SU1697252A1 - Асинхронный электропривод - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано при разработке частотно-регулируемых электроприводов. Целью изобретени  - вл етс  расширение функциональных возможностей путем обеспечени  режима работы на упор при сохранении высоких энергетических показателей. Асинхронный электропривод включает неуправл емый выпр митель 1, сглаживающий фильтр 2, автономный инвертор 3 напр жени , нагруженный на асинхронный электродвигатель 4. Датчик 5 выходного напр жени  инвертора и датчика 6 тока св заны с блоком 7 выделени  ЭДС двигател . Система управлени  и регулировани  электропривода содержит блок 8 задани , сигнал которого через дополнительный сумматор 9 св зан с входом генератора 10 тактовых импульсов, а также с одним из двух плюсовых входов трехвходового сумматора 11. С помощью генератора 10, генератора 13 развертывающего линейно измен ющегос  напр жени  и каналов формировани  Фронтов выходных импульсов, включающих суммирующие и логические элементы 20-32 и 36-47, в системе реализуетс  алгоритм плавного широкодиапазонного изменени  формы кривой выходного напр жени  преобразовател  при посто нстве отношени  величины напр жени  к частоте. Сигнал, пропорциональный суммарной текущей на полупериоде продолжительности выходных импульсов, формируетс  на выходе много- входового сумматора 48. При помощи результирующего сигнала на выходе интегратора 49 в системе осуществл етс  астатическое регулирование величины ЭДС двигател . Одновременно канал управлени , включающий датчик 17 тока на выходе выпр мител  1, делители 15 и 16, источник 19 опорного напр жени  и сумматор 18, осуществл ет выделение сигнала, пропорционального текущему значению электромагнитного момента асинхронного электромагнитного момента асинхронного электродвигател . Указанный сигнал поступает в основной контур регулировани  системы, расшир   тем самым ее функциональные возможности . 2 ил. О ю

Description

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано при разработке систем частотно-регулируемого электропривода переменного тока.

Целью изобретени   вл етс  расширение функциональных возможностей системы электропривода путем обеспечени  режима работы на упор при сохранении высоких энергетических показателей,

На фиг. 1 представлена функциональна  схема системы асинхронного электропривода; на фиг, 2 изображены временные диаграммы, по сн ющие алгоритм формировани  выходных сигналов преобразовател  частоты.

Асинхронный электропривод содержит преобразователь частоты со звеном посто нного тока, составленный из последовательно соединенных неуправл емого выпр мител  1, сглаживающего фильтра 2 и трехфазного инвертора 3 напр жени , управл емого по широтно-импульсному алгоритму с последовательным уменьшением числа выходных импульсов при росте частоты. К выходу инвертора 3 напр жени  подключен асинхронный электродвигатель 4. На выходе инвертора 3 напр жени  включены датчик 5 напр жени  и датчик 6 тока, выходы которых соедине- ны с входами блока 7 выделени  ЭДС электродвигател  4. Выход блока 8 задани  сигнала управлени  соединен с вторым входом дополнительного двухвходового сумматора 9, выход которого подключен к входу генератора 10 тактовых импульсов, Выход блока 8 задани  сигнала управлени  подключен к первому плюсовому входу первого трехвходового сумматора 11, минусовой вход которого соединен с выходом блока 7 выделени  ЭДС электродвигател  4. Выход генератора 10 тактовых импульсов подключен к входам трехразр дного регистра 12 и генератора 13 линейно измен ющегос  напр жени , к выходу которого подключен вход датчика 14 амплитуды линейно измен ющегос  напр жени . Выход датчика 14 соединен с вторым входом второго делител  15, выход которого подключен к первому входу третьего делител  16, вторым входом подключенного к выходу датчика 17 тока, включенного на выходе выпр мител  1. Выход делител  16 соединен с минусовым входом первого двухвходового сумматора 18, плюсовой вход которого подключен к выходу первого источника 19 опорного напр жени , а выход сумматора 18, заактированный диодом, подключен к первому входу сумматора 9,

