Устройство для регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя

Устройство для регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к электротехнике . Цель - повышение надежности пуска путем повышения пускового момента . Для этого в устройство для регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя введены выпрямитель 43, блок 44 определения знака производной изменения сигнала на выходе выпрямителя и ключи 45, 46, один из которых включен в цепь связи обратного координатного преобразователя 23 с входом регулятора 16 скольжения, а второй - в цепь связи выхода регулятора скольжения с входом преобразователя 6 аналог-частота, управляющие входы ключей связаны с выходом блока 44 определения знака производной изменения сигнала на выходе выпрямителя , вход которого связан с выходом блока 3 формирователя задания частоты вращения электродвигателя. В начальный момент пуска ток статора электродвигателя формированно нарастает до тока отсечки, одновременно отключается и добавка по частоте скольжения на увеличение частоты тока статора. Это увеличивает пусковой моент. 2 ил. г л

СООЗ СОВЕТСКИХ

КСПУБЛИН

„„SU„„1646035

А1

yg)g Н 02 Р 7/42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPblTHAM

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4683681/07 (22) 24 .04 .89 (46) 30.04.91. Бюл. Р 16 (71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт релестроения (72) В.Ф.Непелин и А.A,Сушенцов (53) 62.83: 621. 313. 333,(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1534736, кл. Н 02 P 7/42, 1987. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РРГУЛИРОВАНИЯ

ЧАСТОТН ВРАН(ЕНИЯ АСИНХРОННОГО 33ЕКТРОДВИГАТЕЛЯ (57) Изобретение относится к электротехнике. Цель — повышение надежности пуска путем повышения пускового момента. Дня этого в устройство для регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя введены выпрямитель 43, блок 44 определения знака

Изобретение относится к электротехнике, в частности к области частотно-регулируемого электропривода переменного тока с асинхронным электродвигателем, и является усовершенствованием изобретения по авт ° св, Р 1534736.

Цель изобретения — повышение надежности пу "..з и;тем иовьш ения пусковогоо момен та электродви гател я.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя; на фиг. 2 — временные диаграммы, где обозначены напряяе2 производной изменения сигнала на выходе выпрямителя и ключи 45, 46, один из которых включен в цепь связи обратного координатного преобразователя

23 с входом регулятора 16 скольжения, а второй — в цепь связи выхода регулятора скольжения с входом преобразователя 6 аналог-частота, управляющие входы ключей связаны с выходом блока 44 определения знака производной изменения сигнала на выходе выпрямителя, вход которого связан с выходом блока 3 формирователя задания частоты вращения электродвигателя.

В начальный момент пуска ток статора электродвигателя формированно нарастает до тока отсечки, одновременно отключается и добавка по частоте скольжения на увеличение частоты тока статора. Это увеличивает пусковой моент. 2 ил. ния на выходе соответствующих блоков схемы и ток через конденсатор.

Устройство для регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя содержит силовой преобразователь 1 частоты, выкоды которого предназначены для подключения к фазам асинхронного электродвигателя 2, а силовые входы — к питающей сети.

Формирователь 3 задания частоты вращения, задатчик 4 тока намагничивания, блок 5 прямого преобразования координат, выполненный с преобразователем 6 аналог-частота, счетчиком

7 импульсов, двумя формирователями

8, 9 функций синуса и косинуса соотдам фильтра через ключ 31, обратным диодным мостом 32 и блоком 33 управляемых ключей инвертора. В выходных цепях инвертора установлены датчики

34-36 Аазных токов, подключенные вы;ходами к первым входам соответствующих регуляторов 37-39 фазных токов, вторые входы указанных регуляторов соединены с выходами преобразователя 40 числа фаз, входы которого образуют управляющие входы силового преобразователя 1 частоты. Выходы регулятора 37-39 через блок управления 41 связаны с управляющими входами блока 33 управляемых ключей инвертора.

Пропорционально-диАференцирующее звено 20 выполнено на основе операционного усилителя 42 с резистором в цепи обратной связи и резисторами и конденсатором — во входной цепи.

В схему введены выпрямитель 43, вход которого подключен к выходу блока Аормирователя задания частоты вращения электродвигателя, блок 44 определения знака производной изменения сигнала на выходе выпрямителя и два ключа 45, 46, один из которых включен в цепь связи обратного координатного преобразователя 23 с входом регулятора 16 скольжения, а второй в цепь связи выхода регулятора 16 скольжения с входом преобразователя аналог-частота. Управляющие входы ключей 45, 46 связаны с выходом блока

44 определения знака производной изменения сигнала на выходе выпрямителя 43, вход которого связан с выходом блока 3 формирователя задания частоты вращения электродвигателя 2.

