Частотно-управляемый асинхронный электропривод

 

ЧАСТОТНО-УПРАВЛЯЕМЫЙ АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИЮД, содержащий асинхронный двигатель с датчиком скорости на валу, подключенный к выходу преобразователя частоты,, датчики тока в фазах двигателя, выходы которых подключены к блоку управления преобразователем частоты, выход датчика скорости подключен к первому входу регулятора скорости, второй вход которого предназначен для подключения к источнику задакяцего сигнала, а выход - к входу формироваг теля заданного значения тока и скольжения , выход по скольжению соединен с первым входом блока суммирования, второй вход которого соединен с выходом датчика скорости, выход блока суммирования соединен с первым входом управляемого генератора синусоидального сигнала, второй вход которого соединен с выходом по заданному значению тока указанного формирователя , отличающийся тем, что, с целью снижения потерь за счет регулирования час.тоты коммутации силовых ключей преобразователя частоты, в него дополнительно введены регулируемый блок формирования зоны воспроизведения тока, блок сравнения, вычислитель производных скорости, блок задания допустимого уровня производ- (Л ных скорости, при этом выход управляемого генератора синусоидального с сигнала еоединвн а первым входэм регулируемого блока фоимирования зоны воспроизведения тока, втор&й вход которого соединен с выходом блока сравнения, а выход подключен к входу блока управления преобразователем частоты, один вход блока сравнения соединен с-блоком задания допустимо (X) го уровня производных скорости, а 00 другой через вычислитель производсо ных скорости -. с выходом датчика скорости., О5

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1(50 Н 02 P 1 42

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

>.. ива М в„, (21) 3460590/24-07 (22) 01.07.82 (46) 30.03 ° 84 ° Бюл. Р 12 (72) НА.Ìèõíeâè÷, A.B.Ôåäoðaà и В.Н. Черемисин (71)Научно-исследовательский институт автоматики н электромеханики. при томском институте автоматизированных систем управления и радио" вл вктр оиики (53) 621 ° 316 ° 718 (088 8) (56) 1. Патент США М 4158801, кл. 318-801, Н 02 р 7/36 °

2. Патент ФР1и 9 2234681, кл ° Н 02 р 5/36.

3. Авторское свидетельство Е -„Ср по заявке Р 3299601, кл. Н 02 Р 7/42, 1981. (54)(57) ЧАСТОТЙО-уПР ЮИЕХЫЙ АСННХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД, соДЭРВВЩий асинхронный двигатель с датчиком скорости на валу, подключенный к вцходу преобразователя частоты„ датчики тока в фазах двигателя, выходы которых подключены к блоку управле» ния преобразователем частоты, выход датчика скорости подключен к первому входу регулятора скорости, второй вход которого предназначен для подключения к источнику задающего сигнала, а выход - к входу формирова-.. теля заданного значения тока и сколь« и

„„SU„„ 1083316 А ! жения, выход по скольжению соединен с первым входом блока суммирования., второй вход которого соединен с выходом датчика скорости, выход блока суммирования соединен с первым входом управляемого генератора синусоидального сигнала, второй вход которо- го соединен с выходом но заданному значению тока указанного формирователя, отличающийся тем, что, с целью снижения потерь за счет регулирования частоты коммутации силовых ключей преобразователя частоты, в него дополнительно введены регулируемый блок формирования зоны воспроизведения тока, блок сравнения, вычислитель производных скорости, блок Е задания допустимого уровня производных скорости, при этом выход управляемого генератора синусоидального аигиаиа аогаиииаи а парами виаиам регулируемого блока фоимиронйиия ЗО ны воспроизведения тока, второй вход Я которого соединен с выходом блока сравнения, а выход подключен к входу блока управления преобразователем частоты, один вход блока сравнения (, соединен с -блоком задания допустимо-. (() го уровня производных скорости, а ° другой через вычислитель производ- Ci4 ных скорости †. с выходом датчика М скорости.

1083316

Изобретение относится к электротехнике, а точнее к управляемому электроприводу, и может использоваться при построении частотно-управляеьых синхронных электроприводов, содержащих полупроводниковые преобразователи частоты с автономными ннверторами напряжения с широким диапазоном регулирования скорости.

Известно устройство частотного управления асинхронным двигателем, 10 содержащее автономный инвертор с промежуточным звеном постоянного тока, датчик скорости вращения, регулятор скорости, датчик тока и потока двигателя, формирователь скольжения, s котором управление током и час отой статора двигателя осуществляет-, ся в Функции скорости вращения, а также в функции угла сдвига между током статора н потоком 513

Недостатком известного электропривода является ограниченный диапазон регулирования скорости, что объясняетая наличием пульсации электромагнитного момента и скорости прн низких скоростях вращения из-эа отсутствия возможности регулирования частоты коммутации силовых ключей преобразователя,. а также сложностью реализа.ции, обусловленной необходимостью измерения магнитного потока асинхронного двигателя.

