Частотно-управляемый асинхронный электропривод

Частотно-управляемый асинхронный электропривод

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

изобретение относится к электротех- ,нике и может быть использовано в системах управления для электроприводов (ЭП) с короткозамкнутым асинхронным электродвигателем (АД). Цель изобретения - расширение диапазона регулирования частоты вращения АД. Устр-во содержит АД I с датчиком 2 скорости, импульсный усилитель 3 мощности, датчики 4 тока, блок 5 управления регулятор 6 скорости с входом 7 для задающего сигнала, формирователь 8 заданных значений тока и скольжения, сумматор 9, управляемый генератор 10 синусоидального сигнала, регулируемый блок 11 формирования зоны воспроизведения тока, вычислители I3 и 24 тактовой мощности, блоки сравнения 14 и 16, интегратор 15, блок выборкихранения 17, тактовый генератор 18, интегрирующий усилитель 19, датчик тока 22, датчик напряжения 23. В устройство введены блок 22 сравнения и линейный усилитель 21 мощности. Реверсивный интегрирующий усилитель 19 работает так, что при возрастании мощности потерь в преобразовательной части уменьщаются потери в линейном усилителе мощности и наоборот. Таким образом, устр-во ЭП постоянно стремится к тому, что величина потерь линейного 21 и импульсного 3 усилителей мощности равны и в целом для текущего состояния ЭП минимальны, это позволяет формировать чисто синусоидальный ток на зажимах АД и обеспечивать равномерность кругового поля АД в области НИЗКИ.Х частот вращения. 5 ил. № (Л Isd сл со 00 cpus.t

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (5g 4 Н 02 P 7/42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

С 3 4

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3842103/24-07 (22) 09.01.85 (46) 15.09.86. Бюл. № 34 (71) Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики при Томском институте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (72) Н. А. Михневич, А. В. Федоров и Ю. А. Шурыгин (53) 621.313.333 (088.8) (56) Патент ФРГ № 2234681, кл. Н 02 P 5/36, 1974.

Авторское свидетельство СССР № 1083316, кл. Н 02 P 7/42, 1982.

Авторское свидетельство СССР № 1149365, кл. Н 02 P 7/42, 1983. (54) ЧАСТОТНО-УПРАВЛЯЕМЫЙ АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах управления для электроприводов (ЭП) с короткозамкнутым асинхронным электродвигателем (АД). Цель изобретения — расширение диапазона регулирования частоты вращения АД. Устр-во содержит АД 1 с датчиком 2 скорости, импульсный усилитель 3

„„SU„„1257798 мощности, датчики 4 тока, блок 5 управления регулятор 6 скорости с входом 7 для задающего сигнала, формирователь 8 заданных значений тока и скольжения, сумматор 9, управляемый генератор 10 синусоидального сигнала, регулируемый блок 11 формирования зоны воспроизведения тока, вычислители 13 и 24 тактовой мощности, блоки сравнения 14 и 16, интегратор 15, блок выборкихранения 17, тактовый генератор 18, интегрирующий усилитель 19, датчик тока 22, датчик напряжения 23. В устройство введены блок 22 сравнения и линейный усилитель 21 мощности. Реверсивный интегрирующий усилитель 19 работает так, что при возрастании мощности потерь в преобразовательной части уменьшаются потери в линейном усилите- Я ле мощности и наоборот. Таким образом, устр-во ЭП постоянно стремится к тому, что / величина потерь линейного 21 и импульсного 3 усилителей мощности равны и в целом С для текущего состояния ЭП минимальны, это позволяет формировать чисто синусоидальный ток на зажимах АД и обеспечивать равномерность кругового поля АД в области юане низких частот вращения. 5 ил. t©

1257798

Изобретение относится к электротехнике, а точнее к управляемым электроприводам, и может использоваться при построении глубокорегулируемых частотно-управляемых электроприводов с короткозамкнутым асинхронным электродвигателем, содержащих полупроводниковые преобразователи частоты.

Цель изобретения — расширение диапазона регулирования частоты вращения асинхронного двигателя.

На фиг. 1 показана функциональная схема частотно-управляемого электропривода; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие принцип работы электропривода; на фиг. 3 — принципиальная электрическая схема реверсивного интегрирующего усилителя; на фиг. 4 — диаграммы, поясняющие принцип работы реверсивного интегрирующего усилителя; на фиг. 5 — принципиальная электрическая схема регулируемого блока формирования зоны воспроизведения тока и блока управления импульсным усилителем мощности.

