SU1309244A1 - Электропривод - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в химической , горнодобывающей, металлургической и других отрасл х промышленности. Целью изобретени   вл етс  упрои ение и новьпне- ние быстродействи . Указанна  цель достигаетс  введением в преобразовательную секцию 2 электропривода двухвходового блока 20 определени  выходного напр жени  выпр .ми- тел  3, блока 21 определени  нроекции вектора ЭДС ротора на обобпгенный вектор статорного тока асинхронного двигател  (АД) 1 и блока 22 определени  падени  напр жени  на активных и индуктивных элементах АД 1. Введение указанных блоков обеспечивает увеличение точности измерени  фактического значени  момеп- та путем учета паде1И Й напр жений и мощности на активных сонротивлени х инвертора и статора АД 1. Увеличение момента приводит к сокращению времени разгона и торможени  и повыи1е1П1Ю производительности рабочих механизмов. 1 з.п. ф-лы, 6 ил. S S (Л со о CD ГО . 4: Фиг. 1

Description

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в различных отрасл х нромышленности: химической, гор- нодобываюн1ей, металлургической и других дл  регулировани  скорости асинхронного электродвигател .

Цель изобретени  - упрощение и по- вып1ение быстродействи  устройства.

На фиг. 1 представлена функциональна  схема электропривода с трехфазным асинхронным двигателем; на фиг. 2 - функни- ональна  схема электропривода с (нестифаз- ным асинхронным двигателем; на фиг. 3 -- функциональна  схема блока определени  выходного напр жени  выпр мител  путем моделировани  управл емого выпр мител ; на фиг. 4 - принципиальна  схема датчика тока; на фиг. 5 - принципиальна  схема блока определени  падени  напр жени  на активных и индуктивных сопротивлени х преобразовател  и двигател ; на фиг. 6 - векторна  диаграмма асинхронного двигател .

Функциональна  схема электропривода (фиг. 1) содержит асинхронный двигатель 1, нодключенный трехфазной статорной обмоткой к выходу преобразовательной секции 2, состо н1ей из последовательно включенных управл емого выпр мител  3, сглаживающего дроссел  4 и. автономного инвертора 5 тока, систем 6 и 7 управлени  соответственно выпр мителем и инвертором, датчика 8 напр жени , регул тора 9-тока, подключенного выходом к входу системы 6 управле- пи  выпр мителем, а одним из своих входов - к выходу датчика 10 тока управл емого выпр мител  3, множительно-дели- тельного блока 11, снабженного трем  входами и соединенного одним из своих входов с выходом датчика И) тока. Электропривод содержит также задающий генератор 12, подключенный своим выходом к входу

схемы 7 управлени  инвертором, а входом

к второму входу миожи 1 ельно-делительного блока 11 и выходу первого сумматора 13, св занного одним из своих входов с выхо- дом датчика 14 ЭДС двигател , а другим входом с выходом регул тора 15 момента, подсоединенного одним из входов к выходу множите;1ьно-делите.1ьного блока 11, регул тор 16 скорости, нодключенный одним из входов к выходу задатчика 17 интенсивности , другим входомк выходу датчика 18 частоты вран1ени , а своим выходом регул тор 16 скорости нодключен к второму входу регул тора 15 момента и св зан через блок 19 задани  модул  статорного тока с вторым входом регул тора 9 тока, блок 20 определени  выходного нанр жени  выпр мнте:1  путем моде.чироваии  си;1оной части выпр мител , блок 21 О11реде,лении проекции вектора ЭДС ротора на обобщенный вектор статорного тока и блок 22 он- ределени  надени  напр жетс  на активных и индуктивных сопротивлени х преобразовател  и двигател . Блок 20 одним из

5

0

0 5

0

5

5

0

своих входов подключен через датчик 8 напр жени  к входу управл емого выпр мител  3, другим входом - к выходу регул тора 9 тока, а выходом - к одному из входов блока 2 К второй вход которого через блок 22 нодключен к выходу датчика 10 тока, а выход блока 21 подсоединен к гретьему входу множитель 10-делительного б;1ока 1 1.

