Частотно-регулируемый асинхронный электропривод

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 3(51) Н 0 2 Р 7 /4 2

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3400640/24-07 (22) 26.02.82 (46) 07.03.84. Вюл.9 9 (72) С.О.Криницкий и И.И.Эпштейн (71) Научно-исследовательский электротехнический институт Производственного объединения "ХЭМЗ" (53) 62-83:621.3.066.63(088.8) (56) 1. Патент Франции Р 2060101, кл. Н 02 Р 7/00, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР

9 744887, кл. Н 02 Р 7/42, 1978. (54)(57)1 HACTOTHO-РЕГУЛИРУЕМЫЙ АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД, содержащий асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, статорные обмотки которого подключены к преобразователю частоты, составленному из последовательно соединенных автономного инвертора тока, дросселя и управляемого выпрямителя, блок упранления инвертором, подключенный выходами к входам управления автономного инвертора тока, а входами — к выходам блока компараторов, регулятор тока, пер. вый вход которого подключен к первому выходу блока задания амплитуды тока. статора, второй вход — к выходу датчика тока, установленного на выходе управляемого выпрямителя, а выход регулятора тока подключен к входу управления упранляемого выпрямителя, блок определения фазных потокосцеплений, входы которого подключены к выходам датчиков фазных токов и на пряжений статора, а выходы — к входам блока задания амплитуды Тока статора и первому трехфазному входу блока компараторон, второй нход которого соединен с вторым выходом блока задания амплитуды тока статора, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения энергетических показатепей путем снижения электрических потерь, блок задания амплитуды тока статора

Л выполнен состоящим из блока измерения частоты и последовательно соединенных блока задания частоты, элемента сравнения, регулятора частоты и функционального преобразователя момент-ток, при этом второй вход элемента сравнения подключен к выходу блока измерения частоты, входы которого образуют входы блока задания амплитуды тока статора, а выход функционального преобразователя момент-ток и выход регулятора частоты образуют соответственно первый и второй выходы блока задания амплитуды тока статора.

2. Электропринод по п.1, о т л и g ч а ю шийся тем, что блок компа раторов содержит шесть компараторон, определитель знака функций, снабженный прямым и инверсным выходами, шесть логических элементов И и три логических элемента ИЛИ, первые входы которых подключены соответственно к выходам первых трех логических эле. ментов И, вторые входы — соответственно к выходам четвертого, пятого и шестого логических элементов И, а вы. ходы логических элементов ИЛИ образуют ныходы блока компараторов, при этом первые входы первых трех логических элементов И объединены между собой и подключены к прямому выходу определителя знака функции, первые нходы четвертого, пятого и шестого логических элементов И объединены между собой и подключены к инверсному выходу определителя знака функции, вход которого образует второй вход блока компараторов, вторые входы логических элементов И подключены соответственно.к выходам компараторов, входы, которых пофазно объ. единены между собой и образуют первый трехфаэный вход блока компараторов.

1078569

Изобретение относится к электротехнике, в частности к частотнорегулируемым электроприводам, выполненным на основе асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором и тиристорных преобразователей частоты с автономным инвертором тока, и может быть использовано в системах и механизмах общепромышленного назначения, где определяющими являются требования экономии и снижения электрических потерь.

Известен частотно-регулируемый асинхронный электропривод, содержащий асинхронный двигатель с короткозамкнутым роторам, статорные обмотки ко-35 торого подключены к преобразователю частоты, составленному из последовательно соединенных автономного инвертора тока, дросселя и управляемого выпрямителя, блок управления инверто-2О ром, подключенный выходами к входам управления автономного инвертора тока, а входом - к выходу блока преобразования сигналов, снабженного вхо дами для опорных Функций и выходом 25 задания амплитуды тока статора, подключенным к первому входу регулятора тока, второй вход которого соединен с выходом датчика тока, установленного на выходе управляемого выпрямителя, а выход регулятора тока подключен к входу управления управляемого выпрямителя, датчики потока, установленные в воздушном зазоре асинхронного двига теля с короткозамкнутым ротором и под ключенные выходами к входам для опор-З5 ных функций блока преобразования сигналов, и блок коррекции фазы управляю щих импульсов, входы которого подключены к выходам датчиков фазных токов статора, а выходы — к блоку управле- 40 ния инвертором j1) .

Недостатком указанного частотнорегулируемого электропривода является сложность схемы и низкая надежность. 45

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является частотно-регулируемый асинхронный электропривод, содержащий асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, статорные обмотки которого подключены5О к преобразователю частоты, составленному из последовательно соединенных автономного инвертора тока, дросселя и управляемого выпрямителя, блок управления инвертором, подключенный вы-55 ходами к входам управления автономного инвертора тока, а входами — к выходам блока компараторов, регулятор тока, первый вход которого подключен к первому выходу блока задания ампли-60 туды тока статора, второй вход — к выходу датчика тока, установленного на выходе управляемого выпрямителя,, а выход регулятора тока подключен к входу управления управляемого выпря- 65 мителя, блок определения фазных потокосцеплений, входы которого подключены к выходам датчиков фазных токов и напряжений статора, а выходы — к входам блока задания амплитуды тока статора и к первому трехфаэному входу блока компараторов, второй вход которого соединен с вторым выходом блока задания амплитуды тока статора, задатчики активной и реактивной составляющих тока статора, выходами подключенные к дополнительным. входам блока задания амплитуды тока статора j?j .

Недостатком известного частотнорегулируемого электропривода является неэкономичность работы, связанная с наличием потерь в двигателе и преобразователе частоты.

Цель изобретения — повышение энергетических показателей путем снижения электрических потерь. указанная цель достигается тем, что в частотно-регулируемом асинхронном электроприводе, содержащем асинхронный двигатель с короткоэамкнутым ротором, статорные обмотки которого подключены к преобразователю частоты составленному из последовательно соединенных автономного инвертора тока, дросселя и управляемого выпрямителя, блок управления инвертором, под. ключенный выходами к входам управления автономного инвертора тока, а входами — к выходам блока компараторов, регулятор тока, первый вход которого подключен к йервому выходу бло. ка задания амплитуды тока статора, второй вход вЂ,к выходу датчика тока, установленного на выходе управляемого выпрямителя, а выход регулятора тока подключен к входу управления управляемого выпрямителя, блок определения фазных потокосцеплений, входы которого подключены к выходам датчиков фазных токов и напряжений статора, а. выходы - к входам блока задания амплитуды тока статора и первому трехфазному входу блока компараторов,,второй вход которого соединен с вторым выходом блока задания амплитуды тока статора, блок задания амплитуды тока статора выполнен состоящим иэ блока измерения частоты и последовательно соединенных блока задания частоты, элемента сравнения, регулятора частоты и функционального преобразователя момент-ток, при этом второй вход элемента сравнения подключен к выходу блока измерения частоты, входы которого образуют входы блока задания амплитуды тока статора, а выход функционального преобразователя моментток и выход регулятора частоты образуют соответственно первый и второй выходы блока задания амплитуды тока статора.

107&569

Блок компараторов содержит шесть компараторов, определитель знака функции, снабженный прямым и инверсным выходами, шесть логических элементов И и три логических элемента

ИЛИ, первые входы которых подключены соответственно к выходам первых трех логических элементов И, вторые входы соответственно к выходам четвертого, пятого и шестого логических элементов

И, а выходы логических элементов ИЛИ 10 образуют выходы блока компараторов, при этом первые входы первых трех логических элементов И объединены между собой и подключены к прямому выходу определителя знака функции, 15 первые входы четвертого,. пятого и шестого логических элементов И объединены между собой и подключены к инверсному выходу определителя знака функции, вход которого образует второй вход блока компараторов, вторые входы логических элементов И подключены соответственно к выходам компараторов, входы которых пофазно объединены между собой и образуют первый трехфазный вход блока компараторов.

На фиг.1 представлена структурная схема частотно-регулируемого асинхронного электропривода, на фиг.2 структурная схема блока компараторов.

