SU1277347A1 - Асинхронный частотно-регулируемый электропривод - Google Patents

Abstract

АСИНХРОННЫЙ ЧАСТОТНОРЕГУЛИРУЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД, содержащий асинхронный электродвигатель с двум  статорными обмотками, сдвинутыми в пространстве относительно друг друга на 30 эл. град., которые соединены с двум  независимыми каналами преобразовател  частоты, каждый из которых состоит из последовательно соединенных выпр мител , сглаживающего дроссел , датчика тока и инвертора тока, блок фазового сдвига, вход которого соединен с блоком управлени  инвертором первого канала, а выход - с блоком управлени  инвертором второго канала, входы блоков управлени  инверторами соединены с выходом сумматора, входы которого соединены с вьЕходами регул тора скорости и датчика скорости, а датчики тока каждого независимого канала преобразовател  частоты через пропорциональные усилители соединены с входами регул торов тока, выходы которых св заны с блоками управлени  выпр мител ми, выход датчика скорости св зан с регул тором скорости, выход которого через первый функциональный элемент, осуществл ющий задание тока на уровне, обеспечивающем стабилизацию потока, соединен с первым и вторым регул торами тока, отличающийс  тем, что, с целью повышени  КПД и надежности, электродвигатель содержит измерительную обмотку и введены первый и второй интегрозапоминающие блоки , дифференцирующий усилитель, четыре управл емых ключа, второй функциональный элемент выделени  максимального входного сигнала, третий функциональный элемент определени  пол рности входного сигнала , элемент задержки, формирователь, бинарный триггер, мажоритарный элемент, три компаратора и датчики высших гар.моник магнитного потока, входы которых подключены к измерительной обмотке, а выходы - к первым входам компараторов, вторые входы которых соединены с блоком задани  высщих гармоник в зазоре, а выходы & компараторов подключены к входу мажори (Л тарного элемента, выход которого подключен к управл ющим входам третьего и четвертого управл емых ключей, вы.ход четвертого управл ющего ключа подключен к входам первого и второго интегрозапоминающих блоков, выходы которых подключены соответственно к входам первого и второго регул торов тока, цепи обратных св зей котоto рых подключены к выходам соответственно vj первого и второго управл емых ключей, управл ющие входы которых подключены оо к выходу бинарного триггера, вход которого 4 через формирователь, элемент задержки, третий функциональный элемент подключен к выходу дифференцирующего усилител , вход которого через выход третьего ключа подключен к выходу второго функционального элемента, входы которого подключены к выходам датчиков высишх гармоник магнитного потока.

Description

Изобретение относитс  к электротехнике. а точнее к частотно-унраьушемым электронриводам и может быть иснользовано дл  нривода высокооборотных насосов и газодувок .

Цель изобретени  - иовы1нение КПД и надежности электронривода.

На чертеже приведена функциональна  схема асинхронного частотно-регулируемого электронривода, который включает в себ  асинхронный электродвигатель 1 с двум  статорными обмотками, сдвинутыми в пространстве относительно друг друга на 30 эл. град., и измерительной обмоткой, датчик 2 скорости, регул тор 3 скорости, первый функциональный элемент 4, осуществл ющий задание тока на уровне, обеспечивающем стабилизацию потока, нервый и второй регул торы о и 6 тока, первый и второй в1)Ц1р мптели 7 и 8, нервый и второй сглаживающие дроссели 9 и 10, первый и второй датчики 11 и 12 тока, первый и второй инверторы 13 и 14 тока,блок 15 фазового сдвига, первый и второй блоки 6 и 17 унравлени  инвертором, сумматор 18, первый li второй нропо)цнона . усилители 19 и 20. ncpBi nl li второй блоки 21 и 22 унравлснп  выпр мител ми , первый 11 второй кнтегрозаномипаюнше блоки 23 и 24, дифференцирующий усилитель 25, четыре управл емых ключа 26, 27, 28 и 29, второй элемент 30 выделени  максимального входного сигнала, третий функциональный элемент 31 онределени  пол рности входного сигнала, элемент 32 задержки, формирователь 33, бинарный триггер 34, мажоритарный элемент 35 с первого но третий, комнараторы 36, 37, 38 и с первого но третий датчики 39-41 BbicHJHx гармоник магнитного потока.

