SU1202006A1 - Устройство дл регулировани асинхронного двигател - Google Patents

Abstract

Изобретение позвол ет повысить точность регулировани  скорости и уменьшить электромагнитные потери асинхронного двигател . Устройство дл  регулировани  асинхронного двигател  содержит последовательно соединенщзш регулируемый выпр митель, дроссель, инвертор , датчик тока и асинхронньШ двигатель , последовательно соединенные задатчик скорости, усилительограничитель , интегратор задатчика частоты и блок управлени  инвертором . Кроме того, содержит блок управлени  выпр мителем, св занный с датчиком тока и с усилителемограничителем , задатчик потокосцеплени , соединенный через регул тор потокосцеплени  (РПС) с моделирующим блоком (МБ), входы которого св заны с датчиком тока и через датчик ЭДС - с датчиком напр жени . Входы интегратора задатчика частоты св заны с выходом РПС и § выходом МБ, Положительный эффект достигаетс за счет того, что МБ (Л формирует .мгновенные расчетные значени  скольжени , скорости и проекции вектора потокосцеплени  ротора, которые в РПС сравниваютс  с заданными , и полученным сигналом через интегратор задатчика частоты изме- ; tN5 н ет параметры вращени  двигател . О ND 3 ил.

Description

1 Изобретение относитс  к управлению электрическими машинами и может быть использовано дл  частотного управлени  асинхронных двигателей , в которых по услови м эксплуатации Невозможна установка датчиков магнитного потока и частоты вращени  двигател . Цель изобретени  - повьшение точности регулировани  скорости вращени  асинхронного двигател  и уменьщение электромагнитных потерь На фиг. 1 изображена блок-схема устройства дл  регулировани  асинхронного двигател } на фиг.2регул тор потокосцеплени J на фиг. 3 - функциональна  схема моделирующего блока. Устройство дл  регулировани  асинхронного двигател  содержит последовательно соединенные регулируемый выпр митель 1, дроссель 2 и автономный инвертор 3 тока, выход которого подсоединен к двигателю 4, последовательно соединенные задатчик 5 скорости, усилитель-огра ничитель 6, имеющий второй вход 7, интегратор 8 задатчика частоты с трем  входами 9, 10 и I1 и блок 12 управлени  автономным инвертором, выход которого подключен к управл ющему входу автономного инвертора 3, блок 13 управлени  выпр мителем с двум  входами 14 и 15, первый вход 15 которого соединен с датчиком 16 тока, датчик напр жени , выход 17 которого и выход датчика 16 тока соединены с датчиком 18 ЭДС задатчик 19 потокосцеплени , выполненный в виде двух функциональных преобразователей 20, 21 первый из которых реализует симметричную функцию типа насыщени , а второй 21 - функцию типа арктангенс, и они образуют первый 22 и второй 23 выходы задатчика потокосцеплени , регул тор 24 потокосцеплени  имеет четыре входа 25, 26, 27, 28 и выход 29, первый вход 25 св зан с первым ;Вьгходом 22 задатчика 19 потокосцеплени . Задатчик 19 потокосцеплени  фиг. 2) выполнен на базе двух срав нивающих усилителей 30, 31 и сумматоре 32, входы первого сравнивающего усилител  30 образуют первый 25 и второй 27 входы регул тора потокосцеплеии , входьт второго усилит 062 л  31 - соответственно третий 26 и четвертый 28 входы регул тора потокосцеплени , выходы усилителей 30 и 31 подключены к сумматору 32, выход которого 22 подключен к второму входу 10 интегратора 8. Моделирующий блок 33 имеет три входа 34, 35, 36 и четыре выхода 37, 38, 39, 40. Первый вход 35 моделирующего блока соединен с выходом датчика 18 ЭДС, второй вход 34с выходом датчика тока, третий 36 с выходом интегратора 8 задатчика частоты. , Моделирующий блок (фиг. 3) выполнен в виде модели роторной цепи, включающей три интегратора 41, 42 и 43, шесть сумматоров 44-49, четыре множител  50-53 и двупол рный релейный элемент 54. При этом первый вход 35 моделирующего блока соединен с последовательной цепью - первьй 45 и второй 46 сумматоры, релейный элемент 54 и первый интегратор 42, выход которого подключен к второму 38 выходу моделирующего блока, к входу третьего 49 сумматора и к входам первого 50 и второго 51 множителей, выходы которых соединены соответственно с входами четвертого 44 и п того 48 сумматоров, второй 34 вход моделирующего блока последовательно соединен с четвертым 44 сумматором и вторым 41 интегратором, выход которого подключен к первому 37 выходу моделирующего блока, к входу второго множител  51, к входам шестого 47 и четвертого 44 сумматоров, выход последнего соединен с входом второго 46 сумматора, третий вход 36 моделирующего блока соединен с третьим сумматором 49, выход которого подключен к третьему выходу 39 моделирующего блока и к выходам третьего 53 и четвертого 52 множителей, выходы которых соединены соответственно с входами второго 46 и шестого 47 сумматоров , выход первого 45 сумматора подключен к входам четвертого 44 и п того 48 сумматоров, выход третьего 43 интегратора соединен с четвертым 40 вьгеодом моделирующего блока, с входами первого 50 и четвертого 52 множителей и п того сумматора 48, выход последнего подключен к входам третьего 43 ийтегратора и третьего 53 множн .тел .

