Частотно-регулируемый электропривод
Патент 1607070
Авторы
Классы МПК
Частотно-регулируемый электропривод
Иллюстрации
Реферат
Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является повышение качества процесса регулирования путем снижения пульсаций тока и момента. С этой целью в частотно-регулируемом электроприводе выходы датчиков 5, 6 напряжения и тока связаны с входами блока 46 выделения ЭДС. Выход датчика 6 тока подключен к входу датчика 45 амплитуды тока. Выходы блока 46 и датчика 45 соединены соответственно с вычитающими входами сумматоров 31 и 28 соответственно. Входы интегратора подключены к выходам сумматоров 31 и 27, а его выход - к вычитающим входам сумматоров 29, 30, 32, 33, к первому входу схемы 34 сравнения и информационному входу ключа 21. В результате обеспечивается астатическое регулирование величины ЭДС асинхронного двигателя 1 по требуемому закону. 3 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (51)5 Н 02 P 7 42
ЛШ3
Е)(11 (ЯВИ
ИО ЕНА
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР (21) 4629081/24-07 (22) 30.12.88 (46) 15.11.90. Бюл. № 42 (7! ) Отдел энергетической кибернетики
АН МССР (72) Ю A. Дмитренко, В. И. Олещук и Ф. Ф. Чуру (53) 62-83:621.313.333.072,9 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1265962, кл. Н 02 P 7/42, 1986.
Авторское свидетельство СССР № 1288887, кл. Н 02 P 7/42, 1987.
Авторское свидетельство СССР № 1492434, кл. Н 02 М 7/48, 1988. (54) ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫ! 1 ЭЛЕКТРОЛ РИВОД (57) Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является повыше„„Я0„„1607070 А 1 ние качества процесса регулирования путем снижения пульсаций тока и момента. С этой целью в частотно-регулируемом электропрнводе выходы датчиков 5, б напряжения и тока связаны с входами блока 46 выделения ЭДС. Выход датчика 6 тока подключен к входу датчнка 45 амплитуды тока.
Выходы блока 46 и датчика 45 соединены соответственно с вычитающими входами сумматоров 31 и 28 соответственно. Входы интегратора подключены к выходам сумматоров 31 и 27, а его выход — к вычитающнм входам сумматоров 29, 30, 32, 33, к первому входу схемы 34 сравнения и ннформацнонному входу ключа 2!. В результате обеспечивается астатическое регулирование величины ЭДС асинхронного двигателя по требуемому закону, 3 ил.
1607070
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при проектировании систем асинхронного электропривода переменного тока.
Целью изобретения является повышение качества процесса регулирования путем снижения пульсаций тока и момента.
На фиг. 1 изображена структурная схе,:ма частотно-регулируемого электропривода; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие алгоритм формирования выходного сигнала преобразователя частоты; на фиг. 3 — принцип изменения выходного сигнала преобразователя под действием на: грузки.
Частотно-регулируемый электропривод со, :держит асинхронный двигатель 1, преоб:; разователь частоты, составленный из после; довательно соединенных неуправляемого выпрямителя 2, сглаживающего фильтра 3 и инвертора 4 напряжения, выход которого соединен с разными выводами асинхронного, двигателя. В выходную цепь инвертора напряжения включены датчики 5, 6 напряжения и тока. Управляющий вход инвертора напряжения подключен к выходу логического блока 7 распределения импульсов. Электропривод содержит также последовательно соединенные блок 8 задания сигнала управления, генератор 9 тактовых импульсов, генератор 10 линейно изменяющегося напряжения и датчик 11 амплитуды линейно изменяющегося напряжения. Выход генератора 9 тактовых импульсов соединен с входом трехразрядного регистра 12, выходы которого подключены к тактовому входу логического блока 7 распределения импульсов.
