Частотно-регулируемый электропривод

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах регулируемого асинхронного электропривода текстильной промышленности и в других отраслях. Целью изобретения является повышение точности регулирования. Указанная цель достигается тем, что в частотно-регулируемый электропривод введены блок 21 вычисления модуля ЭДС, блок 22 вычисления модуля тока ротора, блок 23 вычисления модуля тока статора, блоки 24, 25 вычисления падения напряжений на индуктивных сопротивлениях статора и ротора, сумматоры 26 - 28, усилитель 29 и блок 30 минимизации угла между ЭДС и током ротора. При этом выполнение координатного преобразования производится без операций перемножения и кроме того, компенсируется влияние обратной связи по ЭДС с использованием более точной модели 20 асинхронного двигателя, благодаря чему повышается точность регулирования. 2 ил.

, СООЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

А1 (19) (И) (gz)5 Н 02 Р 7/42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И (ЛНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР

1 (21) 4407701/24-07 (22) 12.04,88 (46) 15.08.90. Бюл. Р 30 (71) Московский текстильный институт им. А. Н. Косыгина и Московский институт тонкой химической технологии им. И. В. Ломоносова (72) А. М. Ланген, С. А. Ланген, Б..М. Лакс и А. А. Портупеев (53) 621.313,333.072(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1184064, кл. Н 02 P 7/42, 1984.

Башарин А, В. и др. Управление электроприводами. Л.: Энергоиздат, 1982.

Авторское свидетельство СССР

9 1347142, кл. Н 02 P 7/42, 1986. (54) ЧАСТОТНО-PEFVJIHPYEYEIP. ЭЛЕКТРО-.

ПРИВОД (57) Изобр етение относится к электротехнике и может .быть использовано в

2 системах регулируемого асинхронного электропривода в текстильной промышленности и в других отраслях. Пелью изобретения является повышение точности регулирования. Указанная .цель достигается тем, что в частотно-регулируемый электропривод введены блок 21, вычисления модуля ЭДС, блок 22 вычисления модуля тока ротора, блок 23 вычисления модуля тока статора, блоки

24, 25 вычисления падения напряжений на индуктивных сопротивлениях статора и ротора,.сумматоры 26-28, усилитель

29 и блок 30 минимизации угла между

ЭДС и током ротора. При этом выполне- ние координатного преобразбвания производится без операций перемножения и, кроме того, компенсируется влияние обратной связи по ЭДС с использованием более точной модели 20 асинхронного двигателя, благодаря чему повышается точность регулирования. 2 ил. е 3 1585894

Изобретение относится к электротехнике, а именно к автоматическим устройствам для управления электроприводами переменного тока, и может бЫть использовано в системах регулируемого асинхронного электропривода в текстильной промышленности и в других отраслях, Цель изобретения — повышение точности регулирования.

На фиг. 1 представлена функциональная схема частотно-регулируемого э ектропривода; на фиг, 2 - схема модели асинхронного двигателя, 15

Частотно-регулируемый электроприв од содержит асинхронный двигатель 1

1фиг. 1) с короткозамкнутым ротором, подключенный к выходам инвертора 2 напряжения, блок 3 управления часто ой и модулем напряжения с двумя входами, первый из которых соединен с . выходом блока 4 задания вектора напряжения, а выход подключен к управляющему входу инвертора 2 напряжения, 25 формирователь 5 составляющих вектора

Напряжения, последовательно соединенные элемент 6 сравнения, один из входов которого предназначен для подачи сигнала задания потокосцепления, ре- 30 гулятор 7 потокосцепления, элемент 8 сравнения, регулятор 9 намагничиваю щей составляющей тока статора, последовательно соединенные задатчик 10 интенсивности, вход которого предка- 35 эначен для подачи сигнала задания частоты вращения, элемент 11 сравнения, регулятор 12 частоты вращения,, блок

13 деления, элемент 14 сравнения, регулятор 15 активной составляющей 40 тока статора, выход которого и выход регулятора 9 намагничивающей составляющей тока статора подключены к входам формирователя 5 составляющих напряжения, также модель 16 инвертора. 45 напряжения, подключенную входом к выходу блока 3 управления частотой и модулем напряжения, а выходом — к входу преобразователя 17 числа фаз, блок 18 вычисления модуля потокосцеп- 5О яения, .блок 19 выполнения частоты вращения, модель 20 асинхронного дви.". гателя, каждая фаза которого выполнена по Т-образной схеме замещения. В частотно-регулируемый электропривод введены блок 21 вычисления модуля

