SU1153386A1

SU1153386A1 - Variable-frequency induction electric drive

Info

Publication number: SU1153386A1
Application number: SU833679495A
Authority: SU
Inventors: Дмитрий Дмитриевич Богаченко
Original assignee: Московский Ордена Ленина И Ордена Октябрьской Революции Энергетический Институт
Priority date: 1983-12-27
Filing date: 1983-12-27
Publication date: 1985-04-30

Abstract

АСИНХРСИНЫЙ ЧАСТОТНО-геГУЛИРУЕМЫЙ ЭЛЕКТЮПРИВОД, содержащий асинхронный двигатель, подсоединенный к преобразователю частоты, выполненному на основе управл емого выпр мител и автономного инвертора, пропорционально интегральный регул тор , соединенный своим выходом с управ лаемым выпр мителем, а входом - с выходом первого блока сравнени , второй блок сравнени с трем входами, первый вход которого соединен с выходом первого блока сравнени , а его выход подключен к первому входу изменени темпа задатчика иитенсивности , второй вход которого подключен к выходу блока задани угловой скорости, датчик тока, включенный на входе преобразовател частоты, датчик ЭДС двигател , включенный своим выходом на первый вход первого блока сравнеин , блок управлени частотой преобразовател , отличающийс тем, что, с целью повышени устойчивости в динамических режимах работы, в него введены блок ограничени , усилитель с ограничением , ииершюнное звено и блок задани темпа разгона, при этом второй вход первого блока сравнени подключен к выходу усилител с ограничением, вход которого соединен с выходом задатчика интенсивности, подключвошм через кне{Я1Яонное, звено к блоку управлени частотой прео)азовател , а второ и третий входы второго блока сравнени соеданены соответственно с блоком задани ,темпа разгона чер«з бпок си-раничени датчиком TOKt. СЛ1 со со 00 ОдASYNCHRINSING FREQUENCY-GEOGULATED ELECTRO-DRIVE containing an induction motor connected to a frequency converter based on a controlled rectifier and an autonomous inverter, proportional to the integral controller connected to its output controlled by the rectifier, and the input to the output of the first comparator unit, the source a comparison unit with three inputs, the first input of which is connected to the output of the first comparison unit, and its output is connected to the first input of a change in the setpoint of the intensity and the second input which is connected to the output of the angular velocity setting unit, a current sensor connected to the input of the frequency converter, a motor EMF sensor connected by its output to the first input of the first unit of the same, the frequency control converter of the converter, characterized in that in order to increase stability in dynamic modes of operation , a restriction block, an amplifier with a limitation, a junction link and an acceleration rate setting block are entered into it, the second input of the first comparison block is connected to the output of the amplifier with a limitation, the input orogo connected to the output ramp, through podklyuchvoshm KNE {Ya1Yaonnoe, link to the control unit a frequency preo) azovatel, and the second and third inputs of the second block comparing with soedaneny respectively setting unit, tempo acceleration Jun "z BpoCom B boundedness sensor TOKt. SL1 with co 00 od

Description

Изобретение относитс к электротехнике и дажeт быть использовано в частотно-регулируемых электроприводах.This invention relates to electrical engineering and should even be used in variable frequency drives.

Известен асинхронный электропривод, содер жащий асинхронный двигатель, подсоединенны к преобразователю частоты, выполненному на основе управл емого выпр мител и автономного инвертора, подключенный к входу управл емого выпр мител пропорциональноинтегральный регул тор, соединенный своим входом с выходом блока сравнени , датчик тока преобразовател , задатчнк интенсивнос™ п).A known asynchronous electric drive containing an asynchronous motor connected to a frequency converter made on the basis of a controlled rectifier and an autonomous inverter, connected to the input of a controlled rectifier is a proportional-integral regulator connected by its input to the output of the comparator unit, the current sensor of the converter, the setpoint intensity ™ n).

Однако данный электропривод не обеспечивает работу двигател с повышенной перегрузочной способностью на низких частотах преобразовател , так как не содержит обратной св зи по ЭДС двигател .However, this electric drive does not provide the engine with increased overload capacity at low frequencies of the converter, since it does not contain feedback on the EMF of the engine.

Наиболее близким к изобретению вл етс асинхронный частотно-регулируемый электропривод, содержащий асинхронный двигатель, подсоединенный к преобразователю частоты, выполненному на основе управл емого выпр мител и автономного инвертора, пропорционально-интегральньш регул тор, соединенный своим выходом с управл емым выпр мителем, а входом - с выходом первого блока сравнени , второй блок сравнени с трем входами, один вход которого соединен с выходом первого блока сравнени , а его выход подключен к входу изменени темпа задатчика ингенсивносги, вторЫ вход которого подключен к выходу блока задани угловой скорости, датчик тока, включенный на входе преобразовател частоты, датчик ЭДС двигател , включенный своим выходом на первый вход первого блока сравнени , блок управлени частотой преобразовател , подключенный к эадатчику интенсивности, при этом второй вход второго входа сравнени подключен к датчику тока, а третий к блоку задани угловой скорости 2J.The closest to the invention is an asynchronous frequency-controlled electric drive containing an asynchronous motor connected to a frequency converter made on the basis of a controlled rectifier and an autonomous inverter, a proportional-integral controller connected to its output with a controlled rectifier, and the input with the output of the first unit of comparison, the second unit of comparison with the three inputs, one input of which is connected to the output of the first unit of comparison, and its output is connected to the input of the change of the setpoint controller Intensity, the second input of which is connected to the output of the angular velocity setting unit, the current sensor connected to the input of the frequency converter, the motor EMF sensor connected by its output to the first input of the first comparison unit, the frequency control unit of the converter connected to the intensity sensor, the second input The second comparison input is connected to the current sensor, and the third to the unit for setting the angular velocity 2J.

Однако данна система не обеспечивает устойчивости привода в переходных режимах, так. как имеет различные посто нные времени каналов управлени частотой и напр жением преобразовател , а также не обеспечивает разгон привода с заданным значением пускового тока.However, this system does not provide drive stability in transient conditions, so. as it has different constant time channels for controlling the frequency and voltage of the converter, and also does not provide acceleration of the drive with a given starting current value.

Цель изобретени - повышение устойчивости в динамических режимах работы.The purpose of the invention is to increase stability in dynamic modes of operation.

Указанна цель достигаетс тем, что в асинхронный частотно-регулируемый электроГЧ ИБОД , содержащий асинхронный двигатель, подсоединенный к преобразователю частоты, выполненному на основе управл емого выпр мител и автономного инвертора, пропорционально-интегралы«ый регул тор, соединенный своим выходом с управл емым выпр мителем , а входом - с выходом первого блока сравнени , второй блок сравнени с трем входами, первый вход которого соединен с выходом первого блока сравнени , а его выход подключен к первому входу изменени темпа задатчика интенсивности, второй вход которого подключен к выходу блока задани угловой скорости, датчик тока, включениый на входе преобразовател частоты, датчик ЭДС двигател , включенный своим выходом на первый вход первого блока сравнени , блок управлени частотой преобразовател , введены блок ограничени ,This goal is achieved by the fact that, in an asynchronous frequency-controlled electric RHC, the DPT containing an asynchronous motor connected to a frequency converter made on the basis of a controlled rectifier and an autonomous inverter, is proportional-integrals of the th regulator connected to its output from a controlled rectifier and the input with the output of the first comparison unit, the second comparison unit with three inputs, the first input of which is connected to the output of the first comparison unit, and its output is connected to the first input of the tempo change an intensity sensor, the second input of which is connected to the output of an angular velocity setting unit, a current sensor activated at the input of the frequency converter, a motor EMF sensor connected by its output to the first input of the first comparator unit, the frequency control converter unit,

5 усилитель с ограничением инерционное звено и блок задани темпа разгона, при этом второй вход первого блока сравнени подклю чен к выходу усилител с ограничением, вход которюго соединен с выходом задатчика5, an amplifier with a limiting inertial link and a unit for setting the acceleration rate, while the second input of the first comparison unit is connected to the output of the amplifier with a limitation, the input of which is connected to the output of the setpoint generator

0 интенсивности, подключенным также через инерционное звено к блоку управлени часш той преобразовател , а второй и третий входы второго блока сравнени соединены соответственно с блоком задани темпа разгона0 intensity, also connected via an inertial link to the control unit of the most frequent converter, and the second and third inputs of the second comparison unit are connected respectively to the acceleration rate setting unit.

5 и через блок ограничени с датчиком тока.5 and through a limiting unit with a current sensor.

На чертеже представлена блок-схема электропривода.The drawing shows the block diagram of the drive.

Электропривод содержит асинхронный двигатель 1, подключенный к выходу преобразовател 2 частоты, содержащему управл емый выпр митель 3, RC-фильтр 4 и автономный инвертор 5 напр жени . Частота преобразовател 2 формируетс блоком 6 управлени частотой преобразовател , имеющим линейнуюThe electric drive contains an asynchronous motor 1 connected to the output of a frequency converter 2, containing a controlled rectifier 3, an RC filter 4 and an independent voltage inverter 5. The frequency of the transducer 2 is formed by the transducer frequency control unit 6 having a linear

характеристику управлени . Управл ющий вход выпр мител 3 подключен к выходу пропорционально-интегрального регул тора 7, вход которого соедаиеи с выходом первого блока сравнени 8, первый вход которого control characteristic. The control input of the rectifier 3 is connected to the output of the proportional-integral controller 7, the input of which is connected to the output of the first unit of comparison 8, the first input of which

подключен к выходу датчика 9 ЭДС двигател . }, а второй - с выходом усилител 0 с ограничением. Выход задатчика интенсивности 11 соединен с входом усилител 10 с ограничением и с входом инерщюнного звена 12,,connected to the output of the engine 9 EMF sensor. }, and the second with the output of amplifier 0 with a limit. The output of the setpoint intensity 11 is connected to the input of the amplifier 10 with the limitation and the input of the inertial link 12 ,,

J выход которого подключен к входу блока 6 управлени частотой преобразовател 2. Второй блок сравнени 13 одним в ходом соединен с выходом первого блока сравнени 8, а выходом подключен к первому входу изJ меиени ., темпа эадатчика интеисивности 11, второй вход которого подключен к выходу блока, задани угловой скорости И. Второй и третий входы второго блока сравнени 13 соединены соггветственно с блоком задани темпа роста разгона 15 и через блок ограничени 16 с датчиком тока 17.J output of which is connected to the input of the frequency control unit 6 of the converter 2. The second comparison unit 13 is connected to the output of the first comparison unit 8 by one in turn, and the output is connected to the first input of the memory, the speed sensor of the intelligence 11, the second input of which is connected to the output of the unit , setting the angular velocity I. The second and third inputs of the second comparator unit 13 are connected according to the unit for setting the acceleration growth rate 15 and through the limiting unit 16 to the current sensor 17.

Устройство работает следуюцдим образом. Задатчик интенсивности f 1 имеет входа. На первый вход поступает управл ющее напр жение с выхода блока 14 задани угловой скорости. Величина этого напр жени определ ет значение устанокившегос iranр жени на выходе задатчика интенсивности 11. На второй вход (вход, изменени темпа разгона) задатчика интенсивности 11 поступает сигнал с выхода второго блока 13 сравнени . Величина этого сигнала определ ет скорость достижени выходным напр жением задатчика интенсивности 11 своего установившегос значени , определ емого и регулируемого с помощью блока 14 задани угловой скорости. При пуске с блока 14 задани угловойскорости подаетс ступенчатый сигнал на пер-, вый вход задатчика интенсивности 11, при этом на его второй вход (вход изменени темпа задатчика интенсивности 11) через блок 13 сравнени поступает посто нный задающий сигнал с выхода блока 15 задани темпа разгона. Величина задающего напр жени , поступающего на второй вход задатчика интенсивности 11 в это врем имеет максимальное значение, так как сигналы с выходов блока 16 ограничени и блока 8. фавнени по цепи обратной отрицательной . св зи, подаваемые на второй и третий входы блока 13 сравнени , в начальный момент времени пуска равны нулю. Поэтому с выхода задатчика интенсивности 11 снимаетс напр жение, возрастающее с максимально возможным (а именно: заданным посредством блока задани темпа разгона) темпом. При зтом выходное напр жение задатчика интенсивности 11 поступает одновременно в каналы управлени напр жением и частотой преобразовател , соответственно на входы усилител 10 с ограничением и инерционного звена 12. С помощью усилител 10 с ограничением устанавливаетс требуемый коэффициент передачи дл реализации того или иного закона управлени , например, U/f const. С выхода усилител 10 с ограничением управл ющее напр жение подаетс на первый вход блока 8 сравнени . На второй вход того же блока по цепи обратной отрицательной св зи поступает сигнал с выхода датчика 9 ЭДС двигател . Сигнал ощибки по ЭДС вл етс входным дл пропорциональноинтегрального регул тора (ПИ-регул тора), с выхода которого снимаетс задающее напр жение дл управл емого выпр мител 3. Кроме этою, сигнал по ошибке ЭДС с выхода блока 8 сравнени по цепи обратной отрицательной св зи подаетс на второй вход блока 13 сравнени , в результате чего выходное напр жение блока 13 сравнени уменьщаетс и темп развертки выходного нап р жени задатчика интенсивности 11 уменьшаThe device works in the following way. The setpoint intensity f 1 has an input. The first input receives the control voltage from the output of the block 14 for setting the angular velocity. The magnitude of this voltage determines the value of the setting of the satellite at the output of the intensity setting unit 11. The second input (input, change of the acceleration rate) of the intensity setting 11 receives a signal from the output of the second comparison unit 13. The magnitude of this signal determines the speed at which the output voltage of the intensity setting unit 11 reaches its steady-state value, which is determined and controlled by the angular velocity setting unit 14. When starting with the angular velocity setting unit 14, a stepped signal is sent to the first input of the intensity setting unit 11, while its second input (input of the intensity setting of the intensity setting device 11) through the comparison unit 13 receives a constant reference signal from the output of the setting acceleration rate setting 15 . The magnitude of the driving voltage supplied to the second input of the intensity setting unit 11 at this time has a maximum value, since the signals from the outputs of the limiting unit 16 and the 8. unit across the reverse negative circuit. The connections supplied to the second and third inputs of the comparison unit 13 are zero at the initial time of the start. Therefore, from the output of the intensity setting unit 11, the voltage is removed, increasing with the maximum possible rate (namely, set by means of the acceleration rate setting unit). At the same time, the output voltage of the intensity setting unit 11 simultaneously enters the voltage and frequency control channels of the converter, respectively, to the inputs of the amplifier 10 with a limitation and the inertial link 12. With the help of the amplifier 10 with a limitation, the required transmission coefficient is applied to implement one or another control law, for example U / f const. From the output of the amplifier 10 with limiting, the control voltage is applied to the first input of the comparison unit 8. The second input of the same block on the negative feedback circuit receives a signal from the output of the sensor 9 EMF of the engine. The EMF error signal is input to the proportional integral controller (PI controller), the output of which de-energizes the control voltage of the controlled rectifier 3. Besides this, the error signal of the EMF from the output of the comparison unit 8 over the negative feedback circuit is applied to the second input of the comparator unit 13, as a result of which the output voltage of the comparator unit 13 decreases and the sweep rate of the output voltage of the intensity setting unit 11 decreases

етс . FicjiH в процессе пуска входной тек преобразовател 2 превысит пепсред илл шшс (посредством блока ограничени ) зн.ччсппо, то сработает блок 16 ограничени , сигнал с выхода которого по цепи обратной отрица тельной св зи начинает подаватьс тта тротий вход блока 13 сравнени , в pe3yjn,TaTc чего темп разгона снижаетс до таксчТ степени , что ток на входе преобразовател 2 поддерживаетс посто нным на уровне максимально зада1П1ого в течение требуемого по усили м пуска периода. При зтом си1нал с выхода блока 16 ограничени корректирует (посредством задатчика интенсивности II) также и работу канала управлени частотой преобразовател , который содержит на входе инерционное звеГю 12. Это звено служит дл согласовани работы каналов управлени частотой и напр жением преобразовател при пуске. Необходимость в этом по вл етс ввиду того, что канал управлени частотой преобразовател в общем случае безинерпион ный, а. в канале управлени напр жением содержитс значительна инерционность (ПИ-регул тора ). Поэтому при пуске частота напр же-, ни на двигателе растет быстрее, чем соответствующее ей по закону управлени напр жение двигател , что приводит к выпадению двигател из частотного пуска и его опрокидыванию. Инерционное звено 12, включенное последовательно в канал управлени частотой преобразовател , осуществл ет необходимую ,. задержку в развертке частоты инвертоТребуемую посто нную времени инерционного звена 12 можно определить исход из достижени равного управл ющего напр жени обоих каналов управлени за одно и то же врем . Известно, что выходной сигнал инерционного звена Практически достигает установивщегос значени при единичном скачкообразном входном на 3-4 посто нные времени инерционного звена. В то же врем , выходное напр жение ПИ-регул тора достигает то же значение за врем (3-4)7 „ , где Т„„посто нна времени ПИ-регул тора, а Т, посто нна времени инерционного звена. Тогда посто нную времени инерционного эвена 12 . можно определить как Т„ - Тп,,/(3-4) , а его коэффициент усилени будет раьен: К„ 1+К , где К„- коэффициент усилени пропорциональной части ПИ-регул тора. Помимо вышеизложенного, инер1шонное звено 12 выполн ет еще одну функцию, а именно: осуществл ет определенную коррекцию сигнала управлени частотой преобразовател в области завала вь«одной характеристики I. 1153 датчика ЭДС 9 двигател при пуске. Реальиые датчики ЭДС имеют ослабпе1&.е своего коэффициента усилени при низких частотах напр жени двигател . Поэтому при пуске, на ннэкочастотном участке регулировочной харак- 5 теристики сигнал обратной св зи, поступающий на второй вход блока 8 сравнени ниже требуемого и это может приводить к завышению напр женн на двигателе. В данном случае возросший сигнал по ошибке ЭДС снижает 0 темп раэверткн выходного напр женн задатчика напр жени 1, а инер1шонное звено 12 корректирует соответствующую отработку 86 д {ного изменени в канале управлени частотой преобразовател . Таким образом, поставленна цель достигаетс за счет введени в канал управленн частотой преобразовател инерционного звена, которое при предлагаемой его настройке осуществл ет требуемое согласование работы каналов управлени напр жением и частотой преобразовател в переходных режимах работы привода. Кроме этого, наличие звена ограничени , включенного предлагаемым образом , позвол ет проводить устойчивый пуск двигател с заданным током преобразовател .is. FicjiH, during the start-up process, the input current of converter 2 will exceed peptides ﬁ sh (through a limitation block) at random, the limiting block 16 will operate, the signal from the output of which starts to receive the negative input of the compare block 13 in the negative feedback circuit, TaTc of which the acceleration rate decreases to the extent that the current at the input of converter 2 is kept constant at the maximum setpoint for the start-up period required by the forces. In this case, the signal from the output of the limiting unit 16 corrects (by means of the intensity master II) also the operation of the frequency control channel of the converter, which contains an inertial star 12 at the input. This link serves to coordinate the operation of the frequency control channels