Устройство для управления частотой вращения ротора асинхронного электродвигателя

Устройство для управления частотой вращения ротора асинхронного электродвигателя

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к электротехнике . Целью изобретения является повышение точности управления частотой. Указанная цель достигается тем, что в устройство для управления частотой вращения ротора синхронного электродвигателя введены фазовый дискриминатор 17, логические схе.мы 15 2И-2ИЛЙ-НЕ, логическая схема 16 «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, три логические схемы 18, 19, 20 И-НЕ. Режим работы электродвигателя (двигательный, тормозной) задается логической схемой 16 в зависимости от знаков аналоговых сигналов, пропорциональных скольжению и частоте вращения ротора. Единичный и нулевой уровни сигна.чов, соответствующие знаку аналогового сигнала, пропорционального скольжению, формируются пороговой схемой 13. Сигналы, соответствующие знаку аналогового сигнала, пропорционального частоте вращения, формируются узлом определения направления вращения , входящего в состав формирователяучетверителя 9. Последний связан с импульсным датчиком 32 частоты врапхения. Направление вращения вектора поля определяется фазовым дискриминатором 17 и логической схемой 15 в зависимосги от соотнощения частот следования импульс ог, tOsH от преобразователя 14 напряжение частота и сорм от формирователя-учетверитсля 9. При устройство реагирует только на знак аналогового сигнала cos, а при ci) - только на знак аналогового сигнала Wp. Если знаки аналоговых сигналов совпадают, то логическая схема 16 сигналом «Ноль дает ко.манду на сложение импульсов СОрЯ и (Озя ((0,;л (ОрЛ-1-(05и). Это соответствует двигательному режиму работы . При разнополярных сигналах nv и cfi sлогическая схема 16 сигналом «Е.щница дает команду на вычитание импульсов (.ч и С05Ц. При этом, если (, WjH(Opji- - Шзн, и двигатель работает в режиме генераторного торможения. Если же (Ори(1)з,,, то ffijH u sjj-Юрн, и двигатель переходит в )ежим торможения противовключением. В данном устройстве обеспечиЕ ается устойчивая работа электродвигателя во всех режимах. 2 ил. ф (Л со 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН и 4 Н 02 P 7 42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ с

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3826829/24-07 (22) 17.12.84 (46) 15.12.86. Бюл. № 46 (71) Всесоюзный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт релестроения (72) А. А. Сушенцов, Н. Н. Чернов и Г. К. Буистов (53) 62-83:621.313. 13.014.2:621.382 (088.8) (56) Дацковский Л. Х. и др. Регулирование асинхронных электроприводов на основе непосредственных преобразователей частоты. — «Электричество», 1982, № 3.

Эпштейн И. И. Автоматизированный электропривод переменного тока. М.: Энергоиздат, 1982, рис. 5.!2. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ

ЧАСТОТОЙ ВРАЩЕНИЯ РОТОРА АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ (57) Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является повышение точности управления частотой. Указанная цель достигается тем, что в устройство для управления частотой вращения ротора синхронного электродвигателя введены фазовый дискриминатор 17, логические схемы

15 2И-2ИЛИ-НЕ, логическая схема 16 «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, три логические схемы

l8, 19, 20 И-НЕ. Режим работы электродвигателя (двигательный, тормозной) задается логической схемой 16 в зависимости от знаков аналоговых сигналов, пропорциональных скольжению и частоте вращения ротора.

„„SU„„1277343

Единичный и нулевой уровни сигналов, соответствующие знаку аналогового сигнала, пропорционального скольжению, формируются пороговой схемой 13. Сигналы, соответствующие знаку аналогового сигнала, пропорционального частоте вращения, формируются узлом определения направления вращения, входящего в состав формирователяучетверителя 9. Последний связан с импульсным датчиком 32 частоты вращения. Направление вращения вектора поля определяется фазовым дискриминатором 17 и lo«««ческой схемой 15 в зависимосги от соотношения частот следования импульсов ((«, от преобразователя 14 напряжение частота и («рс от формирователя-учетверитсля 9. При (с«,„)(«,я устройство реагирует только на знак аналогового сигнала (tl. а

ПРИ (с«,„((с«рсс — ТОЛ ЬКО ««а ЗНаК а ««и 10« Η вого сигнала (ор. Если знаки аналоговых сигналов совпадают, то логическая схема 16 сигналом «Ноль» дает команду на сложеН И Е И М ПуЛ ЪС О В ((«р««И ((«ЯСС ((01«« — (О р«С + (В с СС) .