Электропривод содержит также шесть формирователей фронтов выходных импульсов, выполненных в виде двухвходовых компараторов 13 — 18, выход каждого из которых соединен с одним из входов шестивходовой схемы ИЛИ 19, выходом подключенной к входу счетного триггера 20. Выход триггера 20 соединен с информационным входом логического блока 7 распределения импульсов. Первые входы компараторов 3 — 18 объединены и подключены к выходу генератора 10 линейно изменяющегося напряжения.
Электропривод снабжен шестью управляемыми ключами 21 — 26. Вторые входы первого, третьего, пятого и шестого компараторов 13, 15, 17, 18 соединены с плюсовыми входами шестивходового сумматора 27 и выходами первого, третьего, пятого и шестого управляемых ключей 21, 23, 25, 26 соответственно. Минусовые входы сумматора 27 соединены с вторыми входами второго и четвертого компараторов 14, 16 и подключены к выходам второго и четвертого управляемых нл оч . и ?2, 24 соответственно.
Элс" ":. ., . о.! нключнс 1 рI, jB õвходовы,;:: р» 28 — -30 !.,р,; трехвходовых сумматора 31 — 33, первую группу двухвходовых схем 34 — 36 сравнения, каждая из которых выполнена с прямым и инверсным выходами, и вторую группу двухвходовых схем 37, 38 сравнения, две двухвходовые схемы И 39, 40 и трехвходовую схему ИЛИ 41. Первый вход схемы ИЛИ подключен к инверсному выходу первой схемы 34 сравнения, первой группы, второй и третий входы — к выходам схем И 39, 40.
Первый вход первой схемы И 39 объединен с управляющим входом второго управляемого ключа 22 и подключен к выходу первой схемы 37 сравнения второй группы, а первый вход второй схемы И 40 объединен с уп15 равляющим входом четвертого управляемого ключа 24 и подключен к выходу второй схемы 38 сравнения второй группы. Управляющие входы первого, третьего и пятого ключей 21, 23, 25 подключены к прямым выходам схем 34 — 36 сравнения второй группы, 20 а управляющий вход шестого ключа 26— к выходу схемы ИЛИ 41. Информационный вход ключа 22 соединен с выходом второго двухвходового сумматора 29, информационный вход ключа 23 — с выходом третьего
25 сумматора 30. Информационные входы ключей 24, 25 — с выходами соответственно второго и третьего трехвходовых сумматоров 32, 33. Первые входы схем 35, 36 сравнения первой группы связаны с выходами третьих двухвходового сумматора 30 и трехЗ0 входового сумматора 33. Суммирующий вход первого сумматора 28 соединен с выходом источника 42 опорного напряжения, а первый суммирующий вход сумматора 31 подключен к выходу источника 43 опорного напряжения.
В частотно-регулируемый электропривод введены двухвходовый интегратор 44, датчик
45 амплитуды тока и двухвходовый блок 46 выделения ЭДС. Входы блока 46 подключены к выходам датчиков 5, 6, а вход датчика 45 — к выходу датчика 6 тока. Плюсовой и минусовой входы интегратора 44 подключены к выходам трехвходового сумматора 31 и шестивходового сумматора 27, а выход — к первому входу схемы 34 сравнения, информационному входу ключа 21
45 и минусовым входам сумматоров 29, 30, 32, 33, Первый вход схемы 37 сравнения соединен с выходом сумматора 29, первый вход схемы 38 сравнения — с выходом сумматора 32. Вторые входы схем 35 — 38 сравнения и информационный вход ключа 21 подключены к выходу датчика 11 амплитуды линейно изменяющегося напряжения.
Плюсовые входы сумматоров 33 — 36 подключены к выходу сумматора 32. Второй плюсовой вход сумматора 31 соединен с выходом блока 8 задания сигнала управления, а минусовой вход сумматора 31 — с выходом блока 46 выделения ЭДС, а выход датчика 45 амплитуды тока подключен к минусовому входу сумматора 28.
1607070
Электропривод работает следующим образом.