Выход усилител -ограничител  6 подключен к входу задатчика 19 потокосцеплени  и к второму входу14 блока 13 управлени  вьтр мителем, входы регул тора 24 потокосцеплени  соединены, третий 26 - с вторым выходом 23 задатчика потокосцеплени , четвертый 28 - с четвертым 40 выходом моделирующего блока 33 выходы моделирующего блока 33 подключены: второй 38 - к третьему входу 11 интегратора 8 задатчика частоты; третий 39 - к второму входу 7 усилител -ограничител  6.

Функциональные преобразователи 20 и 21 реализуют задани  по проекци м вектора потокосцеплени  ротора

в зависимости от величины В - посто нной составл ющей скольжени .

В формулах (1), (2) г , Тр, Кр - сопротивление, посто нна  времени и коэффициент св зи роторной цепи; i(rtg) - зависимость тока от скольжени  дл  оптимального энергетического режима. Графически зависимость (l) имеет вид симметричной функции типа насьщени , а зависимость (2) имеет вид функции типа арктангенс, с учетом знака минус зеркально повернутой относительно оси абсцис.

В спуско-тормозном режиме устройство дл  регулировани  асинхронного двигател , работает следующим образом.

Моделирующий блок 33 по сигналам с интегратора 8 задатчика частоты и с датчиков тока 16 и ЭДС 18, соответствующим переменным oi, i. , а , формирует мгновенные расчетные зна чени  cкoJIьжeни  и , скорости - и проекций (ppj. Ура вектора потокосцеплени  ротора.

Если напр жение обратной св зи по скорости , поступающее на вход 7 усилител -ограничител  6, отличаетс  от напр жени  -J с задатчика

202006

5 скорости, на выходе усилитеш -ограничител  6 формируетс  напр жение рассогласовани  (-5 -)К, (K const , которое принимаетс  в качестве по5 .сто нной составл ющей скольжени  /Зд. Этот сигнал, поступа  на второй вход 14 блока управлени  выпр мителем , з аствует в формировании задани  ) по току. В блоке

10 13 управлени  выпр мителем с учетом напр жени  обратной св зи по току, подаваемому на его вход 15, в результате действи  регул тора тока вырабатываетс  напр жение,воздейtS ствующее на выпр митель таким образом , что обеспечиваетс  отработка задани  по току if.(f). В регул торе 24 потокосцеплени  на сравнивающих усилител х 30 и 3 производитс  вычитание сигналов (f ,Vpj H paiVpa а на сумматоре 32 формируетс  корректирующее воздействие

(pd- P j) + l((), где 43 t a const), которое при суммировании с обуславливает такую частоту вращени  вектора тока статора , при которой вектор потокосцеплени  ротора If п приближаетс  к его требуемому значению у„,

30 задаваемому проекци ми Ci; . V pq На входе интегратора 8 происходит вычисление отклонени 

ЬР

ас текущего значени  скольжени  от задани  по этой величине, представл ющего собой сумму

,.

При поступлении на вход интегратора 8 отклонени  д он осуществл ет функцию регул тора скольжени  и .формирует частоту таким образом , чтобы отрабатьшать задание и по скольжению. Блок 12 управле-.

