Электропривод

 

Союз Сооетских

Социалистических

Рескублик

ОП ИСАИ-Й

ИЗОБРЕТЕ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТ б95 (61) Дополнительное к авт. св (22) Заявлено 11.10.78 (21) 2 с присоединением заявки— (23) Приор итет— (43) Опубликовано 07.10.80. Бю (45) Дата опубликования опис

02 P 5/34

Государственный комитет оо делам изобретений и открытий

83г621.313

3.043.8

88.8) (72) Авторы отзобретвния

В. В. Белошабский, А. М. Вейнгер, В. В. Громов, Б. 3. Итенберг, В. Н. Кочнев, Ю. Л. Мыльников, А. С. Савельев и Ю. С. Тартаковский

Уральский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им. С. М. Кирова (71) Заявитель (54) ЭЛ ЕКТРО П P И ВОД

Изобретение относится к электротехнике, может быть использовано,в частотном электропри|воде с синхронным двигателем (СД), питаемым от непосредственного преобразователя частоты (НПЧ) .

Известен частотно-управляемый электропривод с СД, многофазные обмотки ста- тора или ротора которого питаются от

НПЧ (1).

Недостатком известного электропривода являются повышенные пульсации момента;и ограниченное быстродействие.

Известен также электропривод, содержащий синхронный электродвигатель, в котором для управления НПЧ, питающего обмотки статора, используются .вычислитель.но-регулирующие блоки, датчик углового положения ротора, датчики токов фаз статора, датчик скорости, блоки прямого .и об ратного преобразования .переменных (2). В состав вычислителыно регулирующего блока входят регулятор скорости, .регуляторы продольной и поперечной составляющей тока статора, фильтры, задатчики скорости и потокосцеплений СД, а также суммирующие и множительно-делительные элементы.

При этом к входам вычислительно-регулирующего блока подключены датчики токов фаз статора через блок обратного ареобразования перемененных и датчик скорости, à Ç0 выходы вычислительно-1регулирующего блока через блок прямого преобразования пеменных подключены к управляющим входам НПЧ. К входам блоков прямого и обратного преобразования переменных под,ключен также датчик углового положения ротора. Кроме того, в вычислительно-регулирующем блоке и меются задающие выходы, сигналы на которых пропорциональны заданным значениям продольной и попереч,ной составляющих токов статора.

Построение системы автоматического регулирования указанного электропривода (САР) предполагает линейность характе,ристик,источников, питания статора. Однако

НПЧ с раздельным управлением имеют зону прерывистых токов и бестоковую паузу.

При работе в этих режимах меняется структура САР, искажается линейность характерист ик источников питания и, .ка к следствие, снижается качество регулирования,выходных координат элвктропривода: скорости, момента:и др.

Целью изобретения является повышение точности:регулирования скорости вращения.

Указанная цель достигается тем, что электропривод, содержащий синхронный электродвигатель, многофазная обмотка статора которого подсоединена к непосредственному преобразователю частоты с

769695 вентильными группами, соединенными IIo мостовой схеме, датчик скоросви, датчик углового лоложен ия ротора, датчики токов фаз статора, блоки прямого и обратного преобразования леременных,и вычислительно- регулирующий блок, к которому подключен датчик скорости, входы блока об ратного преобразования переменных подключены к датчику углового положен!Ия ipoтора и датчикам токов статора, а выходы подключены к;вычислительно-,регулирующему блоку, входы блока прямого преобразования переменных подключены,к датчику углового положения .ротора,и к управляющ им выходам вычислительнорегул ирующего блока, снабжен дололнительным блоком прямого преобразования лервменных, задатчиком уравнительного тока, двумя инерционными звеньями и для каждой фазы статора двумя датчика ми токов вентильных групп непосредственного преобразователя частоты,,нелинейным элементом, дифференцирующим звеном, двумя пропорциональноинтегральныии регуляторам и, двумя фильтрами и четырьмя суммирующими элементами, причем входы дополнительного блока прямого преобразования переменных подключены к датчику углового положения ротора и через .инерционные звенья — к задающим выходам вычислительно-регули|рующего блока, а каждый из трех выходов— к нелинейному элементу соответствующей фа.зы статора. Входы каждого;ив двух лролорционально-,интегральных регулято,ров фазы подключены:к задатчику уравнительного тока через дифференцирующее звено .к выходу нелинейного элемента этой же фазы статора, к датчику тока фазы статора .и к одному,из датчиков токов вентильных групп этой фазы. Выходы:каждого из регуляторов через фильтр с соответствующим,выходом основного блока прямого преобразования переменных подключены к входам сумиирующих элементов, выход каждого из которых подключен к управляющему входу одной,из четырех вентильных групп этой же фазы статора.