Это соответствует двигательному режиму работы. При разнополярных сигналах («р и 5 ло«««ческс«я схема 1 6 с««г1«(«, «01««Гд«««««l il <«р дает команду на вычитание импульсов (с«„ и («,„. При этом, если (ос()(«,„, («„=(нсс— — ((«,,с, и двигатель работает в режиме ге««ератОрНОГО тОрМОжЕНИя. ЕСЛИ жЕ (Н.«с((«,„, то ((«„=(«,,(— ((«,(, и дв««гатель переходит в режим торможения противовключением. В данном устройстве обеспечивается устойчивая работа электродвигателя во всех режимах.

2 ил.

1277343

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в частотно-управляемом электроприводе с преобразователем частоты и асинхронным электродвигателем с короткозамкнутым ротором.

Цел изобретения — повышение точности управления частотой.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для управления частотой вращения ротора асинхронного электродвигателя; на фиг. 2 — временные диаграммы.

Устройство (фиг. 1) содержит преобразователь 1 тока, выходы которого подключены к асинхронному двигателю 2, блок 3 формирования ЭДС, выход которого подключен к управляющему входу преобразователя 1 тока, два входа блока 3 формирования ЭДС подключены к выходу формирователя 4 гармонических сигналов, а третий —— к выходу аналогового сумматора 5, формирователь 6 задания фазных токов, выход которого связан с управляющими входами преобразователя тока, а два входа соединены с выходами формирователя 4 гармонических сигналов, третий подключен к выходу регулятора 7 скольжения, а четвертый — к задатчику намагничивающего тока 8, формирователь-учетверитель 9 первым и вторым выходами соединен с преобразователем 10 частота-напряжение, первый вход соединен с первым входом импульсного сумматора 11, имеющего еще три входа, импульсный сумматор 1! выходом соединен с входом делителя 12, выход преобразователя 10 частота-напряжение соединен с входами регулятора 7 скольжения и аналогового сумматора 5, второй вход которого соединен с входом пороговой схемы 13, выходом регулятора 7 скольжения и входом преобразователя 14 напряжение-частота.

Кроме того, устройство содержит логические схемы 2И-2ИЛИ-НЕ-15, ИСКЛЮЧАЮ1ЦЕЕ ИЛИ 16, фазовый дискриминатор

17, три логические схемы И-НЕ 18, 19 и 20, при этом вход фазового дискриминатора 17 соединен с выходом преобразователя !4 напряжение-частота и с вторым входом импульсного сумматора 11, а другой вход соединен с первым выходом формирователя-учетверителя 9 и первым входом импульсного сумматора 11, первые входы схемы 2И-2ИЛИ-НЕ 15 и ИСКЛЮ"!АЮЩЕЕ

ИЛИ 16 соединены с выходом пороговой схемы 13, вторые входы соединены с вторым входом формирователя-учетверителя 9, выход схемы исключающее ИЛИ 16 подключен к третьему управляющему. входу импульсного сумматора 11, два других входа схемы 2И-2ИЛИ-НЕ 8 соединены соответственно с прямыми и инверсными выходами фазового дискриминатора 17, а четвертый вход объединен с четвертым входом импульсного сумматора 11, выход схемы 2И2ИЛИ-HE 15 через первую 18 и вторую 20 схемы И-НЕ соединен с входом формиро5

55 вателя 4 гармонических сигналов, (блок 4 включает элементы 22 и 23), а через третью схемы И-HE 19 соединен с другим входом последнего, вторые входы второй 20 и третьей 19 схем И-HE соединены с выходом делителя 12.

В частном случае, когда количество импульсов, поступающих с формирователяучетверителя 9, соответствует разрядности счетчика 21 формирователя гармонических сигналов 4, делитель 12 из устройства может быть исключен. В этом случае вторые входы схем И HE 20 и 19 подключают непосредственно к выходу импульсного сумматора 11.

Блок 6 формирования фазных токов состоит из четырех цифроаналоговых преобразователей 24--27 и двух аналоговых сумматоров 28 и 29. Блок 3 формирования

ЭДС состоит из двух цифроаналоговых преобразователей 30 и 31. Вход формирователяучетверителя 9 предназначен для подсоединения с импульсным датчиком 32 скорости.