Блок 44 определения знака производной изменения сигнала на выходе выпрямителя состоит из усилителя 47, один вход которого подключен к выходу выпрямителя, а второй — к источнику смещения U повторителя на транзисторе 40 и резистора 49, вход которого связан с выходом усилителя 47, а выход через конденсатор 50 с входом нуль-органа 51, который связан также с источником смещения.U<. Общая точка конденсатора 50 и нуль-органа

51 связана через разрядный резистор

52 с общей точкой схемы.

1646035 ветстяенно, цифроаналоговыми преобразователями 10-13 и сумматорами 14, 15, регулятор 16 скольжения с элементом 17 сравнения на входе, под ключениbIM одним из входов к выходу

5 формирователя 3 задания частоты вращения. При этом один иэ управляющих входов блока 5 прямого преобразования координат подключен к выходу 10 задатчика 4 тока намагничивания, а выходы — к управляющим входам силового преобразователя 1 частоты.

Устройство для регулирования частоты вращения асинхронного электро- 1 двигателя, кроме того, имеет датчик

18> Аазных напряжений асинхронного электродвигателя, преобразователь 19 числа Ааэ, пропорционально-дифАеренцирующее звено 20, два сумматора 21, 2? и блок 23 обратного преобразования координат с двумя преобразователями 24, 25 код-аналог, инвертируьмпим усилителем 26 и сумматором 27.

При этом регулятор 16 скольжения выполнен в ниде интегрального звена, выход которого соединен с первыми входами сумматора 21, 22 и входами пропорционально-дифАеренцирующего звена 20, подключенного выходом к другому управляющему входу блока 5 прямого преобразования координат, Г>ыход суммаropa 21 подключен к другому входу элемента 17 сравнения.

Выход формирователя задания частоты вращения подключен к второму входу сумматора 22, соединенного выходом с входом преобразователя 6 аналогчастота. Г>ыходы датчика 18 фазньгх напряжений асинхронного электродвигателя подключены к входам преобразователя числа Ааэ, соединенного выходами с аналоговыми входами преобразователей 24-25 код-аналог. Кодовые входы преобразователей 24, 25 коданалог подключены к выходам соответствующих формирователей 8, 9 Аункций синуса и косинуса. Выход преобразования 25 код-аналог подключен к одному из входов сумматора 27, другой вход которого соединен через инвертирующий усилитель 26 с выходом преобразователя 26 код-аналог. Выход сумматора 27 подключен к второму входу сумматора 21.

Силовой преобразователь частоты выполнен с силовым выпрямителем 28, конденсатором филы ра 29, разрядным резистором 30, подключенным к выхоУстройство для регулирования частоты вращения асинхронного электродви-, гателя работает следующим образом, 46035 е10

15 т к 1 < ере-; него не прохорр<Т то состо, :I!I. IHg.—... — органа 51 определяется н,.пр».ке вием с.>ещенн«. П, которое гере2О всдит >,- .эган > состояише1 ког,",а н его ньходе стрнцагельный сиги" ",—, . При этом ключи 45, 46 включен и;» г- :>я->оп 16 скольже>»ия находится в =oc»oaHI>H поз,включенной обрат25 ной вязью.

Прп иоявле.пп. на вьгсоде формироват.ля 3 сигн ыа, возрастающего> н ..при-МЕР, Пс ЛИНЕйЯОМУ Эа КОНУ, СИГHaп На

ill!; одс вь>прям.>то.я.- 43 ст гпонится отрицательным, возрастая по абсолютной вс . ичине.

При э roM отрицагельное напряжение н;. выходе усилителя 47 начинает снижа гься (по а.. -o>I>oTнo* величине,, нар>;-:.ает снижаться и отрицательно» на35

rIp»x.ение на выходе транзистора 48 пс вторит ля, а конденсатор 50 начиHзеr разря»ls.":ся»eð з резисторы 49, 52. От т>к;-. разряда конденсатора 50

40 на реэисторс 52 возникает падение напряжения, которое прикладывается к управляющему входу нуль-органа 51.

Полярность результирующего сигнала иа егo входе меняется, нуль-ср-.àí переключается, на pro выходе появляется положчтельное напряжение и ключи 45, 46 отключaloTrя, отключая обратную связь со входа регулятора 1б скольжения и связь выхода ре1 улятора

,6 скольже:- ия с в.. одом преобразоватея» андлol -частота 6.

