Частотно-управляемый электропривод

 

Изобретение относится к электротехнике а именно к частотно-управляемым электроприводам на базе асинхронных короткозамкнутых двигателей н непосредственных преобразователей частоты (НПЧ). Цель изобретения улучшение качества управления путем уменьшения постоянных и субгармонических составляющих в фазных токах двигателя. Цель достигается тем, что введены аналоговые сумматоры 13, 14, узел 15 установки, аналоговые усилители 16, 17, 18 и усилитель 19 с ограничением , выход которого соединен с входом задания намагничивающего тока блока 13 преобразования координат. При этом обеспечивается возможность коррекции тока намагничивания асинхронного двигателя 1 в функции текущей частоты вращения и нагрузки (активной составляющей тока статора), благодаря чему уменьшается длительность межкоммутационного интервала на падающем участке ЭДС, увеличивается число токовых импульсов в полупериоде и улучшается форма Аазтоков. 3 ил.

СООЗ СОВЕТСНИХ

СОВ

РЕСПУБЛИН

09) Ш1 (1) Н 02 P 7/42

К AST0PCHOMV СВИДЕТЕХЗЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ CCCP (21) 4498531/07 (22) 28.10.88 (46) 07.06.91. Бюл. N 21 (71) Всесоюзный заочный политехнический институт (72) А.Н.Абрамов и Г,П.Охоткин . (53) 621.313.333.072.9 (088.8) (56) Автарское свидетельство СССР .

Р 1290464, кл. Н 02 P 7/42, 1984.

Авторское свидетельство СССР

Ь 1277343, кл. Н 02. Р 7/42, 1984. (54) ЧАСТОТНО-УПРАВЛЯЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИЗОД (57) Изобретение относится к электротехнике, а именно к частотно-управляемым электроприводам на базе асинхронных крроткозамкнутых двигателей и непосредственных преобразователей частоты (НПЧ). Цель изобретения2 улучшение качества управления путем l уменьшения постоянных и субгармони- . ческих составляющих в фазных токах двигателя. Цель достигается тем, что введены аналоговые сумматоры 13, 14, узел 15 установки, аналоговые усилители 16, 17, 18 и усилитель 19 с ограннчениеи, вьасод которого соединен с входои задания наиагничивакицего тока блока 13 преобразования координат.

При этои обеспечивается возможность, коррекции тока намагничивания асинхронного двигателя 1 в функции текущей частоты вращения и нагрузки (активной составляющей тока статора), благодаря чему уменьшается длительность межкоммутационного интервала на падающем участке ЗДС,,увеличивается число токовых импульсов в полупериоде и улучшается форма Ьазтоков. 3 ил.

1654963

Изобретение относится к электротехнике, а именно к частотно-управс ляемым электроприводам на базе асинхронных короткозамкнутых двигателей и непосредственных преобразователей частоты (НПЧ), и может быть использовано в системах с высокими требованиями по качеству управления частотой вращения и потребляемой энергии. 10

Целью изобретения является улучшение качества управления путем уменьшения постоянных и субгармонических составляющих в фазных токах асинхронного короткозамкнутого двигателя.

На фиг.1 представлена функциональная схема частотно-управляемого электропривода, на фиг.2 — регулировочная характеристика намагничивающего тока в функции частоты и нагрузки, на фиг.3 — временные диаграммы напряжения и тока НПЧ.

Частотно-управляемый электропривод содержит асинхронный короткозамкнутый двигатель 1 (фиг.1), к обмоткам статора которого подключены выходы регулируемого источника 2 тока на основе непосредственного преобразователя частоты, импульсный датчик 3 частоты вращения, установленный на валу асинхронного короткозамкнутого двига30 теля 1, задатчик 4 намагничивающего тока, регулятор 5 частоты вращения, преобразователь 6 напряжение — частота и преобразователь 7 частота-напряжение, пороговый элемент 8 аналого вый сумматор 9, цифровой формирователь 10 гармонических сигналов, формирователь 11 импульсов, формирователь 12 ЭДС и блок 13 преобразования координат, вход задания активного тока которого подключен к выходу регулятора 5 частоты вращения. Входы для гармонических сигналов блока 13 объединены пофазно с соответствующими первыми двумя входами формирователя 45

12 ЭДС и подключены к выходам цифрового формирователя 10 гармонических сигналов. !

