Частотно-регулируемый электропривод

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах общепромышленного назначения . Целью изобретения является снижение энергетических затрат за счет оптимизации режима работы асинхронного двигателя. Указанная цель достигается тем, что в частотно-регулируемый электропривод введены сумматоры 14, 15, блок 16 управляемых ключей, управляемый выпрямитель 17, блок 18 синхронизации, корректирующий регулятор 19 и блок 20 вычисления корректирующего управляющего напряжения. Благодаря этому обеспечивается оптимальный режим работы электропривода с минимальными потерями передаваемой в ротор двигателя 1 мощности. 2 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (11) (51) 4 Н 02 P 7/42

ВСЕСС ЛО%Р 21) 3981866/24-07

22) 02.12.85

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (46) 07.11.87.Бюл. Ф 41 (71) Днепропетровский горный институт им.Артема (?2) В.Л.Соседка, В.Б.Вишня, А.С.Гнускин, Ю.И.Драбкин и В.К.П1епелев (53) 62-83:621.313.333.072.9(088.8) (56) Патент С1ЧА Р 3909687, кл.137-106, 1975.

Авторское свидетельство СССР

I!) 892635. кл. Н 02 P 7/42, 1980. (54) ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫЙ ЭЛЕКТРО-

ПРИВОД (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах общепромышленного назначения. Целью изобретения является снижение энергетических затрат за счет оптимизации режима работы асинхронного двигателя. Указанная цель достигается тем, что в частотно-регулируемый электропривод введены сумматоры 14, 15, блок 16 управляемых ключей, управляемый выпрямитель 17, блок 18 синхронизации, корректирующий регулятор 19 и блок 20 вычисления корректирующего управляющего напряжения. Благодаря этому обеспечивается оптимальный режим работы электропривода с минимальными потерями передаваемой в ротор двигателя

1 мощности. 2 ил.

13508

Изобретение относится к электротехнике, а именно к частотно-управляемым электроприводам, построенным на основе асинхронных двигателей, и может бьггь использовано в системах общепромьппленного назначения с высокими энергетическими требованиями.

Целью изобретения является снижение энергетических затрат за. счет Ig оптимизации режима работы асинхронного двигателя.

На фиг.! представлена функциональная схема частотно-регулируемого электропривода; на фиг.2 — схема блока вычисления корректирующего управляющего напряжения.

Частотно-регулируемый электропривод содержит асинхронный двигатель

1 фиг.1), подключенный к выходам преобразователя 2 частоты, выполненного из последовательно соединенных управляемого силового выпрямителя

3 и инвертора 4, блок 5 управления выпрямителем с подключенным к его 25 входу регулятором 6 напряжения, блок

7 управления инвертором с подключен-, ным к его входу блоком 8 задания частоты вращения, блок 9 выделения ЗДС, подключенный входа- 30 ми к выходам датчиков 10 фазных токов и датчиков 11 фазных напряжений, первый сумматор )2, подключенный первым входом к выходу блока 9 выделения ЭДС, а выходом — к входу регулятора 6 напряжения, и блок 13 управления режимами работы.

В частотно-регулируемый электропривод введены второй 14 и третий

15 сумматоры, блок 16 управляемых 40 ключей с коммутируемым и управляющим входами, управляемый маломощный выпрямитель 17, блок 18 синхронизации, корректирующий регулятор 19 с основным входом и входом переключе- 45 ния и блок 20 вычисления корректирующего управляющего напряжения с двумя группами входов, а блок 13 управления режимами работы выполнен в виде формирователя тактирующих импульсов и 5п снабжен входом синхронизации и шестью выходами. При этом первая группа входов блока 20 вычисления корректирующего управляющего напряжения подключена к соответствующим выходам датчиков 10 фазных токов и датчиков ll фазных напряжений, вторая группа входов подключена к соответствующим первым четырем выходам ог 2 блока 13 управления режжчами работы, а выход блока 20 вычисления корректирующего управляющего напряжения подключен к первому входу второго сумматора 14, соединенного выходом с входом корректирующего регулятора 19, выход которого подключен к управляющему входу управляемого маломощного выпрямителя 17, подключенного выходом к коммутируемому входу блока 16 управляемых ключей, выход которого подключен к второму входу второго сумматора 14 и к первому входу третьего сумматора 15, подключенногo Входом к выходу блока 8 задания частоты вращения, а выходом — к второму входу первorо сумматора 14.

Пятый и шестой выходы блока 13 управления режимами работы подключены соответственно к управляющему входу переключения корректирующего регулятора 19. Вход синхронизации блока 13 управления режимами работы соединен с выходом блока 18 синхронизации, подключенного входами к выходам датчиков 10 фазных токов и датчиков 1! фазных напряжений.