При этом асинхронный электродвигатель с двум  статорными обмотками, сдвинутыми в пространстве относительно друг друга на 30 эл. град., соединен обмотками с инверторами 13 и 14 тока, датчик 2 скорости выходом св зан с регул тором 3 скорости, выход которого через первый функциональный элемент 4 соединен с первым 5 и вторым 6 регул тора.ми тока, преобразовател1 частоты , включаюп ий два независимых канала, каждый из которых состоит и-з noi 1едовательно соединенных выпр мителей 7 и 8, сглаживающих дросселей 9 и 10, датчиков 11 и 12 тока и инверторов 13 и 14 тока указанного канала, блок фазового сдвига 15, вход которого соединен с блоком 16 унравлени  инвертором нервого канала, а выход - с блоком 17 унравлени  И1;вертором вто|)ого канала , входы блоков унравле1П1  инвергором соединены с выходом сумматора 18, входы которого соединены с выходами регул тора 3 скорости и датчика 2 скорости, а датчики 11 и 12 тока каждого канала через нропорциональные усилители 19 и 20 соединены с выходами регул торов 5 и 6 тока, выходы которых св заны с блоками 21 и 22 управлени  выпр мител ми. Кроме того, входы датчиков 39-41 высших гармоник магнитного потока подключены к измерительной обмотке, а выходы - к входам комнараторов 36, 37 и 38, на которые подаетс  также

задани  высших гармоник в зазоре, а выходы компараторов подключены к входу мажоритарного элемента 35, выход которого нодключен к управл ющему входу третьего и четвертого ключей 28 и 29, выход носледнего подключен к входам первого и второго интегрозапоминающих блоков 23 и 24, выходы которых подключены, соответственно, к выходам нервого и liToporo регул торов 5 и 6 тока, а цепи обратных св зей - к выходам , соответственно, первого и второго ключей 26 и 27, управл ющие входы которых подключены к выходу бинарного триггера 34, вход которого через формирователь 33, элемент 32 задержки и третий функциональный элемент 31 нодключен к вь)1ходу диффе0 ренциального усилител  25, вход которого через выход третьего ключа 28 подключен к выходу второго функционального элемента 30, входы которого нодключены к выходам датчиков 39, 40 и 41 высщих гармоник магнитного потока.

5 .Асинхронный частотно-регулируемый электронривод работает следующим образом .

Сигнал на задание скорости вращени  D.-J постунает на сумматор регул тора 3 скорости . Сюда же постунает с датчика 2 скорости сигнал фактической скорости v.

Под действием разности этих сигналов регул тор 3 скорости вырабатывает сигнал абсолютного скольжени  р, который в сумматоре 18 складываетс  с сигнало.м фактической скорости V.

Выходной сигнал ее сумматора 18 поступает на входы 1-го и 2-го блоков управлени  инверторами 17 и 16 и задает частоту токов на выходе инвертора. Сигнал абсолютного скольжени  р с выхода регул тора 3

0 скорости поступает через первый функционалын ш элемент 4 на вход первого 5 и второгО 6 регул торов 4 тока и задает величину токов в обмотках двигател  1.

Контуры регулировани  тока совместно с регул торами 5 и 6 тока образуют блоки 21

- и 22 управлени  выпр мител ми, выпр мители 7 и 8, датчики 10 и 11 тока и пропорциональные усилители 19 и 20.

