SU1282302A1 - Частотно-регулируемый асинхронный электропривод - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике . Целью изобретени  - вл етс  повьшение качества работы. Частотно-. регулируемый асинхронный электропривод содержит асинхронць1й двигатель (АД) 1, на валу к-рогоГ- установлен тахогенератор 7. Обмотки статора АД 1 подключены через датчики 5, 6 фазных токов и напр жений к преобра-.- зователю (ПЧ) 2 частоты с двум  уп

Description

(Л

Фиг. 1

равл ющими входами 3, 4, Выход тахо- генератора 7 соединен с одним входом блока 12 управлени  частотой, обра- зованным одним входом форю ропател  13 аналог ового сигнала выходной частоты и одним входом элемента (Э) 9 сравнени . Второй вход 3 9 нодключен к выходу блока 8 задани  скорости. Выход Э 9 подключен к входу регул тора 10, выход которого соединен с другим входом блока 12 и входом блока 11 задани  амплитуды .. Выход блока I1 нодключен к управл ющему входу 3 ПЧ 2, Вход 4 ПЧ 2 св зан с выходом блока 12, образованным выходом ключевого регул тора 19 частоты. Выходы датчиков б, 5 соедикепы с третг-зим и четвертым входами блока 12, образо- ва.П1ыми вход,ами формировател  14 сигналов петогосцепл(. . Указа1 на  цель

достигаетс  тем, что во входную цепь операционного усилител  20, вход щего в состав регул тора 19, введены дополнительные резисторы 35, 37 и ключи 34, 36, коммутируемые сигналами формировател  33 логических сигналов регул тора потока по сигналам релейного регул тора 32 потока и зна ка момента. В результате осуществл ютс  регулирование амплитуды потока и точное ее поддержание на заданном уровне., Указанное регулирование особенно э4 фективно при использовании экономического закона регулировани , при котором амплитуда потока мен етс  в широких пределах, а фазовый угол вектора тока в системе коорди- мат потокосцеплени  мен етс  в узких пределах. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в системах автоматического упрг1влени  частотно-регулируемыми электроприводами общепромышленного назначени , выполненными на основе асинхронного короткозамкнутого двигател  и ти- ристорного преобразовател  частоты с автономным инвертором тока.

Целью изобретени   вл етс  повышение качества работы за счет точного поддержани  задаваемой амплитуды по- .тока в асинхронном двигателе.

На фиг.1 представлена функциональна  схема частотно-регулируемого асинхронного электропривода; на фиг.2 - функциональна  схема блока выделени  модул  потокосцеплений;па фиг.З - функциональна  схема формировател  логических сигналов регул - .тора потока.

. Частотно-регулируе1.1ый асинхронньм электропривод содержит асинхронный двигатель 1 с коррткозамкнутым ротором , статорные обмотки которого . подключены к выходу преобразовател  2 частоты с двум  управл ющими входами 3 и 4 по току и частоте соответственно , датчик 5 фазных токов и датчик 6 фазных напр жений, тахогене ратор 7, установленный на валу асин

хронного двигател  1 с короткозамк- нутым ротором, последовательно соединенные блок .8 задани  скорости,первый элемент 9 сравнени , регул тор

10 скорости и блок. 11 задани  амплитуды тока, подключенный выходом к уп- равл юп;ему входу 3 -по току преобразовател  2 частоты.

Причем другой вход первого элемента 9 сравнени  подключен к выходу тахогенератора 7, блок 12 управлени  частотой, выполненный с формирователем 13 аналогового сигнала выходной частоты, подключенным входами к выходу регул тора 10 скорости и к вы- ходу тахогенератора 7, формирователем 14 сигналов потокосцеплений,подключенным входами к выходам датчиков 5 и 6 токов и напр жений, блоком 15 задани  фазы тока в системе координат потокосцеплений, подкшоченным входом к выходу регул тора 10 скорости , формирователем 16 логических

сигналов заданного тока, подключенным входами к выходу формировател  14 сигналов потокосцеплений и к выходу блока 15 задани  фазы тока в системе координат потокосцеплений, I l

формирователем 17 логических сигналов фактического тока, подключенным входом к выходу датчика 5 фазных то

ков, элементом 18 логического сравнени , подключенным входами к выходам формирователей 16 и 17 логических сигналов заданного и фактического токов, ключевым регул тором 19 частоты с операционным усилителем 20 к инвертирующему входу которого подключен первый резистор 21, а через первый управл емый ключ 22 - второй резистор 23, другой вывод которого объединен с другим выводом первого резистора 21 и образует первый вход 24 ключевого регул тора 19 частоты, подключенный к выходу формировател  13 аналогового сигнала выходной частоты .

