Электропривод переменного тока

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистических

Республик

<Ц961087 (6! ) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) Заявлено 16.10.79 (2l ) 2828404/24-07 (5i)M. Кл.

Н 02 P 7/42 с присоединением заявки М

/ (23) Приоритет

9мударстееньй кемнтет

СССР нв делам изобретений и открнтнй (53) УДК621.313. .3.07(088.8) Опубликовано 23.09.82. Бюллетень М 35

Дата опубликования описания 23.09.82 (72) Автор изобретения

В. И. Кочергин (7I) Заявитель (54) ЭПЕКТРОПРИВОД ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Изобретение относится к электротех нике, а именно к управлению асинхронным электродвигателем, подключенным к преобразователю частоты, и может быть . использовано в реверсивных следяще-регулируемых электроприводах с пифровым уп- 5 равлением, которые применяются в различных областях народного хозяйства (электроприводы станков с ЧПУ, автоматических линий, промышленных роботов

1О и т.п.).

Извеетен электропривод переменного тока, содержащий преобразователь час тоты, к которому подключен электродвит атель, датчик частоты вращения ротора, электромеханический сумматор частот, блок задания частоты сколыкения, соединенный с сумматором, датчик тока B фазах электродвигателя, подключенные через блок сравнения к управляющим azo20 дам преобразователя (1)

Недостаток устройства состоит в сложном выполнении блока суммирования и в том, что оно не учитывает изменения температуры ротора, что снижает быстро-! . действие и точность регулирования.

Наиболее близким по технической cymности является алектропривод переменного тока, содержащий многофазный асинхронный электродвигатель, инвертор напряжения, выход которого подсоединен к фазам электродвигателя, датчики тока электродвигателя, твхогенератор на валу алектродвигателя, выход которого подключен к первому входу блока сравнения, второй вход которого соединен с блоком е задания, а выход - с управлякзцим аходом величиной напряжения инвертора и с входом 6noza задания частоты скольжения, выход которого подключен к первому блоку суммирования (,2) .

Принцип работы этого устройства заюпочается В том, что частоту ротора суммируют с частотой абсолютного сксяа женка, при атом резулыирукедая частота сумматора задает частоту переклю3 . 961087 4 чения ключей инвертора напряжения, а измеренное значение токов фаз в статорной обмотке сравнивают с заданным значением тока и регулируют угол вкпючения ключей инвертора преобразователя частоты. O

Недостаток известного устройства состоит в том, что в нем не учитывается изменение температуры ротора при работе электродвигателя. Это приводит к тому, что заранее закладывается такой алгоритм работы, который не использует все возможности данного электродвига"теля. В результате снижается быстродействие привода и недоиспользуется электродвигатель по мощности.

Пель изобретения — повышение быстродействия и использование электродвигателя.

Поставленная цель достигается тем, что в электроприводе переменного тока, содержащем многофазный асинхронный электродвигатель, инвертор напряжения, выход которого подключен к фазам электродвигателя, датчики тока электродвигателя, тахогенератор на валу электродвигателя, выход которого подключен к первому входу блока сравнения, второй вход которого соединен с блоком задания, а выход - с управляющим входом величиной напряжения, инвертора и с входом блока задания частоты скольжения, выход которого подключен к первому бло ку суммирования, введены импульсный датчик положения, первый реверсивный делитель-счетчик, первый формирователь прямоугольных сигналов, трехфазная сигнальная обмотка, расположенная в поле рассеяния ротора асинхронного электродвигателя, второй формирователь прямоугольных сигналов, второй блок сgм мирования, первая логическая схема сравнения, третий реверсивный делительсчетчик, логический блок задания частоты сколыкения снв(йкен вторым реверсивным делителем-счетчиком, логическим блоком, второй логической схемой сравнения и блоком задания стабильной частоты, причем выход импульсного датчика положения соединен с первой логической схемой сравнения непосредственно и через первый реверсивный делитель-счет чик — с входом первого сумматора, выход которого подсоединен к первой логической схеме сравнения, к входу второго блока суммирования и к первому входу логического блока в блоке задания частоты сколыкения, второй вход логического блока в блоке задания часто10

20 ты сколыкения и один из входов первой логической схемы сравнения образуют входы логического блока задания частоты сколыкения, второй, третий и четвертый входы второй логической схемы сравнения соединены соответственно с логическим блоком, с блоком задания стабильной частоты и через второй формирователь прямоугольных сигналов — с трехфазной сигнальной обмоткой, а выход второй логической схемы сравнения, соединен с вторым реверсивным делителем-счетчиком, выход котррого является выходом блока задания частоты скольжения, датчики тока электродвигателя через первый формирователь прямоугольных импульсов соединены с первой логической схемой сравнения, выход которой через третий реверсивный делительсчетчик соединен с вторым блоком суммирования, а выход последнего соединен с управляющим входом управления частотой инвертора.

