Устройство для управления асинхронным электроприводом

 

Союз Советскин

Социалистические

Ресттубттик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 05.07.79 (21) 2790981/24-07

{5l)M. Кл.

Н 02 Р 5/28 с присоединением заявки М ееудвратеениый комитет ссср ао лелем изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 30.08.81. Бюллетень ph 32

Дata опубликования описания 30.08.81

{53) УДK621.31;; . 333. 878 (088.8) (72) Автор изобретения

В. Я. Ткаченко I

Московский ордена Трудового Красного Знамени ин:Жвнерно--строительный институт им. В. В. Куйбышева =-=, / (7l ) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ

ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ

Изобретение относится к электротехнике, а именно к управлению электроприводами с асинхронными двигателяи, и может применяться в электроприводах подьемнотранспортных машин.

Известно устройство для управления

BcHHKpoHHblM электроприводом, содержащее трехфазный асинхронный электродвигатель, подключенный к статору двигателя тиристорный регулятор напряжения с блота ком управления, вход которого соединен с выходом установленного на валу двигателя тахогенератора 111.

Недостаток этой системы — нестабиль-. ность динамических характеристик и orpaI5 ниченная точность работы вследствие нестационарности характеристик двигателя во время переходных процессов.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому ре20 зультату является устройство для управления асинхронным электроприводом, содержащее трехфазный асинхронный электродвигатель, подключенный к статорным обмоткам электродвигателя, тиристорный, регулятор напряжения, блок задания скорости (скольжения) с включенным на его выходе релейным элементом, контакты которого включены в цепи роторных резисторов электродвигателя, элемент сравнения с двумя входными резисторными цепями, первая из, которых подключена к выходу блока задания скольжения, а втораяк выходу установленного на валу двигателя тахогенератора, выход элемента сравнения подключен ко входу тиристорного регулятора напряжения f21.

Недостаток этого устройства» нестабильность и низкая динамическая точность работы электропривода, определяемые нестационарностью характеристик двигателя во время переходных процессов и пульсацией выходного напряжения тахогенератора, которые могут приводить к неустойчивой работе электропривода.

Бель изобретения - повышенив стабильности и точности работы электроприводв.

8602

Эта пель цостигается тем, что устройство цля управления асинхронным электроприводом, соцержащее трехфазный асинхронный электродвигатель, тиристорный регулятор напряжения, подключенный к статорным обмоткам злектроцвигателя, блок задания скольжения с включенным

HB его выходе релейным элементом, контакты которого включены в цепи роторных регистров двигателя, и элемент сравнения с цвумя входными резисторами, пер/ вый из которых подключен к выходу бло ка задания скольжения, снабжена блоком

Ъ определения отношепия скольжения к величине роторного сопротивления, блоком деления, блоком перемножения. ключом и блоком извлечения корня квадратного из суммы вхоцных сигналов, выход которого п оц ключ е н к о в х о цу тири стори ого ре гул ятора напряжения,. а три его входа соецинены с выходами элемента сравнения, блока деления и блока перемножения, первые входы блоков целенич и перемножения поцключены к выходу элемента сравнения, а их вторые входы и второй входной резистор элемента сравнения соецинены с выходом блока определения отношения скольжения к величине роторчого сопротивления, а ключ, управляющий Bxog которого со цинен с выхоцом указанного выше ре- 3й лейного элемента, шуптирует часть второго входного резистора элемента сравнения.

Ероме того, блок определения отношения скольжения к величине роторного соИРОтивпеиия СОЦеРжцт ABTHIIKH тока cTBTOPG 35 и ротора, выхоц первого из которых подключен ко вхоцу умножения, а выход второго — ко входу целителя мцожительно-целительного устройства, выход которого . через нелинейный резистор с параболической характеристикой coen»lloll со входом операционного усилителя, в цепь обратной связи которого включен второй нелинейный резистор с параболической характеристикой, при этом вход усилителя поц45 ключен через линейный резистор к источнику постоянного напряжения, реверсивный выход усилителя соединен со вторым входом умножени я множительно-делительного устройства, а его нереверсивный выход является выходом блока.

Блок опрецеленпя отношения скольжения к величине роторного сопротивления содержит цатчики напряжения и тока статора, выход первого из которых поцключен ко входу умножения, а выхоц второ55 го — ко входу целителя множительно-целительного устройства, выхоп которого через нелинейный резистор с параболичес51

4 кой характеристикой соединен со вхоцом операционного усилителя, в цепь обратной связи которого включены соединенные параллельно второй йелинейный резистор с параболической характеристикой и линейный резистор, при этом вхоц усилителя подключен через второй линейный резистор к источнику постоянного напряжения реверсивный выхоц усилителя соединен со вторым вхоцом умножения множительноцелительного устройства, а его нереверсивный выхоц является выходом блока.