45 ни  инвертором по сигналу об формирует импульсы отпирани  тиристоров инвертора. В результате измен етс  частота вращени  двигател  4 до установлени  заданной величины

50 и заданного скольжени  ft, при этом ток двигател  поддерживаетс  равным заданному значению 1(й ). Одновременно происходит процесс установлени  величины и направлени 

55 вектора потокосцеплени  ротора в соответствии с заданными проекци ми вектора потокосцеплени  ротора tp-j ,

Моделирующий блок 33 (фиг. 3) представл ет собой модель роторной цепи и формирует расчетные мгновен ные величины скольжени  Д., частоты вращени  т1 , проекций вектора потокосцеплени  ротора «j и у р в системе координат, св заннойс векторами тока статора. Величины (fJ р j и Cf pa вычисл ютс  на основе управлений збена потокосцеплени  асинхронного двигател , которые представлены следующими уравнени ми: ilfr-ffp 5f fvY pVc (3 d л Jf .Vpv-t pJ-Tp P Y (4). где Тр - посто нна  времени роторной цепи Кр - коэффициент св зи роторной цепи{ г - oMH4fiCKoe сопротивление ро У Jf 2 коэффициенты обратной св  BU отклонение реальной ЭДС, I, от расчетной величины ЭДС 8ц, определ емой формулой М СЧ - fevpj - V сумматор 44 и интегратор 41 реализуют формулу (3), а сумматор 48 и интегратор 43 - формулу (4). На вход сумматора 44 поступают сигнал ig от вход;ной клеммы 34, сигнал от клонени  B(j от сумматора 45, сигна ( j) р j с выхода интегратора 41 и сиг нал произведени  ра вычисленны множителем 50. На выходе интегратора 41 формируетс  сигнал, пропор циональный проекции потокосцеплени  у pj. На вход сумматора Л8 поступают сигнал отклонени  Сц от сумматора 45, сигнал ( с выхода интегратора 43 и сигнал произведени  Я (f, J с выхода множител  , 51. На выходе интегратора 43 получаетс  сигнал, пропорциональный проекции потокосцеплени  Р и Множи тель 52 формирует прбизведение у.р( из сигнала (/ p(j , поступающего с выхода интегратора 43 Сумматор 4 вычисл ет расчетное значение ЭДС 2(, в соответствии с формулой (5). На вход сумматора 47 6 4 поступают сигнал произведени  -Э ij) . и сигнал у р с выхода интегратора il. Расчетный сигнал по частоте вращени  определ етс  по формуле -«-, (6) котора  реализуетс  на сумматоре 49, где происходит вычитание сигнала управлени  частотой вращени  двигател , поступающего с входной . .клеммы 36, и расчетного сигнала уЗ по скольжению, поступающего с выхода интегратора 42. Расчетный сигнал ft по скольжению .формируетс  на выходе интегратора 42 и вводитс  в модель роторной цепи в виде переменной, соответствующей реальному скольжению. Если сигнал соответствует реальному скольжению, то и расчетные сигналы, пропорциональные проекци м потокосцеплени  ротора V „j и. ы .,., „ 7 го I г ч будут равны действительным значени м If р j и (f рд . Тогда отклонение по ЭДС Ец на выходе сумматора 45 будет равно нулю, и сигнал ft на выходе интегратора 42 не будет измен тьс , т.е. в установившемс  режиме сигнал   на выходе интегратора 42 можно прин ть за мгновенное значение скольжени . Если , отклонение кц по ЭДС на,выходе сумматора 45 не равно нулю, то схема идентификатора, рассчитанна  из услови  устойчивосТрН, обеспечивает стремление отклонени  Сц к нулю. С точки зрени  динамики схема моделирующего блока может быть представлена последовательным соединением колебательного и интегрирующего звеньев. Поэтому при линейной коррекции по отклонению процесс установлени  скольжени  характеризуетс  колебательностью. Дл  устранени  колебательности вводитс  релейный элемент 54. На его вход поступает величина Se функци  переключени , определ ема  по формуле , (7) где Cg const - коэффициент пропорциональности . Величина ( определ етс  по формуле Л-Д-ib. (8) Подставл   в формулу (8) значение и по формуле (5) получим ., Учитьгоа ,что величиныg n- jHSMeHHютс  значительно медленнее, чем про цесс в моделирующем блоке 33, допус тимо считать их посто нными, тогда формула () с подстановкой величины dl./)t примет следующий вид: -Кио4м„иееЕо . 5.«-Kur TpSIip - Vt fi На вход сумматора 46 поступают сигнал lu с сумматора 45, сигналJifpj/ , с входа интегратора 43, произве дение cj pn/Jt с выхода множител  53, причем величина e}( получае с  на входе интегратора. Релейный элемент при поступлении на .его вход величины Sg положительного знака формирует на выходе положительный сигнал U + U,, при 5 отрицательном на выходе формируетс  отрицательный сигнал lig. Данное устройство, несмотр  на отсутствие датчика частоты вращени  двигател , косвенно определ ет с помощью моделирующего блока мгновенные значени  скольжени  и частоты вращени  двигател , а также проекции вектора потокосцеплени  ротора , и регулирует эти параметры. При этом образованньй в регул торе скольжени  сигнал oi управлени  с уче том корректирующего воздействи , которое определ етс  по заданным и расчетным проекци м вектора потокосцеплени  ротора и сигналу уЗ , позвол ет регулировать частоту вращени , скольжение двигател  и величину и направление вектора потокосцеплени  ротора. Рассмотренное устройство дл  рег лировани  асинхронного двигател  обеспечивает по сравнению с известным высокую точность регулирова ни  частоты вращени  двигател  при изменении момента нагрузки и регули рование величины и направлени  вектора потокосцеплени  ротора при пв реходном процессе, которое путем устранени  колебательности процесса установлени  потокосцеплени : уменьшает электромагнитные потери в двигателе. Погрешность по частоте вращени  составл ет не более 068 0,5%, а в известном при изменении момента нагрузки - до 10%. Дополнительные электромагнитные потери, возникающие в двигателе прототипа вследствие колебани  магнитного потока в переходном .