RU1791952C - Устройство дл управлени асинхронным электродвигателем - Google Patents

Abstract

Использование: регулирование частоты вращени  асинхронных электродвигателей нереверсивных электроприводов переменного тока различных бытовых и промышленных приборов, систем. Сущность изобретени : устройство содержит первый элемент сравнейеи  1, выход которого соединен с входом разностного усилител . Выход разностного усилител  2 соединен с входами формировател  3 частоты скольжени , нуль-органа 4.и первым входом второго элемента сравнени  5. Выход формировател  частоты скольжени  соединен с первым входом первого сумматора 6, второй вход которого соединен с выходом второго масштабирующего усилител  7. Выход первого сумматора 6 св зан через формирователь 8 зоны нечувствительности и усилитель-ограничитель 9 с первым входом второго сумматора 10, второй вход которого соединен с выходом задатчика 11 начальной частоты. Выход нуль-органа 4 через первый масштабирующий усилитель 12 св зан с первым входом третьего сумматора 13, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора 10. Выход второго элемента сравнени  5 св зан через иэодромное звено 14, однополупериодный выпр митель 15с входом усилител  16, выходом соединенного с вторым, входом элемейта сравнени  5. Вы1-. ход изодромного звена 14 соединен с сигнальным входом усилйтёл   17 с .регулируемым уровнем ограничёни .управ- л ющий вход которого соединен с выходом третьего сумматора 13, а выход - с амплитудным входом силового преобразующего блока 18, частотный вход которого подключен к выходу второго сумма тора 10. Выходной вал электродвигател  19 механически соединён с датчиком частоты в р ащёнй  20, выходом соединенным с другим входом элемента сравнени 1. 1 ил. ел С xj Ю Ч СЛ го

Description

Изобретение относитс  к области автоматического управлени , в частности к устройствам управлени  частотой вращени  асинхронных электродвигателей, используемых в нереверсивных электроприводах переменного тока различных бытовых и промышленных приборов и систем.

Известно устройство дл  управлени  асинхронным электродвигателем, реализующее частотное управление, при котором в качестве управл ющих факторов прин ты частота и напр жение на статоре..-Устройство содержит элемент сравнени  заданного сигнала с сигналом действительной частоты вращени  электродвигател , измер емого датчиком частоты вращени , функциональный преобразователь, обеспечивающий требуемый закон изменени  напр жени  в

функции частоты, преобразователь частоты, включающий рВгул  горы частоты и напр жени , причем вход регул тора частоты обь- единен со входом функционального

преобразовател  и подключен к выходу эле- мента сравнени , а регул тор напр жени  охвачен отрицательной обратной св зью по напр жению и подключен к выходу функционального преобразовател , выходы преобразовател  частоты подключены к асинхронй о му электродвЬгателю.

Системы, построенные по рассматриваемой структуре, поэгйол |Јт выполнить требование ( необходимей жесткости механическиххарз ктеристик лишь в ограни- ченном диапазоне частотного регулировани , завис щем от характера нагрузки (диапазон регулировани  менее 10:1 вниз от номинальной частоты), что  вл етс  неприемлемым в современных и перспектив- ных системах,. ,. . .

.Наиболее близким к изобретению  вл етс  устройство дл  управлени  асинхрон- ны.м электродвигателем, содержащее силовой преобразующий блок с амплитуд- ным и частотным входами, выходы которого предназначены дл  подключени  к фазным обмоткам статора асинхронного электродвигател , датчик частоты вращени  ротора асинхронного двигател , выход которого св зан через последовательно соединенные элемент сравнени , разностный усилитель, формирователь частоты скольжени , сумматора и блок определени  модул  - с частотным входом силового преобразу- ющего блока, а также последовательно соединенные другой блок определени  модул , вход которого подключен к выходу разност- ногоусилител , и усилитель с регулируемым уровнем ограничени , управл ющий вход которого соединен с выходом блока определени  мЬдул  частотного канала регулировани , а выход - с амплитудным входом силового преобразующего блока, причем другой вход сумматора соединен с выходом датчика частоты вращени  ротора двигател . В нереверсивных электроприводах, работающих по положительному входному сигналу, блоки определени  модул  не ис- . пользуютс .