На фиг. 1 привецена схема устройства цля управления асинхронным электроприводом; на фиг. 2 — вариант выполнения блока определения отношения скольжения к величине роторного сопротивления.

Система управления асинхронным электропривоцом содержит подключенный к статору двигателя 1 тиристорный регулятор 2 напряжения, блок 3 задания скольжения с включенным на его выхоце релейным элементом 4, контакты 5 и 6 которого включены в цепи роторных резисторов 7-9 двигателя 1, и элемент 10 сравнения с двумя входными резисторами

11 и 12, первый из которых (11) подключен к выхоцу блока 3 зацания скольжения, Система управления асинхронным электроприводом снабжена блоком 13 oiiрецеления отношения скольжения к величи не роторного сопротивления двигателя, блоком 14 целения, блоком 15 перемножения, ключом 16 и блоком 17 извлечения корня квацратного из суммы вхоцных сигналов, выхоц которого подключен ко входу тиристорного регулятора 2 напряжения, а три его входа соецинены с выхоцами элемента 1 0 сравнения блока 14 деления и блока 15 перемножения, первые входы блоков 14 деления и перемножения 15 подключены к выходу элемента

10 сравнения, а их вторые вхоцы и второй вхоцной резистор 12 элемента 10 сравнения соединены с выходом блока 13 определения отношения скольжения к величине роторного сопротивления, а ключ

16, управляющий вхоц которого соединен с выходом указанного выше релейного элемента 4, шунтирует часть второго входного резистора 12 элемента 10 сравнения.

Блок 13 определения отношения скольжения к величине роторного сопротивления содержит цатчики тока статора 18 и ротора 19, выход первого из которых (18) подключен ко зхоцу умножения, а выход второго (19) —. ко вхоцу делителя множительно-целительного устройства 20, 860251 6 ристорного регулятора 2 напряжения, пропорционального величине гце (Ю вЂ” синхронная скорость двигателя, из приведенных выражений можно определить, что при прецлагаемом выполнении системы управления момент управления двигателя пропорционален выкод40 ному напряжению элемента 10 сравнения М =Yi U gс

Зк>» К< гце К = тр" " — коэффициент пропорциональности. выходом через нелинейный резистор 21 с параболической характеристикой среди ненный со входом операционного усилителя .22, в цепь обратной связи которого включен второй нелинейный резистор 23 с параболической характеристикой, при этом ахоп усилителя 22 подключен через линейный резистор 24 к источнику 25 постоянного напряжения, реверсивный выход усилителя 22 соединен со вторым входом умножения множительно-целительного устройства 20, а его нереверсивный выход является выходом блока 13.

Блок 13 определения отношения скольжения к величине роторного сопротивления (фиг. 2) содержит датчики напряжения 26 и тока 27 статора, выход первого из которых (26) подключен К0 входу умножения, а второго (27) — ко входу делителя множительно-делительного устрой20 ства 28, выходом через нелинейный phэистор 29 с параболической характеристикой соединенный со входом операционного усилителя 30, в цепь обратной свя25 зи которого включены соединенные параллельно второй нелинейный резистор 31 с параболической характеристикой и линейный резистор 32, при этом вход усилителя 30 подключен через второй линейный резистор 33 к источнику 34 постоянного

30 напряжения, реверсивный выход усилителя 30 соединен со вторым входом умножения множительно-делительного устройства 28, а его нереверсивный выход яв.ляется выходом блока 13.

Устройство работает следующим образом.

На вход тиристорного регулятора 2 напряжения подается напряжение 0>> с т.рн выхода блока 1 7 извлечения корня квадратного иэ суммы вкодных сигналов, который может быть выполнен, например в виде операционного усилителя с включенным в цепи его обратной связи нелинейным резистором с параболической ка45 рактеристикой. При этом на входы ука- ° занного блока подается напряжение Ц с выхода элемента 10 сравнения непосредственно и через блоки деления 14 и пере50 множения 1 5, на вторые входы которых поступает выходной сигнал блока 13 определения отношения скольжения 5 к велиI чине роторного сопротивления Я, > двигателя 1, т.е. сигнал, пропорциональный ве55 личине 9j g Выбором входных сопротивЯ. лений блока 17 извлечения корня квадратного из суммы входных сигналов при этом обеспечивается формирование на входе тигде Й4 — активное фазное сопротивление статора двигателя; х,= +(" +Х, Х Х

КЪ 1 К

x — реактивные фазные сопротивления статора, ротора и цепи намагничивания двигателя;

К, — коэффициент пропорциональности. ю

Учитывая, что фазное напряжение статора цвигателя Д4 пропорционально входному напряжению 0 x тиристорного регутрн лятора напряжения 2 три вх три где К вЂ” коэффициент усиления тиристортрн ного регулятора напряжения 2, а момент двигателя IA определяется следующей зависимостью от фазного напряжения и параметров двигателя IUD ,ф- .

