SU892635A1 - Частотно-регулируемый электропривод переменного тока - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в автоматизированном тиристорном электроприводе переменного тока. Известен частотно-регулируемый электропривод переменного тока, который содержит преобразователь частоты на основе автономного инвертора и асинхронный короткозамкнутый двигатель . Система регулировани  амплитуды и частоты напр жени  на зажимах двигател  выполнена на основе регул тора частоты вращени , кроме того, дл  улучшени  динамических характеристик привода используетс  регул тор момента двигател . В качестве сигнала момента используетс  фактический ток двигател , коммутируемый ключами, которые управл ютс  сигналами специально выделенной внутренней ЭДС двигате лйПЗ, Недостатком устройства  вл етс  низкое быстродействие системы автоматического регулировани  момента двигател , а следовательно, и частоты вращени  электроп зивода, (Особенно при глубоком регулировании скорости двигател  вниз, св занное с плохим качеством сигнала на выходе датчика электромагнитного момента двигател . Сигнал датчика момента содержит кроме гладкой (полезной) составл ющей больше переменные составл ющие (помехи ) , частота которых кратна выходной частоте инвертора и koTopbie необходимо отфильтровать, ухудша  тем самым быстродействие системы регулировани . Наиболее близким техническим решением к предлагаемому  вл етс  частотно-регулируемый электропривод переменного тока, содержащий преобразователь частоты, состо щий из инвертора тока с регулируемым звеном посто нного тока на базе выпр мител , к выходу которого подсоединен синхронный двигатель с датчиком скЬрости на валу блок автоматического регулировани  частотой и напр жением, входы которого соединены с датчиком скорости, задатчиком скорости с фор мирователем момента и с датчиком пол ного тока в цепи питани  инвертора, а выходы - с блоками управлени  частотой и током преобразовател , датчи ки напр жени  и фазного тока двигател , выходы которых через блок определени  потокосцеплени  соединены с блоком формировани  момента, други входы которых через формирователь ве торз тока соединены с датчиками фазного тока двигател  2 , Недостатком этого устройства  вл етс  наличие большего уровн  помех в сигнале датчика момента, которые необходимо отфильтровать, что снижает быстродействие. Цель изобретени  - повышение быстродействи  привода. Поставленна  цель достигаетс  тем что в частотно-регулируемом электроприводе формирователь вектора тока дополнительно содержит задающий генератор , пересчетное кольцо, формирователи ступенчатых гармонических сигналов с ключевыми элементами, нуль-органы, два сумматора - формировател  ортогональных проекций результирующего вектора фазных токов и блоки сравнени , причем вход задающего генератора соединен со входом блока управлени  частотой преобразовател , а выход его - с входом пересчетного кольца, выходные зажимы которого соединены с управл ющими входами ключевых элементов формирователей ступенчатых гармонических сигналов, к силовым входам которых подключен датчик полного тока двигател , а выходы через два сумматора - (}уормировател  ортогональных проекций результирующего вектора фазных токов соединены со входами блока формировани  момента, ко входам установки исходного состо ни  дополнительного задающего генератора и пересчетной логической схемы подключены пр мые и инверсные выходы нуль-органов, вхо каждого из которых подключен к выход соответствующего блоков сравнени , а вход каждого блока сравнени  соеди нены с датчиком тока соответствующей фазы и датчиком тока фазы, сдвинутой на 120 эл.градусов. На фиг, показана принципиальна  схема чзстотно-регулируемого синхрон ного электропривода; на фиг. 2 - бло 5 . 4 схема блока автоматического регулировани  частоты и напр жени ; на фиг. 3 - примеры формировани  сигнала момента асинхронного двигател ; на фиг. раскрыто выполнение блока формировани  вектора тока; на фиг.5 - графики фазных, линейных токов двигател  и импульсов перехода через нуль линейных токов; на фиг. 6 - блок формировани  проекции потокосцеплени  ротора в системе координат тока статора . Частотно-регулируемый электропривод содержит преобразователь 1 частоты , к которому подсоединен асинхронный электродвигатель 2 с датчиком 3 скорости на его валу. Блок автоматического регулировани  частотой и напр жени  соединен с блоками 5 и 6 управлени  частотой и напр жением соответственно. Блок 7 определени  