Блок 20 вычисления корректирующего управляющего напряжения содержит блок 21 вычисления тока (фиг.2), блок 22 вычисления напряжения, блок

23 вычисления фазового сдвига, блоки 2428 запоминания, блоки 29 и 30 вычитания, преобразователь 31 функции тангенса, умножители 32 и 22, делитель 34 и с сумматор 35. Входы блока 21 вычисления тока и блока 22 вычисления напря-. жения образуют первую группу входов блока 20 вычисления корректирующего управляющего напряжения. Входы блока 23 вычисления фазового сдвига подключены со отв етс тв енно к в ходам блоков 21 и 22. Блоки 24 и 25 запоминания подключены входами к выходам блока 21 вычисления тока, а выходами — к блоку 29 вычитания. Блок 26 запоминания подключен входом к выходу блока 22 вычисления напряжения, а выходом — к первому входу умножителя 33. Блоки 27 и 28 запоминания подключены входами к выходам блока 23 вычисления фазового сдвига, а выходами — к блоку 30 вычитания. Один из выходов блока 23 вычисления фазового сдвига подключен также к входу преобразователя 31 функции тангенса, выход которого соединен с одним из входов умножителя 32„ другой вход

1350802 которого подключен к выходу блока

30 вычитания. Выходы блока 29 вычи" тания и блока 24 запоминания подключены к соответствующим входам делителя 34, выход которого и выход . умножителя 32 подключены к входам сумматора 35, соединенного выходом с вторым входом умножителя 33. Выход последнего образует выход блока 20 вычисления корректирующего управляющего напряжения, вторая группа входов которого образована соответственно объединенными между собой вторыми входами блоков 21-23 запоминания, объединенными между собой вторыми входами блоков 24 и 26 запоминания и преобразователя 31 функции тангенса, объединенными между собой вторыми входами блоков 25 и

28 запоминания, а также входами на разрешение работы блоков 29 и 30 вычитания, делителя 34, умножителей

32 и 33 и сумматора 35.

В качестве.корректирующего peI улятора может быть использован пропорционально-интегральный регулятор (ПИ-регулятор), подключаемый в схему или шунтируемый накоротко по входу переключения.

В качестве блока 18 синхронизации используется стандартный блок с формированием синхроимпульсов, кратных периоду фазного тока или напряжения.

Блок 13 управления режимами работы определяет последовательность работы других блоков электропривода и выполняется с использованием генератора стабильной частоты и кольцевого счетчика, емкость которого определяется количеством тактирующих импульсов за один цикл работы системы.

Работа электропривода основана на следующем.

Из управления баланса средней за период мощности переменного тока, подводимой к статору двигателя, получают .(0,1,с )= 1- „-------- (1)

Rl где (U, I,q) - функция в относительных единицах, характеризующая передачу мощности перемен" ного тока через воздушный зазор в ротор двигателя;

U, I - фазные напряжения и ток; (f — фазовый сдвиг между напряжением и током;

К - активное сопротивление статора.

Находят приращения функции

10 Ы (U, 1,q) при малых изменениях напряжения. В этом случае приращение функции можно заменить приращением ее дифференциала:

I R 60

aa(U I д) = ------- ---U соз((U

zI — -"-- - 99 ьу

15 (2) В режиме, обеспечивающем макси20 мум передачи электромагнитной мощности в ротор двигателя, выполняется соотношение: о (-- — - ----.- tgq Ьд ) = О.

U I (3) 25

Из (3) определяют требуемое приращение напряжения, обеспечивающее

Зо оптимаьнп ре

Ь0 Ь!.О+ +уХ tgq Ч з

I (4) 35

Частотно-регулируемый электропривод работает следующим образом.

Сигнал задания U> с выхода блока

8 определяет частоту и величину

40 напряжений, питающих статор двигателя 1. Активное сопротивление обмоток двигателя может меняться в широких пределах, поэтому для поддержания оптимального режима по пере45 даче электромагнитной мощности в ротор двигателя в электропривод введен дополнительный контур регулирования.

По сигналу "Пуск", поступающему

50 на вход блока 13 управления режимами работы, и по сигналу синхронизации с блока 18 в блок 20 вычисления корректирующего управляющего напряжения по каналу I (фиг.2) поступает команда, по которой с помощью блоков 21

23 определяются ток I напряжение

U и фазовый сдвиг, на интервале времени, равном или кратном периоду частоты, питающий двигатель.

50802

40

5 13

Синхронизация может быть привязана к току или напряжению, что определяется удобством и точностью определения перехода соответствующей функции через нуль. По окончании времени определения указанных параметров подается вторая команда по каналу II, по которой измеренные значения тока, напряжения и фазового сдвига переносятся в блоки 24, 26 и 27 запоминания и в преобразователь

31 функции тангенса, на выходе которого имеется tg(g .