. В рассматриваемом устройстве по срав.нению с предыдущим возможно расширение диапазона регулировани  скорости в 1,5-2 раза .за счет использовани  контуров стабилизации потока, скорости и абсолют- ного скольжени ,

К недостаткам устройства относ тс  недостаточный диапазон регулировани  скорости (не более 20:1) даже при посто нном моменте сопротивлени  нагрузки вследствие низ кой жесткости механической характеристики на малых скорост х движени ; значительна  величина зоны нечувствительности по входному сигналу, обусловленна  вли нием момента сопротивлени  нагрузки и пропорциональной зависимостью между величиной момента сопротивлени  и уровнем входного сигнала,при котором начинаетс  вращение электродвигател ; существенна  нестабильность установившейс  скорости при фиксированном значении входного сигнала и переменной величине момента сопротивлени  нагрузки, обусловленна  изменением рассогласовани  между входным сигналом - и сигналом обратной св зи в функции изменени  момента нагрузки; значительна  неравномерность движени  двигател  в области малых скоростей, обусловленна  высокой чувствительностью привода к высокочастотным помехам (шум во входном сигнале, импульсные помехи в сигнале обратной св зи датчика частоты вращени , неравномерность момента сопротивлени  нагрузки, скачкообразное изменение момента нагрузки в начале движени , например, при использовании ременных передач), так как в рассматриваемой структуре в амплитудный канал проход т без подавлени  сигналы помех при высоком коэффициенте усилени  в данном канале; завышенное потребление приводом электроэнергии, обусловленное несовершенством структуры управлени  электродвигателем. Дл  того, чтобы двигатель создавал максимальный вращающийс  момент (при фиксированном значении амплитуды питающего напр жени ) необходимо поддерживать вполне определенное скольжение.

При этом привод потребл ет минимум электроэнергии, В рассматриваемой структуре этого можно добитьс  при стабильной величине момента нагрузки в узком диапазоне изменени  скорости двигател . Если измен етс  режим работы электродвигател  (управление скоростью, изменение момента сопротивлени  нагрузки), то будет происходить изменение величины скольжени , т.к. оно зависит от значений сигналов положительной обратной св зи и ошибки.

Например, если нагрузка увеличиваетс , скорость снижаетс , ошибка увеличиваетс , а величина сигнала, подаваемого в частотный канал управлени , практически не измен етс , т.к. она пропорциональна сумме сигналов ошибки и скорости двигател , т.е. практически происходит увеличение скольжени . Аналогичо система управлени  приводом работает при измен ющихс  входных воздействи х.

Следовательно, не во всех режимах ра- . боты удаетс  поддерживать оптимальную величину скольжени  двигател , а это приводит к дополнительному увеличению амплитуды питающего напр жени  и перерасходу электроэнергии.

Цель изобретени  - повышение равномерности движени  двигател  при одновре- менном расширении диапазона регулировани  частоты вращени  и снижении потребл емой мощности.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство дл  управлени  асинхронным электродвигателем, содержащее силовой преобразующий блок с амплитудным и частотным входами, выходы которого предназ- начены дл  подключени  к фазным обмоткам статора асинхронного электродвигател , датчик частоты вращени  ротора асинхронного двигател , выход которого св зан через последовательно соединенные первый элемент сравнени , разностный усилитель, формирователь частоты скольжени  с первым входом первого сумматора , усилитель с регулируемым уровнем ограничени , введены последовательно соединенные формирователь зоны нечувствительности , вход которого соединен с выходом первого сумматора, усилитель - ограничитель и второй сумматор, выход которого соединен с частотным входом силового преобразующего блока, последовательно соединенный нуль-орган, первый масштабирующий усилитель и третий сумматор, выход которого соединен с управл ющим входом усилител  с регулируемым уровнем ограничени , а второй вход третьего сумматора соединен с выходом второго сумматора, последовательно соединенные второй элемент сравнени , первый вход которого объединен с входом нуль-органа и подключен к выходу разностного усилител , и изодромное звено, выход которого соединен с сигнальным зходом усилител  с регулируемым уровнем ограничени , последовательно соединенные однополупериод- ный выпр митель и усилитель,, выход которого соединен со вторым входом второго элемента сравнени , задатчик начальной частоты, выходом соединенный со вторым .входом второго сумматора, второй масштабирующий усилитель вход которого подключен к выходу датчика частоты вращени , а выход-к второму входу первого сумматора, причем выход изодромного звена подключен к входу однополупериодного выпр мител , а выход усилител  с регулируемым уровнем ограничени  - к амплитудному входу силового преобразующего блока. . „,