При этом по цепи обратной св зи операционный усилитель 20 охвачен третьим резистором 25, шунтированным вторым управл емым ключом 26, управл ющий вход которого и управл ющий вход первого управл емого ключа 22 образуют соответственно второй и третий входы 27 и 28 ключевого регул тора 19 частоты, подключенные к выходам элемента 18 логического сравнени , а выход операционного усилител  20, образующий выход ключевого регул тора 19 частоты, подключен к управл ющему входу 4 по частоте преобразовател  2 частоты.

В блок -12 управлени  частотой дополнительно введены блок 29 выделеФормирователь 33 логических сигналов регул тора 32 потока содержит три инвертора 45-47 (фиг.З), три элемента И 48-50, два элемента ИЛИ 51 и 52, источник 53 логического сигнала включени  системы регулировани  п отока и нуль-индикатор 54, подключенный выходом к входу второго инвер тора 46, при этом входы первого эле1 ,Д.,1.1, . 4J li.%.LJ.LJlll Lf Л t-f JJ ,

НИЯ модул  потокосцеплений и после-эг т / о

- on мента И 48 подключены квыходам перi-r -V4-i m/-vf-rT TTt. f f f /т ттт/читтт 1 f -til

довательно соединенные блок 30 задани  амплитуды потока, второй элемент 31 сравнени , релейный регул тор 32 потока, формирователь 33 логических сигналов регул тора 32 .потока , при этом вход блока 30 задани  амплитуды потока и второй вход формировател  33 логических сигналов объединены между собой и подключены к выходу регул тора 10 скорости, а второй вход второго элемента 31 сравнени  подключен к выходу блока 29 выделени  модул  потокосцеплений, в

40

вого и второго инверторов 45 и 46, входы второго элемента .И 49 подключены к входам первого и второго инверторов 45 и 46.

Входы первого элемента ИЛИ 51 подключены к выходам первого и второго элементов И 48 и 49.

Первый вход третьего элемента 45 И 50 объединен с первым входом второго элемента ИЛИ 52 и подключен к выходу первого элемента ИЛИ 51. Второй вход третьего элемента И 50 объключевом регул торе 19 частоты инвер- единен с входом третьего инвертора тирующий вход операционного усилите- 50 подключен к выходу источника 53 л  20 дополнительно подключен к пер- логического сигнала включени  систе- вому входу 24 ключевого регул тора мы регулировани  потока. 19 частоты через две параллельно сое- Второй вход второго элемента ИЛИ диненные цепи, перва  из которых вы- 52 подключен к выходу третьего инвер- полнена из последовательно соединен- 55 тор 7, причем вход первого инвер- ных третьего управл емого ключа 34 тора 45 и вход нуль-индикатора 54 об- и четвертого резистора 35, а втора  разуют соответственно первый и втс- цепь - из последовательно соединенных рой входы формировател  33 логичес- четвертого управл емого ключа 36 и ких сигналов, выходы которого об5

п того резистора 37, причем управл ющие входы третьего и четвертого управл емых ключей 34 и 36, образующие соответственно четвертый и п тый вхо- ды 38 и 39 ключевого регул тора 19 частоты, соединены с соответствующие ми выходами формировател  33 логических сигналов регул тора 32 потока.

Блок 29 выделени  модул  потоко- сцеплений может содержать узел 40 вычитани  (фиг.2), блоки 41 и 42 умножени , сумматор 43 и преобразователь 44 функции квадратного корн , выходом образующий выход блока 29 выделени  модул  потокосцеплений, входы которого образуют объединенные между собой входы блока 41 умножени  и входы узла 40 вычитани .

Выход узла 40 вычитани  подключен к объединенным между собой входам блока 42 умножени . Выходы блоков 41 и 42 умножени  подкльочены к входам сумматора 43, соединенного выходом с входом преобразовател  44 функции квадратного корн .