потокосцеплени  и блок 8 формировани  вектора тока выходами соединены с блоком 9 формировани  момента. Блок j (фиг. 2) автоматического регулировани  частотой и напр жением содержит регул тор 10 частоты вращени , соединенный с функциональным преобразователем 11, регул тор 12 тока и регул тор 13 момента. На фиг. 3 приведены примеры устройств формировани  сигнала момента асинхронного двигател  в результате перемножени  величин проекций потокосцеплени  ротора на продольную ось Чпд или поперечную на соответствующие проекции тока статора на (варианты а, б) те же оси i или в результате делени  величин потокосцеплени  Id последующим умножением результатов делени  на величину yi , где У индуктивное сопротивление ротора. Блок 8 (фиг. i) формировани  вектора тока содержит задающий генератор I, подключённый выходом к пересчетному кольцу 15, ключевые элементы 16, сумматоры-формирователи 17 ортогональных проекций результирующего вектора фазных токов, нуль-органы 18. Обмотка статора асинхронного электродвигател  2 запитана переменным по амплитуде и частоте током от преобразовател  1 частоту. Блок 4 определ ет амплитуду и частоту переменного тока. На входе регул тора 10 скорости сравниваютс  сигналы задани  и обратной св зи по частоте вращени . Выходной сигнал регул тора 10 скорости  вл етс  заданием момента двигател  Mjg., который преобразуетс  в функциональном преобразователе 11 в сигнал задани  амплитуды тока ftdA статора. На входе регул тора 12 тока сравниваютс  сигналы задани  го ка tjgg, и тока 17д , выходной сигнал и регул тора тока, поступает на вход блока 6. Кроме того, сигнал задани  момента М. электродвигател  сравниваетс  на выходе регул тора 13 момента с сигналом фактического момента Н. Сумма выходного сигнала регул тора момента и сигнала датчика 3 скорости  вл етс  сигналом , определ ющим частоту инвертора. Данный сигнал подаетс  на вход блока 5, где он преобразуетс  в последовательность импульсов, частота которых про порциональна сигналу Ur и которые распредел ютс , усиливаютс  и подают с  на тиристоры инвертора. Датчиком момента двигател   вл етс  система, включающа  блоки 7-9. Дл  по снени  работы, рассмотрим расчетные соотношени  дл  момента асинхронного электродвигател . м к хТ, М KQ ty-ixT l (1) М Kf Момент асинхронного двигател  может быть рассчитан как векторное про изведение результирующего вектора полного потока Ч статора либо потока 5 ij ротора, либо потока Q в зазоре и результирующего вектора тока Т, статора, К, KQ,, К - коэффицие нт пропорциональности. Потоки и vJij измер ютс  косвенным способом, поток Чо можно измерить либо косвенно, ли бо встраиванием в зазор машины датчиков ЭДС Холла или специальных измерительных обмоток в пазы статора. Ввод датчиков внутрь машины требует ее переделки, поэтому целесообразны косвенные способы измерени  потока. С точки зрени  сложности измерени  потоки Ч ,, Ч и практически разнозначны , но поток f обладает наибольшей помехозащищенностью от отрицательного вли ни  высших гармоник тока статора, поэтому дл  повышени  качества сигнала момента рассматриваетс  именно поток . Измерение проекции результирующего вектора потока осуществл етс  в блоке 7 согласно следующим соотношени м ,-/l-Vv.b; vStvv, где Un,U,Uj. - фазные напр жени  двигател ; А бс- фэзные токи; г - оммическое сопротивление обмотки статора. Составл ющие потока MQ в установившемс  режиме работы измен ютс  практически по гармоническому закону несмотр  на то, что ток статора несинусоидальный . Объ сн етс  данное . обсто тельство фильтрующим действием короткозамкнутого ротора. Составл ющие результирующего вектора тока статора определ ютс  соотношением (i,Эти сигналы периодические, но не гармонические . Если датчик электромагнитного момента выполнить согласно соотношению ixTil i4( На Х) - проекции реального вектора тока, то сигнал момента содержит периодические составл ющие. Чтобы исключить периодические составл ющие сигнала момента, в электроприводе используют синте ированные сигналы проекций тока i, coenai . дающие с основной гармоникой соответствующих проекций реального тока, при этом сигнал момента соответствует гладкой составл ющей реального момента. Синтезировать периодические си1- налы проекций тока (синусную и косинусную составл ющие) возможно, поскольку имеетс  сигнал выходной частоты инвертора. Это осуществл етс  блоком 8. Сигнал Uf подаетс  на задающий генератор lU (фиг. ) аналогового сигнала в последовательность импульсов, частота которого