SU1534736A1

SU1534736A1 - Устройство дл регулировани частоты вращени асинхронного электродвигател

Info

Publication number: SU1534736A1
Application number: SU874350945A
Authority: SU
Inventors: Виталий Федорович Шепелин; Анатолий Анатольевич Сушенцов; Сергей Станиславович Николаев
Original assignee: Всесоюзный Научно-Исследовательский, Проектно-Конструкторский И Технологический Институт Релестроения
Priority date: 1987-12-28
Filing date: 1987-12-28
Publication date: 1990-01-07

Abstract

Изобретение относитс к электротехнике. Целью изобретени вл етс упрощение. устройство дл регулировани частоты вращени асинхронного электродвигател содержит преобразователь 1 частоты со звеном посто нного тока, задатчик 3 частоты вращени , задатчик 4 тока намагничивани , блок 5 пр мого преобразовани координат, выполненный с цифро-аналоговыми преобразовател ми, интегральный регул тор 16 скольжени , датчик 18 фазных напр жений, блок 23 обратного преобразовани координат, выполненный в виде преобразовател обобщенного вектора напр жений фаз статора в его проекцию на ось, перпендикул рную обобщенному вектору тока намагничивани . Выходной сигнал блока 23 используетс в качестве сигнала обратной св зи по частоте вращени на входе регул тора 16 скольжени . 2 ил.

Description

31534736

фазных напр жений, блок 23 обратного Преобразовани координат, выполнен- йый в виде преобразовател обобщенного вектора напр жений фаз статора 8 его проекцию на ось, перпендикул рную обобщенному вектору тока намагничивани . Выходной сигнал блока 23 используетс в качестве сигнала обратной св зи по частоте вращени на входе регул тора 16 скольжени , 2 л.

Изобретение относитс к электротехнике , а именно к частотно-регули- уейым электроприводам с асинхронными ,вигател ми, и может быть использо- ано в механизмах, определ ющим тре- ованием к которым вл етс простота конструкции исполнительного узла при сохранении широкого диапазона регули- рювани частоты вращени , Например, дл р да вспомогательных механизмов металлорежущих станков. Целью изобретени вл етс упрощение .

На фиг. 1 представлена функциональна cxefaa устройства дл регулировани частоты вращени асинхронного Электродвигател ; на фиг. 2 - вектор- |ше диаграммы, по сн ющие работу устройства .

Устройство дл регулировани час- готы вращени асинхронного электродвигател содержит силовой преобразователь 1 частоты, выходы которого предназначены дл подключени к фазам асинхронного электродвигател 2, а силовые входы - к питающей сети, задатчик 3 частоты вращени ,, задат- чик 4 тока намагничивани , блок 5 пр мого преобразовани координат, выполненный с преобразователем 6 аналог - частоты, счетчиком 7 импульсов, двум формировател ми 8 и 9 функций синуса и косинуса соответственно, выполненными , например, на программируемых запоминающих микросхемах, циф- роаналоговыми преобразовател ми 10- 13 и сумматорами 14 и 15, регул тор 16 скольжени с элементом 17 сравнени на входе, подключенным одним из входов к выходу задатчика 3 частоты вращени .

При этом один из управл ющих входов блока 5 пр мого преобразовани координат подключен к выходу задатчика 4 тока намагничивани , а выходы - к управл ющим входам силового преоб- разоватеп 1 частоты.

В устройство дл регулировани частоты вращени асинхронного элект

5

0

з 0

5 Q

,.

5

0

родвигател введены датчик 18 фазных напр жений асинхронного электродвигател , преобразователь 19 числа фаз, пропорционально-дифференцирующее звено 20, два сумматора 21 и 22 и блок

23обратного преобразовани координат с двум преобразовател ми 24 и 25 код - аналог, инвертирующим усилителем 26 и сумматором 27.

При этом регул тор 16 скольжени выполнен в виде интегрального звена, выход которого соединен с первыми входами сумматоров 21 и 22 и входами пропорционально-дифференцирующего звена 20, подключенного выходом к другому управл ющему входу блока 5 пр мого преобразовани координат.

Выход сумматора 21 подключен к другому входу элемента 17 сравнени . Выход задатчика частоты вращени подключен к второму входу сумматора 22, соединенного выходом с входом преобразовател 6 аналог - частота.