На фиг. 1 приведен электропривод, функциональная схема; на фиг. 2 — схема замещения одной фазы НПЧ, например А, справедливая для .гладких составляющих токов этой фазы НПЧ.

Электропривод содержит непосредственный преобразователь частоты (НПЧ) 1, соединенный с многофазной обможой статора электродвигателя 2, на валу которого установлены датчик 8 скорости,и датчик 4 углового положения ротора. Блок 5 пря мо.го преобразования переменных iH блок б об:ратного преобразования переменных соеди;иены с .вычислительно-регулирующим блоком 7, Элоктропривод содержит задатчик 8 уравнительного тока. Инерционные звенья второго порядка 9, .10 через дополнительный блок 11 прямого лреобразо ваиия переменяных соединены с нелинейным функцио:нальным элементом 12 каждой фазы обмотки статора электродвигателя 2. Элемент 12 через дифференцирующее звено 18 соединен с пропорционально-интегральньгми .регуляторами 14,И 15, которые через фильтры 16 и 17 и суммирующие элементы 18 соединены с управляющими входами вентильных групп НПЧ l. Датчики 19 и 20 токов .вен10 тильных групп, датчики 21 токов фаз статора и задатчик,8 уравнительного тока соединены с регулятора ми 14,И 15. Датчики

21 токов соединены также с блоко м 5 прямого преобразования перемененных.

15 Устройспво работает следующим образо,м.

Для о|бъекта;регулирования (фиг. 2) можно записать:

1 d ез,= r„i5, + х„— — „+ U5„(1) 1 еаза: 45а + х — — 4/г5а и " 9r dt " (2) 25 (3) Ел5а = Гц4л5а —, Хд > 4л5а р (4) l5a l a + 43а — laa + 44а1

4yta — 43a

4уза : l4a

30 при i3,)0 (5) < зу1а — 41 а

4уза — l2a при i <0, 35 где

1 е5а= 2 (е,, + е»а - e», -e„) (6) Еlг5а = Е4а ЕЗа

Еаза = Е2а — Е4а

45а — 4)а за 2ly1à < i5à j

4л5а = i a 44а — 2l2a 45а — 2ly a+ 45а, (7) 45

50 где е„, е„, е„, e„— ЭДС четырех нулевых вентильных групп, которыми представляется мостовая антипараллельная схема одной фазы НПЧ;

EIa) l2ai l3à l4a ТОКИ вентИЛЬНЫХ

55 групп;

ly2a — УРаВНHTBJIbHbIP. ки; зза U» ток и напряжение фазы статора СД;

60 r„, х„ — эквивалентное активное и индуктивное сопротивления вентильной группы.

Очевидно, что уравнения (1), (2), (3) независимы, что дает право регулировать

769696 (8) где

2/г — — /// + . г/Р>

""Б

ПЕРЕМЕННЫЕ <за //гЗа /ЗЗа аВТОНОМНО. В ДаН ном электроприводе у рави>ительные токи

РЕГУЛИРУЮТСЯ ЧЕРЕЗ ПЕРЕМЕННЫЕ 4За, iaIa.

На входы, регуляторов 14 и 15 поступаЮт СИГНаЛЫ ЗаДаНИЯ / /заг> газааи СИГНаЛЫ отрицательной обратной связи //з., /а ..

Передаточные функции регуляторов приняты

2„ а(р) =

2Тр

Т вЂ” выбираемая постоя иная времени, определяющая быстродействие CAP.

Выходные сигналы, регуляторов через фильтры 16 и 17 с лередаточной функцией

1 вида, обеспечивающие .помехозащи1 + тр щенность системе, .и суммирующие элементы 18 воздействуют на управляющие входы

НПЧ. Суммирующие элементы осуществляап линейные преобразования выходных сигналов е/,з., е,„, регуляторов 14 и 15 и выходного сигнала е.„блока б прямого преобразования по соотношениям

1 1

Е/а — 2 (аа (Е/гЗа) e

1 е,, = -2- (e» —. е,,„), e„, = — (e„— e,;a).

С учетом уравнений (2), (3), (8) в замкнутой CAP связь между заданием и токами объекта в операторной форме имеет вид:

1/,З.- — — — Е/,За --- — — (1» „, — ///,aa )

2„ 2Тр 1 -, — Тр

1. = Е., = — !.

1 1

2 аза 2 (- ааа аза) 2 Т ) Т р + р

1 ., ) " — -, ТО; - " ° = - Tg) "-" (9) 2 где Я.,(TD) = 1+2Т вЂ” "- — + 2Т вЂ” -- — дифЖ dt ференциальный оператор.