ЭДС, блок 22 вычисления модуля тока ротора, блок 23 вычисления модулей составляющих тока статора, блоки 24 и 25 вычисления модулей падения напряжения на индуктивных сопротивлениях рассеяния статора и ротора фазных

Т-образных схем замещения, сумматоры

26 28, усилитель 29 и блок 30 минимизации угла между ЭДС и током ротора, входы которого подключены к выходам блоков 21 и 22 вычисления модуля ЭДС и модуля тока ротора, а выход соединен с вторым входом (управления частотой) блока 3. При этом выходы формирователя 5 составляющих напряжения соответственно через сумматоры 26 и

27 подключены к входам блока4 задания вектора напряжения. Другие входы сумс матора 26 подключены соответственно к выходам блока 21 вычисления модуля

ЭДС и блока 24. Вход усилителя 29 объединен с другим входом блока 13 деления и подключен к выходу блока 18 вычисления модуля потокосцепления. Другой вход элемента 11 сравнения подключен к выходу блока 19 вычисления частоты вращения, соединенного входом с выходом момента модели 20.

Модель 20 асинхронного двигателя в каждой фазе выполнена по T-образной схеме замещения. Каждая фаза модели (фиг. 2) составлена из последовательно включенных резистора 31, дросселей .

32 и 33 и резистора 34 в первой фазе, резистора 35, дросселей 36 и 37 и резистора 38 во второй фазе, моделирующих соответственно активные и индуктивные сопротивления рассеяния статора и ротора и образующих горизонтальную ветвь схемы замещения. Кроме того, схемы замещения фаз включают дроссели 39 и 40, моделирующие соответственно сопротивления взаимоиндук1ции. Модель 20 содержит также два интегратора 4 1 и 42, элементы 43 и 44 умножения, инвертирующий усилитель 45 и блок 46 вычисления. момента.

При этом входы интеграторов 41 и

42 подключены соответственно к общим точкам соединения резистора 34 и дросселя 33 первой фазы и резистора

38 и дросселя 37 второй фазы. Выход интегратора 41 через элемент 43 умножения соединен со свободным выводом резистора 38 второй фазы, Выход интегратора 42 через инвертирующий усилитель 45 и элемент 44 умножения соединен со свободным выводом резистора

34 первой фазы. Другие входы,элементов 43 и 44 умножения объединены между собой и подключены к выходу блока

1585894

dpi 1 . 1

dt С Г (t

19 вычи сл е ния ч а с то ты вращения, Выходы интеграторов 41 и 42 подключены к входа", блока 18 вычисления модуля . потокосцепления. Общие точки резисто ра 31 и дросселя 32, резистора 35 и дросселя 36, а также выходы интеграторов 41 и 42 подключены к входам блока 46 вычисления момента, соединенного выходом с входом блока 19. вычисления частоты вращения.

Выводы резисторов 39 и 40 подклю-. чены к входам блока 21 вычисления модуля ЭДС.

Выводы резисторов 34 и 38 подключены к входам блока 22 вычисления модуля тока ротора. Общая точка резистора 35 и дросселя 36 и общая точка резистора 31 и дросселя 32 подключены к входу блока 23 вычисления модулей составляющих тока статора, Выводы последовательно соединенных дросселей 32 и 33 в первой фазе и дросселей 36 и 37 во второй фазе подключены к входам блоков 24 и 25 соответственно.

Частотно-регулируемый электропривод работает следующим образом,.

Сигнал задания (+q) через элемент

6 сравнения поступает на вход регулятора 7 потокосцепления, который формирует переходный процесс установле- ния заданного потокосцепления ротора, На выходе указанного регулятора 7 формируется задание регулятору 9 для цамагничивающей составляющей тока. статора.

Другой сигнал задания Я через за3 датчик 10 интенсивности.и элемент 11 сравнения поступает на вход регулятора 12 частоты вращения, выходной сигнал которого после деления в блоке

13 на модуль потокосцепления j0 !определяет задание для регулятора 15 активной составляющей тока статора, Выходные сигналы регуляторов 9 и !

15 fi1< gi g, поступают на входы форб мирователя 5 составляющих напряжения, при этом выполняется следующее:

Ci = L

Ь „=1. +1,, — суммарная индуктив"

I ность рассеяния статора и ротора;

5 1

R R, — активные сопротивления

l статора и ротора;

К, =Lw/Lg — коэффициент магнитной связи ротора;

10 Е„ — взаимоиндуктивность обобмоток статора и ротора.

Сигналы U<+ и У((ь далее корректируются .с целью полной развязки контуров регулирования потокосцепления и электромагнитного момента и поступают на входы блока задания вектора напря- жения °

Сигналы фазных потокосцеплений с выходов интеграторов 4 1 и 42 поступают на входы блока 18 вычисления модуля потокосцепления, выходной сигнал Ц которого поступает в качестве сигнала обратной связи на элемент

6 сравнения, а также на вход усилителя 29.

