Устройство для частотного управления асинхронным двигателем

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт свид-ву— (22) Заявлено 14.04.78(2() 2604381/24-07 (!1,744887

4i

l (5t)M. Кл.

Н 02 Р 7/42 с присоединением заявки .% —.

Гоаударстввннасй ком нтет (23) Приоритет (53) УДК, 62-83:

:62 1.3.0 66. . 63 (088. 8) до делам нзобретеннй н открытий

Опубликовано 30.06.80. Бюллетень ¹ 24

Дата опубликования описания 02.07.80 а0. N. Гусяцкий и В. Ф. Гельман (72) Авторы изобретения (7I ) Заявитель

Московский ордена Ленина энергетический институт (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЧАСТОТНОГО УП1%ВЛЕНИЯ

АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛ ЕМ

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в системах автоматизированного электропривода переменного тока.

Известны устройства для частотного управления асинхронным двигателем, содержащие автономный инвертор тока и систему управления, формирующую частоту тока статора асинхронного двигателя как сумму заданной частоты скольжения

1О и измеренной частоты вращения ротора

ГО, Недостаток таких устройств — наличие сочлененного с двигателем датчика частоты вращений ротора, что ограничивает их область применения. Кроме того, оч сутствие контроля взаимной ориентации векторов тока и потокосцепления двигателя не позволяет обеспечить высокие динамические показатели электропривода, Наиболеее близким к изобретению по технической сущности является устройся во, которое содержит преобразователь частоты с автономным инвертаром тока, датчики тока статора и потокосцеплений ротора двигателя, задатчики активной и реактивной составляющих тока ст&торау регулятор тока, блок управления кивертором, а также преобразователь координат и векторный анализатор, которые обеспечивают принудительную ориентацию тока статора относительно вектора потокосцеплений ротора (2 . С помощью преобразователя координат вычисжются заданные значения составляющих тока статора в неподвижной системе координат.: /по значениям этих составляющих в системе координат, связанных с вектором потокосцепления ротора, Составлявшие Й - У поступают на векторный анализатор, который вычисляет модуль заданного вектора тока статора// / и составляющие единичного вектора идф „ „8 направление которого совпадает с направлением вектора тока статора, Сигналы сЮ д", а лФ подаются на входы блока управлений инветором, выходы которого связаны с управляющими электродами тиристоров автономного инвертора.

Наличие в устройстве преобразователя координат и векторного анализатора, которые в сумме содержат 12 блоков умножения, существенно усложняет систему регулирования и снижает точность ее работы, Цель изобретения упрощеРше устройства и повышение точности его работы, Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее преобразователь частоты с автономным инвертором тока, регулятор тока, подкгдоченный выходом к управляемому выпрямителРО, задятчики активной и реактивной составляющих тока статора, подключенный к регулятору тока датчик тока статоря, блок управления инвертором и датчик пстокосцепления ротора двигателя, введены формирователь управляющего напряжения и блок компараторов, при этом первые входы формирователя управляющего напряжешРя соединены с задатчикамн активной и реактивной составляющих тока cTH-" торя, вторые — с датчиками потокосцеппений ротора, первый выход — со вхопом регулятора тока, я второй — с одним из входов блока компяраторов, ко второму входу которого подключены датчики BQTG— косцеплений,3 ротора, я выход блока компараторов соединен с блоком упрявлешьч

-инвертором, 33елесообрязно при этом выполнение . формирователя управляющего напряжения в вице устройства, содержащего ".".ри функциональных преобразователя, два из ко»» торых реализуют квадратичную функшпо (— ), я третий — функцию извлечения корпя квадратного (P= ), сумматор, блок деления, блок умножешРя и блок вычисления модуля пбтокосцепления ротора. Входы функциональных преобразователей, реализующих квадратичную функшпо, являются первыми входами формирователя, а их выходы через сумматор соединены со входом функционального преобразователя, реализующего функцию извлечения квадратного корня. Выход этого преобразователя, являющийся первым выходом формирователя, соединен с выходом делимого блока деления, вход делителя которого подключен к зацатчику активной составляющей тока. Выход блока деления подктпочен ко входу блока умножения, второй вход которого соединен с выходом блока вычисления модуля пс токосцепления ротора, причем выход блоке

2 1

ЭО

87 4 умножения является вторым выходом формирователя

Блок иомпяряторов содержит 7L идентичных ячеек, количество которых равно числу фяз, Каждая я-.ейкя состоит из трех операционных усилителей и трех логических элементов И-НЕ. Объединенные неинвертируюший и инвертируюший входы двух первых усилителей являются первыми вхопями блока компаряторов. Объединенные неинвертируюшие входы всех усилителей, являющиеся вторым входом блока., подкщочены к пят»ику потокосцепления соответствующей фазы, я неинвертируюший вход третьего усилителя— к датчику потокосцепелнпя caежнoй фазы.

Выходы двух первых усилителей порознь подключены Ко входам двух логических элементов H-332, ко вторым входам которых подключен выход третьего усилителя, а выходы упомянутых логических элементов соединены со входами третьего логического элемента И- 3Е, выход которого является выходом блоке компяратор ов.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для частотного управления асинхронньгм двигателем; Р:я фиг. 2— блок-схема формирователя управляющего няпряжеРНРя, на фиг. 3 — возможная реализация блока комияpBTopa.

Устройство пля частотного управления асинхронным двигателем сопержит преобразователь 1 частоты, состоящий из последовательно соединенных управляемого выпрямителя 2 и автономного

НРРвеотора 3 тOKQ, ясинхо они !й цвцгя»тель 4 с подключенными к ;-. датчиками тока стяторя Е и потокоспепл; ний роТора 6, формировятел» 7 упрявляяощего напряжения, на вход которого попкгдочены датчик 6 потокосцеплений ротора и задятчики активной Я и реактивной 9 состявлРпощих тока статоря, я выходы связаны со входами блока 10 компараторов и регулятора 11 тока, Вход блока

l2 управления инвертОрОм связан с бло— ком 10 ком пяраторов, я выход — с тиристорами а вт оном ч oI о инверт ора 3 тока. формирователь 7 упрявляРощего напряжения (фиг. 2) "одержит фу нкционяльные преобразователи 13 H 14, реялизуРощие зависимость / — Х . ф17нкпионяльный !

/преобразователь 15, реализующий зависимость у: )/Х, сумматор 16, умножитель 17, блок 18 деления и блок 19 вычисления модуля потокосцепления ротова. На вход функционального преобра5 7448

Зователя 13 подается сигнал задания реактивной составляющей тока статора) на вход функционального преобразователя

14 и блока 18 деления — сигнал активсу ной составляющей тока статора;"4. Сигнал с выхода функционально преобразователя 15, равный g 9 „ подается я на вход регулятора 11 тока„а сигнал

Я с выхода умножителя 17, равный лу ) ц Л гле у" — модуль лотолоолеоле- !о д я к ния ротора, подается на вход блока 10 компараторов, Блок 10 компараторов состоит из трех идентичных ячеек, по одной на каждую фазу. Схема ячейки, принадлежащей фазе A двигателя (фиг. 3), содержит три операционных усилителя 20, 21 и 22, три логических элемента И-HE

23, 24 и 2;.у, логический сигнал с выхода которых подается на вход блока 12 управления инвертором. лО

Устройство работает следующим образом.

Переменный ток питающей сети выпрям-с " ляется с помощью управляемого выпрямителя 2 и затем инвертируется автономным инвертором 3. Заданное значение модуля результирующего вектора тока двигателя обеспечивается регулятором

11 тока, на входе которого производится ЗО сравнения сигнала задания 7 с сигналом обратной связи, снимаемым с датчика 5 тока. Расчеты и эксперименты показывают, что при правильной настройке контур регулирования тока можно считать идеаль — 35 ным, т.е, модуль тока статора в установившихся и переходных режимах соответсч вует сигналу задания 3 на входе регулятора 11 тока, Аргумент результирующего вектора тока статора (т.е. частоты и фазы тока) двигателя при питании его от инвертора тока определяется моментом подачи открывающих импульсов на тиристоры автономного инвертора 3 с выхода блока 12 управления. Это свойство автономного инвертора тока позволяет осуществлять принудительную взаимную ориентацию вектора тока статора и потокосцепления ротора двигателя без исполь» зования векторного анализатора и пре50 образователей координат, что и положено в основу предлагаемого устройства. Поскольку фронт открывающего импульса формируется в момент времени, когда напряжения на входах компаратора равны, то

55 учитывая синусоидальность кривой потокосцепления, получим и у = . 4 ь 11м (1) . где g — угол сдвига между первыми гармониками тока статора и потокосцеп" пешня ротора соответствующей фазы. С друтой стОроны, B СООтветствии с фиг, д "а

Из (1) и (2 : получаем3 =35П1Т, ig=gCOSV,. откуда следует, что в устройстве сигнал задания 3 в статических и динамических pe:.at|àõ однозначно определяет проекцию тока статора на направление вектора потокссцепления ротоу.а, а сит нал j — ортогональную составляющую тока. Таким образом, воздействуя на сигналы задани=, и Jg можно осу) шествлять независимое регулирование соответственно момента ц потока асинхронной машиныс подобно тому, как это обеспечивается регулированием тока якоря и тока возбуждения машины постоянного тока, Если,/,д @ „7Я регулировать вручную то двигатель развивает пос1 тоянный момент независимо от частоты вращения ротора. Если необходимо сформировать мехаш ческие. характеристики дру-гого вида, следует использовать внешгпою обратную. связь по скорости, как это выполняется в системах подчиненного регулирования на постоянном токе. Блок

3 2 управления инвертором осуществляет логическое преобразование выходных сигналов блока компараторав 10, изменяя и. углов)чо цро до лжител ьность or 1 8 0 до 120 и усиливает их по мощности.

Использование данного устройства позволяет упростить систему частотного управленя асинхронным двигателем, уменьшить в ней количество нелинейных элементов, даюших основную, погрешность, и тем самым улу идить качественные нов казатели системы. Применение устройства — для электропривода высокопроизводительных грузоподъемных механизмов, согласно расчетам и экспериментам позволяет повысить их производительность на 3 0-409

Формула изобретения

1. Устройство для частотного управления асинхронным двигателем, содержащее преобразователь частоты с автономным инвертором тока, связанным с блоком управления, регулятор тока, подключенный выходом к. управляемому выпрямителю преобразователя, частоты, задатчпки активной и реактивной составляюших тока ста тора, датчик тока статора, выходом подключенный к регулятору тока, блок управления инвертором и датчики потокосцеп:лений ротора двигателя, о т л и ч а ю5 щ е е с я тем, что, с целью упро ттения устройства и увеличения точности его работы, введены формирователь управляюше-го напряжения и блок компараторов, причем первые входы формирователя управляю-1Q

mего напряжения соединены с задатчиками активной и реактивной составляюших тока статора, Вторые — с датчками потскссцеплений ротора, первый выход - сс

ВХОДОМ РЕГУЛЯтОРа тОКа, а ВтОРОй — С тт одним из входов блока компараторов,ко

l второму входу которого подктпсчены датчики потокосцеплений ротора, а вь:ход блока компараторов соединен с блоком управления инвертором. "0

2. УстРойство по и. 1, о т л p --, а ю ш, е еся тем,,что формирователь управляюшего, напряжения содержит трп функциональных преобразователя, два из

KoToo è предназначены для реализации 25 квадватичнсй зависимости (и = > ) ..,,а тртпй — длч реализации функции извлечеии квадратного корня (- +), сумматор, блок деления, блок умножения и блок вычисленьи модуля потскосцепленкя ротс- G ра, причем входы функциональных преобразсвателтей, реализукших квадратичную зависимость, являются первыми входами формирователя, а их выходы через сумматор соединены со входом функцтнональ:- Ы

НОГО НРесбтэазсвателя, РеализУтотттегс фУнк

1950 извле таяния квадратнсГО кОрня, выход

КстОР ОГ О, Я ВЛЯтОШИ йся ПЕРВЫМ ВЫХОДОМ

87 8 формирователя, соединен с выходом делимого блока деления, вход делителя которого подключен к задатчику активной составля|ошей тока, а выход — к блоку умноженият второй вход которого соединен с блоком вычисления модуля потокссцепления ротора; причем выход блока умножения является Вторым выходом формирователя„

3, Устройство по п. 1, о т л и ч а— ю ш е е с я тем, что блок компараторсв содержит Q я ч еeеeк«, количество которых равно числу фаз, каждая из которых сосT-aÂËeÍa ИЗ трЕХ ОПЕттацИОННЫХ уСИЛИтЕЛЕй и трех логических элементов H-НЕ, причем выходы двух усилителей порознь псдКГаОЧЕНЬт «О ВХОДаМ тВУХ ЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНтов, ко вторым Входам которых подключен выход третьего усилителя, а выходы упо :лянутых логических элементов соединены со входами третьего логического элемента !. -НЕ, вы:сд которого является Вь;: одом блока, причем объединенные ттеинвертирую дтии тит ттнвертируюший входы

ДВУ ПЕОтЗЫХ УСПЛИтЕЛЕй ЯВЛЯЮТСЯ ПЕРвымя входами блокат объединенные неинВЕРтцтРУЮЦттлЕ E«Dab ВСЕХ УСИЛИТЕЛЕйт ЯВ-ыпошцеся вторым входом блока, подклЮт=,ЕНЬт К Дат тн«У ПОТОКОСЦЕПЛЕНИЯ COOT в тству1ошей фазы, и неинвертирующий

Вход третьего — к дат яку потскссцепления смежной фазы, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Па "ент СЩА Мтт 3671881, кл. 3 1 8--227, 197 2, 2. Патент ФРГ . ;"" 1941312т кл, 21 С 59,т 36, 19