Сигналы обратной связи регуляторами

14 и 15 формируются датчиками токов 19 н

20 вентильных групп и датчиками 21 токоз ф а з ста тор а: г>;

4за: 21>а г;а> /ааа = /з>а::аа

Задания регуляторами 14 и 15 формируются из задания поперечной и продольной составляющих тока статора - . /.=, /з/;, получаемых с задающих выходов вычислительно-регулирующего блока 7 и задания уравнительного тока /: от задатчика 8 уравнительного тока. Ийерционные звенья 9 и 10

1 с передаточной функцией — — — - - -- обеслечиQ (Тр} вают .выходные сигналы, равные продольному и поперечному токам статора:

15 Тогда на выходе блока 11 преобразования переменных имеем сигналы, равные фазовым токам статора /аа, isa, /з Нелинейные элементы 12 выделяют модуль этих сигналов, а звенья 13 дифференцируют сигналы.

В результате задания регуляторов 14 и 15 ра вны:

Ia>aaa: 1aaaa: -/>> Q>(TD) >За ° (10) Отметим, что идеальное дифференцирующее звено 18 может реализовываться приб.1ижен>но .в виде

Q(Di D) — — где T = (0,1: 0,5) Т.

Подставляя (7) н (10) в (9), получим

1 1

35 /,1а=- ц ТВ;, /,,„c...,a -„- Т1 /,„,. (1!) ЯЗ(" - Q() Как следует,из (11), в электроприводе уравнительные токи и Нх задания связаны

40 стандаргной передаточной функцией, обеспечивающей оптимальные переходные лроцессы и равенство токов их заданному значению в установившихся режимах.

Таким образом, постоянная составляю45 щая уравните IbHbIx токов НПЧ автоматически поддерживается на заданном уровне, исключая зону прерывистых токов электропривода и обеспечивая высокое качество статических и динамических характеристик регулирования координат электропривода, а следовательно, и повышение точности регулирования скорости вращения.

55 Формула изобретения

Электропривод, содержащий ñèíxðîíный электродвигатель, многофазная обмотка статора которого подсоедннена к,непо60 средственному преобразователю частоты с вентпльнымп группамп> соединенными по мостовой схеме, датчик скорости, датчик углового положения ротора. датчики токов фаз статора, блоки прямого и обратного преобразования, переменных и вычислительно-регулирующий блок, к которому подключен датчик скорости, входы блока обратного преобразования переменных лодключены к датчику углового положения .ротора и датчикам токов статора электродвигателя, а выходы — к вычислительно-.регулирующему блоку, входы блока прямого преобразова,ния переменных подключены к датчику углового положения ротора и к управляющим выходам вычислительно-регулирующе- 10 го блока, отличающийся тем, что, с целью повышения точности регулирования скорости вращения, электропривод снабжен дополнительным блоком, прямого лреобразования перемененных, задатчиком уравни- 15 тельного тока, двумя инерционными звеньями и для каждой фазы статора двумя датчиками токов вентильных групп непосредственного п реобразователя частоты, .нелинейным элементом, дифференцирующим зве- 20 ном, двумя пропорционально-интегральными,регулятора ми и четырьмя суммирующ ими элементами, причем входы дополнительного блока прямого преобразования перемен ных подключены к датчику углового положения ротора,и через инерционные звенья — к задающвм выходам |вычислительно-регулирующего блока, а каждый его выход подсоединен к нелинейному элементу соответствующей фазы статора, входы каждого из двух пропорционально-интегральных регуляторов фазы подключены к задатчику уравнительного тока через дифференцирующее звено к выходу нелинейного элемента этой же фазы, к датчику тока фазы статора и к одному,из датчиков тока вентильных групп, а выход, каждого .из указанных регуляторов через фильтр с соответствующим выходом основного блока преобразован ия переменвых подключены к входам четырех суммирующих элементов,:выходы каждого из которых подключены к управляющему входу одной из четырех вентильных групп непосредственного лреобразователя частоты этой же фазы статора.

Источники, информации, принятые во в ни ма ние при экспертизе:

1. Авторское свидетельство СССР

ЬЪ 551785, кл. Н 02 P 5/34, 1975.

2. Авторское евидетельство СССР № 520б82, кл. Н 02 P 5/40, 1974 (прототип).

769695

Суа

1хба //а Ьа 2/у/о /g5

<5а

Фиг. 2

Составитель В. Тарасов

Техред О. Павлова Корректор И. Осиновская

Редактор Г. Петрова

Заказ 1622/1569 Изд. № 588 Тираж 798 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент»