Частотно-регулируемый электропривод

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства . Целью изобретения является повышение качества регулирования частоты вращения за счет обеспечения корректировки параметров использованной модели асинхронного двигателя в функции ошибки по модулю и фазе тока статора . Указанная цель достигается введением в частотно-регулируе мый электропривод сумматора 25, входами соединенного с выходами модели 24 асинхронного двигателя 1, модели 22 механической передачи, а выходом - с входом модели 23 исполнительного механизма . Модель 24 реализована с помощью Т-образных четырехполюсников. Инвертор 2 напряжения-и его,модель 18 снабжены контрольными выходами по . напряжению и току, которые подключены к соответствующим входам модели 24. Б результате в элеткроприводе за счет изменения параметров Т-образного четырехполюсника модели 24 обеспечивается компенсация таких существенных нелинейноетей, как насыщение магнитной системы асинхронного двигателя 1, нелинейность блока определения частоты вращения и преобразователя частоты. Быстродействие такого электропривода становится оптимальным . 2 ил. с ф со 4::

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (5д 4 Н 02 P 7/42

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, :

Н АBTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4059021/24-07 (22) 18.04.86 (46) 23.10.87. Бюл. У 39 (71) Московский текстильный институт им. А.Н.Косыгина (72) А.N.Ëàíãåí, Б.M.Ëàêñ и А.А.Портупеев (53) 621.313.333.072(088.8) (56) Шрейнер Р.Т. и др. Оптимальное частотное управление асинхронными электроприводами. — Кишенев: Штиинца, 1982.

Авторское свидетельство СССР

Р 1128361, кл. Н 02 Р 7/42, 1983. (54) ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства. Целью изобретения является повы-, шение качества регулирования частоты вращения за счет обеспечения корректировки параметров использованной модели асинхронного двигателя в функ„„SU„„1347142 А1 ции ошибки по модулю и фазе тока статора. Указанная цель достигается введением в частотно-регулируемый электропривод сумматора 25, входами соединенного с выходами модели 24 асинхронного двигателя 1, модели 22 механической передачи, а выходом — с входом модели 23 исполнительного механизма. Модель 24 реализована с помощью Т-образных четырехполюсников.

Инвертор 2 напряжения .и его,модель

18 снабжены контрольными выходами по напряжению и току, которые подключены к соответствующим входам модели

24. В результате в элеткроприводе

3а счет изменения параметров Т-образного четырехполюсника модели 24 обеспечивается компенсация таких существенных нелинейностей, как насыщение магнитной системы асинхронного двигателя 1, нелинейность блока определения частоты вращения и преобразователя частоты. Быстродействие такого электропривода становится оптимальным. 2 ил.

1347142

Изобретение относится к электротехнике, а именно к частотно-регулируемым электроприводам на основе асинхронных двигателей, и может быть использовано в различных отраслях

5 народного хозяйства.

Цель изобретения — повышение качества регулирования частоты вращения за счет обеспечения корректировки па- 10 раметров использованной модели асинхронного электродвигателя в функции ошибки по модулю и фазе тока статора.

На фиг.1 представлена функциональная схема частотно-регулируемого электропривода; на фиг.2 — схема модели асинхронного электродвига.теля.

Частотно-регулируемый электропри — 20 вод содержит асинхронный электродвигатель 1 .(фиг.1), подключенный к вы-. ходам инвертора 2 напряжения, блок 3 управления частотой и модулем напряжения, соединенный входом с выходом 25 вычислителя 4 модуля вектора напряжения, входы которого подключены к выходам преобразователя 5 координат, выполненного с шестью. управляющими входами, последовательно соединенные 30 блок 6 задания потокосцепления, первый блок 7 сравнения, регулятор 8 потокосцепления, второй блок 9 сравнения и регулятор 10 намагничивающей составляющей тока статора, последо— вательно соединенные блок 11 задания частоты вращения, задатчик 12 интенсивности, третий блок 13. сравнения, регулятор 14 частоты вращения, блок