На чертеже-представлена функциональ ная блок-схема электропривода переменного тока.

Электропривод содержит многофазный инвертор 1 с управляющим вкодом 2 уп0. равления частотой инвертора и управляющим входом 3 величиной напряжения инвертора, К выходным шинам инвертора

1 подключены статорные обмотки 4 асинхронного двигателя. На одном валу c ротором 5 асинхронного двигателя установлены импульсный датчик 6 положения с двумя выходами, служащими для получения сдвинутых на Ji/2 по фазе сигналов, и тахогенератор 7 постоянного тока. Выходная шина 8 тахогенератора и входная шина 9 блока задания напряжения соединены с входами блока 10 сравнения, выход которого соединен с управляющим входом 3. Выход датчикабсоединен с входом атервого реверсивного делителясчетчика 11.

В фазах статорной обмотки 4 установлены датчики 12 тока, выходы которых соединены с входами первого формирователя 13 прямоугольных трехфазных сигналов. В поле рассеяния ротора 5 расположена трехфаэная сигнальная обмотка 14, соединенная с входами второго формирователя 15 прямоугольных трехфазных сигналов. Выход делителя-счетчика 11 соединен с первым входом первого блока 16 суммирования, второй вход которого соединен с выходом второго реверсивного делителя-счетчика 17. ному знаку электромагнитного момента. Поскольку двигатель не вращается, напряжение тахогенератора 7 равно нуmo и напряжение на управляющем входе

3 инвертора напряжения будет совпа; дать с напряжением на входной шине

9. С импульсного датчика 6 в ато вре1О мя не поступакп сигналы в делитель— счетчик 11 и на его цифровом выходе сохранится одно иэ цифровых значений. от 000 до 599.

В логическом блоке 24 задания часИ тоты абсолютного скольжения вторая ло.гическая схема 22 сравнения формирует сигнал частоты абсолютного скольжения, который, поступая на вход реверсивного делителя-счетчика 1 7, вызывает его

20 переключение и периодическое изменение цифровых сигналов на его выходе от

000 до 599. Это же изменение цифровых сигналов будет происходить на выходе первого блока 16 суммирования. Е1ифро25 вые выходные сигналы L этого блока, частота изменения которых совпадает в это время с частотой абсолютного скольжения, передаются на выход второго блока 18 суммирования и на управ5п ляюший вход 2. цифровые сигналы С на выходе 2, также изменяющиеся от

000 до 599, формирук г на выходных шинах инвертора трехфазные напряжения, по синусоидальному закону широтноимпульсного модулирования.

Эти напряжения, поступая на обмотки

4 статора асинхронного двигателя, создают в фазах двигателя токи, которые через датчики 12 тока формируют на выходе формирователя 13 прямоугольные ,сигналы трехфазного кода 3 . Электродвигатель при атом создает электромагнитный момент положительного знака, который начинает увеличивать частоту

1 вращения ротора от нулевого значения.

При этом сигналы двухфазного кода с выхода импульсного датчика 6, поступая на вход первого делителя-счетчика 13, . вызывают его переключение в режиме суммирования. Частота изменения-цифМ,г ровых сигналов L на выходе блока 16, которые продолжаыг также изменяться от 000 до 599, будет определяться суммой частоты вращения ротора и частоты абсолютного скольжения. Увеличе"5S ние частоты переключения силовых элементов инвертора при атом приводит к появлению угла М между вектором тока статора 1„и вектором напряжения О„.

96

Выход блока 16 соединен с первым входом второго блока 18 суммирования и первым входом первой логической схемы 19 сравнения, второй вход которой соединен с выходом датчика 6, а третий вход соединен с выходом первого формирователя 13 прямоугольных трехфаэнь|х сигналов. Выход логической схемы . 19 соединен с входом третьего реверсивного делителя-счетчика 20, выход которого соединен с вторым входом блока

18. Выход блока 18 соединен с управляющим входом 2 управления частотой ин-. вертора.

