Частотно-управляемый электропривод

 

Изобретение относится к электротехнике . Целью изобретения является повышение точности стабилизации частоты вращения и надежности. Указанная цель достигается введением в частотно-управляемый электропривод сумматора 13, умножителя 12 на величину (HKj), функциональных преобразователей 17, 18, формирователя 16 импульсов , логического элемента И 20 и логического элемента НЕ 21. В электроприводе исключается погрешность стабилизации , обусловленная скольжением, временным и температурными дрейфами параметров регулятора. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51)4 Н 02 P

ВСЕСОК)ЗЮА Ф

КА1Ь(f V®13 „,„,„,;,;,13

ВИЪЛ Ы Ь ПМ(А

ОГ1ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3997377/24-07 (22) 27.12.85 (46) 23,08.87. Бюл. 1(31 (71) Специальное конструкторское бюро биофизической аппаратуры (72) А.Х.Марголин, Э.А.Денисенко и В;Н.Копосов (53) 62-83:621.313..333.072,9(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

11- 716125, кл ° Н 02 P 7/42, 1978.

Авторское свидетельство СССР

951620, кл. Н 02 P 7/42, 1982. (54) ЧАСТОТНО-УПРАВЛЯЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД (57) Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является повышение точности стабилизации частоты вращения и надежности. Указанная цель достигается введением в частотно-управляемый электропривод сумматора 13, умножителя 12 на величину (1+К ), функциональных преобразователей 17, 18, формирователя 16 импульсов, логического элемента И 20 и логического элемента НЕ 21. В электроприводе исключается погрешность стабилизации, обусловленная скольжением, временным и температурными дрейфами параметров регулятора. 2 ил.

1332504

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах частотного управления асинхронным высокочастотным двигателем, имеющих транзисторный преобразователь частоты с явно выраженным звеном постоянного тока, н частности в препаратинных ультрацентрифугах.

Цель изобретения — повышение точности стабилизации частоты вращения и надежности путем снижения ударных моментов н электродвигателе при переходе из одного режима в другой.

На фиг.1 приведена блок-схема частотно-управляемого электропривода; на фиг.2 — диаграммы состояний на выходе формирователя импульсов, а также на входе X и на выходе У функционального преобразователя.

Частотно-управляемый электропривод содержит асинхронный электродвигатель 1, связа»»нь»»» с выходом преобразователя 2 частоты. Один управляющий вход преобразователя 2 частоты соединен с выходом блока 3 управления напряжением, а другой управляющий вход — с выходом блока 4 управления частото»». На выходе преобразователя

2 частоты включен датчик 5 тока, выходом подключенный к одному входу регулятора 6 тока. На валу асинхронного электродвигателя 1 установлен датчик.

7 частоты вращения, выход которого через цепь 8 обратной связи подключен к входу регулятора 9 частоты и к первым входам сумматоров 10 и 11. Выход сумматора 10 соединен с входом умножителя 12 на величину (1+К ). Выходы умиожителя 12 и сумматора 11 соединены с информационными входами двухпозиционного переключателя 13, выход которого соединен с блоком 4 управления частотой. Выход датчика 7 частоты вращения соединен с входами порогонь»х блоков 14 и 15, выходы которых подключены к входам формирователя 16 импульсов, выход которого подключен к первым входам функциональных преобразователей 17 и 18, Второй вход X первого функционального преобразователя 17 служит для сигнала задания частоты вращения, а второй вход Х второго функционального преобразователя 18 предназначен для сигнала задания тока электродвигателя. Выход Y

<Ьункционального преобразователя 18 подключен к второму входу регулятора

6 тока, выход которого соединен с первым»»»»формаци«»»»»ь»»» входом двухпозиционного переключателя 19, второй информац»»он»»ь»»» вход которого подключен к выходу Y функционального преоб—

5 разователя 17. Выход иереклк<чателя

19 соединен с входом блока 3 управления напряжением. Управляю»цие входы переключателей 13 и 19 соединены с выходом элемента И 20, перньп» вход которого соединен с выходом элемента

HF. 21, а второй вход элемента И 20 с первым входом формирователя 16 импульсов.

Электропринод работает следующим образом.

Формирователь 16 импульсов вырабатывает на ныходе импульс в случ;<е любого изменения состояния на выходе

20 порогоных блоков 14 и 15. Импульс с выхода формирователя 16 поступает на управляющие входы функциональных преобразователей 17 и 18. Каждый функциональ»»ь»»» преобразователь реализует

?5 функцию типа

0 при С с <й

° < — К

ax(t-t ) при t < t < t +-, (1)

К К К a х в остальных случаях

30 где a — коэффициент пропорциональности; время начала и окончания имя к пульса на управляющем входе

35 функционального блока; х — входной сигнал; у — выходной сигнал.

При включении питания задатчик частоты (не показан) подает сигнал

40 <), представляющий заданное значение з частоты вращения, на пороговые блоки

14 и 15, а также на вход функционального преобразователя 17.