and the voltage of the converter at start. The need for this is due to the fact that the frequency control channel of the converter is generally non-intuitive as well. The voltage control channel contains considerable inertia (PI controller). Therefore, at start-up, the frequency of the voltage on the engine grows faster than the voltage of the engine corresponding to it according to the law of control, which leads to the loss of the engine from the frequency start and its tilting. An inertial link 12, connected in series to the frequency control channel of the converter, performs the necessary,. the delay in the frequency sweep of the inverto Required time constant of the inertial link 12 can be determined from the achievement of the equal control voltage of both control channels at the same time. It is known that the output signal of the inertial link practically reaches the set value with a single jump input for 3-4 constant times of the inertial link. At the same time, the output voltage of the PI controller reaches the same value over time (3-4) 7 ", where T is the time constant of the PI controller, and T is the time constant of the inertial link. Then the time constant of inertial Even 12. can be defined as T „- Tn ,, / (3-4), and its gain will be equal to: K„ 1 + K, where K „is the gain of the proportional part of the PI controller. In addition to the foregoing, the inertial link 12 performs another function, namely: it performs a certain correction of the frequency control signal of the converter in the area of the dump of a single characteristic I. 1153 motor EMF sensor 9 at start-up. Real EMF sensors have a weakening & e of their gain at low frequencies of motor voltage. Therefore, during start-up, at the non-frequency section of the adjustment characteristic, the feedback signal arriving at the second input of the comparator unit 8 is lower than the required one and this can lead to an overestimation of the voltage on the motor. In this case, the increased signal by error EMF reduces 0 the rate of the output voltage of the voltage setting device 1, and the inertial link 12 corrects the corresponding test of 86 changes in the frequency control channel of the converter. Thus, the goal is achieved by introducing into the channel the control frequency of the inertial converter, which, with its proposed setting, performs the required matching of the voltage control channels and the frequency of the converter in transient operating modes of the drive. In addition, the presence of a limiting link included in the proposed way allows a stable start of the motor with a given converter current.

Claims

ASYNCHRONOUS FREQUENCY-REGULATED ELECTRIC DRIVE, containing an asynchronous motor connected to a frequency converter made on the basis of a controlled rectifier and an autonomous inverter, a proportional-integral controller connected to its output with a controlled rectifier, and the input to the output of the first comparison unit, the second comparison unit with three inputs, the first input of which is connected to the output of the first comparison unit, and its output is connected to the first input of the rate of change of the intensity setter, the second input to which is connected to the output of the angular velocity setting unit, a current sensor connected to the input of the frequency converter, an EMF sensor of the engine connected to its first input of the first comparison unit, the frequency control unit of the converter, characterized in that, in order to increase stability in dynamic operating modes , a restriction block, an amplifier with a restriction, an inertial link and a block for setting the acceleration rate are introduced into it, while the second input of the first comparison unit is connected to the output of the amplifier with a limitation, the input of which Q oedinen yield ramp connected through inertia, the link to the frequency converter control unit, and the second and third ** * inputs of the second comparator unit connected respectively to the reference rate and acceleration unit via restriction unit - - with the current sensor.

SP CO

Q0 O