SU1119155A1 - Частотно-регулируемый асинхронный электропривод - Google Patents

Abstract

1. ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫЙ АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД, содержащий асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, статорные обмотки которого подключены к преобразователю частоты, составленному из последовательно соединенных управл емого выпр мител , дроссел  и автономного инвертора тока, систему управлени  инвертором, снабженную двум  группами входов и подключенную выходами к входам управлени  автономного инвертора тока, датчики фазных токов и напр жений статора, выходы которых подключены к блоку определени  ЭДС двигател , снабженного амплитудным и фазными выходами, блок определени  потока двигател , снаб-. женный амплитудным и фазными выхода ми и подключенный входами к фазным выходам блока определени  ЭДС двигател , блок задани  составл ющих тока статора, выходы которого подключены к входам блока задани  амплитуды тока статора и к первой группе входов блока преобразовани  координат , втора  группа входов которого св зана с выходами датчиков фазных токов статора, а выходы подключены к первой группе входов системы управлени  инвертором, втора  группа входов которой подключена к фазным выходам блока определени  потока двигател , при этом выход блока задани  амплитуды тока статора подключен к входу регул тора амплитуды тока статора, соединенного с .входом управлени  управл емого выпр мител , отличающийс  тем, что, с целью повышени  надежности электропривода, в-него введены генератор пилообразных сигналов, снабженный управл ющим входом и вхо9 дами коммутации, блок импульсного измерени  угла запаздывани  инвертора , снабженный двум  группами F фазных входов, два функциональных (преобразовател  с синусной и коси .нусной характеристиками соответствен но и блок делени , входы которого подключены к амплитудным выходам блока определени  ЭДС двигател  и со блока определени  потока двигател , а выход соединен с управл ющим входом генератора пилообразных сигнаСП СП лов, входы коммутации которого подключены .к выходам системы управлени  инвертором, при этом перва  группа фазных входов блока импульсного измерени  угла запаздывани  инвертора подключена к выходам генератора пилообразных сигналов, втора  группа фазных входов - к выходам датчиков фазных токов статора, а выход - К объединенным между собой входам функциональных преобразователей с синусной и косинусной характеристиками , выходы которых подключены

Description

к вчюрой группе входов блока преобразовани  координат.

2.Электропривод по п.1, о т л ичающийс  тем, что генератор пилообразных сигналов содержит три интегратора, каждый из квзорых зашунтирован управл емь1м ключом, при этом объединенные между собой входы интеграторов образуют управл ющий вход генератора пилообразных сигналов , а управл ющие входы управл емых ключей и выходы интеграторов образуют соответственно входы коммутации и выходы генератора пилообразных сигналов.

3.Электропривод по пп. 1 и 2, отличающийс  тем, что блок импульсного угла запаздыва:ни  инвертора содержит элемент запоми19155

нани  коротких сигналов, вход которого подключен к объединенным между собой первым выводам трех управл емых ключей, управл ющий вход каждого из которых подключен к выходу соответствующего элемента дифференцировани , соединенного входом с выходом соответствующего нульоргана , при этом вторые выводы управл емых ключей подключены к соответствующим резисторам, другие выводы которых образуют первую группу фазных входов блока импульсного измерени  угла запаздывани  инвертора , втора  группа фазных входов которого и выход образованы соответственно входами нуль-органов и выходом элемента запоминани  коротких сигналов.