В состав системы вход т также каналы формировани  фронтов выходных импульсов , общее количество п которых должно быть на единицу больше максимального количества формируемых фронтов внутри половины тактового интервала, имеющего

прот женность 60 эл. град. В общем случае n N+1, где N - выраженный в числовой форме диапазон св занного регулировани  частоты и величины напр жени  преобразовател . Соответственно

0 максимальное число выходных импульсов в полуволне линейного выходного напр жени  преобразовател , наблюдаемое на начальной частоте, при этом находитс  как 2п-1, Дл  определенности прин то, что дл 

5 анализируемого варианта структуры системы п 6, максимальное количество выходных импульсов в полуволне линейного выходного напр жени  при этом равно одиннадцати.

0 В состав каждого из каналов формировани  фронтов выходных импульсов вход т ключи 20-25, выходы которых св заны с первыми входами одноименных формирователей фронтов выходных импульсов, вы5 полненных в виде компараторов 26-31, выход каждого из которых подключен к соответствующему входу шестивходового логического элемента ИЛИ 32, выходом подключенного к входу счетного триггера

0 33, выход которого соединен с информационным входом распределител  34 управл ющих импульсов, тактовые входы которого подключены к выходам регистра 12, а выход - к управл ющему входу инвертора 3

5 напр жени , Вторые входы компараторов объединены и подключены к выходу генератора 13 линейно измен ющегос  напр жени .

Выход второго источника 35 опорного

0 напр жени  подключен к плюсовым входам второго 36 и третьего 37 двухвходовых сумматоров и к второму и третьему плюсовым входам второго 38 и третьего 39 трехвхо- довых сумматоров. Выходы сумматоров

5 36-39 подключены соответственно к информационным входам второго - п того ключей 21-24. Выходы сумматоров 36, 37 подключены соответственно к первым входам первых схем 40 и 41 сравнени 

0 второй и первой групп соответственно, а выходы сумматоров 38 и 39 подключены соответственно к первым входам вторых схем 42 и 43 сравнени  второй и первой групп, Вторые входы схем 40-43 сравне5 ни  объединены с информационным входом шестого ключа 25 и подключены к выходу датчика 14 амплитуды линейно измен ющегос  напр жени .

Управл ющие входы первого, третьего и п того ключей 20, 22 и 24 подключены к

пр мым выходам первой, второй и третьей схем 44, 41 и 43 сравнени  первой группы, а управл ющие входы второго и четвертого ключей 21 и 23 - к выходам первой и второй схем 40 и 42 сравнени  второй группы. Управл ющий вход шестого ключа 25 соединен с, выходом трехвходовой схемы ИЛИ 45, входы которой подключены соответственно к инверсному выходу схемы 44 сравнени  и выходам двухвходовых схем И 46, 47. Первый вход первой схемы И 46 объединен с управл ющим входом второго ключа 21, а первый вход второй схемы И 47 - с управл ющим входом четвертого ключа 23. Выходы первого, треть- его, п того и шестого ключей 20, 22, 24 и 25 соединены с плюсовыми входами шес- тивходового сумматора 48,минусовые входы которого соединены соответственно с выходами второго и четвертого ключей 21 и. 23. Выходы сумматоров 48 и 11 подключены к минусовому и плюсовом у входам интегратора 49, выход которого соединен с минусовыми входами сумматоров 36-39. Второй плюсовой вход сумматора 11 подключен к выходу первого делител  50, входы которого соединены с выходами дополнительного источника 51 опорного напр жени  и допол- нительного датчика 52 напр жени  на входе преобразовател  частоты

Работа электропривода заключаетс  в следующем.

Аналоговый сигнал задани , пропорциональный выходной частоте преобразовател  частоты, с выхода блока 8 через сумматор 9 подаетс  на вход генератора 10 тактовых импульсов, задава  частоту следовани  тактовых импульсов генератора 10, котора  на всем диапазоне регулировани  в двенадцать раз выше частоты выходного напр жени  преобразовател . Выходные импульсы генератора 10 синхронизируют работу генератора 13 линейно измен ющегос  развертывающего напр жени , выходной сигнал Ui3 которого, как показа- но на фиг. 2, имеет посто нную в обе стороны крутизну и измен ющуюс  обратно пропорционально частоте следовани  импульсов генератора 10 амплитуду, котора  выдел етс  датчиком 14 амплитуды. Часто- та симметричного пилообразного напр жени  Ui3 при этом в шесть раз превышает выходную частоту преобразовател . В моменты равенства сигналов на входах компараторов 26-30 ими вырабатываютс  команды на формирование фронтов (показано на фиг. 2) импульсов кривой выходного напр жени  преобразовател , количество которых в процессе св занного регулировани  частоты и напр жени  последовательно

уменьшаетс  при росте выходной частоты, причем изменение числа импульсов осуществл етс  плавным безударным путем. Это обеспечиваетс  работой логической части системы, включающей ключи 20-25, схемы 40-44 сравнени , элементы ИЛИ 45 и И 46-47,

Работа внутреннего регул тора системы базируетс  на принципе поддерживани  посто нства суммы абсолютных продолжи- тельностей сигналов управлени  (и выходных импульсов) внутри тактовых интервалов 60-градусных продолжительностей с использованием корректирующего сигнала отрицательной обратной св зи, снимаемого с датчика ЭДС двигател , что позвол ет реализовывать высокоэкономичный закон управлени  асинхронным электроприводом с посто нством потокосцеплени  статора электродвигател . С этой целью приведенные друг к другу и к величине выходного сигнала делител  50 значени  сигнала задани  с выхода блока 8 и сигнала блока 7 выделени  ЭДС двигател  поступают соответственно на плюсовой и минусовой входы сумматора 11, в котором осуществл етс  их частична  взаимокомпенсаци , Указанный разностный сигнал суммируетс  с выходным сигналом делител  50. формирование которого, а также выбор амплитуды сигнала опорного источника 51 осуществл ютс  таким образом, чтобы при минимальном питающем напр жении на входе преобразовател  (выпр мител  1), пропорционально которому вырабатываетс  амплитуда сигнала на выходе датчика 52, амплитуда напр жени  Uso на выходе делител  50 соответствовала выражению Uso -1 акс, где 1Измакс максимальна  амплитуда развертывающего напр жени  генератора 13, наблюдаема  на начальной выходной частоте; N - кратность диапазона св занного регулировани  частоты и напр жени  преобразовател  частоты системы электропривода. При увеличении напр жени  относительно минимального значени  амплитуда результирующего опорного сигнала Uso пропорционально уменьшаетс , что позвол ет в случае изменени  питающего напр жени  обеспечить посто нство вольт-секундной площади полуволны выходного напр жени  и линеаризовать тем самым регулировочную характеристику преобразовател 

Управл ющее напр жение с выхода сумматора 11 поступает на интегратор 49, на входе которого сопоставл етс  с выходным сигналом многовходового сумматора

48, результирующее напр жение на выходе которого благодар  соответствующему переключению ключей 20-25 на всем диапазоне регулировани  пропорционально абсолютной величине суммарной на полупериоде продолжительности формируемых импульсов управлени  и соответственно выходных импульсов преобразовател  частоты. Изменением величины выходного сигнала интегратора 49, определ ющего, как показано на фиг, 2, продолжительность каждого из импульсов выходной кривой, осуществл етс  автоматическое высокоточное (статическа  ошибка регулировани  равна нулю) св занное регулирование величины и частоты выходного напр жени  по экономичному закону, обеспечивающему пропорциональное росту частоты увеличение внутренней ЭДС двигател .