Аналоговый сигнал задания, пропорциональный выходной частоте преобразователя частоты, с выхода блока 8 задания сигнала управления поступает на вход генератора 9 тактовых импульсов, задавая частоту следования выходных импульсов генератора, которая на всем диапазоне регулирования в
12 раз выше частоты выходного сигнала преобразователя. Сигналы генератора 9 синхронизируют работу генератора !О линейно изменяющегося напряжения, выходное напряжение U o (фиг. 2) которого имеет постоянную в обе стороны крутизну, изменяющуюся обратно пропорционально частоте следования импульсов генератора 10 амплнтуду, которая выделяется датчиком 11 амплитуды. Частота сигнала Uio при этом в шесть раз превышает выходную частоту преобразователя. В компараторах 13 — 18 осуществляется сопоставление направления развертки U o с результирующими сигналами
U e, Uao, 11зь 11зз сумматоров 29 — 33 н выходного сигнала U44 интегратора 44. В моменты равенства текущего значения сигнала Uio с напряжениями указанных блоков на выходах компараторов 13 — 18 формируются короткие однополярные импульсы, которые через элемент ИЛИ 19 поступают на вход счетного триггера 20 и вызывают его периодическое срабатывание. Сигнал триггера 20 поступает на информационный вход логического блока 7 распределения управляющих импульсов, на три тактовых входа которого приходят сигналы с соответствующих выходов трехразрядного регистра 12. Схемы 35 — 38 сравнения обеспечивают с учетом минимально допустимых межкомиутационных интервалов в процессе увеличения вь|ходной частоты последовательное размыкание ключей 21 — 26 при уменьшении амплитуды развертывающего сигнала Uio ниже напряжений 11зв, 11зз н U4<, формируемых на выходах соответствующих блоков. Количество импульсов в полуволне выходного напряжения преобразователя при этом последовательно уменьшается с ростом выходной част зты, причем переход от одной формы напряжения к другой благодаря работе логической части, включающей элемент ИЛИ 41 и элементы И 39, 40 и клю- 26, осуществляется на всем диапазоне регулирования безударным путем за счет плавного изменения продолжительностей нмпульсов и пауз между импульсами в середннах тактовых интервалов шестидесятиградусных продолжительностей.
Рассмотрнм подробнее процесс регулирования велнчины выходного напряжения пресбразователя. Приведенные друг к другу и к величине напряжения источника 43 значения сигнала задания с выхода блока 8 и сигнала блока 46 выделения ЭДС двигателя поступают соответственно на плюсовой и ми15
ЗО
55 нусовой входы сумматора 31, в котором осуществляется их взаимная компенсация.
Указанный разностный сигнал суммируется с напряжением U источника 43 опорного напряжения, выбор амплитуды которого при реализации закона управления с постоянством потокосцепления статора производится в соответствии с соотношением
U1o
U = — — -, где L o — максимальная
iV амплитуда линейно изменяющегося напряжения генератора 10, наблюдаемая на начальной выходной частоте, N — кратность диапазона связанного регулирования частоты и величины напряжения системы электропривода. Управляющее напряжение с выхода сумматора 31 приходит на вход интегратора 44, где сопоставляется с выходным сигналом шестивходового сумматора 27, результирующее напряжение которого пропорционально абсолютной величине суммарной на полупериоде продолжительности формируемых импульсов управления и с оответственно выходных импульсов преобразователя частоты. Изменением величины выходного сигнала интегратора 44, задающего продолжительность каждого из импульсов выходной кривой Ь:, осуществляется автоматическое с изменением частоты регулирования величины выходного напряжения по экономичному закону, обеспечивающему пропорциональное росту. частоты, увеличение внутренней ЭДС двигателя. Статическая ошибка внутреннего контура регулирования системы при этом равна нулю.