На выходах преобразователей 24, 25 50 имеем соответственно произведения:

csin(g + 9) sin g H -U cos((,> + 8) х

» соя О . С учетом инвертирования в блоке 2б на вь>ходе сумматора 27 получа » ем. -U„,cos(>= О, т,к. g = -- в режиме 55

5 16

В исходном cocTosIHHP cHi нал U . 1 (фиг. 2) на выходе формир< вателя з.:.дания частоты вращения 3 отсутству т„ а на выходе задатчика 4 соответс; н"ет заданию HOMI»HanI Horo ток,, ял> агничивания асинхронного электродвигетсля

Сигнал — на выходе регулятора 16 с гол жения равен нулю, выходная частота преобразователя 6 аналог-часто а та ох равна нулю, счетчик 7 импульсов не переключается, но его состояние соответствует начальному значению числа импульсов.

На выходах формирователей 8, 9 образуются коды синуса и косинуса, соответствующие начальному состсяв ь. счетчика 7 импульсон. I3a выходах цифроаналоговых преобраэонате..-ей

10, 11 сигналы равны нулю, а I!ÿ «ьг дах 12, 13 - сигналы 1 sin>3 I cosh р где g - угол, соответствъющий Ha« ; —,-I;— ному состоянию счетчика I — Tow . I намагничивания, На выходах преобразователь числ,. фаэ имеет трехфазную систему сигна—

2 лов: I sin g I sin(g- — ) ц 1 P (>

2>

I sin ß+ — 1, в соответствии с ко—

Р 3 торыми с помощью регуля-.оров 37-39 в фазах двигателя поддерживаются nocòoяННЫЕ ТОКИ, НЕ СОэдаЮщИЕ ВращаЮШСГО момента.

Постоянные токи фаэ дви1 а епя„ протекая по активным сопротивленпя, вызывают появление на зажимах двигателя напряжений, которые иэмеряк>тся с помощью датчика 18.

На выходах преобразователь 19 числа фаз имеет двухфазную систему напряжения:

U s in (1ф + Q ) и -U c o s ((j + Q ), l где U „- амплитуда фаэного н:-пряжения; (— угол между векторами ЭДГ

F:< и напряжения U,, с нулевой частотой.

Это означает, что выход> ои сигьa7 блока 23 обратного преобразовани»7 . коорли!. >» " В ряс . >1:>"; > я о>>О>> р "ж«» >е Е ОКЯЭЬIRBCT ВЛН.- ви -> ЬР СС«СТО ян> Р гулятора >6 с ольжения.

В ИСУГДIIОМ с OС ОЯНИИ С ХЕ> Ы На Рbr»Оде выпря итеяя 3 ис»сется ну Ic. вой

СИГH>»Л> а Па ВЫХО> Е У И>.И>Е Я -» — Отг.»нательное н,.-:ря«с "ие (U„>), ве шчипа ко1-орого on!>å7 >Iícòcÿ исто ником смс",> . п»я;1 „, Такое «;,е от",>ицатепьное напряжение Г,>, и»еем н на выходе пою нторителя (на эмит.> ере транзистора 48) до величины кстoporo и заряжен кон,г,eHCaTOP 50. цосг ольку R аско..тном cooòñ янни с} емы после заряда кс. дснсатора 50

При этом аналоговый сигнал на выходе »нтег ратора 16 под деиствием задающе"о лгнал,7 с. выхода блока 3

i+opcHpoaaHI о Hapac:ает. Нарастает

7о максимального значения и сигнал задания ;..мплпгуды активной составляющей На выходе зь .на 20.

1646035

Одновременно на выходе преобразо- 1 ,вателя 6 аналог-частота появляется непрерывная последовательность импульсов, частота которых определяется, поскольку ключ 46 отключен, только уровнем входного сигнала с формирователя 3. На выходе цифроаналоговых преобразователей 10, 11 появляются гармонические сигналы I< singlet>

I cos(Qt амплитуда которых nponopQg

У циональна заданному максимальному значению активной составляющей тока статора Ig, а на выходах преобразователей 12, 13 — гармонические сигналы

I sin 63t, I.. cos(0t, пропорциональР И ные задающему значению реактивной составляющей тока статора Хр . На выходах сумматоров 14, 15 появляются сигналы I sin((Ot + g) и I cos(gt +

1ю г

+ ), где 1„„= Х + I 1З

Ia

= атсСр— 1ц нала на выходах сумматоров 14, 15 > (— сдвиг фазы сигнала на выходе сумматоров по отношению к фазе синусоидального сигнала на входах. При этом на выходах преобразователь числа фаз 40 имеет трехфазную систему сигналов задания: (здесь I — амплитуда сиг25

ЗР

3А (зь

3Д nl 2

Ц

ЗЬ щ у(Qt +Ч-,3 ) ° I = I sinx

35 Ч вЂ” 3 ° в соответствии с которыми в фазах двигателя формируются токи и появляется вращающий момент, а двигатель 40 начинает разгоняться.