В приводе прин т закон регулировани , обеспечивающий посто нство магнитного

Q потока машины во всем диапазоне регулировани . Известный недостаток управлени  с посто нным потоком, св занный с повышенными ютер ми в стали при малых моMCiiTax нагрузки, не сугцественеп дл  данного класса нриводов, так как большую часть

5 времени они работают с нагрузкой, близкой к номинальной.

Управление выходной частотой инверторов 13 и 14 производитс  по принципу пр мого формировани  скольжени , т. е. выходна  частота устанавливаетс  такой, что автоматически получаетс  заданное скольжение . В сумматоре 18 скольжение р складываетс  с фактической скоростью v. Выходной сигнал сумматора 18 а р + и  вл етс  сигналом задани  выходной частоты.

Посто нство магнитного потока достигаетс  за счет первого функционального элемента 4, реализующего соответствующее задание тока.

Кроме того, перед преобразованием первой функциональный элемент 4 осуществл ет операцию выделени  модул  выходного сигнала абсолютного скольжени  (3. Это необходимо, так как ток в звене выпр мленного тока не мен ет своего знака, а скольжение мен ет свой знак при переходе привода в режим рекуперативного торможени . Дл  ограничени  тока в переходных режимах регул тор 3 скорости должен быть с огра ничением.

Фазовый сдвиг на 30 эл. град, выходных токов инверторов 13 и 14 достигаетс  за счет создани  блоком фазового сдвига 15, временного сдвига управл ющих импульсов блоков управлени  инверторами 16 и 17. Благодар  пространственному сдвигу обмоток двигател  1 и временному сдвигу выходных токов инверторов 13 и 14 высщие гармоники магнитного потока в зазоре, определ емые выражени ми

+ 5;

К 12rt + 7,

где К - номер гармоники;

и О, 1, 2, 3,

взаимно уничтожаютс , т. е. при пр моугольной форме токов в обмотках двигател  1 в зазоре его синтезируетс  магнитное поле, измен ющеес  во времени практически синусоидально . Режим компенсации высших гармоник в зазоре с двигателем с расщепленными обмотками способствует уменьшению потерь на поверхности ротора, повышению КПД привода. Нарушение компенсации высщих приводит к недопустимому тепловому режиму двигател . Поэтому в течение всего времени работы привода должен осуществл тьс  надежный контроль непосредственно магнитного пол  в зазоре машины. В известных устройствах контролировались токи высших гармоник в обмотках. Но достаточно изменитьс  передаточным коэффициентам датчиков токов высших гармоник (в прототипе) или пропорциональных усилителей 19 и 20 в цепи обратной св зи контуров регулировани  тока в предлагаемом устройстве, как режим компенсации высших гармоник в зазоре нарушаетс . Система автоматического регулировани  этого не почувствует , но двигатель начнет работать с увеличенны.ми потер ми и низким КПД в том случае, если компенсаци  намагничивающих сил высших гармоник в зазоре нарушаетс  незначительно, или выходит из стро  из-за перегрева, если пол  высших гармоник велики. В предлагаемом устройстве дл  повыщени  КПД и надежности контролируютс  не токи высших в обмотках двигател  1, а содержание высших гармоник непосредственно в магнитном потоке двигател  1, дл  чего двигатель снабжают измерительной обмоткой, а систему автоматического регулировани  выполн ют адаптивной самоорганизующейс .

При работе привода датчики 39-41 высщих гармоник магнитного потока, подключенные к измерительной обмотке двигател  1 дают содержание высших гармоник в зазоре. Так как ЭДС измерительной обмотки есть производна  от магнитного потока, то магнитные пол  высших гармоник в зазоре навод т в обмотке ЭДС соответствующих частот . Сигналы фактического содержани  высших гармоник в зазоре сравниваютс  на входах компараторов 36, 37 и 38 с заданным L.-iBi и при равенстве фактической и заданной величин компаратор выдает сигнал.

Дл  исключени  ложных срабатываний, св занных с возможными изменени ми коэффициентов передачи датчиков магнитного потока и неисправностью компараторов, контроль осуществл етс  по мажоритарной схеме «два из трех.