пропорциональна величине сигнала Up. При этом получаетс , что частота выходных импульсов задающего генератора И пропорциональна выходной частоте инвертора. Выходные импульсы задающего генератора 1 управл ют пересчет-i ным кольцом 15 на логических элементах с пам тью, период изменени  состо ни  которой соответствует перио ду выходной частоты инвертора. Логические сигналы пересчетного кольца 1 управл ют состо нием ключевых элементов 16, которые подключают источник напр жени  через соответствующим образом выбранные сопротивлени  на входы двух сумматоров-формирователей 17« На выходах сумматоров-формирователей 17 получают близкие к гладким гармонические сигналы, причем степен приближени  к гладкой кривой может быть любой и достигаетс  увеличением числа ступеней. Если в качестве напр  жени  на входах сумматоров-формирователей 17 использовать посто нную вел чину и Const, то на выходе получают опорные сигналы проекции тока i. , если использовать напр жение, пропорцио нальное токуЛ , то на выходах сумматоров-формирователей 17 получают сигналы проекций тока i-i . Опорные сигналы и сигналы проекций тока i , могут использоватьс  дл  формировани  сигнала момента. Однако синтезированные с помощью рассмотренного варианта блока 8 моде лирующие сигналы не соответствуют фа тической основной гармонике тока дви гател  по двум причинам. Идеальное совпадение характеристик блока 5, который определ ет фактическую выходную частоту инвертора, и блока 8 невозможно, всегда есть расхождение по частоте, которое приведет к фазовой погрешности, мен ющейс  в пределах (О - ) рад. Кроме того, фаза выходного тока инверто ра из-за вли ни  устройств принудительной коммутации не остаетс  посто нной относительно управл ющих импульсов инвертора, а мен етс  при изменении частоты и режима работы двигател . Чтобы исключить эти отрицательные обсто тельства на фиг. k показано дополнительный блок синхронизации частоты задающего генератора И и состо ни  пересчетного кольца 15 импульсами , жестко прив занными к фазе основной гармоники фактического тока двигател . У автономного инвертора тока, широко используемого дл  целей частотного регулировани , фазный ток не имеет ха рактерных участков дл  формировани  импульсов, фиксирующих фазу. Поэтому предлагаетс  по фазным токам формировать линейные Ав А - 8 isc и - ic СА с А И фиксировать с помощью нуль-органа 18 моменты перехода линейных токов через ноль. Эти моменты соответствуют максимальному значению основной гармоники фазного т©ка (фиг, 5). Так, импульс t соответствует отрицательному максимуму основной гармоники тока фазы В, t - положительному фазы А и т.д. Каждому импульсу должно соответствовать вполне определенное состо ние пересчетного кольца 15, в которое она и устанавливаетс  данным импульсом. Кроме того, все импульсы нуль-органов 18 устанавливают задающий генератор в исходное состо ние . Вследствие вводимой импульсной коррекции системы формировани  гармонических сигналов тока инвертора достигаетс  высока  точность воспроизведени  основной гармоники инвертируемого тока. Полученные сигналы тока статора используютс  дл  формировани  си(- нала момента в соответствии с соотношением (). Поскольку сигналы проекции тока и потока гармонические, получаем гладкий и непрерывный сигнал момента двигател , который не требует загрублени  быстродействующих систем автоматического регулировани . Это не единственный пример использовани  предлагаемого синтезированного сигнала основной гармоники тока двигател  при синтезе систем регулировани . Существуют задачи приведени  электромагнитрных величин к системе координат тока статора дл  этого используютс  в качестве сомножителей опорные сигналы. Например, в устройстве (фиг. 3 6J используетс  сигнал проекции вектора потокосцеплени  ротора на мнимую ось системы координат, св занной с вектором статорного тока. 8 последнем случае можно упростить устройство, не ормиру  опорных сигналов (ортов системы координат, св занной с вектором тока статора, в неподвижной системе оординат) с последующим умножением а проекции.вектора потокосцеплени  неподвижной системе координат п M(j , а подать на входы ключей 16 игналы (д и , (фиг 6). Экономический эффект достигаетс  овышением производительности мехаизмов , обусловленной большим быстодействием автоматизированного лектропривода.

Claims (2)

1.Патент США V i 08893«, кл. 318-227, 1978.

2.Патент ФРГ tf , кл. Н 02 Р 5/36, 1975.

0USZ

Х

х

X

f

X

г

/

Фиг.Ъ

т.

fi

-ts

/7