Функциональна  схема электропривода с шести фазным асинхронным двигателем ((1)И1 2) содержит допо,;п1ительно вторую преобразовательную секцию 23, выполненную идентично секции 2 и подключенную выходом к второй трехфазной статорной обмотке шестифазного асинхронного ДЕШгател  1, причем входы систем 7 унравлени  инвертором , вторые входы множительно-делитель- ных блоков И, вторые входы регул торов 9 тока первой 2 и второй 23 нреобразователь- Н1з1х секций св заны понарно между собой со- o l BeTCTBeiiHO, а выход множнтельно-делитель- ного блока 1 1 второй преобразовательной секции 23 нодк.пючен к третьему входу регул тора 15 момента.

В качестве возможного варианта входы феобразовательных секций 2 и 23 подключены к питающей сети через вторичные обмотки трехобмоточного трехфазного гранс- форматора 24 (с соединением обмоток звезда-звезда и звезда - треугольник).

Функщюнальна  схема Г).:1ока онреде.пе- ни  выходного напр жени  выпр мител  путем моделировани  управл емого выпр мител  20 (фиг. 3} содержит пос. едователь- но соединенные сумматор 25, функциои.аль- ный нреобразователь 26 н множительное звено 27.

11ринциниальна  схема датчика 10 тока (фиг. 4),  вл юща с  одним из возможных вариантов вынолнени , содержит транс- фюрматоры 28-30 тока, соединенные одними из выход1Ц 1х клемм в звезду, а дру- I HMn - - с входами трехфазного выпр ми- те.чьного моста 31, соеднненного 1 ыходом с нагрузочным резистором 32.

Принципиальна  схе.ма датчика 8 жени  анало1 нчна схеме датчика 10 тока (. 4), однако трансформаторы 28-30 выполнены в виде трансформаторов нанр же- нн . При этом фазы первичной обмотки нодклк)чены к фазам питающей сепи, а фазы вторичной обмоткн -- к выпр мительному мосту 31.

Принципиальна  схема блока онределе- нн  падени  напр же15и  на акт11вн1з1х и индуктивных сопротивлени х преобразовател  : двигател  22 (фиг. 5), представ,л юща  один из возможных вариантов выполнени , содержит операционный усилитель 33, входные цепи по инвертирующему г.ходу у которого выполнен) в виде парал.чельно включенных цепочек из резистора 34 и последовательно соединенных резистора 35 н конденсатора 36, при этом неимвертируюший вход

усилител  33 через резистор 37 подключен к общей шине питани , а между выходом усилител  33 и его инвертирующим входом подключен резистор 38.

На векторной диаграмме асинхронного двигател  (фиг. 6) прин ты следующие обозначени : ijjr - обобщенный вектор по- токосцеплени  ротора; Ег - обобщенный век тор ЭДС ротора, /S - обобщенный вектор статорного тока, /ц, /,, - соответственно активна  и намагничивающа  составл ю- щие статорного тока, ф - угол между векторами статорного тока и потокосцеп- лени  ротора.

Электропривод работает следующим образом .

На выходе задатчика 17 интенсивности (фиг. 1) формируетс  сигнал задани  на частоту /, поступающий на вход регул тора 16 скорости, где суммируетс  с сигналом / отрицательной обратной св зи по фактической частоте двигател , поступающим с датчика 18 частоты. На выходе регул тора 16 скорости формируетс  сигнал задани  электромагнитного момента ji, который поступает на входы блока 19 задани  модул  статорного тока и регул тора 15 момента, Последний может иметь интегральную, пропорционально-интегральную и другие виды характеристик. Блок 19 задани  модул  статорного тока формирует на своем выходе сигнал г задани  модул  статорного тока электродвигател  в виде

г V M + г .