Устройство работает следующим образом.

Режим работы двигателя 2 (двигательный или тормозной) задается схемой

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16 в зависимости от знаков аналоговых сигналов, пропорциональных скольжению и частоте вращения ротора.

Единичный и нулевой уровни сигналов, соответствующие знаку аналогового сигнала, пропорционального скольжению, формируются пороговой схемой 13, а сигналы, соответствующие знаку аналогового сигнала пропорционального частоте вращения ротора,— узлом определения направления вращения двигателя формирователя-учетверителя 9.

Направление вращения вектора поля статора определяется фазовым дискриминатором 17 и схемой 2И-2ИЛИ-НЕ 15 в зависимости от соотношения частот следования импульсов а,„от преобразователя 14 напряжение-частота и со„от формирователяучетверителя 9.

При о,„)ьря устройство реагирует только на знак аналогового сигнала ю, а при со,„(<ар — только на знак аналогового сигнала сОр (фиг. 2).

Сигнал на задание частоты вращения вектора поля статора в виде частоты следования импульсов формируется как сумма или разность двух импульсных последовательностей, поступающих с импульсного датчика 32 скорости посредством учетверителя-формирователя 9 и ю, поступающих с регулятора 7 скольжения через преобразователь 14 напряжение-частота. Если знаки аналоговых сигналов ар и со, совпадают (оба плюсовые или оба минусовые), то схема

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16 сигналом «О» дает команду на сложение импульсов и о,„= ю, + ю,„, что соответствует дви гател ьно му режиму работы. Когда знаки сор и ы становятся разнополярными, схема ИСКЛЮ!

277343

ЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16 сигналом «1» дает команду на вычитание импульсов и двигатель переходит в тормозной режим работы. При этом, если со»>()(о,„., то со>,——

=(о,-,— (о„(, и двигатель работает в тормозном — генераторном режиме, когда же (о„>(со,„, одновременно с изменением направления вращения вектора поля статора, обеспечиваемым фазовым дискриминатором 17 и схемой 2И-2ИЛИ-HE 15, происходит изменение функции вычитания и (о»,— — со„, — со,.

Двигатель в этом случае переходит из режима генераторного торможения в режим противовключения, обеспечивая эффективное торможение.

Импульсный сигнал (llj>f, пропорциональный частоте вращения поля статора, преобразуется формирователем 4 в синусоидальные гармонические сигналы cosh>ft и

siLn(»ft (в кодах) . При этом с изменением сигнала на выходе схемы 2И-2ИЛИ-HE 15 меняется чередование следования сигналов 2О

cos()It и sin(oft.

Формирователь 6 по заданным аналоговым сигналам и сигналам с выхода формирователя гармонических сигналов осуществляет формирование заданных значений синусоидальных токов в соответствии с выражениями !

1 орсо (о i t+L„stn(() !

Lp =if„cos(0f t — L sLn (() I t.

При этом амплитуда заданных токов ! и 1 определяется уровнем сигналов

i„=const и переменного значения /, проГ!Ор(сионалъного со,.

Сформированные заданные значения сину соидальных токов i и i!i подаются при двуxфазном исполнении двигателя на входы соответствующих преобразователей, работающих в режиме источников тока и подключенных к статорным обмоткам двигателя (при трехфаз!к>м исполнении двигателя 1,„и подаются на входы преобразователя координат, а затем па входы преобразователя).

Пуск двигателя в направлении вран(ения вперед.

На вход регулятора 7 скольжения подают положительный задаю!ций сип!ал (о,. Преобразователь напряжение-частота 14 выраба45 тывает последовательность импульсов с частотой, зависящей от уровня модуля выходного напряжения регулятора скольжения.

Указанная последовательность импульсов поступает на один из входов фазового дискриминатора 17. Поскольку на другом входе последнего нет импульсов, прямой выход фазового дискриминатора выдает сигнал «1», инверсный ОНОН33 «О». Пороговая ма 13 выдает сигнал «О», поступаю1ций па один из входов схемы 2И-2ИЛИ-НЕ, и если от учетверителя-формирователя 9 посту- 55 пает сигнал «О», То сигнал «1» Н3 выходе схемы 2И-2И:1И-ill 15 разрешает прохож,3eIfHe последовательности импульсов через схему И-НЕ 19 на второй вход реверсивного счетчика формирователя синусоидаlbпых колебаний и формирователь 4 вырабатывает прямую последовательность задаюl1jf3x токов. Ротор двигателя начинает вращаться в направлении вперед (фиг. 2).