Одновременно в блок управляемых ключей по управляющему входу подается команда и напряжение U ñ выхода маломощного выпрямителя I7 посту.— пает на входы сумматоров 14 и 25.

Блок 5 управления выпрямителем формирует новое задание, и напряжение на выходе управляемого выпрямителя

3 изменяется. что приводит к изменению тока и фазового сдвига питающего двигатель напряжения.

Блок 21 вычисления тока на следующем интервале времени определяет новое значение тока, а блок 23 новое значение фазового сдвига.

По команде с блока 13 управления режимами работы, поступающей по кана.лу III блока 20 вычисления, измерен ные новые значения тока и фазового сдвига переносятся в блоки 25 и 28 запоминания.

В следующий интервал времени поступает .серия команд по каналу II, по которым включаются вычитатели 29 и 30,-умножители 32 и 33, делитель

34 и сумматор 35 и осуществляется вычисление корректирующего напряжения QU по формуле (4). После исполненйя команды по каналу IV блок

13 управления режимами работы выдает команду на вход переключения корректирующего регулятора 19, и он расшунтируется.

На вход регулятора 19 поступает разность напряжений U è йU . По выходному сигналу регулятора 19 осуществляется фаэовое управление выпрямителем 17 и напряжение П„ приводится в соответствие с 6П благодаря действию обратной связи,. Воздействуя на блок 5 управления вымря. мителем через регулятор 6 напряже1 ння, напряжение U определяет выход электропривода на оптимальный режим с передачей электромагнитной мощности в ротор двигателя с минимальными потерями.

Аналогичная работа внутреннего экстремального контура (сумматор

14, регулятор 19, выпрямитель 17 и блок !6 управления ключей} осуществляется и при изменении нагрузки.

Таким образом, введение в частотно-регулируемый электропривод двух сумматоров, блока управляемых ключей, управляемого маломощного выпрямителя, блока синхронизации, корректирующего регулятора и блока вычисления корректирующего управляющего напряжения обеспечивают оптимальный режим работы с минимальными потерями передаваемой в ротор двигателя мощности, благодаря чему снижаются энергетические затраты.

Формула из об р ет ения

Частотно-регулируемый электропривод, содержащий асинхронный двигатель, подключенный к выходам преобразователя частоты, выполненного из последовательно соединенных управляемого силового выпрямителя и инвертора, блок управления выпрямителем с подключенным к его входу регулятором напряжения, блок управления инвертором с подключенньм к его входу блоком задания частоты вращения, блок выделения ЭДС, подключенный входами к выходам датчиков фазных токов и напряжений, первый сумматор, подключенный первым входом к выходу блока выделения ЭДС, а выходом — к входу регулятора напряжения, и блок управления режимами работы, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью снижения энергетических затрат за счет оптимизации режима работы, введены второи и третий сумматоры, блок управляемых ключей с коммутируемым и управляющим входами, управляемый маломощный выпрямитель, блок синхрониза50 ции. корректирующий регулятор с основным входом и входом переключения . и блок вычисления корректирующего управляющего напряжения с двумя группами входов, а блок управления режимами работы выполнен в виде формирователя тактирующих импульсов и снабжен входом синхронизации и шестью выходами, при этом первая группа входов блока вычисления кор1 350802 юг с Составитель А.Жилин

Корректор С.1Пекмар

Редактор И.Николайчук Техред И.Попович

Заказ 5295/55 Тираж 659

ВНИИПИ Государственного комитета СССР но делам изобретений и открытий

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

Подписно е

Производственно-полиграфическое предприятие, r .ужгород, ул. Проектная, 4 ректирующего управляющего напряжения подключена к соответствующим выходам датчиков фазных таков и напряжений, вторая группа входов подключена к соответствующим первым четырем выходам блока управления режимами работы, а выход блока вычисления корректирующего управляющего напряжения подключен к первому входу второго сумматора, соединенного выходом с входом корректирующего регулятора, выход которого подключен к управляющему входу управляемого маломощного выпрямителя, подключенного выходом к коммутируемому входу блока управляемых ключей, выход которого подключен к второму входу второго сумматора и к первому входу третьего сумматора, подключенного вTîðü|N входом к выходу блока задания частоты вращения, а выходом — к второму входу первого сумматора, пятый и шестой выходы блока управления режимами работы подключены соответственно к управляющему входу блока управляемых ключей и к входу переключения коррек тирующего регулятора, а вход синхронизации блока управления режимами работы соединен с выходом блока синхронизации, подключенного входами к выходам датчиков фазных токов и напряжений.