Формирователь 33 логических сигналов регул тора 32 потока содержит три инвертора 45-47 (фиг.З), три элемента И 48-50, два элемента ИЛИ 51 и 52, источник 53 логического сигнала включени  системы регулировани  п отока и нуль-индикатор 54, подключенный выходом к входу второго инвертора 46, при этом входы первого эле0

5

0

Д.,1.1, . 4J li.%.LJ.LJlll Lf Л t-f JJ ,

г т / о

40

вого и второго инверторов 45 и 46, входы второго элемента .И 49 подключены к входам первого и второго инверторов 45 и 46.

Входы первого элемента ИЛИ 51 подключены к выходам первого и второго элементов И 48 и 49.

Первый вход третьего элемента 45 И 50 объединен с первым входом второго элемента ИЛИ 52 и подключен к выходу первого элемента ИЛИ 51. Второй вход третьего элемента И 50 объразуют выход третьего элемента И 50 и выход второго элемента ШШ 52.

В качестве источника 53 логического сигнала включени  системы регулирований потока может быть использовано реле, контакт которого коммутирует напр жение источника посто нного тока,  вл ющеес  логическим сигналом включени .

Частотно-регулируемый асинхронный электропривод работает следующим образом .

Сигнал задани  скорости из блока 8 сравниваетс  с сигналом тахогене- ратора 7 на первом элементе 9 сравнени . Сигнал ошибки скорости преобразуетс  регул тором 10 скорости в С-игпал задани  момента. В зависимости от прин того закона управлени  электромагнитными процессами асинхронного двигател  1 с короткозамк- нутым ротором ка кДому значению момента соответствует определенное значение амплитуды, тока, задаваемое блоком 11, определенное- значение угла между векторами потока и тока, за-- даваемое блоком 15, определенное значение амплитуды потока, задаваемое блоком 30, и определенное значение скорости вектора тока в сиС Ге- ме координат ротора, задаваемое формирователем 13, где производитс  сложение сигнала скольжени  асинхронного двигател  с сигналом тахогенератора 7. I

Выходной сигнал блока 1 задани  амплитуды тока поступает на управл ющий вход.3 преобразовател  2 частоты . Выходной сигнал формировател  13 аналогового сигнала выходной частоты через ключевой регул тор 19 частоты поступает на уиравл юпа-гй вход 4- преобразовател  2 частоты. Фактическа  частота преобразовател  2 частоты определ етс  выходньм сигналом операционного усилител  20, дл  которого соотношение между входным и выходным сигналами зависит от среднего времени замкнутого состо ни  управл емых ключей 22, 34, 36 и 26,

Если замкнут ключ ЗА, а ключи 22, 36 и 26 разомкнуты, то выходной сигнал равен входному. Если замкнуты ключи 34 и 36, а ключи 22 и 26 разомкнуты , то выходной сигнал больше входного. Если ключи 22, 34, 36 и 26 разошснуты, то выходной сигнал меньше входного.

823026

Сиг налы датчиков тока 5 и напр жени  6 в формирователе 14 преобразуютс  в сигналы потокосцеплений двигател  , а по сигналам потокосцеплений

5 и преобразованному блоком 15 задани  фазы тока сигналу задани  момента формирователем 16 вьщаютс  логи- ческие сигналы заданного тока. Сиг- налы датчика 5 тока в формирователе

0 17 преобразуютс  в логические сигналы фактического тока. Последовательности логических сигналов с выходов формирователей 16 и 17 сравниваютс  в элементе 18 логического сравнени , 5 на выходах которого по вл етс  логический сигнал на врем  несовпадени  . логических сигналов заданного и фак тического тока. Если фактический ток отстает от заданного, выходной сигл20 нал элемемта 18 логического сравнени  замыкает ключ 22, если опережает ключ 26.

По сигналам потокосцеплений форми25 14 в блоке 29 выдел етс  сигнал амплитуды потока, который с помощью элемента 31 сравнени  сравнива етс  с сигналом задани  амплитуды пото- ка с выхода блока 30. Сигнал ошибки.с вы30 хода элемента 31 сравнени  переключает релейный регул тор 32 потока. В формирователе 33 логические сигналы с выхода релейного регул тора 32 в комбинации с логическими сигналами

35 знака момента, получаемыми с помощью , нуль-индикатора 54 (фиг.2) и инвертора 45, преобразуютс  в выходные логические сигналы .формировател  33, которые в нормальной работе одинако40 вые и повтор ют выходной сигнал элет мента ИЛИ 51. Только в наладочном режиме , когда на входы элементов 50 и 47 вместо единичного логического сигнала включени  источника 53 подает45 с  нулевой, на выходе элемента И 50 получаем посто нньш нулевой сигнал, а на выходе элемента ИЛИ 52 - посто н- ньй единичный сигнал. Единичный сигнал на выходах формировател  33 при

50 нормальной работе по вл етс , если в двигательном режиме фактический, поток больше заданного или в генера- торном (тормозном) режиме - меньше заданного. Указанна  логическа  функ55ци  реализуетс  логическими элементами 48, 49 и 51. Выходные сигналы формировател  33 управл ют работой ключей 34 и 36 ключевого регул тора 9 частоты.