При срабатывании .двух компараторов на выходе мажоритарного элемента 35 по вл етс  сигнал, который поступает на управл ющие входы ключей 28 и 29.

С выхода второго функционального элемента 30 максимальный из трех сигнал через коммутирующие выходы третьего 28 и четвертого 29 ключей поступает на входы дифференцирующего усилител  25, первого 23 и второго 24 интегрозапоминающих блоков. В св зи с тем, что первоначальна  ориентаци  бинарного триггера 34 такова, что на выходе его, который подключен к управл ющим входам первого 26 и второго 27 ключей, сигнал отсутствует, коммутирующий выход второго ключа 27 не замкнут, а первого ключа 26 - замкнут. Поэтому второй интегрозапоминающий блок 24 начинает работать в режиме интегрировани  и на выходе его сигнал нарастает, а сигнал на выходе первого интегрозапоминающего блока 23 остаетс  равным нулю. Далее система работает -в режиме поиска по методу производной по времени . Поскольку контролируемым параметром  вл етс  содержание высших гармоник в магнитном потоке маи)ины, то производна  по времени беретс  от сигнала содержани  Bbicnuix гармоник в потоке. Увеличивающийс  во времени сигнал с выхода второго интегрозапоминающего блока 24 поступает на вход второго регул тора 6 тока. Увеличивающиес  вследствие этого токи высших гармоник во второй обмотке двигател  1 привод т к изменению содержани  ubioini x гармоник в магнитном потоке. При этом.

Claims (1)

1. АСИНХРОННЫЙ ЧАСТОТНОРЕГУЛИРУЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД, содержащий асинхронный электродвигатель с двумя статорными обмотками, сдвинутыми в пространстве относительно друг друга на 30 эл. град., которые соединены с двумя независимыми каналами преобразователя частоты, каждый из которых состоит из последовательно соединенных выпрямителя, сглаживающего дросселя, датчика тока и инвертора тока, блок фазового сдвига, вход которого соединен с блоком управления инвертором первого канала, а выход — с блоком управления инвертором второго канала, входы блоков управления инверторами соединены с выходом сумматора, входы которого соединены с выходами регулятора скорости и датчика скорости, а датчики тока каждого независимого канала преобразователя частоты через пропорциональные усилители соединены с входами регуляторов тока, выходы которых связаны с блоками управления выпрямителями, выход датчика скорости связан с регулятором скорости, выход которого через первый функциональный элемент, осуществляющий задание тока на уровне, обеспечивающем стабилизацию потока, соединен с первым и вторым регуляторами тока, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и надежности, электродвигатель содержит измерительную обмотку и введены первый и второй интегрозапоминающие блоки, дифференцирующий усилитель, четыре управляемых ключа, второй функциональный элемент выделения максимального входного сигнала, третий функциональный элемент определения полярности входного сигнала, элемент задержки, формирователь, бинарный триггер, мажоритарный элемент, три компаратора и датчики высших гармоник магнитного потока, входы которых подключены к измерительной обмотке, а выходы — к первым входам компараторов, вторые входы которых соединены с блоком задания высших гармоник в зазоре, а выходы о компараторов подключены к входу мажоритарного элемента, выход которого подключен к управляющим входам третьего и четвертого управляемых ключей, выход четвертого управляющего ключа подключен к входам первого и второго интегрозапоминающих блоков, выходы которых подключены соответственно к входам первого и второго регуляторов тока, цепи обратных связей которых подключены к выходам соответственно первого и второго управляемых ключей, управляющие входы которых подключены к выходу бинарного триггера, вход которого через формирователь, элемент задержки, третий функциональный элемент подключен к выходу дифференцирующего усилителя, вход которого через выход третьего ключа подключен к выходу второго функционального элемента, входы которого подключены к выходам датчиков высших гармоник магнитного потока.

   SU „„1277347