В сумматоре 28 осуществляется сопоставление опорного сигнала источника 42 с выходным напряжением датчика 45, пропорциональным величины амплитуды I тока нагрузки 1„(фиг. 2. 3). Величина сигнала сумматора 28 определяет продолжительность временных интервалов между выходными импульсами и соответственно их количество в полуволне вь|ходной кривой. Выбор величины опорного напряжения источника 42, а также коэффициента передачи датчика 45 осуществляется таким образом, чтобы обеспечить на пониженных выходных частотах в режимах малых токов нагрузки незначительную величину сигнала U<; и максимальную продолжительность интервалов между выходными импульсами преобразователя, а с ростом частоты и тока нагрузки 1„осуществить последовательное уменьшение указанных продолжительностей, чтобы в режимах, близких к номинальному, застабилизировать амплитуду I„, пульсаций тока нагрузки на определенном уровне.
На фиг. 3 а сплошной линией нзображена кривая тока нагрузки i соответствующего на определенной частоте определенной нагрузке на валу двигате.ля. Амплитуда указанного тока равна I:. При увеличении нагрузки на валу электродвигателя
1 60? 070 растет потребляемый дви" àòåëåì ток, нри этом, как показано пунктиром на фиг. 3 о: отсутствие сигнала обратной связи с детинка 45 амплитуды тока привело бы к соотве}гствующему увеличению амплитуды тока нагрузки 1, обозпачеHHGN) KBK 1, H к уве !и !ению амплитуды п;льсаций тока и мом ;.-}т двигателя. Наличие сигнал-;, с датчика 40, пропорционального амплитуде тока нагрузки и вычитающегося в сумматоре 28 из напряжения Ь»>, способствует уменьшению сип<ала U12, что соответствует, как показано на фиг. 3 б, снижению амплитуд сигналов U q и U.I», уменьшению продолжительностей нн тервалов между выходными импульсами с)»», уменьшению продолжительностей самих выходных импульсов и увеличению Нх Kоли«сСтна В ПОЛУВОЛНЕ ВЫХОДНОЙ КРИВОЙ, ИТО В КО !!ЕЧ:;ОМ СЧЕТЕ .}Р;IHOДИТ 1; С(:И>-: ::НЮ B,.(iif,"; ды пульсаций тока нагр? зк(;, a,>!.:!I Tулы тока 1„, ?
С ИСТ< >»Ы И с! ТЕ" PBTGPB В>,>ХИ ХОДОБО>ГО O. !Окa выделения внутренней ЭДС двигателя и датчика ам!«литуды тока нагрузки., выполняемоI0 В виде электронного IiHK-дстек-:ора., поз воляет повысить качество процесса регулирования как 33 счет перехода от стати ческогo к астати (ескому режиму рег;:!(!ро}»а ния, так и a счет снижения амплнтудь} пульсаций тока и момент" ac>п!xропного электродвигателя прa»зме}ген.".ях .-:агрузки на валу двигателя.
ФО>(ьм} J. .É ?,730(>РВ 7 нп.>?
