачи имйульсов управления на основные тический преобразователь частоты (СПЧ), тиристоры автономного инвертора с выобразованный управляемым выпрямителем хола системы управления инвертором

3, лросселем 4 фильтра и автономным на некоторый угол, определяемый вреинвертором 5 тока. Управление выпря- 5 менем перезаряда коммутирующей еммителя 3 осуществляется с помощью кости постоянным током нагрузки цо блока 6, а управление автономным ин - напряжения, прй котором начинается вертором 5 осуществляется с помощью коммутация тока:в фазах нагрузки. Это блока 7. Система автоматического ре отставание может составлять величину гулирования скорости асинхронного двн- 1О в несколько сот микро секунц. гателя 1 содержит регулятор 8 внут- В датчике 12 внутренней ЭДС асинренней ЭДС, асинхронного двигателя 1, хронного двигателя происходит геометвхоцящий в основной контур регулнрова рическое вычитание из фазного напряжения, и регулятор 9 тока статора асин- ния двигателя 1 напряжения:, пропор1 хронного двигателя 1, входящий в под 15 ционального падений напряжения на ак- чиненный контур регулирования. В ка- . тивном сопротивлении фазовой.обмотки честве датчика тока статора служит . статора и выделяемого на резисторах ,трансформатор 10 постоянного тока, - 19, 20, 21. Результирующее напряжевключенный в промежуточном звене СПЧ. ние пройорциональное Внутренней ЭДС

Источник 11 эталонного напряжения вь - .® асинхронного двигателя, поступает на дает задающие сигналы напряжения Еу Bxolt выйрямителя 23, на выходе котораго и частоты j в каналы регулирования: образуется сигнал, который в первом внутренней ЭДС асинхронного двигателя приближении может быть представлен и частоты на выходе автономного ии- в виде напряжеиия LJ< (фиг. За). При вертора. 5. 25 работе блока 7 управления автономным

Датчик 12 внутренней ЭДС асинх- инвертороМ на выходе 31 формирователя ронного двигателя состоит из транс . " 32 генерируются "синхрониэирующие. форматоров 13, 14, 15 напряжения и " .. иМпульсй (напряжение 0, на фиг. 3 г), чрансформаторов 16, 17, 18 тока, нагру: »Н импульсы поступают на вход лйнии женных на резисторы 19, 20, 21. Qb op 34 задержки, с выхода которой снимают30 датчика 12 соединен со входом преобра-- ся импульсы lg (фиг. 3 ц), отстающие зователя 22 трехфазного напряжения::- . от сигнала U на время Г, равное регулируемой амплитуды в пропорпио- - временному сдвигу между передними нально изменяющееся постоянное нап- - фронтами импульсов Uq и коммутационряжение. Преобразователь 22 содержит:: З5 ных выбросов {фиг. З,а). Напряжение мостовой выпрямитель 23 на неуправляемьщ : (4 запускает времязацаюшую цепочку диодах и подключенных и его выходу . 35, на выходе которой формируются последовательно соединенных ключевой .. импульсы 0 (фиг. 3, е) цлительностью блок 24, низкочастотный фильтр на кон» ., длительности коммутационных

40 денсаторе 25 и резисторе 26. Параллель- выбросовно конденсатору 25 подключен потен- Сигнал 00 усиливается формирователем циометр 27, выход которого соединен 36 и подается на вход 30 ключевого линией 28 связи с элементом 29 срав..: . блока 24 в вице команды на эакрьивние пения контура регулирования внутренней ключевого блока 24 ца время присут3QC двигателя, Управляющий вход Çp, ствия B напряжении (ч (фиг, За) комму»

45 ( (фиг. 1, 2) ключевого блока 24 сое- тационного выброса. В результате такой динен с выходом 31 формирователя 32 работы .ключевого блока 24 на потенсинхронизирующих, импульсов блока 7 . циометре 27, при отсутствии конценсауправления инвертором через блок 33. тора 25, образуется напряжение Ug

Блок 33 предсталвяет собой последователь- (Фиг- Зб). При подключении конденсатора но включенные линию 34 задержки, 25 параллельно потенш ометру 27 на .времяэадаюшую цепочку 35 и формирова» .HeM формируется напряжение U (фиг. тель 36 управляющего сигнала. З,в), поступающее в вице сигнала об— --Работа системы автоматического ре- ратной связи по внутренней OLIC асингулировання заключается в следующем., хронното двигателя 1 на элемент 29