Выходы датчика 18 фазных напр жений асинхронного электродвигател подключены к входам преобразовател числа фаз, соединенного выходами с аналоговыми входами преобразователей

24и 25 код-аналог. Кодовые входы преобразователей 24 и 25 код - ака- лог подключены к выходам соответствующих формирователей 8 и 9 функций синуса и косинуса. Выход преобразовател 25 код - аналог подключен к одному из входов сумматора 27, другой вход которого соединен через инвертирующий усилитель 26 с выходом преобразовател 26 код - аналог„ Выход сумматора 27 подключен к второму зхо- ду сумматора 21„

Силовой преобразователь частоты выполнен с силовым выпр мителем 28, конденсатором 29 фильтра, разр дным резистором 30, подключенным к выходам фильтра через ключ 31, обратным диодным мостом 32 и блоком 33 управл емых ключей инвертора. В выходных цеп х инвертора установлены датчики 34-36 фазных токов, подключенные выходами к первым входам соответствующих регул торов 37-39 фазных токов, вторые входы указанных регул торов соединены с выходами преобразовател 40 числа Лаз, входы которого образуют управл ющие входы силового преобразовател 1 частоты. Выходы .регул торов 37-39 через блок 41 управлени св заны с управл ющими входами блока 33 управл емых ключей инвертора .

Пропорционально-дифференцирующее звено 20 выполнено на основе опера ционного усилител 42 с резистором в цепи обратной св зи и резисторами и конденсатором во входной цепи,

В случае применени двухфазного асинхронного электродвигател 2 необходимость в установке преобразователей 19 и 40 числа фаз отпадает

На диаграммах (фиг.2) обозначено: U О1 - напр жение и ток статора асинхронного электродвигател ; Е , 1 - ЭДС и ток ротора; 1/у - ток намагничивани ; Xj. - параметры замещени ; S - скольжение. Индексом О обозначены соответствующие величины перед набросом нагрузки.

Устройство дл регулировани часг тоты вращени асинхронного электродвигател работает следующим образом6

В исходном состо нии сигнал на выходе задатчика 3 частоты вращени отсутствует, а на выходе задатчика 4 соответствует заданию номинального тока намагничивани асинхронного электродвигател . Сигнал на выходе регул тора 16 скольжени равен нулю, выходна частота преобразовател 6 аналог - частота также равна нулю, счетчик 7 импульсов не переключаетс , но его состо ние соответствует начальному значению числа импульсов

На выходах формирователей 8 и 9 образуютс коды синуса и косинуса, соответствующие начальному состо нию счетчика 7 импульсов. На выходах циф- роаналоговых преобразователей 10 и

20

и с помощью регул торов 37-39 в фазах двигател поддерживаютс посто нные :-% токи, не создающие вращающего момен- та.

Посто нные токи фаз двигател , протека по активным сопротивлени м, вызывают по вление на зажимах двигател напр жений, которые измер ютс

10 с помощью датчика 18.

На выходах преобразовател 19 чист- ла фаз получают двухфазную систему напр жений: U sin( 0) и -Uwcos() где Uw- амплитуда фазного напр жени

15 Уг°л между векторами ЭЦС Е2 и напр жени U( .

На выходах преобразователей 24 и 25 получают сответственно произведени : U№sin(V+6)-sin0 и -итсо8(ци-в) cos0, С учетом инвертировани в блоке 26 на выходе сумматора 27 получают: -Tfmcosty 0, так как Ц в режиме с нулевой частотой,

Это означает, что выходной сигнал

25 блока 23 обратного преобразовани

координат в рассматриваемом режиме не оказывает вли ни на состо ние регул тора 16 скольжени .

30 При по влении сигнала на выходе задатчика 3 по вл етс аналоговый сигнал на выходе регул тора 16 скольжени , а на выходе преобразовател 6 аналог - частота - непрерывна последовательность импульсов, частота которых определ етс уровнем входного сигнала. На выходах цифроаналоговых преобразователей 10 и 11 по вл ютс гармонические сигналы: I sincat,

40 I coscot, амплитуды которых пропорциональны заданному значению активной составл ющей тока статора la-v а на выходах преобразователей 12 и 1 3 - - гармонические сигналы l jSinQt,

45 Ip cosQt, пропорциональные задающему значению реактивной составл ющей тока статора In,. На выходах сумматоров 14 и 15 получают сигналы: T.msin(tOt-Hf) и fot-Kf) , где ,

35

11сигналы равны нулю, а на выходах 50 lP arctsIa/I.,. На выходах преобра ова12и 13 сигналы:I sinQ, , где 0 - угол, соответствующий начальному

тел 40 числа фаз получают трехфазную систему сигналов задани :

V f

состо нию счетчика.

На выходах преобразовани числа фаз получают трехфазную систему сиг2 налов: I sin9, I sinCS- -J-),

О/141шз1п (0+ ) , в соответствии с которыми

0

с помощью датчика 18.

На выходах преобразовател 19 чист- ла фаз получают двухфазную систему напр жений: U sin( 0) и -Uwcos(), где Uw- амплитуда фазного напр жени ,

5 Уг°л между векторами ЭЦС Е2 и напр жени U( .