Датчик 32 вырабатывает последовательность импульсов, которая преобразователем 10 преобразуется в скоростной аналоговый сигнал !фиг. 21, который поступает на другие входы регулятора 7 скольжения и аналогового сумматора 5. В аналоговом сумматоре 5 сигналы скорости, поступающие с выхода преобразователя частота-напряжение

10, и сигнал скольжения со,, поступающий с выхода регулятора 7 скольжения, суммируются и выходной сигнал сумматора 5 подается в качестве опорного напряжения на цифроаналоговые преобразователи 30 и 31 формирователя 3 ЭДС. При этом амплитуда выходногO сигнала формирователя 3 >ДС определяется величиной выходного сигнала сумматора 5.

На в оды cxcxibi ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ

16 поступают сигналы «О» от пороговой схемы 13 и от х чет13ерите11Я 9. Схема ИСКЛlОЧАЮЩЕF ИЛИ 16 выдает сигнал «О».

При этом ня выходе импульсного сумматора 11 формируется последовательность импульсов с частотой (о,,=(о,,»+(о„„равный сумме частоты импульсов учетверителя 9 (о„, IIpoi10plfiloHL1.!ьной аналоговому «пгнал у скоpooTi«(>Ä, и I;10THTI I и)п)хльсов преобразоват (. f Я 4 1 я и р Я ж (. H «0 - ч я с то т 11, l l p 0 и О р ц! 10 н 3л ь— пой сигналу рсгулятора скольжения сi> . 110СЛС)0133T(. . IbIIOOTb lf IHХЛЬСОВ С ЧЯСТОТОЙ сс>(нС выходя импульсного сумматора 11 поступает через делитель !2 ня вход формирователя 4 гярмоfø÷åcêIIx спп13лÎв и зdдаc1 иx частотх .

При подаче команды на реверс двигателя задающий сигнал становится отрицательным. напряжение Н3 выходе регулятора скольжения меняет свой знак с отрицательного на положительный. В этом случае изменяется на !80 фаза активной составляю!цсй 3313IIHI Ix токов статора двигателя, перекл!очается пороговая схема 13, которая выдает сигнал «1». Схема ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ !6 дясT команду на вычитание импульсов и узел суммирования выдает разность импульсов (о>„"=(о„— «)g>,--, (3 формирователь 6 задаст пя вход преобразователей тока частоту задiilolli, !х токов мс!(ьп(ук), чем I3(ТОТ3 13p31IL(k) 1 .и рото!)я, Дв(1!.атосl I TOpXIOзит(. Я. K 0 I 13 (. к ОРО(. ть 13P;31ll(п и Я P0TÎP;3 (. и иЗПТСЯ !I(1(Т0,1!П (, i! 0 i!3(TOTII IIX 11»,1I)(О!3 Ров торя «), станет меньше, чем частота импульсов скольжения ((о.„((о„,1. переключя TcB ф;!зов! 1и,(ис «р11 м l! 11;)тор). с 3хсм !1 2И2ИЛИ-НЕ 5 сигп<)лом «О» бг!Ок!1рх ст втоРОЙ вх0.1 0(f3(P(If !if!0(0 с i(ò И1 Я фОР I и()0-!

331 (L! Я 3:.1;I II I I 3 3 ТОК,1 11 По(Х 1 С;10ВЯТ(, 1ЬПО(. Тl, и )п1х, b(. 013 с Оп 0(1"., I(I!11031 113 (. TOToi! 1 10(:тхfiil

1277343

Форлула н(30(3рет(ная ет на первый вход реверсивного счетчика формирователя задания тока, B результclте чего изменяется чередование Bыходных сигналов задания токов, преобразователи токов питают статор двигателя с обратным чередованием фаз, идет торможение двигателя в режиме противовключения и далее разгон в другую сторону. При этом частота питания двигателя пропорциональII a ((3„, ==/(В,„— (Зр>,/.

С изменением направления вращения двигателя меняется знак ()p и по сигналу с учетверителя-формирователя 9 схема ИСКЛЮЧАЮШЕЕ ИЛИ 16 выдает сигнал «О», узел суммирования задает частоту («„1 — — (1рн+(«,„ и двигатель разгоняется до заданного значения скорости в направлении вращения назад.