Изобретение относитс  к электротехнике , в частности к системам автоматического управлени  частотнорегулируемыми электроприводами, выполненными на основе асинхронного короткозамкнутого двигател  и тиристорного преобразовател  частоты автономным инвертором тока, и может быть использовано в механизмах общепромьшшенного назначени  с высокими требовани ми по качеству регулировани  скорости вращени .Известен частотно-регулируемьй асинхронный электропривод, содержащий асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, статорные обмо ки которого подключены к преобразователю частоты, ;составленному из по следовательно соединенных управл емого выпр мител , дроссел  и автономного инвертора тока сиСтему управлени  инвертором, подключенную выходами к входам управлени  автономного инвертора тока, а первыми входами через блок определени  фазных потокосцеплений - к выходам дат чиков фазных токов и напр жений ста тора, блок задани  составл ющих ток статора, выходы которого через формирователь задани  амплитуды тока статора и регул тор амплитуды тока статора подключены к входам управлени  управл емого выпр мител , при этом вторые входы системы управлени  инвертором св заны с выходами блока задани  составл ющих тока статора , а выходы блока определени  фазных потокосцеплений подключены к блоку нормировани , св занному с системой управлени  инвертором } . Недостатком известного электропривода  вл етс  наличие запаздывани  в канале коррекции фазы, определ емого конечной скоростью изменений выходного сигнала интегратора фазовой погрешности. Это приводит к Тому, что задаваемые блоком задани  проекций тока статора значени  момента и потока двигател  в динамике воспроизвод тс  с искажени ми, что, в свою очередь, приводит к зат жке и ухудшению качества переходных процессов в приводе. Наиболее близким к изобретению по технической сущности  вл етс  частотно-регулируемый асинхронный электропривод, содержащий асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором , статорные обмотки которого подключены к преобразователю частоты , составленному из последовательно соединенных управл емого выпр мител , .дроссел  и автономного инвертора тока, систему управлени  г. инвертором, снабженную двум  группа ми, входов и подключенную выходами к входам управлени  автономного инвертора тока, датчики фазных токов .и напр жений, статора, выходы которых подключены к блоку определени  ЭДС двигател , снабженного амплитуд ным и фазными выходами, блок определени  потока двигател , снабженный амплитудным и фазными выходами и подключенньй входами к фазным выходам блока определени  ЭДС двигател , блок задани  составл ющих тока статора, выходы которого подключ ны к входам блока задани  амплитуды тока статора и к первой группе входов блока преобразовани  координат, втора  группа входов которого св зана с выходами датчиков фазных токов статвра, а выходы подключены к первой группе входов системы управлени  инвертором, втора  группа вхо дов которой подключена к фазным выходам блока определени  потока двигател , при этом выход блока задани  амплитуды тока статора подключен к входу регул тора амплитуды . тока статора, соединенного с входом управлени  управл емого выпр мител  В известном электроприводе производитс  учет запаздывани ,, вносимого .автономным инвертором тока И. Недостатками этого электропривод  вл ютс  сложность схемного решени  и низка  надежность. Цель изобретени  - повышение надежности частотно-регулируемого асинхронного электропривода путем упрощени  схемы и сокращени  количества элементов. Указанна  цель достигаетс  тем, что в частотно-регулируемый асинхронный электропривод, содержащий асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, статорные обмотки которого подключены к преобразователю частоты, составленному из последовательно соединенных управл вмого выпр мител , дроссел  и автономного инвертора тока, систему управлени  инвертором, снабженную двум  группами входов и подключенну выходами к входам управлени  автоно ного инвертора тока, датчики фазных токов и напр жений статора, выходы которых подключены к блоку определе ки  ЭДС двигател , снабженного амшштудным и фазными выходами, блок 1определени  потока двигател , снаб54 женный амплитудным и фазными выходами и подключенный входами к фазным выходам блока определени  ЭДС двигател , блок задани  составл ющих , тока статора, выходы которого подключены к входам блока задани  амплитуды тока статора и к первой группе входов блока преобразовани  координат , втора  группа входов которого св зана с выходами датчиков фазньпс токов статора; а выходы подключены к первой группе входов системы управлени  инвертором, втора  группа входов которой подключена к фазным выходам блока определени  потока двигател , при этом выход блока задани  амплитуды тока статора подключен к входу регул тора амплитуды тока статора, соединенного с входом управлени  управл емого выпр мител , введены генератор пилообразных сигналов, снабженный управл ющим входом и входами коммутации, блок импульсного измерени  угла запаздывани  инвертора, снабженный . двум  группами фазных входов, два функциональных преобразовател  с синусной и косинусной характеристиками соответственно и блок делени , входы которого подключены к амплитудным выходам блока определени  ЭДС двигател  и блока определени  потока двигател , а выход соединен с управл ющим входом генератора пилообразных сигналов, входы коммутации которого подключены к выходам системы управлени  инвертором, при этом перва  группа фазных входов блока импульсного измерени  угла запаздывани  инвертора подключена к выходам генератора пилообразных сигналов , втора  группа фазных входов - к выходам датчиков фазных токов статора , а выход - к объединенным между собой входам функциональных преобразователей с синусной и косинусной характеристиками, выходы которых подключены к второй группе входов блока преобразовани  координат. При этом генератор пилообразных сигналов содержит три интегратора, каждьй из которых зашунтирован управл емым ключом, при этом объединенные между собой входы интеграторов образуют управл нщий вход генератора пилообразных сигналов, а управл ющие входы управл емых ключей и выходы интеграторов образуют соот$