15 деления, четвертый блок 16 сравне- gp ния и регулятор 17 активной составляющей тока статора, выход которого и выход регулятора 10 намагничивающей составляющей тока статора подключены к соответствующим первым двум 45 управляющим входам преобразователя

5 координат. Электропривод содержит также модель 18 инвертора напряжения, преобразователь 19 числа фаз, вычис-. литель 20 модулей составляющих

50 тока статора, вычислитель 21 модуля потокоспепления, модель 22 механической передачи, модель 23 исполнительного механизма и модель 24 асинхронного электродвигателя. В частотно-ре- 55 гулируемый электропривод введен сумматор 25, а инвертор 2 напряжения и модель 18 инвертора напряжения снабжены дополнительными контрольными выходами по напряжению и току (выходами датчиков напряжения и тока).

Модель 24 асинхронного электродвигателя выполнена с двумя фазными цепями 26 и 27 (фиг.2), двумя интеграторами 28 и 29, двумя блоками 30 и 31 перемножения, инвертирующим усилителем 32 и вычислителем 33 момента.

Каждая фазная цепь 26 и 27 выполнена по Т-образной схеме замещения. Параметры резисторов 34 и 35 в фазной цепи 26 эквивалентны активным сопротивлениям статора и ротора, параметры дросселей 36-38 эквивалентны индуктивным сопротивлениям статора и ротора и индуктивному сопротивлению взаимоиндукции статора и ротора соответственно. Параметры резисторов 39 и 40 и дросселей 41-43 в фазной цепи 27 аналогичны указанным.

Входы фазных цепей 26 и 27, образующие первые два входа модели 24 асинхронного электродвигателя, подключены к выходам преобразователя 19 числа фаз, соединенного входами с. выходами модели 18 инвертора напряжения, входы которой объединены с соответствующими управляющими входами инвертора 2 напряжения и подключены к выходам блока 3 управления частотой и модулем напряжения.

Входы первого интегратора 28 подключены к общей точке соединения резистора 35 и дросселя 37, а входы второго интегратора 29 — к общей точке соединения резистора 40 и дросселя 42. Выход интегратора 28 через первый блок 30 перемножения соединен со свобоцным выводом резистора 40, а выход интегратора 29 через инвертирующий усилитель 32 и. второй блок 31 перемножения соединен со свободным выводом резистора 35. Другие входы блоков 30 и 31 перемножения объединены и образуют третий вход модели 24 асинхронного электродвигателя, подключенный к выходу модели 23 исполнительного механизма.

Общая точка соединения резистора

34 и дросселя 36 и общая точка соединения резистора 39 и дросселя 41 образуют первые два выхода модели 24 асинхронного электродвигателя, подключенные к первым двум входам вычислителя 33 момента и к соответствую— щим входам вычислителя 20 модулей составляющих тока статора. Выходы

3 1347 интеграторов 28 и 29 образуют третий и четвертый выходы модели 24 асинхронного электродвигателя, подключенные к соответствующим входам вычислителя 21 модуля потокосцепления и к 5 другим двум входам вычислителя 33 момента, выход которого образуют пятый выход модели 24 асинхронного электродвигателя, подключенный к вхо- 10 ду модели 22 механической передачи.

Другой вход первого блока 7 сравнения объединен с другим входом блока

15 деления, с третьим управляющим входом преобразователя 5 координат и подключен к выходу вычислителя 21 модуля потокосцепления.

Другой вход третьего блока 13 сравнения объединен с четвертым управляющим входом преобразователя 5 коор- gg динат и подключен к выходу модели 23 исполнительного механизма. Другие входы второго 9 и четвертого 16 блоков сравнения объединены соответственно с пятым и шестым управляющими вхо- 25 дами преобразователя 5 координат и подключены к вычислителю 20 модулей составляющих тока статора.