Останов привода происходит Ilp« снятии задающего сигнала. Выход регуля гора сколl>жения под действием сигнала обратной c«я зи становится отрицательным, если ротор двигателя Lo этого вращался в направлении вращения назад. При этом процесс торможения ротора двигателя до нулевой скорости происходит так же, как и после команды на реверс в направлении вращения 811сред.

В данном устройстве в контуре регулирования между импульсным датчиком скорости и формирователем задания тока статора двигателя отсутствуют нели нейньн. звенья и элементы, которые меняют свои параметры от условий эксплуатации, температур ll>lx режимов и от регулирования скорости.

Введенис в предлагаемое усгройство фазового дискриминатора, схем 2И-2ИЛИ-НЕ и ИСКЛЮЧАЮШЕЕ ИЛИ, схема Нх подключения и использование информации о положении ротора в импульсной форме, а также формирование на базе их синусоидальных задающих сигналов тока «цифровой форме обеспечивают устойчивость и повышенную точность рсгулирования электропривода.

Предлагаемое устройство обеспечивает также устойчивую работу электропривода с глубоким регулированием частоты вращения ротора, в котором вместо блока 10 частота-напряжение, формирующего ана 10говый сигнал, пропорциональный частоте вращения ротора, используетс31 тахогенерятор.

Y(TPoHcTB0 длЯ У(IP(3(3>lcIIHÇI 1(lcт010й вращения ротора Bc«llxpo«1101 î элек1ро5

10 !

25 .30

50 двигателя, содержащее преобразователь тока, выходы которогс предназначены для подключения к асин-ронному двигателю, блок формирования ЗДС, выход которого

1к1дключен к управляющим входам преобразователя тока, два входя блока формиэо«ания ЭДС подклю-1ены к выходу формирователя гармонических колебаний (сигналов), а третий — к выходу аналогового сумматора, формирователь задания фазных

1оков, выход которого связан с управляющими входами преобразователя тока, а два входа соединены с выходами формирователя гармонических сvi HB 10B, третий подклю«ell к выходу регулятора скольжения, а четвертый - — к задатчику намагничивающего тока, формирователь-учетверитель, вход которого предназначен для подключения к импульсному датчику скорости, а первый и второй выходы соединены с преобразователем частота — H lllpiiiK(.ние, первый выход соединен с первым вхо,(ом импульсного суMмятора, имею1цего еще три входа, импульcHhIH сумматор выходом соединен с входом ,1елителя, выход преобразователя частота-- напряжение соединен с входами регулятора скольжения и аналогового сумматора, второй вход которого соединен со входом пороговой схемы, выходом регулятора скольжения и входом преобразователя напряже1ие-частота отличаюшееся тем, что, с целью повы1« IIHH точности, «него «;3(.I(ны фазовый дискриминатор, логические схемы 2И-2ИЛИНЕ, ИСКЛЮЧАЮШЕЕ ИЛИ, три логические схемы И-HE причем первый вход фазо«ого дискриминатора соединен с выходом преобразователя напряжение- — частота и со вторым входом импульсного сумматора, а другой вход соединен с первым выходом формирователя-учетверителя и первым входом импульсного сумматора, первые входы схем

2И-2ИЛИ-НЕ и ИСКЛЮЧАЮIЦЕЕ ИЛИ соединены с выходом пороговой схемы, вторые входы соединены с вторым Bhlxoдом формирователя-учетверителя, выход схем ы И СКЛ IО АЮ ШЕЕ ИЛ И полка ючен к третьему уп ра вл яю1цем у входу им пульсно10 сумматора, два других входа схемы

? И-2ИЛИ- HI. соединены соответственно с прямым и инверсным выходами фазового дискриминатора, а четвертый вход об ьединен с четвертым входом импульсного сумматора, вь:ход схемы 2И-2ИЛИ-НЕ через пер«ую и «торую схемы 1Л-1-1F соединен с в x0ä0 м ф 0 р м и р О Б а т(., 1 я г а р м О H и ч (. с к и х с и гна IOB, а через третью схему И-HF соединен с другим входом последнего, вторые

«ходы второй и тре.1ьей сxcxI И-НЕ соедиIICIII>1 С (31>IX0,10М ДЕЛ(T(,;Iß.

1277343

Составитель В. Тарасов

Редактор Л. Повхан Техред И. Верес Корректор И.Муска

Заказ 6675/54 Тираж 631 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