В блоке 25 вычисляется модуль (QUp) падения напряжения на индуктивных сопротивлениях рассеяния статора и ротора второй фазы, реализованных дросселями 36 и 37 по выражению

l Upl = Ик L> i pl ю где Ы вЂ” частота вращения вектора по= токосцепления ротора, приве-," денная к числу пар полюсов, равному единице.

В блоке 24 вычисляется модуль

l5U l падения напряжения на индуктив40 ных сопротивлениях статора и ротора первой фазы, реализованных с помощью дросселей 32 и 33, по выражению

1аъ! = сдк Т 44 (1,! °

На выходе сумматора 26 получают

i Ц

U

1Е! = р„ а,(Ч,1, deð 1 . 1

+ — Д (— - Ц

t f y где Ulg. Ullb — напряжения на выходах блока 5; где рп — число пар полюсов двигателя, Ы вЂ” частота вращения ротора.

1585894

На выходе сумматора 27 получают где Кг К /L - коэффициент преобра,v зования в усилителе. 291О

Скорректированные сигналы Ugg U g, соответствуют выражениям:

С1 1 $

С вЂ”. + i g = С У о(;

dt г

— + i

20 где С = 1/ + К Р.

Для совмещения вектора потокосцеппения ротора с действительной осью координатной системы (P )

= 0 необходимо обеспечить миний(Ь мальный угол между ЭДС и током ротора, что реализуется блоком 30 минимиэации этого угла. На входы указанного блока. поступают модуль тока ротора с блока 22 и модуль ЭДС с блока 1. Блок 30

30. состоит из фазового дискриминатора на входы которого поступают сигналы

lE) и i<(, и интегратора, уровень выходного сигнала которого управляется ключом в функции Угла междУ E и i, 35

Выходной сигнал блока 30 поступает на вход управления частотой блока 3, ; что вызывает смещение координатных осей относительно ротора.

Одновременно с выходов сумматоров 4О

26 и 27 на входы блока 4 поступают откорректированные составляющие напряжения статора Ug и U p, где они преобразуются в модуль напряжения

„(U ), который подается на вход блока 45

3 управления. Выходной сигнал блока

3 поступает на автономный инвертор

2 и на модель 16 инвертора напряжения, представляющую маломощный аналог основного инвертора 2. Эквивалентная двухфазная система напряжений для питания модели 20 асинхронного двигателя получается с модели 16 автономного инвертора напряжения, при этом проекции выходного напряжения инвертора U< и U1 на оси и двигателя, неподвижныеотносительно статора, представляются в преобразователе 17 трехфазного напряжения в двухфазное как соответственно фазное и линейное напряжения трехфазной соединенной в звезду нагрузки инвертора, Модель 20 асинхронного двигателя в неподвижной системе координат описывается известной системой дифференциальных уравнений, работает в реальном масштабе времени, ее выходной величиной является вращающий момент двигателя, который. определяется по известной зависимости с помощью блока

46: М = i 4ä - 4@у. i(p.

При этом информация о токе снимается с общей точки резистора 31 и дросселя 32 в первой фазе модели, а ийформация о токе i, — с общей точки резистора 35 и дросселя 36 второй фазы модели. Снгналы Q<<, 4I4 поступают с выходов интеграторов 4 1 и 42.

Так как задача определения координат движения системы возложена на аналоговую модель устройства, т. е, она выполняет функцию "наблюдателя" и регламентирует изменение частоты вращения электропривода, то обратная связь по частоте вращения реализуется с помощью блока 19 вычисления частоты вращения. В его состав входят модели передачи и исполнительного механизма, . первая из которых может быть реализована с помощью Т-обратной схемы замещения с переменными параметрами вертикальной ветви, учитывающими параметры податливости и трения, а вторая позволяет учитывать изменение нагрузки и момента инерции и представляет собой последовательно включенные и регулируемые раздельно индуктивность и резистор, Таким образом, в предлагаемом ча- . стотно-рerулируемом электроприводе осуществляется выполнение координатного преобразования без операций перемножения и, кроме того, производится компенсация влияния обратной связи по ЭДС,с использованием более точной модели асинхронного двигателя, .благо даря чему повышается точность регулирования в сравнении с известным решением. формула изобретения