Модель 24 асинхронного электродвигателя снабжена дополнительно 30 двумя фазовыми дискриминаторами 44 и 45, тремя блоками 46-48 сравнения,, пятью масштабными усилителями 49-53 и фильтром 54.Дроссели 38 и 43 в фазных цепях 26 и 27 выполнены с входами подмагничивания, подключенными к выходу пятого масштабного усилите- ля 53. Резисторы 35.и 40 фазных цепей 26 и 27 выполнены регулируемыми, подключенными управляющими входами к выходу фильтра 54.

Входы фазового дискриминатора 44 подключены к контрольным выходам по напряжению и току модели 18 инвертора напряжения. Входы фазового дискриминатора 45 подключены к контрольным выходам по напряжению и току инвертора 2 напряжения. Выходы фазовых дискриминаторов 44 и 45 подключены к входам первого блока 46 сравнения.

Контрольные выходы по току модели

18 инвертора напряжения и инвертора

2 напряжейия подключены.к входам второго блока 47 сравнения. Выход блока .46 сравнения подключен к входам первого 49 и второго 50 масштабных усилителей, а выход блока 47 сравнения— к входам третьего 51, четвертого 52 и пятого 53 масштабных усилителей. Вы142 4 I ходы масштабных усилителей 50 и 52 подключены к входам блока 48 сравнения, соединенного выходом с входом фильтра 54. Выходы масштабных уаилителей 49 и 51 подключены к первым двум входам сумматора 25, третий вход которого соединен с выходом модели 22 механической передачи, а выход сумматора 25 — с входом модели

23 исполнительного механизма.

Частотно-регулируемый электропривод работает следующим образом.

Сигнал задания потокосцепления поступает на вход регулятора

8 йотокосцепления, который, компенсируя большую постоянную времени объекта, формирует переходный процесс установления заданного потокосцепления ротора соответственно модульному оптимуму. Одновременно регулятор 8 потокосцепления вырабатывает уставку для регулятора 10 намагничивающей составляющей тока статора, который компенсирует большую постоянную времени рассеяния двигателя. Регулятор

10 намагничивающей составляющей тока статора в свою очередь вырабатывает уставку входного напряжения для блока 3 управления частотой и модулем напряжения, пройдя при этом преобразователь 5 координат и вычислитель

4 модуля вектора напряжения. На вход регулятора 14 скорости через задатчик 12 интенсивности подается сигнал задания скорости w . Одновременно на выходе регулятора 14 скорости появляется сигнал задания электромагнитного момента, который после прохождения через блок 15 деления образует сигнал задания активной составляющей тока статора. Регулятор

14 скорости компенсирует электромеханическую постоянную времени, а регулятор 17 активной составляющей тока статора компенсирует постоянную времени рассеяния двигателя и вырабатывает сигнал для преобразователя 5 координат. Составляющие напряжения

U„ и U с выхода преобразователя

5 координат поступают на вход вычислителя 4 модуля вектора напряжения, с выхода которого снимается сигнал (U). Указанный сигнал поступает на вход блока 3 управления частотой и модулем напряжения, управляющего работой инвертора 2 напряжения и модели 18 инвертора напряжения.

1347142

Эквивалентная двухфазная система напряжений для питания модели 24 асинхронного электродвигателя 1 по.лучается с модели 18 автономного ин5 вертора напряжения, при этом проекции выходного напряжения инвертора

U и U на оси a и l3 двигателя, неподвижные относительно статора, представляются в блоке 19 преобразо. вания трехфазного напряжения в двухфазное как соответственно фазное и линейное напряжения трехфазной, соединенной в звезду, нагрузки инвертора. 15

Модель 24 асинхронного двигателя в неподвижной системе координат опи-. сывается известной системой дифференциальных уравнений, работает в реальном масштабе времени, ее выходной ве- >р личиной является вращающий момент М двигателя, который определяется по зависимости М =

Так как задача определения координат движения системы возложена íà 25 аналоговую модель, т.е. она играет роль наблюдателя" и регламентирует изменение частоты вращения электропривода, то обратная связь по частоте вращения реализуется с помощью блока определния частоты вращения. В его состав входят модели 22 механической передачи и 23 исполнительного механизма, первая из которых может быть реализована с помощью Т-образной схе35 мы замещения с переменными параметраии вертикальной ветви, учитывающими параметры податливости и трения, а вторая позволяет учитывать изменение нагрузки и момента инерции и представ-4 ляет собой последовательно включенные и регулируемые раздельно индуктив ность и резистор.