Выходное напряжение автономного ин- равнения, В результате система осувертора тока соцержит коммутационные осуществляет регулирование внутренней выбросы, отстающие ffo фазе от момента ЭДС асинхронного лвигателл ffpiKTHò.с610 практически до нуля, что позволяет повысить быстродействие электропривода. формула изобретения

Система для автоматического регу5 лирования скорости вращения частотноуправляемого асинхронного двигателя, подключенного к статическому преобразователю частотй, выполненному на базе управляемого выпрямителя и автономного инвертора, содержащая блок управления автономным инвертором, подключенный rio: входу к источнику задания частоты и напряжения, блок. управления выпрямителем, вход которого соединен с регулятором тока статора, подключенным к регулятору внутренней

ЭДС асинхронного двигателя, который через элемент сравнения соединен с

:Ъ. источником задания частоты и напр дке-, -ния, с преобразователем переменное напряжение-постоянное напряжение, состоятцим из низкочастотного фильтра и выпрямителя, входы которого соединены с датчиком внутренней ЭДС асинхрон25 ного двигателя, о т л и ч а ю ш ая с я тем, что, с целью повышения точности регулирования, в преобразователь переменное йапряжение -постоянное нап ряжение между вйпрямителем и низко30 частотным фильтром введен ключевой блок, управляющий вход которого соединен с выходом блока управления автономным инвертором, через дополнительно введенную цепь, составленную из последователь35 но сое(диненных времязадаюшей цепочки; формирователя управляющего сигнала и Линии задержки.

Источники информации, 40 принятые во вниманйе пои экспертизе

1. Сандлер A. С., Сарбатов P. С.

Автоматическое частотное управление асинхроннымй двигателями, М., Л., "Энергия", 1974, рис. 2-10.

2. Экспресс-информация "Автомати45 зированный электропривод, электротехнология и электроснабжение промышленными предприятиями", 1976 r, N. 32, реф, 164.

7 714 ки по основной гармонической составляющей выходного напряжения автономного инвертора тока (АИТ).

Линия 34 задержки выполнена по схеме заторможенного блбкинг-генератора на транзисторе 37 (фиг. 2). Второй заторможенный блокинг-генератор на транзисторе 38 совмещает в себе функции времязадающей цепочки 35 и формирователя 36 управляющего сигнала. Первый блокинг-"генератор на транзисторе 37 генерирует импульс длительностью Ej..

Запуск второго блокинг-генератора на транзисторе 38 осуществляется задним фронтом импульса первого блокинг-гене-. ратора. При этом второй блокинг-генератор вырабатывает импульс необходимой плите.тьности Гр, йрикл(а(д(амтв(аемый в запирающем йапр(а(влеййК" й"ЙФреходу" эмйттер- база ключевого блока 24. Регул(йр(уемые(резисторы 39 и, 40 служат для настройки необходимых временных интервалов 7 и" Z .

Так как в системе автоматического регулирования падейие йапряжения на ключевом блоке 24 практически равно нулю, то коэффициент затухания Д це- пи обратной связи по ЭДС равен нулю.

Вследствие того, что коммутационнйе участки в кривой выходного напряжения

СПЧ малы по сравнению с меяйом(мут(а- (( циойными(интервалами, велич(ина емкос ти конденсатора 25 незначительна, : l. в результате чего коэффициент фазы цепи обратной связи rio ЭДС также стремится к нулю. Равенство нулю коэ(ффициентбв

Р и обеспечивает отсутствие амплитудных и(фазовых искажений передавае мого сигнала в цепи обратной связи по

ЭДС и делает его независимым от частоты. В силу вышеуказанно(го точность регулирования внутренней ЭДС асинхронного двигателя как в установившихся, .!

| ° так и s переходных режимах в, системе регулирования сожет быть существенно повышена (особенно в области низких частот), а инерционность цепи обратной связи по ЭДС может быть сййжена

71461 0! 1

1 1 !11

11 1! 11 11 11 !

Заказ 9310/58 Тираж 783 Подписное

IIHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель В. Тарасов .

Редактор И. Алышева Техред Л. Алферова Корректор H. Стен