Известен частотно-управляемый асинхронный электропривод, который осуществляет способ снижения пульсаций электромагнитного момента. Элек- Зб тропривод содержит вентильный преобразователь частоты.с автономным инвертором тока, управляющие входы которого подключены к выходам блока управления, управляемый выпрямитель, 40 управляющие входы которого через блок импульсно-Фазового управления, регулятор тока и функционапьный преобразователь подключены к выходу регулятора скорости. Электропривод содержит 45 также датчик скорости и регулятор скольжения,- Расширение диапазона регулирования .достигается путем воздействия сигналом обратной связи по моменту двигателя на регуляторы тока и скольжения (2).

В данном электроприводе частота коммутаций вентилей жестко связана ,с шириной эоны, формирования тока, которая остается неизменной во всем диапазоне регулирования электроприво- да, это приводит к тому, что в отдельных зонах регулирования скорости имеет место высокий уровень тепловых потерь в силовых ключах преобразователя. Кроме того, электропривод сло- 0 жен в реализации, ччто обусловлено наличием координат преобразователей, .предназначенных дитя формирования сигналов управления, и наличием Фор.мирователя истинного значения момен- Я та двигателя, к которому предъявляются жесткие требования °

Наиболее близким к предлагаемому ! по технической сущности и достигаемому результату является частотноуправляемый асинхронный злектропривод, который содержит асинхронный двигатель с датчиком скорости на валу, подключенный к выходу преобразователя частоты, датчики тока в фа-зах двигателя, выходы которых подключены к блоку управления преобразователем частоты, выход датчика скорости подключен к регулятору скорости, второй вход которого соединен с источником задающего сигнала, а выход - к входу формирователя заданного значения тока и скольжения, выход по скольжению соединен с первым входом блока суммирования, второй вход которого связан с выходом датчика скорости, выход блока суммирования соединен с первым входом управляемого генератора синусоидального сигнала, второй вход которого связан с выходом по заданному значению тока указанного Формирователя. Расширение диапазона регулирования скорости и повышение равномерности вращения вала двигателя достигается использованием координатных преобразователей, блока умножения частоты, нелинейных блоков задатчиков активного тока ротора и потока двигателя, датчика положения, предназначенных для вычисления и обработки управляющих сигналов 3 1

Недостаток такого электропривода заключается в наличии дополнительных потерь в преобразователе частоты из-за большого числа переключений силовых ключей, частота которых определяется неуправляемым генератором модулирующего сигнала. Кроме того, электропривод обладает сложностью практической реализации, что связано с большим числом промежуточных преобразований управляющего сигнала, необхоцимостью дополнительного датчика углового положения вала двигателя.

Цель изобретения — снижение потерь за счет регулирования частоты коммутации силовых ключей преобразователя частоты.

Поставленная цель достигается тем, что в частотно-управляемый асинхронный электропривод, содержащий асинхронный двигатель с датчиком скорости на валу, подключеннный к выходу преобразователя частоты, датчики тока в Фазах двигателя, выходы которых подключены к блоку управления преобразователем частоты, выход датчика скорости подключен к первому входу регулятора скорости, второй вход которого предназначен для подключения к источнику задаю

1083316 а выход через формирователь 8 задан-. ного значения тока и скольжения свжан а блоком 9 суммирования, второй ход которого соединен с выходом атчика 2 скорости, выход блока 9 суммирования соединен с первым входом управляемого генератора 10 синусоидального сигнала, второй вход, которого связан с выходом формирователя 8 заданного значения тока и скольжения, регулируемый блок 11 формирования зоны воспроизведения тока, блок 12 сравнения, вычислитель

13 производных скорости, блок 14 задания допустимого уровня производ-: ных скорости, при этом выход управляемого генератора 10 синусоидальиоI

65 щего сигнала, а выход — к входу формирователя заданного значения тока и скольжения, выход по скольжению соединен с первым входом блока суммирования, второй вход которого соединен с выходом датчика скорости, выход блока сумми, звания соединен с первым входом управляеьгого генератора синусоидального сигнала, второй вход которого соединен с выходом по заданному значению тока указанного. формирователя, дополнительно введены регулируемый блок форьмрования зоны воспроизведения тока, блок срав- нения, вычислитель производных ско рости, блок задания допустимого уров- 15 ня производных скорости, при этом выход управляемого генератора синуса-: идального сигнала соединен с первым. .входом регулируемого блока Формирования зоны воспроизведения тока, вто- 20 рой вход которого соединен с выходом блока сравнения, а выход подключен к входч блока управления преобразО вателем частоты, один вход блока сравнения соединен с блоком задания допустимого уровня производных скорости, а другой через вычислитель производных скорости - с выходом . датчика скорости.

На Фиг. 1 показана функциональная 0 схема частотно-управляемого асинхронного электропривода на фиг. 2схема регулируемого блока формирОва-. ния эоны воспроизведения тока и блока управления преобразователем часто. ты; на Фиг. 3 — схема вычислителя производных скорости и блока сравне ния.