Частотно-регулируемый асинхронный электропривод содержит асинхронный двигатель 1 с короткозамкнутым ротором (фиг.1), статорные обмотки которого подключены к преобразователю частоты, составленному из последовате- 35 льно соединенных автономного инвертора 2 тока, дросселя 3 и управляемого выпрямителя 4, блок 5 управления инвертором, подключенный выходами к входам управления автономного инвер- 40 тора 2 тока, а входом — к выходу блока б компараторов, регулятор 7 тока, первый вход которого подключен к первому выходу 8 бЛока 9 задания амплитуды тока статора, второй вход - 45 к выходу датчика 10 тока, установленного на выходе управляемого выпрямителя 4, а выход регулятора 7 тока подключен к входу управления управляемого выпрямителя 4, блок 11 определения фазных потокосцеплений, входы которого подключены к выходам датчиков фазных токов и напряжений

12 и 13 соответственно, а выходы— к входам 14 блока 9 задания амплитуды тока статора и к первому трехфаз- 55 ному входу блока б компаратора; второй вход которого соединен с вторым выходом 15 блока задания амплитуды тока статора.

Б частотно-регулируемом асинхрон- 60 ном электроприводе блок 9 задания амплитуды тока статора состоит иэ блока 16 измерения частоты и последовательно соединенных блока 17 задания частоты, элемента сравнения 18, 65 регулятора 19 частоты и функциональ. ного преобразователя 20 момент-ток, при этом второй вход элемента сравнения 18 подключен к выходу блока 16 измерения частоты, входы которого образуют входы 14 блока 9 задания амплитуды тока статора, а выход функци- онального преобразователя 20 моментток и выход регулятора 19 частоты образуют соответственно первый 8 и второй 15 выходы блока задания амплитуды тока статора.

Блок 6 компараторов содержит шесть компараторов 21-26, определитель 27 знака функции, снабженный прямыми и инверсным выходами, шесть логических . элементов И 28-33 и три логических элемента ИЛИ 34-36, первые входы которых подключены соответственно к выходам первых трех логических элементов И 28-30, вторые входы — соответственно к выходам логических элементов И 31-33, а выходы логических элементов ИЛИ 34-36 образуют выходы блока 6 компараторов, при этом первые входы логических элементов И 2830 объединены между собой и подключены к прямому входу определителя 27 знака функции, первые входы логических элементов И 31-33 объединены между собой и подключены к инверсному выходу определителя 27 знака функции, вход которого образует второй вход блока б компараторов, вторые входы логических элементов И 28-33 подключены соответственно к выходам компараторов 21-26, входы которых пофаэно объединены между собой и образуют первый трехфазный вход блока б компараторов.

Частотно-регулируемый асинхронный электропривод работает следующим образом.

Закон экономичного регулирования асинхронного двигателя, если считать магнитную систему двигателя линейной, соответствует условию постоянства скольжения двигателя, что в свою очередь соответствует постоянному значению угла 0 сдвига между векторами тока статора 7 и потокосцепления ротора q . Это означает, что независимо от величины момента сопротивления и соответственно момента двигателя 1 фаза выходного тока автономного инвертора 2 тока неизменно ориентирована относительно потокосцепления ротора.

Располагая трехфазным сигналом потокосцепления, можно получить другой трехфазный сигнал, сдвинутый относительно первого на угол 8 . Управление автономным инвертором 2 тока строится по следующему принципу. В блоке б компараторов на входы компараторов 21-26 подаются с соответствующими весовыми коэффициентами сигналы фаэных потокосцеплений . При

1078569 этом на выходе блока б компараторон получаем сигналы, передние фронты которых соответствуют заданной фазе тока относительно потокосцеплений.

Данные логические сигналы преобразуются в блоке 5 управления интвертором н управляющие импульсы.