Работа идентификаторов тока статора по модулю и фазе осуществляется следующим образом. На вход фазового дискриминатора 44 поступают напряжение U и ток I модели 18 инвертора, м м а на вход фазового дискриминатора 45 объекта — напРяжение Уо и ток ?, ннвертора 2. В блоке 46 сравнения оп" ределяется сдвиг по фазе 8у токов модели и объекта. Сравнение токов моцели и объекта по модулю происходит в блоке 47 сравнения, и на вход масштабных усилителей 51-53 подается сигнал ошибки dI. В функции модульной й? и фазовой д q ошибок корректируются следующие параметры модели электропривода: частота вращения модели 22 передачи д „= d, дТ +

+ J д ч, где „, — коэффициенты усиления масштабных усилителей 51 и соответственно 49; активного сопротивления ротора dR = (3 dI +d4dV. где Д, a(4 — коэффициенты усиления масштабных усилителей 52 и соответственно 50; индуктивного сопротивления взаимоиндукции dA = о(d I где коэффициент усиления масштабного усилителя 53. Для осуществления развяз( ки систем адаптации параметров R> и х, в канал регулирования устанавливается фильтр 54.

Изменение индуктивных сопротивлений взаимоиндукции в фазных цепях

26 и 27 модели осуществляется за счет подмагничивания постоянным током от сигнала масштабного усилителя

53.

Таким образом, введение в частотно-регулируемый электропривод корректируемой модели асинхронного электродвигателя в функции ошибки па модулю и фазе тока статора позволяет по сравнению с известным решением улучшить качество регулирования за счет адаптации параметров таких существенных нелинейностей, как насыщение магнитной системы асихронного двигателя, нелинейность блока определения частоты вращения и преобразователя частоты. Так как компенсация таких нелинейностей осуществляется путем изменения параметров,Т-образного четырехполюсника, то получаемое быстродействие является оптимальным при сравнении его со схемой микропроцессорной адаПтации в связи с тем, что исключается запаздывание, связанное с расчетом дискретного управляющего воздействия.

Формула изобретения

° .

Частотно-регулируемый электропривод, содержащий асинхронный электродвигатель, подключенный к выходам инвертара напряжения, блок управления частотой и модулем напряжения, соединенный входом с выходам вычислителя модуля вектора напряжения, входы которого подключены к выходам преобразователя координат, выполненного с шестью управляющими входами, последовательно соединенные блок задания потокосцепления, первый блок

1347142 сравнения, регулятор потокосцепления, второй блок сравнения и регулятор намагничивающей составляющей тока статора, последовательно соединенные