На вход Х функционального преобра45 зователя 18 поступает сигнал I (не показан), соответствующий заданному значению тока электродвигателя, а на сумматор 10 — сигнал, соответствующий заданной величине скольжения.

На вход блока 4 поступает сигнал, который преобразуется в частоту следования импульсов, подаваемых на преобразователь 2. На выходе последнего получается переменное трехфазное напряжение, частота которого пропорциональна частоте указанных импульсов.

Это напряжение подается в цепь питания электродвигателя 1. Величина этого напряжения регулируется блоком 3.

1332504

Регулятор 6 тока осуществляет стабилизацию фазного тока статора электродвигателя 1, измеряемого датчиком 5 тока. Сигнал с выхода датчика 7 час5 тоты вращения поступает на вход регулятора 9 частоты, а также на входы пороговых блоков 14 и 15 с гистерезисом и на вход сумматора 10.

Пороговый блок 14 имеет порог сра- 10 батывания и>„ менее заданной частоты вращения u) на величину лир. з - п р 3 (2)

Пороговый блок 15 имеет порог срабатывания д более заданной частоты пт вращения: („= иЭ + Ьц3 . (3)

Состояние этих пороговых блоков зависит от режима работы электропривода. Если оэр < „р, оба пороговых блока 14 и 15 выключены, и это свидетельствует о том, что электропривод находится в режиме разгона.

Если ыз„ сч>, о), пороговый блок 14

n7 включен, а пороговый блок 15 выключен и электропривод находится в режиме стабилизации, Если оЭ,>М оба пороговых блока

14 и 15 включены, и электропривод переходит в режим торможения. 30

Рассмотрим процесс разгона ротора до заданной частоты вращения. В этом режиме величина заданной частоты э более частоты вращения ротора 43р . Поэтому пороговые блоки 14 и 15 выключены, а на выходе элемента И 20 при35 сутствует логический "0" ° Переключатели 13 и 19 находятся в соответствующих положениях (фиг.1). На один из входов сумматора 11 поступает частота 40 оЭ электродвигателя, а на другой— частота и), соответствующая требуемой з величине скольжения (не показано).

Поскольку вход блока 4 управления частотой подключен к выходу сумматора

11, то частота тока статорной обмотки, формируемая преобразователем частоты, равна

uJ = иЭ + u3 (4)

Из выражения (2) следует, что в

50 процессе разгона поддерживается строго постоянная величина скольжения и) . Кроме того, обеспечивается стабилизация тока статорной обмотки электродвигателя с помощью регулятора 6 тока, выход которого через переключатель 19 подключен к входу блока 3 управления напряжением. Задаваемое регулятору 6 тока значение тока поступает с выхода функционального прс— образователя 18, на вход Х которого поступает значение I., В соответствии с формулой (1) задаваемое регулятору значение тока равно I

Таким образом, в процессе разгона электродвигателя обеспечивается постоянство величины тока статорной обмотки и величины скольжения, а следо— вательно, может поддерживаться постоянный максимальный момент электродвигателя независимо от частоты его вращения, т.е. достигается минимальное время разгона.

Как только частота вращения элект- родвигателя м „ становится более с ) включается пороговый блок 14 и электропривод переходит в режим стабилизации. Переключение блока 14 запускает формирователь 16 импульсов, который осуществляет сброс в ноль функционального преобразователя 17 и, одновременно, переключатель 19 подключает к его выходу вход блока 3 управления напряжением. После окончания действия импульса формирователя 16 импульсов начинается плавное нарастание напряжения питания преобразователя 2 частоты в соответствии с выражением. (1) до значения, пропорционального заданной частоте вращения Ы . При этом з время нарастания напряжения имеет

1 постоянную величину, равную вЂ, незаВНсНМо отм)

Таким образом, переход электропривода из режима разгона в режим стабилизации происходит при низком напряжении питания преобразователя 2, что исключает возникновение ударных моментов в электродвигателе и обеспечивает плавный переход из одного режима в другой, причем обеспечивается постоянство в режиме стабилизации отношения напряжения преобразователя к частоте вращения электродвигателя, т ° е. выполняется условие

= const.

uQ

При включении порогового блока 14 включается элемент И 20, благодаря чему переключатель 13 подключает вход блока 4 управления частотой к выходу умножителя 12, В этом случае выходной сигнал регулятора 9 суммируется в сумматоре 10 с измеренным значением

5 1 332504 6

30 частоты вращения ротора и умножается на величину (1+К ).

Таким образом, частота статора электродвигателя 1 определяется выражением d =f (-u3„)K +и) ) ) (1+К ), (5) где К вЂ” коэффициент передачи регуляе тора частоты вращения;

К вЂ” относительное скольжение

S электродвигателя, Частота электродвигателя связана с частотой магнитного поля статора соотношением с т о3 (6)

1+К

Учитывая выражение (6), получают из выражения (5), что частота ротора равна заданной частоте, т.е.(d т.е, погрешность стабилизации, обусловленная скольжением электродвигателя, практически близка к нулю.