Упранление амплитудой тока асинхронного двигателя 1 осуществляется замкнутой системой автоматического регулироания тока. Сигнал задания тока формируется в функции сигнала ошибки по частоте с выхода элемента сравнения 18, где сравниваются сигнал задания частоты Ug, поступающий с выхода блока 17 задания частоты и сигнал Uy с выхода блока 16 измерения частоты. В-блоке 16 измерения частоты трехфазный сигнал потокосцепления преобразуется в импульсы, которые соответствуют, например, мо- 2О ментам перехода через нуль фазных сигналов потокосцеплений. В результате получается последовательность импульсов, частота которых равна частоте вращения век .ора потокосцепле- 25 ния. Данная последовательность импульсон преобразуется с помощью импульсноаналогового преобразователя в аналоговый сигнал, который и является выходным сигналом блока 16 измерения ча.=тоты.

С выхода элемента сравнения разчостный сигнал поступает на вход регулятора 19 частоты, выходной сигнал которого преобразуется с помощью функционального преобразователя 20 момент-ток и определяет задание амплитуды тока статора I .

Необходимость введения функциональ ного преобразонателя 20 момент-ток определяется следующим. 4О

Электромагнитный момент двигателя 1 равен э = «ч" 1,. + n 8.

В режиме 8 = const установившийся поток g = I Следовательно, 45

К I . Выходной сигнал регулятора 19 частоты является сигналом задания момента. Соответствующий сигнал задания амплитуды тока статора ра 1 50 вен I = -- -, что и реализуется

2 функциональным преобразователем 20.

При изменении знака момента на валу двигателя 1 (при переходе в ге- 55 нераторный режим работы) знак угла 0 также должен измениться. Для реализации экономичного закона регулирования н этбм режиме функциональная зависимость должна быть симметричной относительно оси ординат, т.е. в общем случае функциональный преобразователь 20 должен реализовать за.— висимость

Сигналы фазных потокосцеплений поступают на входы компараторов 2126 (фиг.2) и суммируются с различными масштабными коэффициентами таким образом, чтобы фаза выходных прямоугольных сигналов на выходах компаргтЬров 21-23 соответствовала углу

6, а фаза выходных сигналов компараторов 24-26 углу - 9 °

Выходной сигнал М регулятора 19 частоты поступает на второй вход блока б компараторов, а именно на вход определителя 27 знака функции. С по мощью логических элементов И 28-33, управляемых определителем 27 знака функциИ, производится блокировка групп компараторов, составленных из компараторов 21-23 и 24-26. Сигналы на выходах логических =-лементов ИЛИ

34-36 определяют такие углы управления для автономного иннертора 2 тока, чтобы выполнялось постоянство угла 6 между векторами тока и потокосцепления н двигательном режиме н (8} — н генераторном режиме.

Причем в электроприводах, у которых возможна работа вблизи точки идеального холостого хода (Yi g меньше

10-15% от номинального момента), следует ограничить минимальное значен" е тока на заданном уровне с помощью функционального преобразователя

20 момент-ток. Практически не нарушин нормального функционирования системы, эта мера обеспечит отсутствие нежелательного для автономного инвертора 2 тока режима отсутствия токов.

В предлагаемом частотно-регулиру-. емом асинхронном электроприводе с поддержанием постояннным угла 8 между векторами тока и потокосцепления ротора асинхронный двигатель 1 независимо от неличины электромагнитного момента работает при максимальных значениях КПД и боьс, что приводит в режимах, отличных от номинального, к уменьшению потерь в двигателе, а также к уменьшению величины тока статора, что в свою очередь приводит к уменьшению потерь в преобразователе частоты, снижению реактивной мощности, потребляемой преобразователем частоты,из сети.

Таким образом, введение в блок задания амплитуды тока статора блока измерения частоты и последовательно соединенных блока задания частоты, элемента сравнения, регулятора частоты и функционального преобразователя момент-ток, а также выполнение блока компараторов на логических элементах обеспечивает снижение электрических потерь в предлагаемом частотно-регулируемом асинхронном электроприводе и повышение энергетических показателей в сравнении с известным.

1078569

Составитель A.Æèëèí

Редактор Л.Филь Техред Т.Маточка Корректор Ю.Макаренко

Закаэ 981/50 Тираж бб7 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4