ветственно входы коммутации и выход генератора пилообразных сигналов.

Кроме того, блок импульсного измерени  угла запазДьшани  инвертора содержит элемент запоминани  коротких сигналов, вход которо -о подключен к объединенным меаду собой первым вьгоодам трех управл емых ключей управл ющий вход каждого из которых подключен к выходу соответствующего элемента дифференцировани , соединенного входом с ВЫХОДОМ соответствющего нуль-органа, при этом вторые выводы управл емых ключей подключены к соответствующим резисторам, другие выводы которых образуют первую группу фазных входов блока импульсного измерени  угла запаздывани  инвертора, втора  группа фазных входов которого и выход образованы соответственно входами нуль-органов и выходом элемента запоминани  коротких сигналов.

На фиг. 1 представлена структурна  схема предлагаемого частотнорегулируемого асинхронного электропривода; на фиг. 2 - структурна  схема блока задани  составл ющих тока статора; на фиг. 3 - структурна  схема блока определени  ЭДС двигател ; ha фиг. 4 - структурна  схема блока определени  потока двигател ; на фиг. 5 - структурна  схема блока преобразовани  координат; на фиг. 6 - структурна  схема системы управлени  инвертором; на фиг. 7 - структурна  схема генератора пилообразных сигналов; на фиг.8 структурна  схема блока импульсного измерени  угла запаздывани  инвертора . .

Частотно.-регулируемый асинхронный электропривод содержит асинхронный двигатель 1 (фиг. 1) с короткозамкнутым ротором, статорные обмотки которого подключены к преобразователю 2 частоты, составленному из последовательно соединенный управл  , мого вьтр мител  3, дроссел  4 и автономного инвертора 5 тока, .систему 6 управлени  инвертором, снабженную двум  группами входов и подключенную выходами к входам управлени  автономного инвертора 5 тока, датчики 7 фазных токов статора и да чики 8 фазньпс напр жений статора, выходы которых подключены к блоку 9 определени  ЭДС двигател , снабженного амплитудным выходом 10 и фаз191556

ными выходами 11-, блок 12 определеки  потока двигател , снабженный

амплитудным выходом 13 и фазными вы ходами 14 и подключенный входами к 5 фазным выходам 11 блока 9 определени  ЭДС двигател , блок 13 заданщ составл ющих тока статора, выходы которого подключены к входам блока 16 задани  амплитуды тока

10 статора и к первой группе входов 17 блока 18 преобразовани  координат, втора  группа входов 19 которого св зана с выходами датчиков 7 фазных токов статора, а выходы подключены

15 к первой группе входов 20 систем. 6 управлени  инвертором, втора  группа входов которой подключена к фазным выходам 14 блока 12 определени  потока двигател , при этом вы20 ход блока 16 задани  амплитуды тока статора подключен к входу регул тора 21 амплитуды тока статора, соединенного с входом управлени  управл емого выпр мител  3.