Частотно-управляеьий асинхронный электропривод содержит асинхронный двигатель 1 с датчиком 2 скорости иа 40 валу, подключенный к выходу преобра+ вателя 3 частоты, датчики 4 тока в фазах двигателя, выходы которых подключены к блоку 5 управления прбобра-. зователем частоты, выход датчика 2 скорости подключей к первому входу . регулятора 6 скорости, второй вход . которого предназначен для подключения к источнику 7 задающего сигнала, ° ф го сигнала соединен с первым входом регулируемого блока 11 формирования зоны воспроизведения тока, второй вход которого связан с блоком 12 сравнения, а выход подключен к входу блока 5 управления преобразователем частоты, один вход блока 12 сравнения соединен с блоком 14 задания допустимого уровня производных скорости, а второй вход через вычислитель 13 производных скорости — с выходом датчика скорости. Регулируеььий блок 11 формирования зоны воспроизведения тока выполнен на полевом транзисторе 15 (фиг. 2). Блок 5 управления преобразователем частоты: содержит операционные усилители 16 и 17 и RS-триггер 18. Вычислитель

13 производных скорости содержит цифроаналоговый преобразователь,19, дифференцирующие цепочки 20, 21 и

22 (фиг. 3). Блок 14 задания допустимого уровня производных скорости представляет собой ряд регулируеьых по величине источников напряжения.

Блок 12 сравнения выполнен на операционных усилителях 23.

При работе частотно-управляемого асинхронного электропривода (фиг. 1) на вход регулятора 6 скорости поступает сигнал заданного значения скорости. Ка вычитающий вход этого регулятора поступает сигнал с импульсного датчика 2 скорости, нри этом на выходе регулятора Формируется сигнал, пропорциональный изменению скорости вращения двигателя. Полученный сигнал преобразуется в формирова-. теле 8 в два сигнала, один иэ которых является заданным значением тока двигателя и поступает на первый вход управляемого генератора 10 синусоидального сигналаг а другой, соответствующий требуемому скольжению двигателя, складывается в блоке 9 суммирования с сигналом текущего значения скорости вращения и,поступает на второй вход управляемого генератора

10 синусоидального сигнала.С выхода управляемого генератора синусоидальный сигнал, равный К0 ЯХамф (где U, - амплитуда требуемого значения синусоидального сигнала; к - коэФФициент пройорциональности ш„ - частота токов статора двигателя, пропорциональная результату суммирования сигналов скорости и скольжения), поступает в регулируеьый блок 11 формирования зоны воспроизведения тока (Фиг. 2), с выходов которого к инверсному и прямому входам операционных усилителей 16 и 17 соответственно падается регулируемый сигнал зоны воспроизведения тока.

При этом,на вход операционного уси.лителя 16 поступает сигнал равный (U» + hU) ° 81ггиг„г, а на вхрд операционного усилителя 17:- сигнал .

1083316

L вниИИи Закаэ1771/49 Тираж 667

Подписное филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул.Проектная, 4 (U „, — о) Б п м1 1, где tf U - величина отклонения сигнала управления от заданного значения. На -другие входы операционных усилителей 16 и

17 блока 5 управления преобразова.телем частоты поступают сигналы с датчиков 4 токов, пропорциональные мгновенным значениям тока в фазе двигателя.При совпадении указанных сигналов на входах операционных усилителей 16 и 17 на их выходах формируются1О импульсы, управляющие RS-триггером TS, который, в свою очередь, управляет

Г" работой силовых ключей преобразователя 3 частоты. Переключение силовых 15 ключей осуществляется таким образом, чтобы ток двигателя находился в зо- не (2„„+а7) Sin u„t пропорционально задающему сигналу (U t дУ) Sin ш„1.

Погрешность воспроизведения тока 20 двигателя и соответственно частота коммутации силовых ключей преобразователя 3 частоты определяются сигналом обратной связи Но неравномерности скорости вращения двигателя, 25 поступающим на управляющий электрод транзистора 15 (фиг. 2) с выхода блока 12 сравнения. Указанный сигнал обратной связи формируется путем вычисления производных по сигналу ско- уо рости, поступающему на вход вычислителя 13,и сравнения его с заданным сигналом., поступающим с блока 14 э -дания допустимого уровня производных скорости.

При включении электропрнвода сигнал с выхода блока 19 задания уровня производных скорости определяет начальную погрешность формирования тока двигателя ьЗ, которому соответствует минимальная частота коммутации силовых ключей. С возникновением колебаний момента и, соответственно, скорости вращения двигателя на выходе вычислителя 13 производных скорости (фиг. 3) формируется сигнал управления, определяющий кривую тока с погрешностью формирования аЭ на выходе преобразователя 3 частоты (фиг. 1 ), прн этом ей соответствует определен- ное число коммутации силовых ключей .

Регулирование эоны формирования тока двигателя позволяет не только оптимизировать потери в силовой части электропривода, но и существенно снизить пульсации момента и скорости вращения вала. Реализация частотно-управляемого электропривода позволяет получить широкий диапазон регулирования скорости вращения, а именно 1:1000 и более, при значитель ном снижении потерь в силовой части преобразователя частоты.