Достижение поставленной цели в предлагаемом устройстве осуществл етс  за счет формировани  переменной структуры системы управлени  асинхронным электро- 5 двигателем с амплитудным управлением в зоне малых скоростей движени  (от О...0,1- 0,2 Опах ) и амплитудно-частотным управлением в остальном диапазоне (от 0,1-0,2 Qnax . Отэх) в сочетании с нелинейным управлени10 ем в амплитудном канале, реализующим режим ждущего интегрировани , при котором в режиме регулировани  скорости осуществл етс  интегральное регулирование, а при остановках на выходе интегратора удержи5 ваетс  нулевой сигнал (интегратор находитс  в ждущем режиме), с принудительным снижением управл ющего сигнала в амплитудном канале в переходных режимах при смене знака сигнала ошибки рассогласова0 ни  контура регулировани  скорости.

На фиг.1 показана функционально- структурна  схема предлагаемого устройства дл  управлени  асинхронным электродвигателем.

5 Устройство дл  управлени  асинхронным электродвигателем содержит первый элемент сравнени  15первый вход котор ого  вл етс  входом устройства, а выход соединен с входом разностного усилител  2, вы0 ход разностного усилител  2 соединен с входами формировател  частоты скольжени  3, нуль-органа 4 и первым входом второго элемента сравнени  5.

Выход формировател  частоты сколь5 жени  3 соединен с первым входом первого сумматора 6, второй вход которого соединен с выходом второго масштабирующего усилител  7. Выход первого сумматора б соединен с входом формировател  зоны неQ чувствительности 8, выход которого соединен с входом усилител -ограничител  9. Выход усилител -ограничител  9 соединен с первым входом второго сумматора 10, второй вход которого соединен с выходом за5 датчика 11 начальной частоты. Выход нуль-органа 4 соединен с входом первого масштабирующего усилител  12, выход которого соединен с первым входом третьего сумматора 13, второй вход которого под0 ключей к выходу второго сумматора 10. Вы- ход второго элемента сравнени  5 соединен со входом изодромного звена 14. Вход однополупериодного выпр мител  15 подключен к выходу изодромного звена 14, а выход

5 соединен через усилитель 16 с вторым входом второго элемента сравнени  5. Выход изодромного звена 14 соединен с сигнальным входом усилител  с регулируемым уровнем ограничени  17, управл ющий

уровнем ограничени  17, управл ющий вход которого соединен с выходом третьего сумматора 13. Выходы усилител  с регулируемым уровнем ограничени  17 и второго сумматора 10 соединены соответственно с амплитудным и частотным входами силового преобразующего блока 18. Выходы силового преобразующего блока 18 подключены к фазным обмоткам статора асинхронного электродвигател  19.

.Выходной вал электродвигател  19 механически соединен с датчиком частоты вращени  20, выход которого соединен с другим входом первого элемента сравнени  1 и входом второго масштабирующего усилител  7,

Устройство работает следующим образом .

Сигнал входного воздействи  поступает по входному каналу на первый вход первого элемента сравнени  1, где производитс  его сравнение с сигналом обратной св зи по скорости электродвигател  19, измер емым датчиком частоты вращени  20. Сигнал рассогласовани  (ошибки) с выхода первого - элемента сравнени  1 поступает на вход разностного усилител  2, обеспечивающего его усиление. Сигнал с выхода разностного усилител  2 поступает одновременно на входы формировател  3 .частоты скольжени , нуль-органа 4 и первый вход второго элемента сравнени  5. С выхода формировател  3 частоты скольжени  усиленный, а в переходных режимах ограниченый на уровне величины ЗОНУ нечувствительности формировател  зоны нечувствительности 8, сигнал с пол рностью, определ емой знаком сигнала рассогласовани , поступает на первый вход первого сумматора 6, где он суммируетс  с сигналом положительной обратной св зи по скорости, поступающим с выхода датчика частоты вращени  20 через второй масштабирующий усилитель 7 на его второй вход..

