SU1646035A2 - Устройство дл регулировани частоты вращени асинхронного электродвигател - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике . Цель - повышение надежности пуска путем повышени  пускового момента . Дл  этого в устройство дл  регулировани  частоты вращени  асинхронного электродвигател  введены выпр митель 43, блок 44 определени  знака производной изменени  сигнала на выходе выпр мител  и ключи 45, 46, один из которых включен в цепь св зи обратного координатного преобразовател  23 с входом регул тора 16 скольжени , а второй - в цепь св зи выхода регул тора скольжени  с входом преобразовател  6 аналог-частота, управл ющие входы ключей св заны с выходом блока 44 определени  знака производной изменени  сигнала на выходе выпр мител , вход которого св зан с выходом блока 3 формировател  задани  частоты вращени  электродвигател . В начальный момент пуска ток статора электродвигател  формированно нарастает до тока отсечки, одновременно отключаетс  и добавка по частоте скольжени  на увеличение частоты тока статора. Это увеличивает пусковой мо- ент. 2 ил. г л

Description

Изобретение относитс  к электротехнике , в частности к области частотно-регулируемого электропривода переменного тока с асинхронным электродвигателем , и  вл етс  усовершенствованием изобретени  по авт.св. Р 1534736.

Цель изобретени  - повышение надежности пус. з путем повышени  пускового момента электродвигател 

Па фиг. 1 приведена структурна  схема устройства дл  регулировани  частоты вращени  асинхронного электродвигател ; на фиг. 2 - временные диаграммы, где обозначены напр жени  на выходе соответствующих блоков схемы и ток через конденсатор.

Устройство дл  регулировани  частоты вращени  асинхронного электродвигател  содержит силовой преобразователь 1 частоты, выходы которого предназначены дл  подключени  к фа- ,зам асинхронного электродвигател  2, а силовые входы - к питающей сети. Формирователь 3 задани  частоты вращени  , задатчик 4 тока намагничивани , блок 5 пр мого преобразовани  координат, выполненный с преобразователем 6 аналог-частота, счетчиком 7 импульсов, двум  формировател ми 8, 9 функций синуса и косинуса соотОЭ 4

ОЭ О 00

ел

ветственно, цифроаналоговыми преобразовател ми 10-13 и сумматорами 14, 15, регул тор 16 скольжени  с элементом 17 сравнени  на входе, под ключенным одним из входов к выходу формировател  3 задани  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 преобразовател  1 частоты. Устройство дл  регулировани 

частоты вращени  асинхронного электро-,5 ни  41 св эаны с управл ющими входа- двигател , кроме того, имеет датчик блока 33 управл емых ключей инвертора .

Пропорционально-дифференцирующее

звено 20 выполнено на основе опера18 фазных напр жений асинхронного электродвигател , преобразователь 19 числа фаз, пропорционально-дифференцирующее звено 20, два сумматора 21, 22 и блок 23 обратного преобразовани  координат с двум  преобразовател ми 24, 25 код-аналог, инвертирующим усилителем 26 и сумматором 27. При этом регул тор 16 скольжени  выполнен Б виде интегрального звена, выход которого соединен с первыми входам сумматора 21, 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 Формировател  задани  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 24-25 код-аналог. Кодовые входы преобразователей 24, 25 код- аналог подключены к выходам соответствующих формирователей 8, 9 функций синуса и косинуса. Выход преобразовани  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 входу сумматора 21.

Силовой преобразователь частоты выполнен с силовым выпр мителем 28, конденсатором фильтра 29, разр дным резистором 30, подключенным к выхо20 ционного усилител  42 с резистором в цепи обратной св зи и резисторами и конденсатором - во входной цепи. В схему введены выпр митель 43, вход которого подключен к выходу

25 блока формировател  задани  частоты вращени  электродвигател , блок 44 определени  знака производной изменени  сигнала на выходе выпр мител  и два ключа 45, 46, один из которых

30 включен в цепь св зи обратного координатного преобразовател  23 с-входом регул тора 16 скольжени , а второй в цепь св зи выхода регул тора 16 скольжени  с входом преобразовател 

. аналог-частота. Управл ющие входы

ключей 45, 46 св заны с выходом блока 44 определени  знака производной изменени  сигнала на выходе выпр мител  43, вход которого св зан с выходом

4Q блока 3 формировател  задани  частоты вращени  электродвигател  2.

Блок 44 определени  знака производной изменени  сигнала на выходе выпр мител  состоит из усилител  47, один

45 вход которого подключен к выходу выпр мител , а второй - к источнику смещени  U| повторител  на транзисторе 40 и резистора 49, вход которого св зан с выходом усилител  47, а вы50 ход через конденсатор 50 с входом нуль-органа 51, который св зан так- же с источником смещени  U2. Обща  точка конденсатора 50 и нуль-органа

51св зана через разр дный резистор

52с общей точкой схемы.