Г ">
Частотно-регулируемый электронр5 }3 1,, содержащий асинхронный,latti.атель, и;. >Об
РЗЗОВЗТЕЛЬ ЧBCTOThI> CCC.ГавлeI:tlhIÉ HB ii<: довательно соединенных не-",:правлнем(го Вы нрямителя, сглаживаю!Негo фильтра и чп вертора напряжения, вь;ход 1<01 Зрого г<:, HCH C фаЗНЫМИ ВЫВОД3 1}1 асн! IXPOHtiot
>I! ХО}?НУ}0 ЦЕПЬ И}! НЕ(i ТОРН
?»OK pa(.:(р: .} -л("I О
П,,}ЬСОВ, ВЫХОДОМ СОЕДИ(}ЕН(II I. 1 С I Рав. 5!1(>— щим входом ч taepiopa напряженHH, пcca-ДОВ3ТЕХ;>НО СОЕДИНЕННЫС ОЛОK За;(, IHH5i !»}
НВЛП украВ)(ЕНИя., ГЕНЕратОр таКТОВЬ Х ИМО
СОВ, Ге le!3BTop л !1неЙно из. .! еняк> ц}ei 0(. i пряже}}и51 и датчl}к Bмпли Iу, Jд. л л I> еЙК.". !i меня«ощсгося напря;кения, трехразр«! },!>}ь;5}
P<>ГИС1Р, ВХОД KGTOPOi 0 ПС,!,(,,!.:О <ЕН;< ГЬ«ходу гс !вратopa тактовых !мп;,!!>Соь. 3 ".::—
XG>l К 13KТОВОМУ ВХОДУ 1<. ГНЧ Сi< t . > }<:.,,, .:
Р 3 с }! P (J ел с i }и Я и ((H У 71 1> сон, !1!.- . с (ь (! (j3 > и 1 > В -} тСЛЕЙ фРОНтОВ ВЫХОДНЫХ И}ч>}У?}Ь< О:-„Ка!;: 311:
ИЗ КО fOP>BIX ВЫПОЛНЕН В BH !(ДВУХ ВХ . OR
ГО КОМП;-«PB (GPB, ПЕРВЫЕ .ХОД >! !<,>",>ПНР».: .(Оров Об.ьеди::(ены н !}Од«<:.;;?>«е!}«>> к <.:;(;0; .
I е!! е р а Г О р 3 . и и е Й н 0 1 3 м е н 5} 10! ц < . Г 0 с я н а и О "
- CH ИЯ, а ВЫХОД Kaa< (О! (?;<О И}.3Р - } ОРВ СОГ ,О}: < Одни;;1 !;,,; xojloa i!I(ст5«Р: здО ".
Ло«-И >» СКОГО Э }<>}!Е!! B I 7! "1, ВЫХОДОМ ССЕДИ
;}енного с Входс} счет«>ог(триггера, выходо(3 подключенного K информационному
Входу логического блок- распределения им> пульсов, шесть управляемых ключеи, три
7iH>7XBХОДОВЫХ СУМ >IBTGPB, ТРН ТРЕХВХОДОВЫХ НМ!Иатооа И }1!< СТИБХОДОВЫЙ C<?ММ ВТОР. ПЛЮ>
Соаь;- ВХО,ДЫ ÎòÎÐÎ-О СОЕДИНЕНЫ ССОтВЕтственно с Вторыми входами первсго, третьего, пятого и шестого компараторов, а мину>}! совые входы — с вторыми входами второго и четвертого компараторов, второй вход каждого из компараторов подключен к выходу одноименного управляемого ключа, первая группа двухвходовых схем сравнения, в которой каждая схема сравнения выпол}>e!«с прямым и инверсным выходами, и втор351 группа днухвходовых схем сравнения, <з -(>?..п ;(i!(Вь}.; ?>е»!и 1! и IH;õ xoäoaàÿ схе.:.5! 1::„!}И, первый Rхо,—. К(>торой соединен
С, >Н«вt>elil-;« I ВЬ>:(ОДОМ IlePBGH СХЕМЫ СРЗВНЕI пия исрпо"- группы„ Второй 5} третин входы упо<..янутой схемь} 1!(1И, соединены соответств;; нlio с выходамai схем 1Л> первый вход первой схемы 13 объединен с управляющим
ВХОДОМ HTG!ioi 0 УПРВВЛЯЕМОГО КЛЮЧ3 И ПОДкл!О I(. н к (>ыхо.(v (!е}1>вой с>, емы сраВнения
Второй гругшы, первый вход второй схемы И обь: д,;}<е«! с уп aa?!ÿþlaèì Входом четвертого ((лю-.:а и .OäK,(f>o÷åí }(выходу второи
:ем;1 с(>авнення вто>В>ой группы> управляю11«ИЕ ВХО?! :! ПЕРВОГО, ТОЕТЬ Го H ПЯТОГО УП.