Сигнал с выхода первого сумматора 6 поступает на вход формировател  зоны нечувствительности 8, осуществл ющего разделение областей управлени  асинхронным электродвигателем на амплитудную (в зоне нечувствительности по частоте питающего напр жени  с управлением в диапазоне скоростей 0...0,1-0,2 Йпах ) и амплитудно- частотную (вне зоны нечувствительности с управлением в диапазоне скоростей (0,1- 0,2) х Опах...Олах) и пропускающего сигна- лы только положительной пол рности. Сигнал с выхода формировател  зоны нечувствительности 8 поступает на вход усилител -ограничител  9, обеспечивающего в

совокупности с вторым масштабирующим усилителем 7 требуемое усиление по контуру частотного регулировани  и ограничение максимальной частоты пол  статора электродвигател  19. Сигнал с выхода усилител - ограничител  9 поступает на первый.вход второго сумматора 10, где производитс  его суммирование с сигналом задатчика 11 начальной частоты, обеспечивающего при ам0 плитудном управлении в.зоне малых скоростей формирование начальной частоты вращающего электромагнитного пол  двигател .

Сигнал с выхода второго сумматора 10

5 поступает на частотный вход силового преобразующего блока 18 и второй вход третьего сумматора 13, где производитс  ее суммирование с промасштабированным первым масштабирующим усилителем 12

0 сигналом с выхода нуль-органа 4, обеспечивающего в переходных режимах в момент смены знака ошибки рассогласовани  принудительное снижение.сигнала на выходе регулируемого усилител  17, внос  опере5 жение по выдаче сигнала от изодромного звена 14 на торможение двигател , что снижает перерегулирование и врем  переходного процесса, В амплитудном канале управлени  на втором элементе сравнени 

0 5 производитс  сравнение сигнала ошибки привода с выхода разностного усилител  2 и сигнала с выхода усилител  16, что позвол ет реализовать ждущий режим работы изодромного звена 14, при котором во вре5 м  отсутстви  управл ющих воздействий на входе привода и разр дке емкости мзодром- ного звена 14 до нул  происходит подключение глубокой отрицательной обратной св зи с выхода изодромного звена через

0 однополупериодный выпр митель 15, регистрирующий нулевое или малое отрицательное напр жение на выходе изодромного звена 14, и усилитель 16 со значительным коэффициентом усилени  - на второй вход

5 второго элемента сравнени  5.

В результате изодромное звено 14 при повторно-кратковременных режимах задани  входных воздействий всегда обладает нулевыми начальными услови ми. В процессе

0 отработки заданных входных воздействий глубока  отрицательна  обратна  св зь с выхода иэодромного звена 14 при по влении положительного сигнала на его входе размыкаетс , т.е. однополупериодный выпр митель не про5 пускает положительный сигнал. Сигнал с выхода изодромного звена 14 поступает на сигнальный вход усилител  17 с регулируемым уровнем ограничени , где осуществл етс  его усиление, а в переходных режимах ограниче- по управл ющему входу на уровне

сигнала, поступающего с выхода третьего сумматора 13. Управл ющий амплитудой питающего напр жени  сигнал с выхода усилител  с регулируемым уровнем.ограничени  17 поступает на амплитудный вход силового преобразующего блока 18, где обеспечиваетс  преобразование управл ющих сигналов амплитудного и частотного регулировани  с приведением параметров энергии от источника питани  к виду, необходимому дл  управлени  асинхронным электродвигателем 19, статорна  обмотка которого подключаетс  к выходам трехфазного транзисторного инвертора преобразу- Kmiero блока 18. При этом асинхронный электродвигатель 19 отрабатывает заданные входные воздействи .