55

Устройство дл  регулировани  частоты вращени  асинхронного электродвит гател  работает следующим образом,

дам 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 выт ходами к первым входам соответствующих регул торов 37-39 фазных токов, вторые входы указанных регул торов соединены с выходами преобразовател  40 числа фаз, входы которого образуют управл ющие входы силового преобразовател  1 частоты. Выходы регул тора 37-39 через блок управлеционного усилител  42 с резистором в цепи обратной св зи и резисторами и конденсатором - во входной цепи. В схему введены выпр митель 43, вход которого подключен к выходу

блока формировател  задани  частоты вращени  электродвигател , блок 44 определени  знака производной изменени  сигнала на выходе выпр мител  и два ключа 45, 46, один из которых

включен в цепь св зи обратного координатного преобразовател  23 с-входом регул тора 16 скольжени , а второй в цепь св зи выхода регул тора 16 скольжени  с входом преобразовател 

аналог-частота. Управл ющие входы

ключей 45, 46 св заны с выходом блока 44 определени  знака производной изменени  сигнала на выходе выпр мител  43, вход которого св зан с выходом

блока 3 формировател  задани  частоты вращени  электродвигател  2.

Блок 44 определени  знака производной изменени  сигнала на выходе выпр мител  состоит из усилител  47, один

вход которого подключен к выходу выпр мител , а второй - к источнику смещени  U| повторител  на транзисторе 40 и резистора 49, вход которого св зан с выходом усилител  47, а выход через конденсатор 50 с входом нуль-органа 51, который св зан так- же с источником смещени  U2. Обща  точка конденсатора 50 и нуль-органа

51св зана через разр дный резистор

52с общей точкой схемы.

Устройство дл  регулировани  частоты вращени  асинхронного электродвит гател  работает следующим образом,

В исходном состо нии сигнал U

3

Ке

(фиг. 2) на выходе Лормиронатеч  т, - дани  частоты вращени  j отсутствую, а на выходе задатчика 4 соответс-- ет заданию номинального ток« намагничивани  асинхронного электродвигател . Сигнал - на выходе регул тора -.i оль жени  равен нулю, выходна  частота преобразоватет  6 аналог-част-. -а т« равна нулю, счетчик 7 импульсов не переключаетс , но его состо ние соответствует начальному значению числа импульсов.

На выходах формирователей 8, 9 образуютс  коды синуса и косинуса, соответствующие начальному состо  и, i счетчика 7 импульсов. Ча выходах цифроаналоговых преобрлзоватеюй 10, 11 сигналы равны нулю, а г т РЬПЧ

дах 12, 13 - сигналы I.ysinQ, 1 со -б, где 0 - угол, соответствующей

ТД(

ному состо нию счетчика, намагничивани ,

На выходах преобразо атечь фаз имеет трехфазную систгму 27Г

лов: I sin & ,

f

ysin(

(в+гЬ

в соответствии с ко-

торыми с помощью регул -оров 37-ЧП в фазах двигател  попдерживаютс  IJOCTO  нные токи, не создающие тфащаюпи го момента.

Посто нные токи фаз двиг -, t-п , протека  по активным сопротивлени м, вызывают по вление на зажимах двигател  напр жений, которые изгтер к сп с помощью датчика 18.

На выходах преобразователь 19 числа фаз имеет двухфазную систему напр жени  :

U sin(U + 0) и -U cos(U/+Q),

tn Щ

где

Up.- амплитуда фазного нлпр же-

ни ;

(р - угол между векторами ЭДГ Рд и напр жени  U4.

На выходах преобразователей 24, 25 имеем соответственно произведени : U sinfq; + 0)- sin$H -ll соч(« + Q)

ГП

X cos У . С учетом инвертировани  в блоке 26 на выходе сумматора 27 получаем: -JJmcos(j 0, т.к. у в ре-лнме

с нулевой частотой.

Это означает, что выходной сигьал блока 23 обратного преобразолни 

Ке10

т, - ую, с гнител . -.i оль- а т« е

,  и, i ЬПЧ

164603 6

КООРЛНН3п В pICCMl, т ч CMOfi

е сказывает пли .ни -i ь состо ние р - г л тора 16 скольжени .

В исходном ос о нни схе -ы на вьгсо- де вс;пр  1итег   . и юетс  н je-вои сигнал, а га выходе VI HJTHI Р +7 - от- г-пмтельное Нс -рчхс не (U,;7), величина которого in лете  источником сменитс  И, , Такое ке отрицательное напр жение имеем и на выходе повторител  (на эмит гре транзистора 48) до величины которого и зар жен кон- г.енсатор 50.