Это означает, что выходной сигнал

5 блока 23 обратного преобразовани

0 При по влении сигнала на выходе задатчика 3 по вл етс аналоговый сигнал на выходе регул тора 16 скольжени , а на выходе преобразовател 6 аналог - частота - непрерывна последовательность импульсов, частота которых определ етс уровнем входного сигнала. На выходах цифроаналоговых преобразователей 10 и 11 по вл ютс гармонические сигналы: I sincat,

0 I coscot, амплитуды которых пропорциональны заданному значению активной составл ющей тока статора la-v а на выходах преобразователей 12 и 1 3 - - гармонические сигналы l jSinQt,

5 Ip cosQt, пропорциональные задающему значению реактивной составл ющей тока статора In,. На выходах сумматоров 14 и 15 получают сигналы: T.msin(tOt-Hf) и fot-Kf) , где ,

5

0 lP arctsIa/I.,. На выходах преобра овател 40 числа фаз получают трехфазную систему сигналов задани :

V f

-xsinfot+qO, ,si-n(wt+4 j-)

в соответствии

I Imsin(cot-Kp+ },

с которыми в фазах двигател формируютс - токи и по вл етс вращающий момент .

При работе двигател на установив шейс скорости токи намагничивани и напр жени в фазах А,В,С измен ютс спедующим образом:

21Г

IMA IiUmsinUt .r4sin(Qt - Т)

jUA -р (Wt+ f1)

UA -Umcos(wc+), Ue -Umcos(tOt- 2 -Kj), Uc -UMcos(GOt+ |1

10

о ljc vwu 5- /

1 На выходах преобразовател 19 получают сигналы: -Umcos(cDt+(), U sinCut-Hj)). На выходах преобразователей 24 и 25 получают соответствено произведени : Umsin() - sintot -Umcos(o)t+)-cosCOt. На выходе суматора 27 получают: (при Изменении направлени вращени знак Сигнала мен етс ).

Это означает, что сигнал на выходе блока 23 обратного преобразовани ко- ррдинат зависит только от амплитуды апр ени фаз двигател и угла Ц и при неизменной частоте токов статора также вл етс неизменным.

При работе двигател на установившейс заданной скорости сигнал с за- датчика 3 частоты вращени равен сигналу обратной св зи с выхода блока 23 рбратного преобразовани и при холос- 1гом ходе двигател сигнал на выходе регул тора 16 скольжени мал.

При набросе нагрузки ток и напр - сение в первый момент сохран ютс Посто нными,не мен етс и сигнал обратной св зи с выхода блока 23, В этом случае скорость двигател начинает снижатьс и в токе фаз двигател по вл етс активна составл юща , создава вращающий момент. Одновременно , поскольку заданное значение Гока не изменилось, уменьшаетс реактивна составл юща , т.е. уменьшаетс ток намагничивани , а значит, уменьшаетс и ЭДС фаз двигател , уменьша сигнал обратной св зи с выхода блока 23. Сигнал обратной св зи уменьшаетс несколько в большей степени , чем снижаетс ЭДС, так как одновременно с перераспределением активной и реактивной составл ющих тока статора двигател происходит поворот в пространстве вектора ЭДС Е, что дополнительно снижает ее проекцию на ось, перпендикул рную прежнему вектору тока намагничивани ,котоi5

20

25

15347368

рый теперь совпадает с полным током статора (Аиг.2).

При уменьшении сигнала обратной св зи нарушаетс баланс между ней и задающим сигналом с -задатчика 3 и на выходе регул тора 16 скольжени по вл етс напр жение, вл ющеес заданием на увеличение активной составл ющей тока статора и последн возрастает, увеличива момент двигател . Дл уменьшени просадки скорости одновременно с увеличением активной составл ющей тока статора увеличиваетс и его частота вследствие поступлени сигнала с выхода регул тора 16 на вход преобразовател 6 аналог - частота через сумматор 22. Имеющее место при этом увеличение сигнала обратной св зи вследствие роста напр жени на двигателе компенсируетс введением отрицательного сигнала с выхода интегрального регул тора 16 скольжени на вход сумматора 21, который также компенсирует и увеличение напр жени за счет возрастани падени напр жени на активных сопротивлени х фаз статора при росте активной составл ющей тока нагрузки.

Вектор активной составл ющей тока статора, модуль которого пропорционален сигналу на выходе регул тора 16 скольжени , практически совпадает по направлению с вектором ЭДС (отличаетс на 4-5 ) и принимаетс перпендикул рным вектору тока намагничивани . Поэтому сигнал на выходе регул тора 16 может быть использовантдл частичной компенсации части проекции результирующего вектора напр жени на ось, перпендикул рную току намагничивани , пропорциональной увеличению падени напр жени в активном сопротивлении статора от приращени тока.