По мере разгона электродвигателя отрицательное напряжение на выходе выпрямителя 43 возрастает, а на выходе усилителя 47 и эмиттера тран- 45 зистора 43 повторителя уменьшается.

При этом конденсатор 50 продолжает разряжаться, создавая на входе нульоргана 51 положительное напряжение, которым поддерживается на его выходе также положительный сигнал и ключи

45, 46 остаются отключенными. После достижения сигналом с выхода выпрямителя 43 величины, равной сигналу от источника смещения И на выходе усилителя 47 напряжение становится

55 равным нулю. Равным нулю будет и потенциал эмиттера транзистора 48 повто- рителя. При этом конденсатор окажется разряженным (предполагается, что резисторы 49, 52 достаточно малы и напряжение на конденсаторе следит за напряжением на выходе повторителя), нуль-орган 51 напряжением смещения от источника минус U< переключается, на его выходе появляется отрицатель- . ное напряжение и ключи 45 и 46 включаются, восстанавливая нормальный режим работы системы автоматического регулирования устройства.

Таким образом, процесс разгона электродвигателя, начиная с момента трогания и до момента выравнивания сигналов с выхода выпрямителя 43 и с источником 41 смещения, осуществляется с отключенными ключами 45, 46 и максимальным током фаз статора двигателя, а значит, и максимальным возможным моментом.

Гледует заметить, что действительный момент на валу электропвигателя определяется суммой статического и динамического моментов. Причем последний зависит от темпа, задаваемого формирователем 3, и маховых масс электропривода. Если сумма статического и динамического моментов меньше максимально возможного, то происходит автоматическое перераспределение составляющих токов фаз двигателя— уменьшается активная составляющая и увеличивается реактивная составляющая при неизменном его результирующем значении.

Величина частоты вращения, до которой электродвигатель разгоняется с максимально-заданным током статора, определяется напряжением смещения U< .

Обычно параметры .блока 44 выбираются таким образом, чтобы включение ключей 45, 46 происходило на скоростях

0,1-0,2 номинальной, когда влияние активного сопротивления на работу канала обратной связи становится незначительным.

Как описано выше, ключ 46, введенный в цепь связи выхода регулятора 16 скольжения с входом преобразователя

6 аналог-частота, во время разгона электродвигателя с предельным током статора отключен, Поэтому дополнительная составляющая частота тока статора, пропорциональная сигналу U g на выходе регулятора скольжения в этом режиме, отсутствует и двигатель разгоняется до меньшей частоты вращения, задаваемой лишь сигналом с блока 3 (при вклю1646035 ченном ключе 46 к сигналу с выхода блока 3 добавился бы еще сигнал с выхода блока 16 и соответственно возросла бы и частота вращения двигателя

5 к моменту включения ключей 45, 46).

Это позволяет уменьшить величину перерегулирования по окончанию разгона.

При работе двигателя на установившейся скорости токи намагничивания и напряжения в фазах А.R.Ñ изменяются следующим образом:

I „= I ° sinQt; I > = I sin x

Х((,)» — — ) I = I sin(43» + — )

2IL 2)

3 4С pm 3

UA = -U cos(Qt + g);

Я

2 II

-U cos(Qt — — + I>>) (1)

2Р

Ц = -U соя(Я» + — + (?) ° с 3

Па выходах преобразователя 19 при этом имеем сигналы: -U соя (Я» + 1)

m т

° sin(g t — Q) а на выходах преобразователей 24, 25 - соответственно произведения: U® sin(gt +4)) sing» и Ц„;сов(Я» + (1)) сов Я». На выходе сумматора 27 имеем сигнал (-U сов@ (при изменении направления вращения знак сигнала меняется).

Это означает, что сигнал на выходе блока обратного преобразователя координат 28 зависит только от амплитуды напряжения фаз двигателя и угла (7 и при неизменной частоте токов статора также является неизменным.

При работе двигателя на установив- 40 шейся заданной скорости сигнал с формирователя 3 задания частоты вращения равен сигналу обратной связи с выхода блока обратного преобразования 23 и при холостом ходе двигате- 4 ля сигнал на выходе регулятора 16 скольжения мал.

При набросе нагрузки ток и напряжение в первый момент сохраняются постоянными, не меняется и сигнал обратной связи с выхода блока 23.