Выходной сигнал блока 1 3 определения отношения 5/R < скольжения к вели1 чине роторного сопротивления поступает на вход элемента 10 сравнения через резистор 12, выбором величины которого обеспечивается умножение этого сигнала на величину фазного сопротивления ротоt ра двигателя R g, благодаря чему через резистор 12 на вход элемента 10 срав- нения поступает сигнал, пропорциональный скольжению двигателя .5. Если с по-i мощью репейного элемента 4 и его контактов 5 и 6 изменяется величина фазного сопротивления ротора двигателя, то

860251 одновременно с помошыо ключа 16 изменяется величина сопротивления 12 на входе элемента 1 0 сравнения, в результате чего при любой величине фаз»ого роторного соггротивле»ия двигателя обеспечивается поступление на вход элемента

1 0 сравнения сигнала, пропорционального скольжению двигателя.

Одновременно на вход элемента 10 сравнения через резистор 1 1 с выхода блока 3 задания скольжения поступает сигнал, пропорциональный заданной величине скольжения 5 а на выходе элемента 10

ДI сравнения напряжение пропорционально разности заданной и фактической величин скольжения

IO

Г5 и„=-К„(-S), К.5 = Ф2. Э С т.е. обеспечивается стабильность динамических характеристик электропрнвода независимо от величины заданного скольже-, ния и .от режима управления, что обеспечивает стабильность и устойчивость работы электропривода и требуемую динамическую точность его работы Bo BGBK режимах.

Блок 13 определения отношения скольжения к величине роторного сопротивлеггггл (фггг, 1) обеспечивает вычисление ве»0

I личины Б Й< путем решения уравнения

Т 2 токгг статорра и ротора двигателя, Получение на выходе операционного усилителя 22 ггапряжеггия, пропорционального величине 9(К выл екает из равенства нулю суммы токов в узле на входе этого усилителя.

С выхода источника 25 постоянного напряжения через линейный резистор 24 на вход операционного усилителя 22 поступает ток, пропорциональный первому члегде К вЂ” коэффициент пропорциональности. эс- 20

При таком построении системы управления движение двигателя описывается линейным дифференциальным уравнением

d5

Т < 5=5>- к м,, 25 Obñ

T=— Рэс ну приведенного уравнения. Г:5ыходное напряжение операционного усилителя 22 с помошью множительно-целительного устройства 20 умножается на выходной сигнал датчика 18 тока I» статора и делится íà выходной сигнал датчика 19 тока

I ротора, а благодаря параболической характеристике нелинейного резистора 21 с выхода множитель»о-делительного устройства 20 на вход операционного усилителя 22 через этот нелинейный резистор

21 поступает ток, пропорциональный квадрату выходного сигнала множительно-дели- тельного устройства 20, т. е. пропорциональный второму члену приведенного уравнения.

Через нелинейный резистор 23 с параболической карактеристикой с выхода операционного усилителя 22 íà его вход Iroступает ток, пропорциональный квадрату выкодного напряжения этого усилителя. т.е. пропорциональный третьему члену пгиведенного уравнения.

Использование реверсивного и череверсивного выходов операционного усилитля 22 позволяет обеспечить требуемые знаки сигналов, без применения дополнительнык инверторов знака.

Схема варианта в;лгилнения блока 13 определения отношении скольже»ия к величине роторного сопроти л". гггл (фиг. 2) обеспечивает вычисление величины gj P g (";;,":.) -(-:, !,) H ::

5 )4+у,г» а.. Х a+ Хд где О» — напряжение статора двигателя.

С выхода источника 34 постоянного напряжения через линейный резистор 33 на вход операционного усилителя 30 поступает ток, пропорциональный первому члену приведенного уравнения. Выходное напряжение операционного усилителя с его реверсивного выхода с помошью множительно-делительного устройства 28 умножается на выходной сигнал датчика 26 напряжения U» статора и делится на выкоцной сигнал датчика 27 тока I» статора, а благодаря параболической характеристике нелинейного резистора 29 с выхода множитель»о-делительного устройстВа 28 на вход операционного усилителя

30 через этот нелинейный резистор 29 поступает ток, пропорциональный квадра ту выходного сигнала множитель»о-делительногo устройства 2-. е. эопорци8602

Ф ормула ональный второму члену приведенного уравнения.

Через нелинейный резистор 31 с параболической характеристикой с выхода операционного усилителя 30 на его вход по5 ступает ток, пропорциональный квадрату выходного напряжения этого усилителя, т.е. пропорциональный третьему члену приведенного уравнения.