7 I Рассмотрим сначала работу управл  емых. ключей 22 и 26, управл емых выходными сигналами элемента 18 логического сравнени , условившись, что единичный управл ющий сигнал замыкает ключ, а нулевой - размыкает. Допу стим, что на входы элементов 50 и 47 формировател  33 вместо единичного сигнала из источника 53 подаетс  нуг левой сигнал. Тогда на выходе И 50 получаем О,.а на выходе элемента ИЛИ 52 - 1, ключ 34 замкнут, а ключ 36 разомкнут. При разомкнутых ключах 22 и 26 на выходе операционного усилител  20 получаем повторение аналогового сигнала задани  частоты с выхода формировател  13. Одна ко фактическа  частота тока на выходе преобразовател  2 частоты не будет в точности равна требуемой, котора  определ етс  электромагнитными процессами в двигателе, из-за погрешности измерительных и решающих устройств системы управлени  и запаздывани , вносимой преобразователем . Указанное несоответствие приведет к несовпадению фазы логических сигналов фактического и заданного тока на выходах формирователей I7 и 16. Данна  погрешность фиксируетс  элементом I8 логического сравнени , и благодар  работе клюней 22 и 26 фактическа  частота тока в преобразователе 2 частоты будет в точности равна требуемой.

Допустим, что фаза,фактического тока отстает от фазы заданного тока. Логический сигнал с выхода элемента 18 логического сравнени  будет на некоторое врем  замыкать ключ 22, в результате увеличитс  сигнал на выходе операционного усилител  20, соответственно увеличитс  частота преобразовател  2 частоты, и частота . фактического тока двигател  установитс  равной частоте заданного тока Но соответствие по частоте вследствие работы ключа 22 означает установившуюс  фазову7о ошибку фактического тока относительно заданного. Если .ь фактический ток отстает от заданного , то в двигательном режиме будет увеличиватьс  поток двигател , а в генераторном режиме - уменьшатьс .

При работе регул тора потока создаетс  преднамеренное изменение входного сопротивлени  операционного уси лител  20, при этом будет мен тьс 

823028

; ,:частота преобразовател , и восстановление частоты произойдет при новом значении угла рассогласовани  между заданной и фактической фазами 5 тока двигател , что приведет при заданной амплитуде тока к изменению потока. Например, в двигательном режиме амплитуда потока меньше заданной , на выходах формировател  33 нуtO левой сигнал, ключи 34 и 36 разомкнуты , входное сопротивление операционного усилител  20 оказываетс  больше сопротивлени  в цепи обратной св зи , и сигнал нашего выходе уменьша15 етс . При этом вступает в работу элемент 18 логического сравнени , кото- рьй коммутирует ключ 22. Фаза фактического тока мен етс  в сторону отставани  , амплитуда потока увеличива- 20 етс ..

Таким образом, благодар  введению во входную цепь операционного усилител  20, дополнительных сопротивлений 35 и 37 и ключей 34 и 36, ком25 мутируемых сигналами, формировател  33 логических сигналов регул тора потока по сигналам релейного регул тора 32 потока и знака момента двигател , осуществл етс  регулирование

30 амплитуды потока и точное поддержание ее на заданном уровне, при этом повышаетс  качество управлени  моментом и скоростью предложенного . I асинхронного электропривода в сравне35 НИИ с известным.

Указанное регулирование потока особенно эффективно при использовании экономичного закона управлени  асинхронным двигателем (закона Кос40 тенко М.П. или закона минимального тока), при котором амплитуда потока мен етс  в широких пределах, а фазовый угол вектора тока в системе координат потокосцеплени  мен етс  в уз- .

45 ких пределах.