:J3 H:}НЕ!»}ЫХ К)!10»!ЕЙ ПОДКЛЮ Н Ы С Эо > BCT
IJ ственно к }}:.5((;!ь}м} выходам схем сравнения
i,e1> !ОЙ i P", ti! IHI> 3 У !!Pa B IH«ol«lH!» 3xoji, Il!ecTGI 0
УПР3ВЛЯЕМО! О }(ЛIОЧ3 СОЕДИНСН С ВЫХОДОМ
} пехв:;О <овей схемы }1Г1И, инфоо(ма!(Ионные ьходь, Btopoco. третьего, четвертого и пята
I Î УПРаВЛЯЕМЫХ КЛЮЧЕЙ СВЯЗННЫ С GO ВЕТ< . ВВHНС с В»!xодами (}Вороно,; тре>гьеi C дв - . Входогых i! е! Gt)oi (;., !.и>: —:т<>< го т >е?;ВхоÄ!Овы.; сум .5(Оров, пер -ь(й> вхо i второи схе мы сравне }ия пеогой гр. н:- сос }инеи с вы
>;07<,3::, !! c 10 дву>: ьхотов<3} и су:::;атopa (Е f>в} > И Вл (jeP !ОЙ . (>;!jit: с Вы?<ОНО.< тt>е(ь:ГО трехвхО
ЗХСДЕ. i D!}Ы <,>}В,,: (В::(>ДОНЬ ?:. "> > П ХB::03030Ã>CJ
> (У(«МBТО; ОВ ((ЗДКЛ!GЧЕНЫ СООТ" .(.СГЕЕН-10 !
ых(> ;ам >:i,> !;!Иков Опор?IОГс I!a(I,?я?кения, -.Т>(7!Ип>1)и.,?й., .><, Te>>>. ::то с це.:!}J}c ?1(}вь;!«,ен я ка iec Ва }H. Gf!<-.>:< 3,<)} ули p: с.- ня и"., I «I<» cH l
НИЯ ПУ }7,! 3}(>>, ; Tot;,а,н,t(1!>>> 1 } 3 e Ie- }! (,:- ó.. ..t» )7<. . .ь}Й:: . т-: pàTGG, .i aò÷è . а.ипльтуды
ГOKB > В.-.o i ) Vi ".:; —.;: ": >!ЕI! Hf:}!f BI jXG>(0!" ДВТЧИ>т r ,(, ;< а ТОК3, !lt; УХ и; ОДОВЫЙ;, iic:-. i ЫДЕ.1ЕНИЯ,>«> < - . ; 0 it>t }.<01 .)«7< . I C H(>,* >. >.:. i }! i ВЫХОД->-":! Д
IИКЗН !- 3.}, .:>ЖЕН., Я 51 ; «3, 3 БI>}ХОД - . M5}. ", Cj!«0 7 .; (!;i 11 -,J j!Oi > > Т ЗЕХ В. ::ОДОБОГО С >?j<,1607070
Составитель В. Тарасов
Реда ктор О. С песи вых Техред А. Кравчук Корректор Э. Лончакова
Заказ 3555 Тираж 455 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4, 5
Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, !О! входовых сумматоров, минусовые входы указанных двухвходовых и трехвходовых сумматоров подключены к выходу интегратора, плюсовой и минусовой входы которого подключены к выходам первого трехвходо- 5 вого и шестивходового сумматоров, первый вход первой схемы сравнения первой группы объединен с информационным входом первого управляемого ключа и подключен к выходу интегратора, первые входы первой и второй схем сравнения второй группы подключены соответственно к выходам вторых двухвходового и трехвходового сумматоров, вторые входы второй и третьей схем сравнения первой группы, вторые входы схем сравнения второй группы и информационный вход шестого управляемого ключа объединены и подключены к выходу датчика амплитуды линейно-изменяюгцегося напряжения.