Через линейный резистор 32 с нереверсивного выхода операционного усилителя 30 на его вход поступает ток, пропорци» ональный величине выходного напряжения этого усилителя, т.е. пропорциональный четвертому члену приведенного уравнения.

Поскольку в схеме блока 13 определения отношения скольжения к величине роторного сопротивления (фиг. 2) не требуется определение тока ротора, эта схема может использоваться не только для ур двигателей с фазным ротором, но и для двигателей с короткозамкнутым ротором.

Применение блока 13 определения отношения скольжения к величине роторного сопротивления в сочетании с изменя- 25 емым в функции величины роторного co= противления резистором 12 на входе элемента 10 сравнения вместо тахогенератора для введения сигнала обратной связи по величине скольжения двигателя повы- 30 шает стабильность и динамическую точ— ность работы электропривода, а также упрощает его конструкцию, повышает его на цежн ост ь. Гаким образом, изобретение обеспечи- з5 вает повышение стабильности и точности работы асинхронного электропривода за счет обеспечения стационарности динамических характеристик системы управления во вссх режимах и за счет выполнения об-40 ратной связи по величине скольжения с помощью блока определения отношения скольжения к величине роторного сопротивления и изменяемого резистора на входе элемента сравнения заданного и факти-45 ческого значений скольжения, Это позволяет также расширить область применения относительно простого и дешевого асинхронного эпектропривода для механизмов с повышенными требованиями к регулиро- 50 вочным свойствам вместо более дорогого и громоздкого электропривода постоянного тока, например, в некоторых лифтах, кранах и подъемниках.

55 изобретения

1. Устройство для управления асинхронным электроприводом, содержащее

51 10 трехфазный асинхронный электродвигатель, тиристорный регулятор напряжения, подключенный к статорным обмоткам электродвигателя,- блок задания скольжения с включенным на его выкоде релейным эле» ментом, контакты которого включены в цепи роторных резисторов электродвигате« ля, и элемент сравнения с двумя входными резисторами, первый из которык подключен к выходу блока задания скольжения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения стабильности и точности работы электропривода, ОВо снабжено блоком определения отношения скольжения к величине роторного сопротивления, блоком деления, блоком перемножения, клю- . чом и блоком извлечения корня квадратного из суммы вкоднык сигналов, выход которого подключен ко входу тиристорного регулятора напряжения, а три его входа соединены с выкодами элемента сравнения блока деления и блока перемнжения, первые входы блоков деле ния и перемножения подключены к выхоцр элемента сравнения, а их вторые входы и второй входной резистор элемента сравнения соединены с выходом блока определения отношения скольжения к величине роторного сопротивления, а ключ, управляющий вход которого соединен с выходом релейного элемента, шунтирует часть второго входного резистора эле-! мента сравнения.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а— ю щ е е с я тем, что блок определения отношения скольжения к величине роторного сопротивления содержит датчики тока статора и ротора, выход первого и .э которых подключен ко входу умножения, а выход второго - ко вкоду делителя миожительно-делительного устройства, выход которого через нелинейный резистор с параболической характеристикой соединен со входом операционного усилителя, в цепь обратной связи которого включен второй нелинейный резистор с парабопической характеристикой, при этом вкод усилителя подключен через линейный резистор к источнику постоянного напряжения, реверсивный выход усилителя соединен со вторым входом умножения множительно-делительного устройства, а его нереверсивный выкод является выходом блока.

3. Устройст во по п. 1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что блок определения отношения скольжения к величине роторного сопротивлени я содержит датчики напряжения и тока статора, выход перво12

8602 го иэ которых подключен ко входу умножения, à BbIKofj второго - Ko входу делителя множительно-делительного устройства, выход которого через нелинейный резистор с параболической характеристикой соединен со входом операционного усилителя, в цепь обратной связи которого включены соединенные параллельно второй нелинейный резистор с параболической характеристикой и линейный резистор, при этом вход усилителя подключен через второй линейный резистор к источнику по стоянного напряжения, реверсивный выход усилителя соединен со вторым входом ум51 чожения множительно-делительного устройства, а его нереверсивный выход является выходом блока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Автоматизированный электропривод в промышленности. (Труды У1 Всесоюзной конференции по автоматизированному электроприводу). М., Энергия, 1974, с. 257, рис. 2. . Петров И. И. и др. Электропривод и автоматизация управления строительными башенными кранами, М., "Машиностроение, 1979, с. 215, рнс. 32..

Составитель E. Леремыслова

Редактор И. Ковальчук Техред Т. Маточка Корректор М. Демчик

Заказ 7569/32 Тираж 730 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент", г, Ужгород, ул. Проект ;а.ь