25 В частотно-регулируемый асинхронный электропривод введены генератор 22 пилообразных сигналов, снабженный управл ющда входом 23 и входами 24 коммутации, блок 25 импульсного

JQ измерени  угла запаздывани  инвертора , снабженный двум  группами фазных входов, два функциональных преобразовател  26 и 27 с синусной и косинусной характеристиками соответственно и блок 28 делени , входы которого подключены к амплитудному выходу 1О блока 9 определени  ЭДС двигател  и к амплитудному выходу 13 блока 12 определени  потока двигател , а выход соединен с управл ющим входом 23 генератора пилообразных сигналов 22, входы 24 коммутации которого подключены к выходам системы 6 управлени  инвертором, при этом перва  группа фазных вхо45 . дов 25 импульсного измерени  угла запаздывани  инвертора подключена к выходам генератора 22 пилообразных . сигналов , втора  группа фазных входов-к выходам датчиков 7 фйзных токов статора, а вьпсод - к объединенным между собой входам функциональных преобразователей 26 и 27 с синусной и косинусной характеристиками , выходы которых подключены -к

55 второй группе входов 19 блока 18 преобразовани  координат.

Блок -15 задани  составл ющих тока статора содержит регул тор 29

.71

скорости и регул тор 30 потока, св занные с входами делител  31. Выходы делител  31 и регул тора 30 потока образуют выходы блока 15 задани  составл ющих тока статора.

Блок 9 определени  ЭДС двигател  содержит фазные суммирующие усилители 32 (фиг. 3) , выходы которых подклю .чены к входам блока 33 вьщелени  амплитуды ЭДС, выход которого и выходы суммирующих усилителей 32 образуют соответственно амплитудный выход 10 и фазные выходы 11 блока 9 определени  ЭДС двигател .

Блок 12 определени  потока двигател  содержит фазные интеграторы 34 (фиг. 4), выходы которых подключены к входам блока 35 выделени  амллитуды потока двигател , выход которого «и выходы интеграторов 34 образуют соответственно амплитудный выход 13 и фазные выходы 14 блока 12 определений потока двигател .

Блок 18 преобразовани  координат содержит умножители 36-39 (фиг. 5), входы которых образуют две группы входов 17 и 19 блока 18 преобразовани  координат, и сумматоры 40 и 41, выходы которьтх образуют выходы блока 18 преобразовани  координат.

Система 6 управлени  инвертором содержит блок 42 определени  составл ющих сигнала задани  тока в неподвижной системе координат (фиг. 6), выходы которого соединены с входами нуль-органов 43-45,подключенных вьЪсо:дами к входам блоков 46-48 дифференци ровани ,выходы которых образуют выход системы 6 управлени  инвертором.

Генератор 22 пилообразных сигналов содержит фазные интеграторы 49 (фиг. 7), каждый из которых защунтирован управл емым ключом 50, при этом объединенные между собой входы интеграторов 49 образуют управл ющий вход 23 генератора 22 пилообразных сигналов, а входы управлени  управл емых ключей 50 и выходал интеграторов 49 образуют соответственно входы 24 коммутации и выхода генератора 22 пилообразных сигналов

Блок 25 импульсного измерени  угла запаздывани  инвертора содержи элемент 51 запоминани  коротких сигналов (фиг. 8), вход которого подключен к объединенным между собой первым выводам трех управл емых ключей 52г-54, управл ющий вход каж91558

дого из которых подключен к выходу соответствующего элемента 55 дифференцировани  ,соединенного входом с выходом соответствующего нуль-ор5 гана 56, при этом вторые выводы управл емьтх ключей 52-54 подключены к соответствующим резисторам 57-59, вторые выводы которых образуют первую группу фазных входов блока 25

10 импульсного измерени  угла запаздывани  инвертора, йтора  группа фазных входов которого и выход образованы соответственно входами нуль-органов 56 и выходом элемента

15 51 запоминани  коротких сигналов.

Частотно-регулируемый асинхронный электропривод работает следующим образом.

В блоке 15 задани  составл ющих

0 тока статора на входе регул тора скорости 29 (фиг. 2) сравниваютс 

сигналы задани  6)3 Фактической скорости CJ вращени , а на входе регул тора 30 потока сравниваютс  сиг5 налы задани  с)а амплитуды потока и амплитуды фактического потока ( (цепи дл  сигналов 60 и Ц с выходов блоков 28 и 12 соответственно на фиг. 1 не показаны). Выходной сигнал регул тора 29 скорости делитс  на cVjrнал (f с помощью делител  31, выходной сигнал которого  вл етс  -заданием ija проекции вектора тока статора на мнимзто ось , а выходной сигнал регу л тора 30 потока  вл етс  заданием i,, проекции вектора тока статора на вещественную ось j системы координат, ориентированной по потоку двигател  1.