Частотно-управляемый асинхронный электропривод (фиг. 1) содержит асинхронный двигатель 1 с датчиком 2 скорости на валу, подключенный к выходу импульсного усилителя 3 мощности через датчики 4 фазного тока, выходы которых подключены к блоку 5 управления импульсным усилителем, что структурно представляет собой замкнутую систему формирования тока в фазах двигателя. Датчик скорости 2, представляющий собой обычный тахогенератор, подключен своим выходом к первому входу регулятора 6 скорости, второй вход 7 которого предназначен для подключения задающего сигнала, а выход присоединен ко входу формирования 8 заданных значений тока и скольжения, выход по скольжению которого соединен с первым входом сумматора 9, вторым входом соединенного с выходом датчика 2 скорости, а выход подключен к первому входу управляемого генератора 10 синусоидального сигнала, второи вход которого соединен с выходом по заданному значению тока указанного формирователя 8.

Выход управляемого генератора 10 синусоидального сигнала соединен с входом регулируемого блока 1 формирования зоны воспроизведения тока, выход которо-о присоединен ко входу блока 5 управления импульсным усилителем мощности, принципиальная схема которого для одной фазы. приведена на фиг. 5. Ко входу 12 импульсного усилителя мощности подключен вход вычислителя 13 активной входной мощности выход которого соединен с суммирующим входом первого блока 14 сравнения, присоединенного своим выходом ко входу интег-ратора 15, подключенного своим выходом к первым входам второго блока 16 сравнения и блока 17 выборки-хранения, второй вход которого подключен к выходу тактового

Зо

55 генератора 18, а выход блока 17 выборкихранения присоединен ко второму входу блока сравнения 16, подключенного своим выходом к первому входу реверсивного интегрирующего усилителя 19, второй вход которого присоединен к выходу тактового генератора 18. Выход реверсивного интегрирующего усилителя 19 соединен со входом регулируемого блока 11 формирования зоны воспроизведения тока. Третий блок сравнения 20 принципиально выполнен так же как и первые два, и подключен первым вычитающим входом !< выходам датчиков 4 фазного тока, суммирующим входом — к выходу управляемого генератора 10 синусоидального сигнала, а выходом — к входу линейного усилителя мощности 21, принципиальная схема которого представляет собой обычный стабилизатор тока охваченной отрицательной обратной связью с выхода датчика тока 22 на второй вычитающий вход третьего блока 20 сравнения. Датчик 23 напряжения подключен своим входом к зажимам двигателя 1, а выходом — к первому входу вычислителя 24 активной мощности на входе двигателя, второй вход которого подключен к выходу управляемого генератора 10 синусоидального сигнала, а выход — к вычитающему входу первого блока 14 сравнения

На фиг. 2 обозначено: 25 — сигнал требуемой формы фазного тока двигателя, снимаемый с выхода управляемого генератора 10; 26 и 27 — верхнее и нижнее пороговые значения формируемого тока; 28 — ток на выходе импульсного усилителя и сигнала, снимаемого с выхода управляемого генератора 10; 30 и 31 — верхняя и нижняя границы зоны допустимых значений тока статора двигателя; 32 — сигнал управления линейным усилителем мощности; 33 — ток на зажимах асинхронного двигателя 1.

На фиг. 4 введены следующие обозначения: 34 — — примерная диаграмма сигнала, снимаемого с выхода первого блока 14 сравнения; 35 — диаграмма сигнала, поступающего с выхода тактового генератора 18 на второй вход реверсивного интегрирующего усилителя 19; 36 — диаграмма сигнала на выходе второго блока сравнения 16.

На фиг. 5, содержащем принципиальные электрические схемы регулируемого лока !1 формирования зоны воспроизведения тока и бпока 5 управления импульсным усилителем мощности для одной фазы, обозначено:

37 — клемма для подключения опорного сигнала, поступающего с выхода управляемого генератора 10 синусоидального сигнала на первый вход блока 11; 38 — клемма для подключения сигнала управления синусной составляющей зоны воспроизведения тока, формируемого на выходе реверсивного интегрирующего усилителя 19; 39 — зажим для подключения сигнала с выхода датчика 4 тока; 40 — клемма для подключения цепей управления силовыми ключами преобразова1257798 теля; 41, 42 — компараторы верхней и нижней границ зоны формирования тока.