процессе составл ют приблизительно 40% от номинальных электромагнитных потерь, которые составл ют 15% от мощности двигател . Дл  двигател  мощностью 100 кВт номинальные электромагнитные потери состав т 15 кВт. Тогда дополни . кВт. тельные потери равны ,-г. 100 .Учитьша , что двигатель, работаю:Щий в пуско-тормозном режиме, допус-. |кает до 3600 изменений частоты вращени  в час и переходный процесс в звене потокосцеплени  длитс  ориентировочно 1 с. При этом дополнительные потери за 1 ч, счита , что двигатель находитс  в состо нии переходного процесса в среднем 1800 с, состав т 3 кВт. Данное изобретение позвол ет свести дополнительные электромагнитные потери при переходном процессе практически к нулю. Таким образом, изобретение позвол ет значительно уменьшить электромагнитные потери в двигателе и получить экономию электроэнергии. Форму л а изобретени  Устройство дл  регулировани  асинхронного двигател , содержащее последовательно соединенные регулируемый выпр митель, дроссель и автономный инвертор тока, выход которого предназначен дл  подключени  к асинхронному двигателю, последовательно Соединенные задатчик скороста , усилитель-ограничитель с двум  входами, интегратор эадатчика астоты с трем  входами и блок упавлени  автономным инвертором тока, ьгход которого подключен к управл ющему входу автономного инвертора тока, блок управлени .выпр мителем с двум  входами, первый вход которого соединен с датчиком тока, датчик напр жени , выход которого и выход датчика тока подклю.чень к входам датчика ЭДС, задатчик потокосцеплени , первый выход которого соединен с первьм входом регул тора потокосцеплени ; моделирующий, блок с трем  входами и одним выходом, первьй вход которого соединен с выходом датчика ;ЭДС, второй вход - с выходом датчика тока, третий - с выходом интегратора задатчика частоты , а выход соединен с.вторым входом регул тора потокосцеплени , содержащего первый сравнивающий усилитель, входыкоторого образуют первый и второй входы регул  тора потокосцеплени , о т л и Ч аю щ е е с   тем, что, с целью повы шени  точности регулировани  скорости и уменьшени  электромагнитных потерь, задатчик потокосцеплени  сн жен вторым выходом и выполнен на дв функциональных преобразовател х, пе вый из которых реализует симметричную функцию типа насыщени , а второй - функцию типа арктангенс, в регул тор потокосцеплени  введены второй сравнивающий усилитель и сум матор, входы которого соединены с выходами первого и второго сравнивающих усилителей, а его выход  вл  етс  выходом регул тора потокосцеплени , входы второго сравнивающего усилител  образуют третий и четвертый входы регул тора потокосцеплени , моделирующий блок имеет три допол нительных выхода и выполнен в виде модели роторной цепи, включающей три интегратора, четыре множител , шесть сумматоров и двупол рный релейный элемент, при этом первый вход моделирующего блока соединен с последовательной цепью - первый и второй сумматоры, релейный элемент и первый интегратор, выход которого подключен к второму выходу моделирующего блока, к входу третьего сумматора и к входам первого и второго множителей, выходы которь х соединены соответственно с входй ми четвертого и п того сумматоров, . второй вход моделирующего блока последовательно соединен с четвертым сумматором и вторым интегратором , выход которого подключен к первому выходу моделирующего блока , к входу второго множител , к входам шестого и четвертого сумматоров , выход последнего соединен с входом второго сумматора, третий вход моделирующего блока соединен с третьим сумматором, выход которого подключен к третьему выходу моделирующего блока и к входам третьего и четвертого множителей, выходы которых соединены соответственно с входами второго и шестого сумматоров, выход перво-го сумматора подключен к входам четвертого и п того сумматоров, выход третьего интегратора соединен с четвертым выходом моделирующего блока, с входами первого и четвертого множителей и п того сумматора, выход последнего подключен к Входам третьего интегратора и третьего множител , при этом выход усилител ограничител  подключен к входам задатчика потокосцеплени  и к второму входу блока управлени  выпр мителем , третий и четвертый входы регул тора потокосцеплени  соединены соответственно с вторым выходом задатчика потокосцеплени  ис четвертым выходом моделирующего блока, выход регул тора потокосцеплени  соединен с вторым входом интегратора задатчика частоты, выходы моделирующего блока подключены: второй - к третьему входу интегратора задатчика частоты, третий - к второму входу усилител  ограничител .