Выход блока 16 соединен также с первым входом логического блока 21, второй вход которого соединен с управляющим входом 3 величиной напряжения инвертора и первым входом второй логической схемы 22 сравнения. Выход блока 21 соединен с вторым входом схемы 22, а третий и четвертый входы схемы 22 соединены соответственно с выходом второго формирователя 15 и входной шиной 23 блока задания стабильной частоты. Выход схемы 22 соединен с входом второго реверсивного делителя-счетчика 1 7, Делитель-счетчик 17, логический блок 21 и схема

22 представлякгг собой блок 24 задания частоты абсолютного скольжения.

В устройстве выполнены одинаковыми реверсивные делители-счетчики 11, 1 7 и 20, двухвходовые блоки суммирования 16, 18 и формирователи 13, 15 . прямоугольных трехфазных сигналов.

Поскольку задание опорной системы координат принято в цифровом виде, например в цифровых сигналах от 000 до 599, емкость делителей-счетчиков11, 17 и 20 равна 599. Старший разряд этих делителей-счетчиков выполняется в трехфаэном коде, которому за период повторения соответствуют цифры обычного кода от 0 до 5 (основание разряда п=6). Выполнение старшего разряда в трехфазном коде определяется фазностью асинхронного двигателя. Младшие разряды делителей-счетчиков выполняются, например, двухраэрядными в пятифаэном коде, которому эа период повторения соответствуют цифры обычного цифрового кода от 0 до 9 (основание разряда n =10).

Электропривод работает следуюшим образом.

Рассмотрение работы начнем с нулевой частоты вращения ротора, когда с блока задания на входную шину 9 по1

1087 6 дается сигнал постоянного напряжения, соответствующий, например, положитель9610

Поэтому сигналы трехфазного кода с выхода формирователя 13 не будут соЬпадать с аналогичными сигналами трехфазного кода с гарщего разряда блока 16.

Сравнение этих сигналов в схеме

19 приводит к подаче выходных сигналов импульсного датчика 6 на вход счетчика 20 в режиме суммирования. цифровые сигналы делителя-счетчика

20 в блоке 18 суммирования складыва- 10 . ются с цифровыми сигналами, .что приво-; дит к изменению угла включения ключей. инвертора преобразователя частоты и соответственно развороту Вектора найапряжения в сторону уменьшения цифровых13 агналов от 599 к 000, которые харакеризуют опорную систему координат. Подача сигналов на вход делителя-счетчика

20 происходит до тех пор, пока сигналы трехфазного кода с выхода формирователя уо

13 не совпадут с сигналами L, трехфазного кода старшего разряда, что соответтвует неизменному положению фаэ тока татора в опорной системе координат г стабилизации вектора тока 1„относи- 25 гельно этой сис гемы координат.

Одновременно в трехфазной сигнальной обмотке 14 наводится ЭДС, вектор которой Е образует с вектором .тока ротора . угол Л/2и совпадает по направлению с вектором потокосцепления Ф <. Синусоидальные трехфазные сигналы этой ЭДС превращаются на выходе формирователя

15 в сигналы трехфазного кода Е, которые поступают на тре гий вход второй логической схемы 22 сравнения, на второй вход которой поступают сигналы трехфазного кода М с выхода логического блока 21. Елок 21 формирует при этом заданную фазу погокосцепления ротора, в опорной системе координат. Это происходит следукецим образом.

По знаку напряжения на управляющем

exode 3 к цифровым сигналам добавляется (вычитается) постоянный цифровой сигнал, например, 469 (130). Сигналы старшего разряда результата сложения в трехфазном коде M подаются на второй вход второго логического блока

22 сравнения, где происходит нх сравнение с аналогичными сигналами Е . При

S0

СОВпадении э"гих сигналоВ, что соответствует заданной фазе потокосцепления ротора в опорной системе координат, частота абсолютного сколыкения блоком

22 не изменяется. Если разность сигналов трехфазного кода между f и 4й соответствует эквивалентной цифре 5 обычного цифрового кода, блок 22 увеличивает

87 8 частоту абсолютного сколыкения до тех, пор, пока ата разность не станет равна цифре О.

При разности между Е и М, эквивалентной цифре обычного кода 1, блок ,22 уменьшает частоту абсолютного скольжения до тех пор, пока ата разносгь снова не станет равной. цифре О. Этим самым стабилизируется фаза потокосцепления ротора в опорной системе коорди нат и, соогветс гвенно, фаза угла между гоком статора и потокосцеплением ротора, что обеспечивае г стабильность электромагнитного момента двигателя при

Воздействии любых дестабилизирующих факторов.