При работе частотно-управляемого асинхронного электропривода (фиг. 1) на вход 7 регулятора 6 поступает сигнал заданного значения скорости. На вычитающий вход регулятора с датчика 2 скорости поступает сигнал текущего значения скорости, при этом на выходе регулятора формируется сигнал, пропорциональный изменению скорости вращения двигателя. По этому сигналу формирователь 8 на своем выходе выдает два сигнала, один из которых является данным значением тока двигателя и поступает на вход управляемого генератора 10 синусоидального сигнала, а другой, соответствующий требуемому скольжению двигателя, складывается в блоке 9 суммирования с сигналом текущего значения скорости вращения и поступает на второй вход управляемого генератора 10. С выхода генератора 10 трехфазный синусоидальный сигнал 25 (фиг. 2), равный К(!, з1пв,t (где U, — амплитуда требуемого значения синусоидального; К— коэффициент пропорциональности; co i — частота токов статора двигателя, пропорциональная результату суммирования сигнала по скольжению и сигнала скорости), поступает в блок 11 формирования зоны воспроизведения тока на клемму 37 (фиг. 5), где производится умножение этого сигнала с сигналом регулирования синусной составляющей зоны воспроизведения тока, поступающим с выхода реверсивного интегрирующего усилителя 19 на второй вход блока 11 (клемма 38 фиг. 5), затем полученный сигнал в виде выпрямленной синусоидальной кривой складывается с постоянной составляющей зоны воспроизведения тока (сигналы 30 и 31) и опорным синусоидальным сигналом 25 и поступает на входы компараторов 41 и 42. Таким образом, на входах компараторов 41 и 42 формируются напряжения, соответствующие верхней 30 и нижней 31 границам формируемого тока в соответствии с уравнениями:

L Màêñ (3 ) = (!А+А! (!) ) 3!П(И!+ срл)+ 7 ) ! „щн (t) = (I — Л! (t)) з1п(t+7 ) — Ale, где Л7 (t) — составляющая погрешность тока, определяемая уравнением:

Л7 (i) = Л! при 2Кл<Ы+ср,<(2а+1)л

М (!) = — Al i при (2К+1)

<(2n — 2)л, К=1,2,3,...,n;

AIi — составляющая зоны воспроизведения тока, принятная в данном электроприводе постоянной величиной.

На других входах компараторов 41 и 42 (вход блока 5 управления импульсным усилителем мощности клемма 39 фиг. 5) с выхода датчиков 4 тока поступает сигнал 28, соответствующий току на выходе импульсно5

15 го

55 го усилителя мощности 3. В результате сравнения сигналов 26 и 27 с сигналом 28 тока на выходе блока 5 управления импульсным усилителем мощности (клемма 40 фиг. 5) формируются импульсы управления силовыми ключами импульсного усилителя 3 мощности. Одновременно на входы блока 20 сравнения поступают сигналы мгновенного значения тока 28 импульсного усилителя 3 мощности и сигнал требуемого значения тока с выхода управляемого генератора 10, где выделяется разность этих сигналов в виде пилообразного напряжения 30 в общем случае переменной амплитуды, границы которой соответствуют текущему значению ширины зоны формирования тока. Полученный в результате сравнения сигнал поступает на вход линейного усилителя 21 мощности, где он инвертируется, усиливается по мощности и в виде пилообразного напряжения 31 суммируется на входе двигателя с выходным током импульсного усилителя 3 мощности, в результате чего на зажимах двигателя 1 формируется ток 32 синусоидальной формы.

В предлагаемом электроприводе компенсация колебаний тока импульсного усилителя 3 мощности производится линейным усилителем 21, который может стать источником значительных электрических потерь, величина которых в существенной степени определяется шириной зоны формирования тока. Причем чем уже эта зона, тем меньше величина потерь в линейном усилителе и больше в импульсной за счет возрастания частоты коммутаций силовых вентилей.

Поэтому для оптимизации потерь в целом, в преобразовательной части электропривода необходимо предусмотреть оптимизирующее устройство, основной задачей которого является регулирование зоны воспроизведения тока, что и сделано в данном электроприводе

Эта система работает следующим образом.

Сигнал управления шириной синусной составляющей зоны воспроизведения тока формируется на основании результата сравнения сигнала потребляемой электроприводом активной мощности, поступающей с выхода вычислителя 13 на второй вход блока 14 и сигнала мощности на валу электродвигателя 1, поступающего с выхода вычислителя 24 на вычитающий вход первого блока сравнения. Мощность, потребляемая электродвигателем, вычисляется как результат произведения сигнала, пропорционального величине напряжения, снимаемого с датчика 23 напряжения, на активную составляющую тока потребляемого двигателем.