Фиг.

Фи8.5

Claims (1)

1. 35 формула изобретения

   Устройство для регулирования асинхронного двигателя, содержащее последовательно соединенные регули40 руемый выпрямитель, дроссель и автономный инвертор тока, выход которого предназначен для подключения к асинхронному двигателю, последовательно Соединенные задатчик ско45 рости, усилитель-ограничитель с двумя входами, интегратор задатчика [частоты с тремя входами и блок управления автономным инвертором тока, [выход которого подключен к управляю5G щему входу автономного инвертора тока, блок управления.выпрямителем с двумя входами, первый вход которого соединен с датчиком тока, датчик напряжения, выход которого и 55 выход датчика тока подключены к входам датчика ЭДС, задатчик потокосцепления, первый выход которого соединен с первым входом регулятора по9 токосцепления; моделирующий, блок с тремя входами и одним выходом, первый вход которого соединен с выходом датчика -ЭДС, второй вход - с выходом датчика тока, третий - с выходом интегратора задатчика частоты, а выход соединен с.вторым входом регулятора потокосцепления, содержащего первый сравнивающий усилитель, входыкоторого образуют первый и второй входы регулятора потокосцепления, о т л и Ч а- / ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности регулирования скорости и уменьшения электромагнитных потерь, задатчик потокосцепления снабжен вторым выходом и выполнен на двух функциональных преобразователях, первый из которых реализует симметричную функцию типа насыщения, а второй - функцию типа арктангенс, в регулятор потокосцепления введены второй сравнивающий усилитель и сумматор, входы которого соединены с выходами первого и второго сравнивающих усилителей, а его выход является выходом регулятора потокосцепления, входы второго сравнивающего усилителя образуют третий и четвертый входы регулятора потокосцепления, моделирующий блок имеет три дополнительных выхода и выполнен в виде модели роторной цепи, включающей три интегратора, четыре множителя, шесть сумматоров и двуполярный релейный элемент, при этом первый вход моделирующего блока соединен с последовательной цепью - первый и второй сумматоры, релейный элемент и первый интегратор, выход которого подключен к второму выходу моделирующего блока, к входу третьего сумматора и к входам первого и второго множителей, выходы кото1202006 ¹⁰ |рых соединены соответственно с входй ми четвертого и пятого сумматоров, второй вход моделирующего блока последовательно соединен с четвер5 тым сумматором и вторым интегратором, выход которого подключен к первому выходу моделирующего блока, к входу второго множителя, к входам шестого и четвертого сумма10 торов, выход последнего соединен с входом второго сумматора, третий вход моделирующего блока соединен с третьим сумматором, выход которого подключен к третьему выходу мо15 делирующего блока и к входам третьего и четвертого множителей, выходы которых соединены соответственно с входами второго и шестого сумматоров, выход перво-го суммато20 ра подключен к входам четвертого и пятого сумматоров, выход третьего интегратора соединен с четвертым выходом моделирующего блока, с входами первого и четвертого множи25 телей и пятого сумматора, выход последнего подключен к входам третьего интегратора и третьего множителя, при этом выход усилителяограничителя подключен к входам

   30 задатчика потокосцепления и к второму входу блока управления выпрямителем, третий и четвертый входы регулятора потокосцепления соединены соответственно с вторым вы35 ходом задатчика потокосцепления и. с четвертым выходом моделирующего блока, выход регулятора потокосцепления соединен с вторым входом интегратора задатчика частоты, выходы 4Q моделирующего блока подключены: второй - к третьему входу интегратора задатчика частоты, третий - к второму входу усилителя - ограничителя .