Одновременно канал управлени , включающий св занные между собой датчик 17 среднего значени  тока на выходе неуправл емого выпр мител , делители 15 и 16, источник 19 опорного напр жени  и сумматор 18, осуществл ет выделение сигнала, пропорционального электромагнитному моменту асинхронного электродвигател , В основе функционировани  указанного канала лежит тот факт, что при питании от преобразователей модул ционным принципам формировани  кривой выходного напр жени , в которых полуволна выходного сигнала синтезируетс  из последовательности пр моугольных импульсов одинаковых амплитуд и в которых регулирование выходного напр жени  осуществл етс  путем изменени  относительной продолжительности выходных импульсов, момент двигател  пропорционален величине тока на выходе выпр мител , деленной на коэффициент глубины модул ции, В качестве коэффициента глубины модул ции при этом должна фигурировать величина, пропорциональна  отношению суммарной на полупериоде продолжительности выходных импульсов к текущей продолжительности одной третьей части периода выходной частоты преобразовател . В рассматриваемой системе аналогом первой величины (делимого ) выступает сигнал с выхода сумматора 48, а аналогом второй величины (делител ) - сигнал с выхода датчика 14, пропорциональный текущей амплитуде развертывающего напр жени  Uis Сигнал, пропорциональный коэффициенту глубины модул ции, снимаетс  с выхода делител  15 и поступает на вход делител  16, обеспечива  формирование на выходе делител  16 напр жени , пропорционального текущему значению электромагнитного момента двигател  (следует отметить, что в качестве базового токового сигнала можно использовать и выпр м- ленный сигнал, снимаемый с шунтов, включенных на входе выпр мител ).

Указанный сигнал с выхода делител  16

поступает на минусовый вход сумматора 18, в котором сопоставл етс  с напр жением уставки, поступающим от источника 19 и пропорциональным максимально допустимому значению момента двигател  (коэффициенты передачи всех делителей, датчика 17 и амплитуда сигнала источника 19 должны быть согласованы между собой). В номинальном режиме работы электропривода , когда величина опорного сигнала источника 19 больше амплитуды напр жени  на выходе делител  16, благодар  приведенному включению диода, шунтирующего в пр мом направлении выход сумматора 18,

канал выделени  момента не оказывает вли ни  на процесс функционировани  электропривода. В случае превышени  выходным напр жением делител  16 сигнала источника 19 отрицательный разностный

сигнал поступает на вход сумматора 9 и способствует безынерционному снижению частоты выходного сигнала преобразовател  и соответственно момента двигател  вплоть до момента равенства сигналов на

входе сумматора 18.

Описанна  структура информационной части системы электропривода, осуществл юща  на всем диапазоне регулировани  выделение пропорционального моменту

электродвигател  управл ющего сигнала, позвол ет заметно расширить функциональные возможности асинхронного электропривода как за счет автоматического быстродействующего ограничени  момента.

вплоть до осуществлени  режима работы на упор путем снижени  выходной частоты преобразовател , так и за счет реализации специальных режимов управлени  двигателем , при которых момент и частота должны

соотноситьс  в определенной функциональной зависимости, обеспечива  высокие энергетические показатели. Дл  осуществлени  упом нутых спецрежимов в качестве источника 19 может быть использован функциональный преобразователь, выходной сигнал которого, как показано на фиг. 1 пунктиром , должен определ тьс  величиной сигнала блока 8.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Асинхронный электропривод, содержащий асинхронный двигатель, преобразователь частоты, составленный из последовательно соединенных неуправл емого выпр мител , сглаживающего фильтра