Информация с тока поступает с выхода управляемого генератора 10 синусоидального сигнала на второй вход вычислителя 4.

Результат сравнения, по величине равный полным потерям преобразовательной части электропривода, поступает через интегратор

15 на первые входы второго блока сравнения

1257798

Формула изобретения и устройства 17 выборки-хранения, которое с частотой следования импульсов 35 (фиг. 4) тактового генератора 18, на его втором входе подает на второй вход второго блока сравнения 16 сигнал, пропорциональный уровню суммарных потерь преобразовательной части в предшествующий период. Таким образом, на первом входе интегрирующего усилителя 19 (входе второго блока сравнения) формируется сигнал 36 (фиг. 4), приращений потерь в преобразовательной части электропривода. На второй вход усилителя 19 с выхода тактового генератора 18 поступает сигнал 35 (фиг. 4). Реверсивный интегрирующий усилитель 19 (схема фиг. 3) работает так, что при положительном сигнале 34 (мощность потерь в преобразовательной части возрастает) уменьшается амплитуда импульсной составляющей зоны формирования тока, что приводит к снижению величины потерь в линейном усилителе мощности

И наоборот, при отрицательном сигнале на выходе второго блока сравнения 16 (снижение потерь) увеличивается зона формирования тока, тем самым увеличиваются потери линейного усилителя 21 мощности и снижаются потери импульсного усилителя

MollIности 3 за счет снижения частоты коммутации силовых вентилей. Оптимизирующее устройство электропривода постоянно стремится к формированию такой ширины зоны формирования тока, при которой величина потерь линейного 21, импульсного 3 усилителей мощности равны и в целом для текущего состояния электропривода минимальны.

Предлагаемый электропривод позволяет расширить диапазон регулирования скорости вращения вала двигателя в области низких частот вращения за счет равномерности кругового поля асинхронной машины, путем формирования чисто синусоидального тока на зажимах двигателя.

Частотно-управляемый асинхронный эпектропривод, содержащий асинхронный двигатель с датчиком скорости на валу, подключенный к выходу импульсного усилителя мощности через датчики фазных токов, выходы которых подключены к блоку управления импульсным усилителем мощности, выход датчика скорости присоединен к первому входу регулятора скорости, второй

45 вход которого предназначен для подключения задающего сигнала, а выход — к входу формирователя заданных значений тока и скольжения, выход по скольжению которого соединен с первым входом сумматора, вторым входом соединенного с выходом датчика скорости, а выход подключен к первому входу управляемого генератора синусоидального сигнала, второй вход которого связан с выходом по заданному значению тока формирователя заданных значений тока, а выход — с входом регулируемого блока формирования зоны воспроизведения тока, выход которого присоединен к входу блока управления импульсным усилителем мощности, вычислитель активной мощности, входом подключенный к входу импульсного усилителя мощности, а выходом соединенный с суммирующим входом первого блока сравнения, присоединенного своим выходом к входу интегратора, подключенного своим выходом к первым входам второго блока сравнения и блока выборки-хранения, второй вход которого подключен к выходу тактового генератора, а выход присоединен к второму входу второго блока сравнения, подключенного своим выходом к первому входу реверсивного интегрирующего усилителя, второй вход которого присоединен к выходу тактового генератора, а выход присоединен к второму входу регулируемого блока формирования воспроизведения тока, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования частоты вращения, в него дополнительно введены третий блок сравнения с тремя входами, линейный усилитель мощности, датчик тока, датчик напряжения и вычислитель активной мощности на входе двигателя, при этом к первому вычитающему входу третьего блока сравнения подключены выходы датчиков фазных токов, к суммирующему входу третьего блока сравнения присоединен выход управляемого генератора синусоидального сигнала, а выход его подключен к линейному усилителю мощности, который своим вторым входом присоединен к входу импульсного усилителя мощности, а выходом через датчик тока — к входу асинхронного двигателя, выход датчика тока связан с вторым вычитающим входом третьего блока сравнения, первый вход вычислителя активной мощности на входе двигателя подключен к датчику напряжения, второй вход — к выходу управляемого генератора синусоидального сигнала, а выход — к вычитающему входу первого блока сравнения.

1257798 иг.

1257798

Составитель В. Тарасов

Редактор И. Сегляник Техред И. Верес Корректор М. Шароши

Заказ 5037/55 Тираж 631 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и оз крытий

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