Пост в ИГХРЛНОМ состо нии г ьмы iiocjie злр да кс нсзтора 50 гпк чере . него не проходит, то со- сто.ш р ну-.ь-опгана 51 определ етс 

0

5

0

0

S

напг  & : РМ i 1ешени« Т), которое перевода г пуль- рган 51 ь состо ние, когда н его виходе отрицательный сиг- iiir. ;1 ri При этом ключи 45, 46 включе- - j и 1 гул тог 16 СКОЛЬЖРНИЯ находитс  в осгс шш с подключенной обратной в чью.

При по влеииг на вьгчоде (Ьормирова- тглч 3 сигнала, возрастающего, нгпрн мер, по лнчейчому закону, г.( на шс.оде вьтр м.чгогп 43 ст топитс  отрицательным , возраста  по абсолютной вг шчине.

При этом отрицательное напр жение , и;, выходе усшгчтел  47 начинает скн- vaibCR (по а. голютг ой величине;, на- ctdT снижатьс  и отрицательное на- пр ление на выходе транзистора 48 повтори1 .РЯ, а кокд -нсзтор 50 начинает pa резисторы 49, 52, От ток;, г зр да конденсатора 50 на ре jjicrope 5 возникает падение напр жени , которое прикладываетс  к управл гоггему входу гуль-органа 51. Пол рность результирующего сигнала на то входе мен етс , нуль-ор ан переключаетс , на его выходе по вл етс  положительное напр жение и ключи 45, 46 отключаютс , отключа  обратную св зь со входа регул тора 16 скольжени  и св зь выхода pei ул тора 16 скольжени  с вводом преобразова0

5

тел  аналог-частота о.

ПРИ этом аналоговый сигнал на выходе интегратора 16 под действием залд,окего сигнала с выхода блока 3 форсированно нарастает. Нарастает т,о максимального значени  и сигнал задани   мг плгудм активно составл ющей на выходе 20.

Одновременно на выходе преобразо- , ател  6 аналог-частота по вл етс  епрерывна  последовательность импульов , частота которых определ етс , поскольку ключ 46 отключен, только уровнем входного сигнала с формировател  3. На выходе цифроаналоговых преобразователей 10, 11 по вл ютс  гармонические сигналы sinGdt, 1л cosCOt, амплитуда которых пропорциональна заданному максимальному значению активной составл ющей тока статора 1дз а на выходах преобразователей 12, 13 - гармонические сигналы IjusinCDt, I cosCOt, пропорциональные задающему значению реактивной составл ющей тока статора IjUg На выходах сумматоров 14, 15 по вл ютс  сигналы

I -sinCCJt +Ц) и Imcos(CQt +

+ I

|U

q

амплитуда си+ Ц, где

I

arctp, (здесь I TfU

нала на выходах сумматоров 14, 15; U) - сдвиг фазы сигнала на выходе сумматоров по отношению к фазе синусоидального сигнала на входах. При этом на выходах преобразователь числа фаз 40 имеет трехфазную систему сигналов задани :

I s in (CO t 01 2Яч +if- ,-3

+ q + - )

+ ЧВ Inisin

be V8inx

в соответствии с которыми в фазах двигател  формируютс  токи и по вл етс  вращающий момент, а двигатель начинает разгон тьс .

По мере разгона электродвигател  отрицательное напр жение на выходе в ыпр мител  43 возрастает, а, на выходе усилител  47 и эмиттера транзистора 48 повторител  уменьшаетс . При этом конденсатор 50 продолжает разр жатьс , создава  на входе нуль- органа 51 положительное напр жение, которым поддерживаетс  на его выходе также полохительный сигнал и ключи 45, 46 остаютс  отключенными. После достижени  сигналом с выхода выпр мител  43 величины, равной сигналу от источника смещени  II, на выходе усилител  47 напр жение становитс  равным нулю. Равным нулю будет и потенциал эмиттера транзистора 48 повто рител . При этом конденсатор окажетс

10

15

20

( 1

6460358

разр женным (предполагаетс , что резисторы 49, 52 достаточно малы и напр жение на конденсаторе следит за напр жением на выходе повторител ), нуль-орган 51 напр жением смещени  от источника минус а переключаетс , на его выходе по вл етс  отрицатель- ное напр жение и ключи 45 и 46 включаютс , восстанавлива  нормальный режим работы системы автоматического регулировани  устройства.

Таким образом, процесс разгона электродвигател , начина  с момента трогани  и до момента выравнивани  сигналов с выхода выпр мител  43 и с источником 41 смещени , осуществл етс  с отключенными ключами 45, 46 и максимальным током фаз статора двигател , а значит, и максимальным возможным моментом.