где /ц - сигнал задани  намагничивающей (реактивной) составл ющей статорного тока (г| const соответствует заданию режима посто нства пото- косцеплени  электродвигател ); - сигнал задани  активной составл ющей статорного тока. На входе регул тора 15 момента сигнал задани  момента i суммируетс  с сигналом отрицательной обратной св зи ц по фактическому моменту двигател , поступающим с выхода множительно-делительного блока 11. На входе регул тора 9 тока сигнал / суммируетс  с сигналом отрицательной об- ратной св зи по фактическому значению модул  тока статора i, поступающим с датчика 10 тока (фиг. 4). Регул тор 9 тока воздействует через систему 6 управлени  выпр мителем на угол регулировани  тиристоров управл емого выпр мител  3 пре- образовательной секции 2 так, что фактическое значение модул  статорного тока электродвигател  поддерживаетс  на заданном уровне: .

Сигнал с выхода регул тора 15 момента поступает на один из входов сумматора 13, на другой вход которого поступает сигнал с выхода датчика 14 ЭДС. Последний может быть выполнен также в виде датчика скорости. При этом с выхода регул тора 15 момента  вл етс  сигналом задани  ско.;1ьжени  двигател , а в с. П чае датчика 14 ЭДС выходной сигна.п pei-y- л тора 15 момента  вл етс  сигналом -;ор- рекции частоты тока двигател  в переходных режимах. При этом в установившемс  режиме выходна  частота инвертора задаетс  уровнем сигнала с выхода датчика 14 ЭДС или суммой сигналов с выхода датчика 14 скорости и сигна.ча задани  скольжени  с выхода peгyv  тopa 15 момента. Сигнал с выхода сумматора 13 поступает на вход задающего генератора 12, который через систему 7 управлени  инвертором задает частоту (фазу) выходного тока инвертора . Внещний датчик 18 может быть выполнен в виде датчика частоты, скорости или ЭДС двигател . На входы б.чока 20 моделировани  управл емого выпр мите.м  (фиг. 3) поступают сигналы с выхода датчика 8 напр жени  сети и jiery. iHTopa 9 тока. На выходе блока 20 формируетс  аналоговый сигнал L an, пропорциональный выходному напр жению управл емого выпр ми- тел  3,-

t/M f KCos(L/y.ip4-n/2)

20 г 30

35 5 50

или

U2(, U,-K-Uy f.()

где {Ув -сигнал, пропорциональный напр жению на входе управл емого аы- пр мител , поступающий с датчика 8 напр жени  питающей сети; (Уу р-сигнал управлени  системой 6 им- пульсно-фазового управлени  выпр мител , поступающий с В1)1хода регул тора 9 тока.

Вид выражений (2) или (3) определ етс  формой опорного напр жени  системы 6 импульсно-фазового управлени  соответственно дл  пилообразной и синусоидальной форм опорного напр жени . Сигнал Uw с выхода блока 20 моделировани  управл емого выпр мител  поступает на один из входов блока 21, где суммируетс  с выходным сигналом U2-2 блока 22 (фиг. 5). При этом выходной сигнал блока 22 описываетс  выражением

,,(..+PL.p

/,,(/ экв+Р/.др .

Передаточна  функци  этого блока имеет

вид

W,K

Т, Р

Т2Я+Г R-9KB

(5)

К

СзбПервое слагаемое передаточной функции (5) характеризует собой пропорциональную часть, а второе слагаемое - дифференциальную с запаздыванием. ЗапаЗлТ,ывапие при дифференцировании служит дл  сглаживаНИИ пульсаций выпр мленного тока /

(с малой посто нной фильтра мс).