5 блок задания частоты вращения, задатчик интенсивности, третий блок срав " нения, регулятор частоты вращения, блок деления, четвертый блок сравнения и регулятор активной составляющей тока статора, выход которого и выход регулятора намагничивающей составляющей тока статора подключены к соответствующим первым двум управляющим входам преобразователя координат, 15 модель инвертора напряжения, преобразователь числа фаз, вычислитель модулей составляющих тока статора, вычислитель модуля потокосцепления, модель механической передачи, модель 2р исполнительного механизма и модель асинхронного электродвигателя, выполненный двумя фазными цепями, двумя интеграторами, двумя блоками пере— множения, инвертирующим усилителем и 25 вычислителем момента, при этом каждая фазная цепь выполнена по Т-образной схеме замещения на резисторах и дросселях с параметрами, эквивалентными активным и индуктивным сопротив- gp лениям рассеяния статора и ротора и индуктивному сопротивлению взаимоиндукции статора и ротора, входы фазных цепей, образующие первые два входа модели асинхронного электродвигателя, подключены к выходам преобразователя числа фаз, соединенного входами с выходами модели инвертора напряжения, входы которой объединены с соответствующими управляющими входами инвер- 40 тора напряжения и подключены к выходам блока управления частотой и модулем напряжения, входы первого и второго интеграторов подключены соответственно к общим точкам соединения 45 резистора и дросселя с параметрами, эквивалентными активному и индуктивному сопротивлению рассеяния ротора в каждой фазной цепи модели асинхронного электродвигателя, выход первого интегратора через первый блок перемножения соединен со свободным выводом резистора с параметром, эквивалентным активному сопротивлению ротора во второй фазной цепи, выход второго интегратора через инвертирующий усилитель и второй блок перемножения соединен со свободным выводом резистора с параметром, эквивалентным активному сопротивлению ротора во второй фазной цепи, другие входы блоков перемножения объедйнены и образуют третий вход модели асинхронного электродвигателя, подключенный к выходу модели исполнительного механизма, общие точки соединения резистора и дросселя с параметрами, эквивалентными активному и индуктивному сопротивлениям рассеяния статора в каждой фазной цепи, образуют первые два выхода модели асинхронного электродвигателя, подключенные к первым двум входам вычислителя момента и к соответствующим входам вычислителя модулей составляющих тока статора, выходы интеграторов образуют третий и четвертый выходы модели асинхронного электродвигателя, подключенные к соответствующим входам вычислителя модуля потокосцепления и к другим двум входам вычислителя момента, выход которого образует пятый выход модели асинхронного электродвигателя, подключенный к входу модели механической передачи, другой вход первого блока сравнения объединен с другим входом блока деления, с третьим управляющим входом преобразователя координат и подключен к выходу вычислителя модуля потокосцепления, другой вход третьего блока сравнения объединен с четвертым управляющим входом преобразователя координат и подключен к выходу модели исполнительного механизма, а другие входы второго и четвертого блоков сравнения объединены соответственно с пятым и шестым управляющими входами преобразователя координат и подключены к выходам вычислителя модулей составляющих тока статора, отличающийся тем, что, с целью повышения качества регулирования скорости за счет корректировки параметров модели асинхронного электродвигателя в функции ошибки по модулю и фазе тока статора, введен сумматор, инвертор напряжения, а модель инвертора напряжения снабжена дополнительными контрольными выходами по напряжению и току, модель асинхронного электродвигателя снабжена дополнительно двумя фазовыми дискриминаторами, тремя блоками сравнения, пятью масштабными усилителями и фильтром, дроссели в фазных цепях с параметра ми, эквивалентными индуктивному со9 1347142 10

Составитель A.Èèëèí

Техред И.Верес Корректор В.Бутяга

Редактор М.Тупица

Заказ 51.25/50 Тираж 658 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, уп. Проектная, 4 противлению взаимоиндукции статора и ротора, выполнены с входами подмагничивания, подключенными к выходу пятого масштабного усилителя, а резис-.: торд фазных цепей с параметрами, экви5 валентными активному сопротивлению ротора, выполнены регулируемыми, подключенными управляющими входами к выходу фильтра, при этом входы первого фазового дискриминатора подключены к выходам по напряжению и току модели инвертора напряжения, входы второго фазового дискриминатора подключены к выходам .по напряжению и току, инвертора напряжения, выходы фазовых дискриминаторов подключены к входам первого блока сравнения модели асинхронного электродвигателя, контрольные выходы по току модели инвертора. напряжения и инвертора напряжения подключены к входам второго блока сравнения модели асинхронного электродвигателя, выходы указанных блоков сравнения подключены соответственно к объединенным входам первого и второго масштабных усилителей и к объединенным входам третьего, четвертого и пятого масштабных усилителей, выходы второго и четвертого масштабных усилителей подключены к входам третьего блока сравнения модели асинхронного электродвигателя, соединенного выходом с входом фильтра, а выходы первого и третьего масштабных усилителей подключены к первым двум входам сумматора, третий вход которого соединен с выходом модели механической .передачи„ а выход сумматора — с входом модели исполнительного меха- низма.