Частотно-регулируемый электропривод, содержащий асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, подключенный к выходам инвертора напряжеt 585894 ния, блок управления частотой и модулем напряжения с двумя входами, первый из которых соединен с выходом блока задания вектора напряжения, а выход подключен к управляющему входу инвертора напряжения, формирователь составляющих вектора напряжения, последовательно соединенные первый элемент сравнения с входом для сигнала задания потокосцепления, регулятор потокосцеплвния, второй элемент сравнения, регулятор намагничивающей составляющей тока статора, последовательно соединенные эадатчик интенсивности с входом для сигнала задания частоты вращения., третий элемент сравнения;- регулятор частоты вращения блок деления, четвертый элемент сравнения, регулятор активной составляющей тока статора, выход которого и выход регулятора намагничивающей составляющей тока статора подключены к входам формирователя составляющих вектора напряжения, модель инвертора напряжения, подключенную входом к выходу блока управления частотой и модулем напряжения, а выходом — к входу преобразователя числа фаз, блоки вычисления модуля потокосцепления и частоты вращения и модель асинхронного двигателя с двумя интеграторами, двумя элементами умножения, инвертирующим усилителем, блоком вычисления момента, выполненная в каждой фазе пр Т-образной схеме замещения, причем З5 каждая фаза модели составлена в горизонтальной ветви из последовательно включенных резисторов и дросселей, моделирующих соответственно эквива40 лентные активное и индуктивное сопротивления статора, индуктивное и активное сопротивления ротора, а в вертикальной ветви — иэ дросселя, моделирующего сопротивление взаимоиндукции, входы интеграторов подключены соответственно к общим точкам соединения резистора и дросселя, моделирующих активное и индуктивное сопротивления ! ротора в каждой фазе Т-образной схе50 мы замещения, выход первого интегратора через первый элемент умножения соединен со свободным выводом резистора, моделирующего активное сопротивление ротора во второй фазе, выход второго интегратора через инвертирующий усилитель соединен через второй элемент умножения со свободным выводом резистора, моделирующего активное сопротивление ротора в первой фазе, другие входы элементов умноже.—. ния объединены и подключены к выходу блока вычисления частоты вращения, соединенного выходом с другим входом третьего элемента сравнения, выходы интеграторов подключены к входам блока вычисления модуля потокосцепления., выход которого соединен с другим входам первого элемента сравнения и с другим входом блока деления, общие точки резисторов и дросселей, моделируюпих активное и индуктивное сопротивления ."статора в кажцой фазе Т-образной схемы замещения, и выходы интеграторов подключены к входам блока вычисления момента, соединенного выходом с входом блока вычисления частоты вращения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности регулирования, введены блоки вычислений модуля ЭДС, модуля тока ротора, модулей составляющих тока статора, модулей падений напряжений на индуктивных сопротивлениях рассеяния ста-: тора и ротора фазных Т-образных схем замещения, три сумматора, усилитель и блок минимизации угла между ЭДС и током ротора, входы которого подключены к выходам блоков вычисления модуля ЭДС и модуля тока ротора, а выход соединен с вторым входом блока управления частотой и модулем напряжения, при этом выходы формирования составлящих напряжения соответственно через первый и второй сумматоры подключены к входам блока задания вектора напряжения, другие входы пер> вого сумматора подключены соответственно к выходам блока вычисления модуля ЭДС и блока вычисления падения напряжения на индуктивном сопротивлении рассеяния статора и ротора Т-образной схемы замещения первой фазы, другой вход второго сумматора соеди.нен с выходом третьего сумматора, подключенного входами к выходу блока вычисления падения напряжения на индуктивном сопротивлении рассеяния статора и ротора Т-образной схемы замещения второй фазы и к выходу усилителя, соединенного с выходом блока вычи сления модуля потокосцепления, выводы дросселей, моделирующих сопротивление взаимоиндукции в каждой фазе Т-образ-. ной схемы замещения, подключены к входам блока вычисления модуля ЭДС, выводы резисторов, моделирующих ак1585894

Составитель А. Жилин

Техр ед И. Ходанич Корректор О. Кравцова

Редактор А. Огар

Заказ 2332 Тираж 457 Подписное

ВЙИИПИ Государственного .омитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 тивные сЬпротивления ротора в каждой фазе Т-образной схемы замещения, подключены к входам блока вычисления модуля тока ротора, выводы общих точек резистора и дросселя, моделирующих активное и индуктивное сопротивления статора первой и второй Фаз Т-образных схем замещения, подключены к входам блоков вычисления модулей составляющих тока статора, а выводы последовательно включенных дросселей, моделирующих индуктивные сопротивления рассеяния статора и ротора в каждой

5 фазе Т-образной схемы замещения подключены к входам соответствующих блоков вычисления падений напряжений на индуктивных сопротивлениях статора и ротора Т"образных схем замещения

1О Фаз.