На выходе блока 21 формируетс  сигнал

U.,E,, - I,,(Rлp+R +KRs + .(6)

Сигнал U-2 блока 21, пропорциональный проекции вектора ЭДС ротора 21, сигнал i с выхода датчика 10 тока, пропорциональный току статора, и сигнал / с выхода сумматора 13, пропорциональный частоте тока, поступают на входы множительно-де- лительного блока 11, на выходе которого формируетс  сигнал, пропорциональный фактическому значению электромагнитного момента двигател  и описываемый выражением

и

21-г

f

(7)

При этом видно, что ошибка Аи, () %|1 ри измерении электромагнитного момента, присуш,а  известному электроприводу , в предложенном электроприводе отсутствует, вследствие чего повышаетс  точность регулировани  электромагнитного момента на 15-20%. Повышение точности измерени  момента в предложенном электро- 111)иводе объ сн етс  тем, что в отличие от известного, дополнительно учитываетс  падение напр жений на активном сопротивлении инвертора и статора двигател  при измерении электромагнитного момента двигател . Сигнал с выхода множительно-дели- тельного блока 11 служит сигналом обратной св зи по фактическому значению электромагнитного момента двигател . От действи  протекаюпхих статорных токов по фазам двигател  (амплитудой / и частотой /) в двигателе 1 создаетс  магнитное потоко- сцепление и развиваетс  электромагнитный момент л:

i|.; )-г„,(8)

где Га, J|. - активна  и намагничиваЕОща  составл ющие статорного тока двигател .

Под действием электромагнитного момента jj, двигатель 1 разгон етс  (тормозитс ) до заданного нового значени  частоты и затем устанавливаетс  работать при заданном указанном значении частоты f и значении электромагнитного момента, равном моменту статического сопротивлени .

Электропривод с расширенными функциональными возможност ми (фиг. 2), обеспечивающий регулирование скорости п естифаз- ного асинхронного двигател , т. е. имеющего две трехфазные идентичные статор- ные обмотки, сдвинутые в пространстве на 30 эл. град., работает следующим образом .

На выходе задатчика 17 интенсивности формируетс  сигнал задани  на частоту /, поступающий на вход регул тора 16 скорости , где суммируетс  с сигналом f отрицательной обратной св зи по фактической частоте двигател , поступающим с датчика 18 частоты. На выходе регул тора 16 скорости формируетс  сигнал задани  электромагнитного момента |а,, который поступает на вход блока 19 задани  модул  статорного тока и регул тора 15 момента. Блок 19 задани  модул  статорного тока формирует на своем выходе сигнал i задани  модул  статорного тока в трехфазных обмотках двигател  1, описывающийс  выражением (1) и поступаюншй на вторые входы регул торов 9 тока идентично выполненных преобразовательных секций 2 и 23 На входе регул тора 15 момента сигнал задани  момента р, суммируетс  с суммой сигналов отрицательных обратных св зей ji составл ющих электромагнитного момента от действи  каждой из трехфазных обмоток шестифазного двигател  1, сигналы отри0 нательных обратных св зей составл ющих момента формируютс  на выходах множи- тельно-делительных блоков 11 преобразовательных секций 2 и 23. Сумматор 13, на входе которого суммируютс  сигналы с зыхо- да датчика 14 ЭДС двигател  и выхода

5 регул тора 15 момента, задает выходную частоту (через задающий генератор 12 и систему 7 управлени  инвертором) автономного инвертора 5 тока преобразовательных секций 2 и 23. Посредством преобразовательных секций 2 и 23 в трехфазных

обмотках шестифазного двигател  1 формируютс  две трехфазные системы токов равной амплитуды (() и частоты /. В результате протекани  статорных токов по двум трехфазным статорным обмоткам в двигателе 1 создаетс  магнитное потокосцепле- ние и электромагнитный момент согласно выражени  (8), где г, а - результирующие значени  потокосцеплени  и электромагнитного момента от действи  двух трехфазных статорных обмоток. Электродвига0 тель 1 разгон етс  (тормозитс ) до заданного значени  / частоты, развива  заданное значение электромагнитного момента Л, затем переход  в установившийс  режим работы при ново.м указанном значении частоты / и значении электромагнит5 ного момента, равном моменту статического сонротивлени .

