Устройство для частотного управления асинхронным электроприводом

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 04.06.80 (21) 2934536/24-07 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М.К .

Н 02 P 7/42

Гоеударстеекный кеюетет

СССР (53) УДК 62-83:

:621.313.333. .072.9 (088.8) Ао делам изооретеиий и открытий

Опубликовано 23.02.82. Бюллетень № 7

Дата опубликования описания 28.02.82 (72) Авторы изобретения

М. Я. Кривицкий, А. С. Мезенцев и О. О, Райс (Пермский политехнический институт (71) Заявитель (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ ЧАСТОТНОГО УПРАВЛЕНИЯ

АСИНХРОННЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для построения систем управления асинхронными электроприводами с вентильным преобразователем частоты.

Известно устройство для частотного управления асинхронным электроприводом, содержащее преобразователь, имеющий раздельные входы для управления напряжением и частотой. Оно включает контур регулирования тока, в функции которого регулируется напряжение преобразователя. Управление частотой осуществляется путем задания абсолютного скольжения, соединенного с первым входом сумматора. С валом двигателя соединен прецензионный датчик скорости, выход которого соединен через второй вход сумматора с блоком управления частотой, (1) .

Однако использование датчика скорости усложняет привод.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для частотного управления асинхронным электроприводом, содержащее вентильный преобразователь частоты с блоками управления напряжением и частотой, контуры регулирования скорости, модуля вектора тока статора и его активной составляющей с соответствующими регуляторами и датчиками.

В данном электроприводе сигналы задания полного тока и его активной составляющей вырабатываются функциональным преобразователем, на вход которого поступает выходной сигнал регулятора скорости. Регулирование полного тока осуществляется в функции заданного и фактического, определяемого с помощью датчика тока, значения, причем выходной сигнал регулятора полного тока воздействует на вход блока управления напряжением. На входе регулятора частоты сколь>5 жения сравниваются значения сигнала задания активной составляющей тока статора и снимаемого с датчика активного тока сигнала обратной связи. Выходной сигнал регулятора частоты скольжего ния определяет величины скольжения асинхронного двигателя. Этот сигнал после суммирования с сигналом датчика скорости является сигналом задания частоты преобразователя, воздействующим на вход блока управления частотой. Формирова07751 з

9 ние сигнала задания абсолютного скольжения в функции рассогласования по активной составляющей тока статора позволяет осуществлять регулирование скольжения с учетом электромагнитного переходного процесса в машине, что повышает быстродействие электропривода. Кроме того, режим работы привода, определяемый настройкой функционального преобразователя, реализуется за счет регулирования полного и активного токов.

При этом существенно снижаются требования к точности применяемого датчика скорости, необходимой для реализации выбранного закона частотного управления (1).

Недостатками данного электропривода являются низкая точность и качество регулирования за счет взаимного влияния контуров регулирования полного тока и его активной составляющей, а также за счет использования аналогового принципа регулирования скольжения в функции активной составляющей тока при существенной нелинейности объекта регулирования.

Цель изобретения — повышение точности регулирования.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для частотного управления асинхронным электроприводом, содержащее вентильный преобразователь частоты с блоками управления напряжением и частотой, регулятор. тока, один из входов которого через функциональный преобразователь подключен к регулятору скорости, второй вход — к датчику тока, а выход — к блоку управления напряжением, и блок суммирования, введены датчик фазового угла, фильтр, времязадающий блок, нуль-индикатор, при этом первый вход блока суммирования соединен с датчиком,:фазового угла, второй вход через фильтр и функциональный преобразователь с регулятором скорости, а выход — с одним из входов времязадающего блока, выход которого через нуль-индикатор подключен к блоку управленйя частотой, а второй вход времязадающего блока подключен к выходу нуль-индикатора.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для управления асинхронным электроприводом; на фиг. 2 — зависимость фазового угла асинхронной машины от времени.

Устройство содержит подсоединенный к преобразователю 1 частоты и подключенный к асинхронному двигателю 2 блок

3 управления напряжением и блок 4 управления частотой, регулятор 5 модуля вектора тока статора, датчик 6 тока статора, функциональный преобразователь 7, подключенный к выходу регулятора 8 скорости, к одному из входов которого подключен датчик 9 скорости вращения. В электропривод входит также нуль-индикатор 10, выход которого соединен с бло10

zo

25 зо зз ао

45 юе

SS ком 4 управления частотой, времязадающий блок 11, выход которого соединен с входом нуль-индикатора 10, один из входов — с выходом нуль-индикатора, а второй вход — с блоком 12 суммирования, входы которого подключены к выходам фильтра 13 и датчика 14 фазового угла, причем фильтр 13 через функциональный преобразователь 7 подключен к регулятору 8 скорости.

Электропривод работает следующим образом.

Сигналы задания контуров. регулирования модуля 1 и фазового угла ср вектора тока статора в полярных координатах напряжения статора формируются функциональным преобразователем 7 по выходному сигналу регулятора 8 скорости таким образом, чтобы обеспечить работу привода в заданном режиме, например в режиме постоянства потокосцепления ротора 1г = const.

Регулирование модуля вектора тока статора осуществляется с помощью регулятора 5 тока, на входы которого поступают сигналы задания 3> и обратной связи J> с датчика 6 тока, а выходной сигнал регулятора воздействует на блок 3 управления напряжением преобразователя 1 частоты.