Следует заметить, что действительный момент на валу электродвигател  определ етс  суммой статического и динамического моментов. Причем последний зависит от темпа, задаваемого формирователем 3, и маховых масс электропривода. Если сумма статического и динамического моментов меньше максимально возможного, то происходит автоматическое перераспределение составл ющих токов фаз двигател  - уменьшаетс  активна  составл юща  и увеличиваетс  реактивна  составл юща  при неизменном его результирующем значении.

Величина частоты вращени , до которой электродвигатель разгон етс  с максимально-заданным током статора, определ етс  напр жением смещени  U.. Обычно параметры блока 44 выбираютс  таким образом, чтобы включение ключей 45, 46 происходило на скорост х 0,1-0,2 номинальной, когда вли ние активного сопротивлени  на работу канала обратной св зи становитс  незначительным.

25

30

35

40

45

0

Как описано выше, ключ 46, введенный в цепь св зи выхода регул тора 16 скольжени  с входом преобразовател  6 аналог-частота, во врем  разгона электродвигател  с предельным током статора отключен. Поэтому дополнительна  составл юща  частота тока статора, пропорциональна  сигналу U{/ на выходе регул тора скольжени  в этом режиме, отсутствует и двигатель разгон етс  до меньшей частоты вращени , задаваемой лишь сигналом с блока 3 (при включенном ключе 46 к сигналу с выхода блока 3 добавилс  бы еще сигнал с выхода блока 16 и соответственно возросла бы и частота вращени  двигател  к моменту включени  ключей 45, 46). Это позвол ет уменьшить величину перерегулировани  по окончанию разгона. При работе двигател  на установившейс  скорости токи намагничивани  и напр жени  в фазах A.R.C измен ютс  следующим образом:

V - VsinOU;

(CDt -|Ј); 1|цс i

-/ue (Urn

UA

-U cosCtOt + (

Vsin

sin(0)t + y-);5

U

-U -cos(COt 2fi

f

u/

-U cos (COt + ffl

+

2ff

20

Y

На выходах преобразовател  19 при этом имеем сигналы: -U„cos(ci)t + ({), U -sin((0t - ф), а на выходах преобразователей 24, 25 - соответственно произведени : Um sin((0t +ф) sinCOt и (Qt ф) cos COt. На выходе сумматора 27 имеем сигнал (-Uwcos(fO (при изменении направлени  вращени  знак сигнала мен етс ).

Это означает, что сигнал на выходе блока обратного преобразовател  координат 28 зависит только от амплитуды напр жени  фаз двигател  и угла (0 и при неизменной частоте токов статора также  вл етс  неизменным .

При работе двигател  на установившейс  заданной скорости сигнал с формировател  3 задани  частоты вращени  равен сигналу обратной св зи с выхода блока обратного преобразовани  23 и при холостом ходе двигате- л  сигнал на выходе регул тора 16 скольжени  мал.

При набросе нагрузки ток и напр жение 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 Лаз двигател  по вл етс  активна  составл юща , создава  вращающий момент. Одновременно , поскольку заданное зна чение тока не изменилось, уменьшаетс  реактивна  составл юща , т.е. уменьшаетс  ток намагничивани , а

,-

вырос« . . ена . ивJQ т

y-);5

20

25

30

35

40

), бо t O  

енве-

ю50

55

значит, уменьшаетс  и ЭДС фаз дви- гател , уменьша  сигнал обратной св зи с выхода блока 23. Сигнал обратной св зи уменьшаетс  несколько в большей степени, чем снижаетс  ЭДС, т.к. 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 , который теперь совпадает с полным током статора о

При уменьшении сигнала обратной св зи нарушаетс  баланс между ней и задающим сигналом с формировател  3 и на выходе регул тора скольжени  16 по вл етс  напр жение,  вл ющеес  задгчием на увеличение активной составл ющей тока статора и последн   возрастает, увеличива  момент двигател . Дл  уменьшени  просадки ско- .рости 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.

I

Следует заметить, что 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 использован дл  частичной компенсации части проекции результирующего вектора напр жени  на ось, перпендикул рную току намагничивани , пропорциональной увеличению падени  напр жени  в активном сопротивлении i статора от приращени  тика.

U,

Vn

/

%

iso si

Vfe

/

n

/

V

V

J1

Фиг.2

Claims (1)

1. Формула изобретения Устройство для регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя по авт.св. № 1534736, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности пуска путем повышения пускового момента электродвигателя, введен выпрямитель, два ключ и блок определения знака производной изменения сигнала, при этом первый ключ включен между выходом первого сумматора и входом элемента сравнения, второй ключ включен между выходом регулятора скольжения и вторым входом второго сумматора, управляющие входы ключей соединены с выходом блока определения знака производной изменения сигнала, входом подключенного к выходу выпрямителя, вход которого соединен с выходом блока формирования задания частоты вращения электродвигателя.

   Фиг. 1