Посто нна времени интегрировани регул тора 16 должна выбиратьс близкой к электромагнитной посто нной времени всего контура регулировани тока статора. Дл форсировани переходных процессов в процессе отработки задаваемого уровн активной составл ющей тока статора и стабилизации введено пропорционально-дифференциальное звено 20,

Вместо интегрального регул тора 16 нельз использовать пропорционально- интегральный регул тор, так как пропорциональна часть его выходного

30

35

40

45

50

55

10

сигнала, поступающа на вход сумматора 21, в динамических режимах нарушает соответствие сигнала на его выходе действительному значению сигнала обратной св зи, пропорциональному - 5 частоте вращени , что приводит к возникновению колебаний в системе.

Таким образом, в устройстве дл регулировани частоты вращени асинхронного электродвигател сигнал обратной св зи, пропорциональный частоте вращени , формируетс как проеки результирующего вектора напр жеи фаз статора двигател на ось, . ерпендикул рную результирующему вектору намагничивающего тока статора. При этом составл юща вектора напр жени фаз статора, пропорциональна падению напр жени от тока статора на активных сопротивлени х обмоток 0 аз статора, проектируетс на вектор ЭДС ротора при низких частотах вращени под большим углом (до 45 и более в зависимости от тока нагрузки), 25 что уменьшает ее величину (фиг.2), а значит, и уменьшаетс относительна зависимость изменени всей проекции напр жени от колебаний температуры (при низких частотах вращени в 1,4 и более раз).

Это определ ет точность поддержани заданного значени частоты вращени электродвигател и широкий диапазон ее регулировани . Св зь выхода регул тора скольжени с входом преоб- разовател напр жение - частота позвол ет увеличить частоту тока фаз вигател с ростом нагрузки на величину частоты скольжени , сохранить частоту вращени ротора неизменной, расширить дополнительно диапазон ее регулировани . Возрастающее при этом значение проекции вектора напр жени статора на ось ЭДС ротора компенсируетс отрицательной обратной св зью с выхода регул тора скольжени , поступающей на вход дополнительно введенного сумматора, обеспечива тем самым нормальную работу системы автоматического регулировани по поддержанию заданной частоты вращени ,

Задача регулировани частоты вращени асинхронного электродвигател решаетс в устройстве без установки на его валу отдельного электромеха- 55 нического датчика, что упрощает конструкцию в сравнении с известным решением .

30

40

45

50

0

5

0 5

5

0

5

0

Claims

Формула изобретени Устройство дл регулировани частоты вращени асинхронного электродвигател , содержащее силовой преобразователь частоты с выходами дл подключени к фазам асинхронного электродвигател и силовыми входами дл подключени к питающей сети, за- датчики частоты вращени и тока на- магничивани , блок пр мого преобразовани координат, выполненный с преобразователем аналог - частота, сче тчиком импульсов, двум формировател ми функций синуса и косинуса соответственно и цифроаналоговыми преобразовател ми , регул тор скольжени с элементом сравнени на входе, подключенным одним из входов к выходу задатчика частоты вращени , при этом один из управл ющих входов блока пр мого преобразовани координат подключен к выходу задатчика тока намагничивани , а выходы - к управл ющим входам силового преобразовател частоты , отличающеес тем, что, с целью упрощени , введены датчик фазных напр жений асинхронного электродвигател , преобразователь числа фаз, пропорционально-дифференцирующее звено, два сумматора и блок обратного преобразовани координат с двум преобразовател ми код - аналог , инвертирующим усилителем и сумматором , при этом регул тор скольжени выполнен в виде интегрального звена, выход которого соединен с первыми входами первого и второго сумматоров и входом пропорционально-дифференцирующего звена, подключенного выходом к другому управл ющему входу блока пр мого преобразовани координат , выход первого сумматора подключен к другому входу элемента сравнени , выход задатчика частоты вращени подключен к второму входу второго сумматора, соединенного выходом с входом преобразовател аналог - частота блока пр мого преобразовани ,, координат, выходы датчика фазных напр жений асинхронного электродвигател подключены к входам преобразовател числа фаз, соединенного выходами с аналоговыми входами преобразователей код - аналог блока обратного преобразовани координат, кодовые входы упом нутых преобразователей код - аналог подключены к выходам

11

соответствующих формирователей функций синуса и косинуса блока пр мого преобразовани координат, выход одного из преобразователей код - аналог Подключен к одному из входов сумматора блока обратного преобразовани

53473612

координат, другой вход которого соединен через инвертирующий усилитель с выходом другого преобразовател код - аналог, а выход названного сумматора подключен к второму входу первого сумматора.

)

-EZ

41 & S

JJU

№

J/a-J/АИК

сриг. 2

Ui

Jjuos3i