Таким образом, в предлагаемом устройстве управлени  по сравнению с известным за счет формировани  переменной структуры управлени  с амплитудным управлением в зоне малых скоростей и амплитудно-частотным управлением в остальном диапазоне в сочетании с нелинейным управлением в амплитудном канале обеспечиваетс  создание совокупности новых положительных свойств: существенное расширение диапазона регулировани  скорости с получением меньшей устойчивости минимальной скорости и отсутствие зоны нечувствительности ,привода, т.к. при подаче даже минимального входного сигнала, при наличии сколь угодно малой величины ошибки, на выходе изодромного звена сигнал будет увеличиватьс  до тех пор, пока амплитуда питающего напр жени  достигнет необходимого дл  страгивани  двигател  значени  и скорость привода устанавливаетс  необходимой дл  компенсации ошибки рассогласовани , при этом в данном режиме осуществл етс  только амплитудное управление электродвигателем с высокой жестко- стыо механической характеристики; высока  стабильность установившейс  скорости во всем диапазоне регулировани , т.к. она не зависит от момента сопротивлени  нагрузки, а зависит только от величины входного сигнала, Изменение величины момента сопротивлени  приводит лишь к кратковременному изменению скорости и ошибки рассогласовани , котора  компенсируетс  изодромным звеном практически до нул ; высока  равномерность движени  двигател  за счет лучшей помехозащищенности привода, т.к. изодромное звено  вл етс  фильтром нижних чатот, при этом резкие изменени  момента нагрузки и ошибки привод компенсирует плавно без рывков, посредством плавного нарастани  сигнала в амплитудном канале управлени ;

значительное снижение потребл емой мощности привода в установившемс  режиме за счет стабилизации величины скольжени  как при измен ющихс  входных воздейст- 5 ви х, так и при изменений момента сопротивлени  нагрузки, посколбку частота питающего двигатель напр жени  в установившихс  режимах зависит только от скорости двигател . Поэтому в предолженной

0 структуре системы управлени  по вл етс  возможность обеспечени  оптимальной (близкой к расчетной) величины скольжени , при которой привод при фиксированной амплитуде питающего напр жени 

5 развивает максимальный момент, что по сравнению с известным устройством эквивалентно уменьшению амплитуды питающего напр жени  -и, соответственно потребл емой мощности.

Claims (1)

1. 0 Формула из обретени 

   Устройство дл  управлени  асинхронным электродвигателем, содержащее силовой преобразующий блок с амплитудным и частотным входами, выходы которого пред5 назначены дл  подключени  к фазным.обмоткам статора асинхронного электрод в и гател  , д атч и ст от ы в ра ще н и   ротора асинхронного двигател , выход которого св зан через последовательно сое0 диненные первый элемент сравнени , разностный усилитель, формирователь частоты скольжени  с первым входом первого сумматора, усилитель с регулируемым уровнем ограничени , отличающеес  тем,

   5 что, с целью повышени  равномерности движени  двигател  при одновременном расширении диапазона регулировани  частоты вращени  и снижении потребл емой мощности, введены последовательно сое0 диненные формирователь зоны нечувствительности , вход которого соединен с выходом сумматора, усилитель-ограничитель и второй сумматор, выход которого соединен с частотным входом силового пре5 образующего блока, последовательно соединенные нуль-орган, первый масштабирующий усилитель и третий сумматор , выход которого соединен с управл ющим входом усилител  с регулируемым

   0 уровнем ограничени , а второй вход третьего сумматора соединен с выходом второго сумматора, последовательно соединенные второй элемент сравнени , первый вход которого объединен с входом нуль-органа и

   5 подключен к выходу разностного усилител , и изодромное звено, выход которого соединен с сигнальным входом усилител  с регулируемым уровнем ограничени , последовательно соединенные однополупе- риодный выпр митель и усилитель, выход

   которого соединен с вторым входом второго элемента сравнени , задатчик начальной частоты, выходом соединенный с вторым входом второго сумматора, второй масштабирующий усилитель, вход которого подключен к выходу датчика частоты вращени ,

   а выход - к второму входу первого сумматора , причем выход изодррмного звена подключен к входу однопрлупериодного выпр мител , а выход усилител  с регулируемым уровнем ограничени  - к амплитудному входу силового преобразующего блока.

   S

   -+9

   h