В блоке 9 определени  ЭДС двигател  на вход суммирующего усилител  32 (фиг. 3), установленного в фазе А, поступают сигналы фазного напр жени  Од, фазного и производной фазного тока Зд. На выходе суммиру ющего усилител  32 формируетс  сигнал фазной ЭДС Ед (аналогичные операции вьтолн ютс  и в других фазах В, С).

Сигналы фазных ЭДС Ед, Eg, Е по0 ступают на входа блока 33 выделени  амплитуды ЭДС, на выходе которого получают сигнал амплитуды ЭДС Е. В блоке 12 определени  потока сигнал фазной ЭДС Ед интегрируетс 

S с помощью интегратора 34, на выходе которого получают сигнал фазного потока (|д (аналогично ив других фазах В, С). Сигналы фазных потоков 9 , Jp,4fg поступают на входы блока 35 выделени  амплитуды потока двигател , на выходе которого получают сигнал амплитуды потока Ц. С помощью блока 28 делени  производитс  деление сигнала -Е на Cj , в результате чего получают сигнал т кущей скорости вращени  00 . в блоке 16 задани  амплитуды тока статора по, составл ющим заданног тока статора ал , формируетс  за дание амплитуды а тока статора по выражению 1 -1 Указанное задание it амплитуды то ка статора отрабатываетс  с помощью регул тора 21 амплитуды тока статора , св занного с входом управлени  управл емого выпр мител  3. Дл  формировани  управл ющих импульсов автономного инвертора 5 тока необходимо полученньй сигнал задани  л о. вектора тока статора (с составл ющими JCJ, , 3d ) в системе ко ординат, св занной с вектором потока ( , преобразовать к неподвижной системе координат. Дл  этого, во-первых, осуществл етс  сдвиг задани  i, вектора тока статора в сторону опережени  на угол S с помощью блока 18 преобразовани  координат,.т.е. ггЬ где 9 - угол запаздывани  обработки фазы тока на выходе автономного инвертора 5 тока по сравнению с фазой управл ющих импульсов. Далее полученный сигнал it преобразуетс  к неподвижной системе координат с помощью блока 42 опреде лени  составл ющих сигнала задани  тока в неподвижной системе координат (фиг. 6), в которог формирует ,с  вектор j (f В моменты фиксированной фазы ука занного вектора формируютс  импульсы управлени  дл  автойймного инвертора 5 тока. На входы нуль-органов 43-45 пос упает три сдвинутых на 120зл.град сигнала,,соответствующие сигналу задани  тока в неподвижной системе координат, которые затем преобразую с  с помощью блоков 46-48 дифферен5/О цировани  в импульсы управлени  ±U, ±Ug, ±Uc. В генераторе 22 пилообразных сигналов выполн етс  интегрирование сигнала СО с Помощью трех интеграторов 49 (фиг. 7), шунтированнных управл емыми ключами 50. На каждый ключ поступают управл ющие импульсы одной фазы с выхода системы 6 управлени  инвертором. В результате получаютс  сигналы Пд, ITg , Пр пилообразной формы, при этом значение пилы в каждой точке соответствует фазовому углу от момента поступлени  управл ющего импульса инвертора (в угловых единицах частоты вектора у в неподвижной системе координат). Три пилообразных сигнала Пд, Ilg, П поступает на выводы ключей 52-54 ( фиг. 8) в блоке 25 импульсного измерени  угла запаздывани  инвертора. Указанные ключи коммутируютс  импульсами в моменты равенства токов коммутирующих фаз. Импульсы, например , поступают на выходы элемента 55 дифференцировани , на вход которого поступает сигнал с нуль-органа 56. На входы нуль-органа 56 поступают сигналы фазных токов 1д и-( . На момент прохождени  импульса Mf-д ключ 52 замыкаетс , и сигнал П запоминаетс  с помощью элемента 51 запоминани  коротких сигналов, т.е. тем са- . мым измер етс  угол между управл ю-щим импульсом инвертора и моментом коммутации тока - угол 9. С помощью функциональных преобразователей 26 и 27 полученньй угол 9 преобразуетс  в гармонические функции sinS, cos8, поступающие в блок 18 преобразовани  кбординат. Таким образом, введение в частотно управл емый асинхронный электропри- . вод генератора пилообразных сигналов, блока импульсного измерени  угла за-.паздывани  инвертора, двух функциональных преобразователей с синусной и косинусной характеристиками соответственно и блока делени  .обеспечивают измерение угла запаздьшани  S при отработке тока инвертором и соответствующую с этим углом корректировку управл ющих импульсов авт рномного инвертрра тока более простыми техническими средствами в сравнении с известными устройствами, -благодар  чему повышаетс  надежность.