Электропривод (фиг. 2) предназначен дл  управлени  мощными асинхронными двигател ми , создаваемыми на основе шести- фазных двигателей, питающихс  от индивидуальных Т1)ехфазных преобразователей частоты . При этом силовые схемы преобразователей частоты упрощаютс , так как создаютс  без параллелей тиристоров, т. е. не требуетс  использвани  высоковольтных де5 лителей токов. Выравнивание токов между преобразовательными секци ми в электроприводе осуществл етс  с помощью регул торов 9 тока соответствующих секций 2

5

и 23. Дл  улучшени  гармонического состава кривой магнитного потока в воздушном зазоре шестифазного двигател  1, а значит, дл  уменьшени  пульсаций результирующего электромагнитного момента и снижени  потерь от высших гармонических составл юших тока в двигателе системы 7 управлени  инвертором могут быть выполнены со сдвигом выходных импульсов управлени  в 30 эл. град, выходной частоты, что обеспечивает соответствующий сдвиг в 30 эл. град, статорных токов фаз трехфазных обмоток двигател  1. С целью уменьшени  вли ни  работы мощного электропривода на искажение питающей сети преобразовательные секции 2 и 23 питаютс  от трехобмоточного трансформатора 24 с соединением вторичных трехфазных обмоток звезда-звезда и звезда-треугольник.

Повышение быстродействи  электропривода достигаетс  в результате повышени  значени  регулируемого электромагнитного мо- мента в динамических режимах электропривода . Это обеспечиваетс  за счет увеличени  точности измерени  фактического значени  электромагнитного момента (на 15- 20%) путем учета падений напр жений и мощности на активных сопротивлени х инвертора и статора двигател . В результате повышени  точности измерени  сигнала электромагнитного момента фактический момент двигател , поддерживаемый замкнутой системой регулировани  электромагнитного момента, увеличиваетс  в динамических режимах на 15-20%. Увеличение электромагнитного момента привода в указанных пределах позвол ет сократить пропорционально времени разгона и торможени  до 20%, а значит, и повысить производительность рабочих механизмов, работающих в интенсивных пуско-тормозных режимах до 20%.

Упрощение электропривода достигаетс  за счет того, что отсутствует датчик напр жени , установленный на входе автономного инвертора, т. е. исключаетс  необ- ходимость реализации в датчике напр жени  гальванической разв зки на посто нном токе , обусловленной сложностью дл  высоковольтных преобразователей частоты. Дл  получени  информации о текущем значении напр жени  в предложенном электроприводе используетс  датчик напр жени , подключенный к питающей сети переменного напр жени  посто нной частоты, который значительно проще в отношении гальванической разв зки (возможно применение обычных трехфазных трансформаторов напр жени ) и не требует дополнительных сложных устройств высокочастотной модул ции- демодул ции. Также в качестве датчика напр жени  питающей сети может быть использован синхронизирующий трансформа- тор системы управлени  выпр мителем, подключаемый вторичными обмотками к диодному выпр мительному мосту (фиг. 4), т. е.

5

5

0

0 5

0

5

0

не требуетс  дополнительного усложнени  электропривода). Таким образом, в данном электроприводе вместо технически сложного, дорогого высоковольтного датчика напр жени  с гальванической разв зкой ис1К), 1ьзу- ютс  более дешевые блоки моделировани  и блок определени  проекции вектора ЭДС ротора на обобщенный вектор сети статор- ного тока, что упрощает электропривод и снижает его стоимость.