Для управления частотой преобразователя используется принцип частотно-импульсной модуляции (ЧИМ). Сигнал задания фазового угла 9" с выхода функционального преобразователя 7 через фильтр

13 поступает на вход блока 12 суммирования, где алгебраически суммируется с сигналом обратной связи Р (фиг. 2), снимаемым с выхода датчика 14 фазового угла, Выходной сигнал блока 12 суммирования, представляющий собой сигнал рассогласования между заданным и фактическим значениями фазового угла, воздействует на времязадающий блок 11, осуществляющий временное преобразование данного сигнала в соответствии с выбранным законом частотно-импульсного модулирования. При равенстве выходного сигнала времязадающего блока 11 нулю срабатывает нуль-и иди катор 10, выходной сигнал которого воздействует на вход блока 4 управления частотой, а также возвращает в исходное состояние времязадающий блок.

Использование частотно-импульсного модулирования для регулирования частоты преобразователя обусловлено тем, что в преобразователях частоты с звеном постоянного тока и в непосредственных преобразователях частоты с прямоугольной модуляцией управляющий вектор тока или напряжения при коммутации поворачивается скачком на угол, равный ЦЗ. При этом в течение межкоммутационного интервала протекает электромагнитный переходный процесс и, если режим стационарный, система возвращается к состоянию, пред907751

1О

15 го г5

Формула изобретения шествовавшему коммутации. Таким образом, стационарный режим квазинепрерывной системы: преобразователь частоты асинхронный двигатель является периодическим режимом, характеризуемым непрерывной полезной составляющей, и микропереходным процессом коммутации. При этом информация о состоянии системы в течение микропереходного процесса (электромагнитного переходного процесса в межкоммутационном интервале) является значительно более полной, чем информация о непрерывной полезной составляющей процесса. Поэтому в тех случаях, когда применяются непрерывные системы управления частотой преобразователя происходит как бы потеря части информации.

Использование ЧИМ позволяет получить полную информацию о процессе. В качестве переменной; характеризующей состояние системы, можно выбрать фазовый угол ч между векторами тока и напряжения статора.

При этом осуществляется регулирование вектора тока статора в системе полярных координат, связанных с вектором напряжения статора. Регулирование модуля и фазы тока статора в отличие от регулирования полного и активного тока позволяет в значительной мере устранить взаимное влияние контуров и повысить качество регулирования.

На фиг. 2 приведен график y(t) зависимости фазового угла от времени в стационарном режиме работы асинхронного электропривода с преобразователем частоты на основе автономного инвертора тока. Зависимость 9 (t) является периодической и содержит, например, информацию о скорости в то время как среднее значение 9, являющееся полезной составляющей, такой информации не содержит.

Если принять, что регулирование ведется по среднему значению фазового угла, должно выполняться равенство

Т вЂ” Jcp dt где Т вЂ” время межкоммутационного интервала.

В стационарном режиме » = const, поэтому т / (У" — ч ) 4т = О, или, освобождаясь от Т, величина которого до очередной коммутации неизвестна, получаем „(Р» — q )dt = О.

Момент очередной коммутации определяется выражением Т = т!и (Т,/ (а* — е ) Х

xdt =0}.

Частотно-импульсный модулятор, реализуя последнюю зависимость, определяет длительность текущего межкоммутационного интервала. Интегрирование разности » — ч осуществляется времязадающим блоком, который в общем случае может вычис6 лять и другие составляющие, необходимые для коррекции системы в динамике. Равенство интеграла разности 㻠— cp нулю фиксируется нуль-индикатором, который выра батывает команду на очередную коммутацию преобразователя. В этом случае блок управления частотой существенно упрощается, так как не содержит задающего генератора.

Кроме того, для управления частотой преобразователя в рассматриваемой системе не требуется дополнительная информация о скорости двигателя кроме той, которая содержится в сигнале с (1).

Фильтр между функциональным преобразователем и сумматором служит для согласования динамических характеристик контуров регулирования модуля тока и фазового угла.

Регулирование вектора тока статора в полярных координатах позволяет практически устранить взаимное влияние контуров регулирования и уменьшить чувствительность системы к настройке функционального преобразователя.

Использование принципа частотно-импульсной модуляции для управления частотой преобразователя повышает точность и качество регулирования скорости и момента в электроприводе.

Устройство для частотного управления асинхронным электроприводом, содержащее вентильный преобразователь частоты с блоками управления напряжением и частотой, регулятор тока, один из входов которого через функциональный преобразователь подключен к регулятору скорости, второй вход —. к датчику тока, а выход — к блоку управления напряжением, и блок сум.мирования, отличающееся тем, что, с целью

4 повышения точности регулирования, в него введены датчик фазового угла, фильтр, времязадающий блок, нуль-индикатор, при этом первый вход блока суммирования соединен с датчиком фазового угла, второй вход через фильтр и функциональный

45 преобразователь с регулятором скорости, а выход — с одним из входов времязадающего блока, выход которого через нульиндикатор подключен к блоку управления частотой, а второй вход времязадающего блока подключен к выходу нуль-индикатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 442561, кл. Н 02 P 5/34, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР № 716125, кл. Н 02 P 7/42, 1978.

90?751

Составитель В. Тарасов

Редактор Н. Джуган Техред А. Бойкас Корректор М. Джуган

Заказ 613 68 Тираж 719 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4