Если заданная частота вращения

iд менее м1 на величину,, òî оба пороговьж блока 14 и 15 включаются и электропривод переходит в режим торможения. В этом случае на вход сумматора 11 поступает сигнал — u3 (не поз казан), а переключатели 13 и 19 устанавливаются в соответствующее положение. Вход блока 4 управления частотой в этом случае соединяется с выходом сумматора 11, а выход регулятора 6 тока соединяется с входом блока 3 управления напряжения. Одновременно при переключении порогового блока 15 в момент перехода в режим торможения запускается формирователь 16 импульсов, который обуславливает нулевое состояние на выходе функционального преобразователя 18. Поэтому регулятору 6 тока задается нулевое значение тока.

После окончания импульса, вырабатываемого формирователем 16, начинается линейное нарастание тока, задаваемого функциональным преобразователем 18 до значения I в соответствии с выражением (1). В результате этого переход в режим торможения происходит при низком значении фазного тока статорной обмотки, а следовательно, исключаются ударные нагрузки. Плавное .нарастание этих токов обуславливает плавный переходный процесс. При этом длительность переходного процесса не зависит от величины задаваемого тока.

Поскольку вход блока 4 управления частотой подключен к выходу сумматора

11, на вход которого поступает частота ) и значение отрицательного смеР щения — > (не показано) то частота тока в обмотках статора равна

1 = 1 — с.д

В результате в процессе торможения обеспечивается постоянная величина скольжения.

Таким образом, в предлагаемом электроприводе достигается повьппение точности стабилизации частоты вращения, поскольку исключается составляющая погрешность стабилизации, обусловленная скольжением электродвигателя. Повьппение точности стабилизации достигается также эа счет выполнения блоков управления полностью на цифровых элементах. Это исключает временной и температурный дрейфы параметров регулятора с частоты и позволяет с большой точностью поддерживать заданной значение скорости электродвигателя. Тем самым сводится к минимальной величине время разгона и торможения.

Кроме того, резко упрощается процесс настройки электропривода, поскольку в данном случае на требуется подстроечных элементов. Плавный переход электропривода из одного заданного режима в другой обеспечивает высокую надежность.!

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Частотно-управляемый электропривод, содержащий асинхронный электродвигатель, связанный с выходом преобразователя частоты, один управляющий вход которого соединен с выходом блока управления напряжением, а другой управляющий вход преобразователя частоты — с выходом блока управления частотой, датчик тока асинхронного электродвигателя, регулятор частоты вращения, сумматор и датчик частоты вращения, выход которого подключен к входу регулятора частоты и к первому входу сумматора, вторым входом связанного с вьжодом регулятора частоты вращения, регулятора тока с двумя входами, один из которых подключен к выходу датчика тока, и два пороговых элемента, отличающийся тем, что, с целью повышения точности стабилизации частоты вращения и повышения надежности путем снижения ударных моментов при переходе из одного режима в другой регулятор тока и по1332504

0 при г а t c t у= ax(t-t ) при t c t c t, +1/а х в остальных случаях, для сигнала задания тока электродвигателя, где а — коэффициент пропорциональности; время начала и окончания им25

H t ц К пульса на управляющем входе функционального блока; входной сигнал; выходной си гнал.

30 н tp дхад ц>уннцаонаяоноео ореооратоатеяя

Ьыод руннцаонольнаго преооразооателя

Ф е 2

Составитель В.Тарасов

Техред И.Попович Корректор А.Тяско

Редактор M.Áëàíàð

Заказ 3846/54 Тираж 659 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул ° Проектная, 4 роговые элементы снабжены вторыми входами и введены второй сумматор, умножитель на величину (1+К ), два

В функциональных преобразователя с дв умя входами, реализующих функцию два управляемых двухпозиционных переключателя, логические элементы И, НЕ и формирователь импульсов, первьгй вход которого соединен с выходом одного порогового элемента, а второй вход формирователя импульсов — с вы-, ходом другого порогового элемента и входом элемента НЕ, выходом подключенного к первому входу элемента И, второй вход которого соединен с первым входом формирователя импульсов, выходом подключенного к одним входам указанных функциональных преобразователей, выход первого из которых подключен к второму входу регулятора тока, выходом соединенного с одним входом одного двухпозиционного переключателя, другой вход которого соединен с выходом второго функционального преобразователя, а выход этого псрек ючате:1я — с входом блока управления напряжением, вход бчока управления частотой подключен к выходу другого двухпоэиционного переключате5 ля, один вход которого соединен с вых< лом второго сумматора, другой вход этого переключателя — с выходом упомянутого умножителя, управляющие входы двухпозиционных переключателей соединены с выходом элемента И, вход умножителя подключен к выходу первого сумматора, первые входы второго сумматора и пороговых элементов подключены к выходу датчика частоты вращения, вторые входы второго сумматора, пороговых элементов и второго функционального преобразователя предназначены для подачи сигнала задания частоты вращения, а второй вход первого функционального преобразователя