По мере увеличения частоты вращения разность между напряжением на входе блока задания и напряжением на выходной шине 8 тахагенератора уменьшается и будет стабилизирована на уровне, когда входной сигнал на управляющем входе

3 будет определять заданную частоту вращения.

Для смены знака электромагнитного момента и, следовательно, направления вращения изменяется полярность напряжения на входной шине 9, что приводит к смене знака напряжения на управляющем входе 3, смене режима работы реверсивного делителя-счетчика 17 и формировании блоком 21 другой заданной фазы. потокосцепления ротора в опорной системе координат. Заданная фаза потокосцепления ротора, соответствующая обратному знаку элеггромагнитного момента, формируется в этом случае вычитанием (добавлением) из цифровых сигналов L, постоянного сигнала - цифры 130 (469).

При смене режима работы реверсивного счетчика 17 меняется знай абсолюгного скольжения и двигатель переводится в генераторный режим работы. В остальном работа устройства не отличается от описанной и частота абсолютного сколыкения, которая в атом режиме также задается блоком 22, будет поддерживаться на уровне, обеспе. ивающем стабилизацию фазы потокосцепления ротора в опорной системе координат и,соответственно угла между векторами 1 и

Ц при всех дестабилизирующих факторах. . Таким образом, nðåäëâãàåìûé электропривод - наряду со стабилизацией фаз тока статора в опорной системе координат обеспечивает стабилизацию фазы потокосцепления ротора и атой же систе

9 961 ме координат, стабилизируя этим самым фазу угла между током статора и пото косцеплением ротора. Это обстоятельство позволяет повысить использование асинхронного двигателя, так как при этом не у требуется иметь неоправданные запасы для исключения насьпцения, и увеличить быстродействие, поскольку изменение заданного угла между соответствующими векторами осущесгвляется при макси- <0 мально дону:тимом изменении частоты абсолютного скольжения.

Ф ормула изобретения

Электропривод переменного тока, содержащий многофазный асинхронный электродвигатель, инвертор напряжения, выход которого подсоединен к фазам электродвигателя, датчики тока электро-. двигателя, тахогенератор на валу электродвигателя, выход которого подключен к первому входу блока сравнения, второй вход которого соединен с блоком задания, а выход — с управляющим sxoдом величиной напряжения инвертора и с входом блока задания частоты скольжения, выход которого подключен к первому блоку суммирования, о т л и ч а - 30 ю шийся тем, что, с целью повышения быстродействия и использования электродвигателя по мощности, введены импульсный датчик положения, первый реверсивный делитель.-счетчик, первый фор- З мирователь прямоугольных сигналов, трехфазная сигнальная обмотка, расположенная в поле рассеяния ротора асинхронного электродвигателя, второй формирователь прямоугольных .сигналов, трех- 40 фазная сигнальная обмс гка, расположенная в поле рассеяния ротора асинхронного электродвигателя, второй формирователь.. прямоугольных сигналов, второй блок суммирования, первая логическая схема сравнения, третий реверсивный делитель-счетчик, логический блок за087 10 дания частоты скольжения снабжен вто рым реверсивным делителем-счетчиком, логическим блоком, второй логичест ой схемой сравнения и блоком задания стабильной частоты, причем выход импульсного датчика положения соединен с первой логической схемой сравнения непосредственно и через первый реверсивный делитель-счетчик — с входом первого сумматора, выход которого подсоединен к первой логической схеме сравнения, к входу второго блока суммирования и к первому входу логического блока в блоке задания частоты скольжения, второй вход логического блока в .блоке задания частоты скольжения и

ОДИН ИЗ ВХОДОВ ПЕРВОЙ ЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ сравнения образукю входы логического блока задания частоты сколыкения, второй, третий и четвертый входы второй логической схемы сравненйя соединены соответственно с логическим блоком, с блоком задания стабильной частоты и через второй формироВатель прямоугольных сигналов — с трехфазной сигнальной обмоткой, а выход второй логической схемы сравнения соединен с вторым реверсивным делителем-счетчиком,. выход которого является выходом блока задания частотгы скольжения, датчики тока электродвигателя через первый формирователь прямоугольных импульсов соединены с первой логической схемой сравнения, выход которой через третий реверсивный делитель-счетчик соединен с вторым блоком суммирования, а выход последнего соединен с управляк» щим входом управления частотой инвертора.

Источники информапии, принятые во внимание при эмспертизе

1. Бродовский В. Н. и Иванов Е. С.

Приводы с частотно-токовым управлением.

М., "Энергия, 1974, с. 10 25.

2. Патент ФРГ Щ 563228, кл. Н 02 P 7142, 1966. е