Построение электропривода в виде двух преобразовательных секций, не требующих внутри секции параллельного включени  силовых тиристоров, юзвол ет увеличить мощность без технического усложнени  устройствами делени  токов путем осуп1ествле- ни  выравнивани  токов между преобразовательными секци ми средствами автоматического регулировани . Улучшение гармонического состава магнитного пол  в воздушном зазоре, уменыиение пульсаций электромагнитного момента двигател  и снижение потерь в двигателе от высших гармонических составл ющих статорного тока достигаетс  в электроприводе с шестифазным двГь гателем за счет создани  средствами управлени  инвертором электрического сдвига в 30 эл. град, между токами, питающими трехфазные статорные обмотки электродвигател .

Claims (2)

1. Электропривод, содержащий асинхронный двигатель, подключенный трехфазной статорной обмоткой к выходу преобразовательной секции, состо щей из последовательно включенных управл емого выпр мител , сглаживающего дроссел  и автономного инвертора тока, систем управлени  выпр мителем и инвертором, датчика напр жени , регул тора тока, подключенного выходом к входу системы управлени  вынр - мителем, а одним из своих входов - к выходу датчика тока управл емого выпр мител , множительно-делительного блока, снабженного трем  входами и соединенного одним из своих входов с выходом датчика тока, задаюп ий генератор, подключенный своим .выходом к входу системы управлени  инвертором, а входом -- к второму входу множительно-делительного блока и выходу сумматора, св занному из своих входов с выходом датчика ЭДС двигател , а другим входом - с выходом регул тора момента, подсоединенного одним из входов к выходу множительно-делительного блока , регул тор скорости, подключенный одним из входов к выходу задатчика интенсивности , другим входом - к выходу датчика частоты вращени , а своим выходом регул тор скорости подключен к второму входу регул тора момента и св зан через блок задани  модул  статорного тока с вторым

входом регул тора тока, отличающийс  тем, что, с целью упрощени  и повышени  быстродействи , в преобразовательную секцию электропривода введены блок определени  выходного напр жени  выпр мител  путем моделировани  силовой части выпр мител , блок определени  проекции вектора ЭДС ротора на обощенный вектор статорного тока, выполненный в виде сумматора с двум  входами, и блок определени  падени  напр жени  на активных и индуктив- ных элементах преобразовательной секции и асинхронного двигател , причем один вход блока определени  выходного напр жени  выпр мител  подключен через датчик напр жени  к входу управл емого выпр мител , другой вход указанного блока - к выходу регул тора тока, а выход - к одному из входов блока определени  проекции вектора ЭДС ротора на обощенный вектор статорного тока, второй вход которого через блок определени  падени  напр жени  на активных и индуктивных сопротивлени х преобразовател  и двигател , выполненный в

виде пропорционально-дифференцирующего звена, подключен к выходу датчика тока , а выход блока определени  проекции вектора ЭДС ротора на обощенный вектор статорного тока подсоединен к третьему входу множительно-делительного блока.

2. Электропривод по п. 1, отличающийс  тем, что, с целью улучшени  энергетических показателей и уменьшени  пульсаций момента, асинхронный двигатель снабжен второй трехфазной статорной обмоткой и введена втора  преобразовательна  секци  аналогична  первой и подключенна  выходом к второй трехфазной обмотке асинхронного двигател , а регул тор момента снабжен третьим входом, причем входы систем управлени  инвертором, вторые входы множи- тельно-делительных блоков, вторые входы регул торов тока первой и второй преобразовательных секций св заны попарно между собой , а выход множительно-делительного блока второй преобразовательной секции подключен к третьему входу регул тора момента .

Фаг. 2

Фиг. 5

J2

идт ФигЛ

сриг. З

(Us KrLdr} IlL r

Фиг.5

Составитель В. Тарасов

Редактор И. НиколайчукТехред И. ВересКорректор С. Черни

Заказ 1447/52Тираж-661Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР но делам изобретени н открытий

I 13035, Москва, Ж-35, PayuicKasi наб., д. -1/5 Производственно-полиграфическое предпри тие, г. Ужгород, ул. Проектна , 4