   и инвертора напр жени , выход которого соединен с фазными выводами асинхронного двигател , датчики напр жени  и тока, включенные в выходную цепь инвертора напр жени , выходы которых соединены с входами двухвходового блока выделени  ЭДС, логический блок распределени  импульсов , выходом соединенный с управл ющим входом инвертора напр жени , блок задани  сигнала управлени , св занный с первым плюсовым входом первого трехвходового сумматора, два источника опорного напр жени , генератор тактовых импульсов, соединенный выходом с входами генератора линейно измен ющегос  напр жени  и трехразр дного регистра , выходы которого подключены к тактовым входам логического блока распределени  импульсов, причем к выходу генератора линейно измен ющегос  напр жени  подключен датчик амплитуды линейно измен ющегос  напр жени , шесть формирователей фронтов выходных импульсов, каждый из которых выполнен в виде двухвходового компаратора, первые входы которых объединены и подключены к выходу генератора линейно измен ющегос  напр жени , выход каждого компаратора соединен с одним из входов шестивходового логического элемента ИЛИ, выходом соединенного с входом счетного триггера, подключенного выходом к информационному входу логического блока распределени  импульсов , шесть управл емых ключей, три двухвходовых сумматора, два трехвходо- вых сумматора, двухвходовой интегратор и шестивходовой сумматор, плюсовые входы которого соединены соответственно с вторыми входами первого, третьего, п того и шестого компараторов, а минусовые входы - с вторыми входами второго и четвертого компараторов, второй вход каждого из компараторов подключен к выходу одноименного управл емого ключа, первую группу схем сравнени , в которой кажда  схема сравнени  выполнена с пр мым и инверсным выходами, вторую группу схем сравнени , две двухвходовые схемы И и трехвходовую схему ИЛИ, первый вход которой соединен с инверсным выходом перт вой схемы сравнени  первой группы, второй и третий входы - соответственно с выходами схем И, при этом первый вход первой схемы И объединен с управл ющим входом второго управл емого ключа и подключен к выходу первой схемы сравнени  второй группы, первый вход второй схемы И объединен с управл ющим входом четвертого ключа и подключен к выходу второй схемы сравнени  второй группы, управл ющие входы первого, третьего и п того управл емых ключей подключены соответственно к пр мым выходам схем сравнени  первой группы, а управл ющий вход шестого управл емого ключа соединен с выходом трехвходовой схемы ИЛИ, информационные входы второго, третьего, четвертого и п того управл емых ключей св заны соответственно с выходами второго и треть0 его двухвходовых и второго и третьего трехвходовых сумматоров, первый вход второй схемы сравнени  первой группы соединен с выходом третьего двухвходового сумматора, первый вход третьей схемы

   5 сравнени  первой группы - с выходом

   третьего трехвходового сумматора, первые

   входы первой и второй схем сравнени  вто1 рой группы подключены соответственно к

   выходам вторых двухвходового и трехвходо0 вого сумматоров, вторые входы всех схем сравнени  и информационный вход шестого управл емого ключа объединены и подключены к выходу датчика амплитуды линейно измен ющегос  напр жени , вы5 ход блока выделени  ЭДС подключен к минусовому входу первого трехвходового сумматора, соединенного выходом с плюсовым входом двухвходового интегратора, минусовый вход которого подключен к вы0 ходу шестивходового сумматора, выход интегратора присоединен с информационному входу первого управл емого ключа, к первому входу первой схемы сравнени  первой группы, к минусовым входам вто5 рых и третьих двухвходовых и трехвходовых сумматоров, отличающийс  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей путем обеспечени  режима работы на упор при сохранении высоких.

   0 энергетических показателей, он снабжен дополнительным датчиком напр жени  на входе преобразовател  частоты и датчиком тока на выходе выпр мител , допол- нительным источником опорного

   5 напр жени , трем  делител ми и двухвхо- довым дополнительным сумматором, при этом входы первого делител  св заны соответственно с выходами датчика напр жени  на входе преобразовател  и дополнитель0 ного источника опорного напр жени , выход первого делител  соединен с вторым плюсовым входом первого трехвходового сумматора, первый вход второго делител  соединен с минусовым входом интег5 ратора, второй вход - с выходом датчика амплитуды линейно измен ющегос  напр жени , а выход - с первым входом третьего делител , второй вход которого подключен к выходу датчика тока на выходе выпр мител , выход третьего делител 

   св зан с минусовым входом первого двух- входового сумматора, плюсовой вход которого присоединен к выходу первого источника опорного напр жени , а выход - к первому входу дополнительного двухвхо- дового сумматора, второй вход которого св зан с выходом блока задани  сигнала

   управлени , а выход подключен к входу генератора тактовых импульсов, выход второго источника опорного напр жени  присоединен к плюсовым входам второго и третьего двухвходовых сумматоров и к двум плюсовым входам второго и третьего трех- входовых сумматоров.