В этом случае скорость двигателя начинает снижаться и в токе фаэ двигателя появляется активная составляющая, создавая вращающий момент. одновременно, поскольку заданное значение тока не изменилось, уменьшает-. ся реактивная составляющая, т.е. ) уменьшается ток намагничивания, а значит, уменьшается и ЭДС фаз двигателя, уменьшая сигнал обратной связи с выхода блока 23. Сигнал обратной связи уменьшается несколько в большей степени, чем снижается

ЭДС, т.к. одновременно с перераспределением активной и реактивной составляющих тока статора двигателя происходит поворот в пространстве вектора ЭДС Р, что дополнительно снижает ее проекцию на ось, перпендикулярную прежнему вектору тока намагничивания, который теперь совпадает с полным током статора.

При уменьшении сигнала обратной связи нарушается баланс между ней и задающим сигналом с формирователя

3 и на выходе регулятора скольжения

16 появляется напряжение, являющееся зад.-.. ием на увеличение активной составляющей тока статора и последняя возрастает, увеличивая момент двигателя. Для уменьшения просадки ско.рости одновременно с увеличением активной составляющей тока статора увеличивается и его частота вследствие поступления сигнала с выхода регулятора 16 на вход преобразователя 6 аналог-частота через сумматор 22.

Имеющее место при этом увеличение сигнала обратной связи вследствие роста напряжения на двигателе компенсируется введением отрицательного сигнала с выхода интегрального регулятора 16 скольжения на вход сумматора 21, который также компенсирует и увеличение напряжения эа счет возрастания падения напряжения на активных сопротивлениях фаэ статора при росте активной составляющей тока нагрузки.

Следует заметить, что вектор активной составляющей тока статора, модуль которого пропорционален сигналу на выходе регулятора 16 скольжения, практически совпадает по направлению с вектором ЭДС (отличается на

4-5 ) и принимается. перпендикулярным вектору тока намагничивания. Поэтому сигнал на выходе регулятора 16 может быть использован для частичной компенсации части проекции результирующего вектора напряжения на ось, перпендикулярную току намагничивания, пропорциональной увеличению падения напряжения в активном сопротивлении статора от приращения тбка. !

1646035

При торможении электропривода сигнал на выходе блока 3 формирователя задания частоты вращения плавно уменьшается, на выходе выпрямителя 43 отрицательный сигнал также уменьшается, уменьшается и положительный сигнал на выходе усилителя 47.

f1o пока ои не станет равным нулю, транзистор 48 повторителя закрыт и напряжение на конденсаторе 50 не меняется.

После уменьшения сигнала с выхода выпрямителя 43 ниже значения сигнала от источника смещения 0 полярность напряжения на выходе усилителя 47 меняется (становится отрицательной), транзистор 48 открывается и íà его эмиттере появляется возрастающее отрицательное напряжение. Конденсатор

50 начинает заряжаться через резистор

52 и ток его заряда создает на резисторе 52 падение напряжения ° которое увеличивает отрицательный потенциал на входу нуль-органа 51, так как сов- 25 падает по знаку с напряжением смещения. Поэтому состояние нуль-органа не меняется и соответствует установившемуся режиму, когда на его выходе отрицательное напряжение, включающее ключи 45, 46. Поэтому торможение электропривода происходит при нормальной работе системы автоматического регулирования с включенными ключами

45 46 что исключает дополнительные

Ф Ф

35 возмущения в конце участка торможения на нулевой скорости электропривода.

Таким образом, в устройстве для регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя сигнал обратной связи в начальный момент пуска электродвигателя отключается и ток статора электродвигателя формированно нарастает до тока отсечки, Од-новременно отключается и добавка по частоте скольжения на увеличение частоты тока статора. Это позволяет увеличить пусковой момент электропривода по сравнению с известным решением и уменьшить перерегулирование частоты вращения.

Формула изобретения

Устройство для регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя по авт.св. Ф 1534736, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности пуска путем повыпения пускового момента электродвигателя, введен выпрямитель, два ключ и блок определения знака производной изменения сигнала, при этом первый ключ включен между выходом первого сумматора и входом элемента сравнения, второй ключ включен между выходом регулятора скольжения и вторым входом второго сумматора, управлянш1не входы ключей соединены с выходом блока определения знака производной изменения сигнала, входом подключенного к выходу выпрямителя, вход которого соединен с выходом блока формирования задания частоты вращения электродвигателя.

1646035

Составитель В. Тарасов

Техред Л.Олийнык Корректор И. Самборская

Редактор F.. Зубиетова

Заказ 1554 Тираж 355 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101