О

COS

29

i Ы

1з

31

Я.

г

Фив .

(Pus. 8

Claims (3)

1. ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫЙ АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД, содержащий асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, статорные обмотки которого подключены к преобразователю частоты, составленному из последовательно соединенных управляемого выпрямителя, дросселя и автономного инвертора тока, систему управления инвертором, снабженную двумя группами входов и подключенную выходами к входам управления автономного инвертора тока, датчики фазных токов и напряжений статора, выходы которых подключены к блоку определения ЭДС двигателя, снабженного амплитудным и фазными выходами, блок определения потока двигателя, снаб-. женный амплитудным и фазными выходами и подключенный входами к фазным выходам блока определения ЭДС двигателя, блок задания составляющих тока статора, выходы которого подключены к входам блока задания амплитуды тока статора и к первой группе входов блока преобразования координат, вторая группа входов кото- рого связана с выходами датчиков фазных токов статора, а выходы подключены к первой группе входов системы управления инвертором, вторая группа входов которой подключена к фазным выходам блока определения потока двигателя, при этом выход блока задания амплитуды тока статора подключен к входу регулятора амплитуды тока статора, соединенного с входом управления управляемого выпрямителя, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности электропривода, в·него введены генератор пилообразных сигналов, снабженный управляющим входом и входами коммутации, блок импульсного измерения угла запаздывания инвертора, снабженный двумя группами фазных входов, два функциональных /преобразователя с синусной и косинусной характеристиками соответствен· но и блок деления, входы которого подключены к амплитудным выходам блока определения ЭДС двигателя и блока определения потока двигателя, а выход соединен с управляющим входом генератора пилообразных сигналов, входы коммутации которого подключены к выходам системы управления инвертором, при этом первая группа фазных входов блока импульсного измерения угла запаздывания инвертора подключена к выходам генератора пилообразных сигналов, вторая группа фазных входов - к выходам датчиков фазных токов статора, а выход - к объединенным между собой входам функциональных преобразователей с синусной и косинусной характеристиками, выходы которых подключены „SU π,, 1119155 к второй группе входов блока преобразования координат.

2. Электропривод по п.1, о т л ичающийся тем, что генератор пилообразных сигналов содержит три интегратора, каждый из которых зашунтирован управляемым ключом, при этом объединенные между собой входы интеграторов образуют управляющий вход генератора пилообразных сигналов, а управляющие входы управляемых ключей и выходы интеграторов образуют соответственно входы коммутации и выходы генератора пилообразных сигналов.

3. Электропривод по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что блок импульсного угла запаздывания нания коротких сигналов, вход которого подключен к объединенным между собой первым выводам трех управляемых ключей, управляющий вход каждого из которых подключен к выходу соответствующего элемента дифференцирования, соединенного входом с выходом соответствующего нульоргана, при этом вторые выводы управляемых ключей подключены к соответствующим резисторам, другие выводы которых образуют первую группу фазных входов блока импульсного измерения угла запаздывания инвертора, вторая группа фазных входов которого и выход образованы соответственно входами нуль-органов и выходом элемента запоминания коротких инвертора содержит элемент запомисигналов.