Claims (2)

1. Частотно-регулируемый.асинхрон 50-ный электропривод, содержащий асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, статорные обмотки которого подключены к выходу преобразовател  частоты с двум  управл ющими входами 5 по току и частоте, датчик фазных то- ков и напр жений, тахогенератор, установленный на валу асинхронного двигател  с короткозмакнуть1м ротором, последовательно соединенные блок заДани  скорости, первый элемент сравнени , регул тор скорости и блок задани  амплитуды тока, подключенный выходом к управл ющему входу по току преобразовател  частоты, причем другой вход первого элемента сравнени  подключен к выходу тахогенератора, блок управлени  частотой, выполненный с формирователем аналогового сигнала выходной частоты, подключенным входам - к выходу регул тора скорости и к выходу тахогенератора, формирователем сигналов потокосцеплешта подключенным входами с выходам датчиков фазных токов и напр жений, блоком задани  фазы тока в системе координат потокосцеплений, под лючен- ным входом к выходу регул тора скорости , формирователем логических сигналов заданного тока, подключенным входами к выходу формировател  сигналов потокосцеплений и выходу блока задани  фазы тока в системе координат потокосцеплен от, формирователем логических сигналов .фактического тока , подключе - ным входом к выходу датчика фазных токов, элементом логического сравнени , подключенным входами к выходам формирователей логи- сигналов заданного и чесКого токов, ключевым регул тором частоты с операционным усилителем, к -1нвертиру ощему входу которого подключен первый резистор, а через пер- Bbrii управл емый ключ - второй резистор , другой вывод которого объединен с другим выводом первого резистора и образует первый вход ключевого регул тора частоты, подключенный к выходу формировател  сигнала выходной частоты, при этом по цепи обратной св зи операционньш усилитель охвачен третьим резистором, шунтированным вторым управл емым ключом, управ J  ющий вход, которого и управл ющий вход первого управл емого ключа образуют соответственно второй и третий входы ключевого регул тора частоты , подключенные к выходам элемента логического сравнени , а выход onepanHO iHoro усилител , образующий выход ключевого регул тора частоты, подключен к управл ющему входу по частоте преобразова.тел  частоты, о т личающийс  тем, что, с целью повышени  1:ачества работы за счет точного поддержани  задаваемой амплитуды потока, в блок управлени 

частотой дополнительно введены блок выделени  модул  потокосцеплений и последовательно соединенные блок задани  амплитуды потока, второй элемент сравнени , .релейньш регул тор потока, формирователь логических сигналов регул тор потока, при этом вход задани  амплитуды потока и второй вход формировател  логических сигналов регул тора потока объединены между собой и подключены к выходу регул тора с орости, а второй вход второго элемента сравнени  подключен к выходу блока выделени  модул  потокосцеплений, под шюченного входом к выходу формировател  сигналов потокосцеплений, в ключевом регул торе частоты инвертируюпцш вход операционного усилител  допол 1ительно подключен к первому входу ключевого регул тора частоты через две параллельно coeди eнныe цепи, перва  из -которых выполнена из последовательно соединенных третьего управл емого-ключа и четвертого резистора , а втора  - из последовательно соединенных четвертого управл емого ключа и п того резистора, причем уп- равл ющие входы третьего и четвертого управл емых ключей, образующие соответственно четвертый и входы ключе вого регул тора частоты, соединены с соответствующими выходами формировател  логических сигналов регул тора потока.

2. Электропривод по п.1, о т л и- чающийс  тем, что формирователь логических сигналов регул тора потока содержит три ш- вертора, три

элемента И, два элемента ИЛИ, источник логического сигнала включени  системы регулировани  потока и нуль-индикатор , подключенный выходом к входу второго инвертора, при этом входы первого элемента И подключены к выходам первого и второго инверторов, входы второго элемента И - к входам первого и второго инверторов, входы первого элемента ИЛИ - к выходам первого и второго элементов И, первый вход третьего элемента И объединен с первым входом второго элемента ИЛИ и подключен к выходу первого элемента ИЛИ, второй вход третьего элемента И объединен с входом третьего инвертора и подключен к выходу источника логического сигнала включени  системы регулировани  .

1282302

второй вход второго элемента ИЛИ под- вател  ключей к выходу третьего инвертора, причем вход первого инвертора и вход нуль-индикатора образуют соответстгул тор рого элемент

венно первый и второй входы формиро- 5 элемента ИЛИ.

фиг.З

12

вател 

логических сигналов регул тора потока, выходы которого образуют выход третьего элемента И и выход второго

Фиг. г