Выходы блока 13 преобразования координат подключены к первой паре входов регулируемого источника 2 тока, вторая пара входов которого соединена с выходами формирователя 12 ЭДС. При этом третий вход формирователя 12 ЭДС подключен к выходу аналогового сумма55 тора 9, один из входов которого объединен с входом преобразователя 6 напряжение — частота, с входом порого-. ного элемента 8 и подключен к выходу регулятора S частоты вращения.

Выход преобразователя 7 частотанапряжение подключен к другому входу сумматора 9 и к одному из входов регулятора 5 частоты вращения, другой вход которого образует вход задания по частоте вращения электропривода.

Выходы преобразователя 6 напряжение — частота и порогового элемента 8 подключены к первой паре входов цифрового формирователя 10 гармонических сигналов, вторая пара входов которого объединена с соответствующими входами преобразователя 7 частота — напряжение и подключена к выходам формирователя 11 импульсов, соединенного входом с выходом импульсного датчика 3 частоты вращения.

В частотно-регулируемый электропривод введены аналоговые сумматоры

14.1, 14.2, узел 15 уставки, аналоговые усилители 16 — 18 и усилитель 19 с ограничением, выход которого соединен с входом задания намагничивающего штока блока 13 преобразования координат. При этом входы аналоговьм усилителей 16 и 17 подключены соответственно к вьмоду задатчика 4 намагничиваюцего тока и к выходу регулятора

5 частоты вращения.

Вход аналогового усилителя 18 через аналоговый сумматор 14.2 соединен с вьмодом узла 15 уставки. Другой вход аналогового сумматора 14.2 соединен с выходом преобразователя 7 частота — напряжение. Выходы аналоговых усилителей 16 — 18 подключены к входам аналогового сумматора 14. 1, соединенного выходом с входом усилителя 19 с ограничением.

На чертежах приняты обозначения:

Un - питающие напряжения U — onopOft ные напряжения, U<(<1 — первая гармоника выходного напряжения НПЧ, первая гармоника выходного тока НПЧ, i < — мгновенное значение тока НПЧ; — ЭДС асинхронной машины, Я - сигнал задания частоты вращения, U

U „ — сигналы, пропорциональные текущей и номинальной частоте вращения асинхронного двигателя, U g, — выходнои сигнал узла уставкн, U — выходной г.р сигнал третьего аналогового сумматора, Х, I+ — сигналы, пропорциональные активной и реактивной составляющим тока двигателя, I „,1 аоминальный ток намагничивания.

5 16

НПЧ содержит систему импульсно-фазового управления и регуляторы тока.

Блок 13 преобразования координат служит для преобразования цифровых гармонических сигналов, поступающих с выхода формирователя 10 гармонических сигналов, в аналоговые сигналы задания токов в фазах статора асинхронного двигателя.1. Аналоговые сигналы задания токов подаются на первые входы регулируемого источника 2 тока и образуются в функции двух аналоговых сигналов, поступающих с выхода регулятора 5 частоты вращения и с выхода усилителя 19 с ограничением.

Формирователь 12 ЭДС преобразует цифровые гармонические сигналы, поступающие с выхода формирователя 10 гармонических сигналов в аналоговые сигналы ЭДС машины, причем формируются в функции сигнала сумматора 9, Цифровой формирователь 10 гармонических сигналов формирует гармонические сигналы в зависимости от режима работы электропривода. Режим работы электропривода (тормозный или двигательный) определяется знаком задания частоты вращения получаемого на выходе порогового элемента 8 и порядком чередования импульсов, которые вырабатываются импульсным датчиком 3, частоты вращения и формирователем 11 импульсов. На выходе формирователя

11 импульсов имеются синусные и косинусные составляющие импульсов, пропорциональные частоте вращения элект родвигателя, причем при изменении направления вращения двигателя. порядок чередования импульсов меняется.

Частотно-управляемый электропривод функционирует следующим образом.

На входе регулятора 5 частоты вращения сравниваются аналоговые сигналы заданного и действительного значений частоты вращения асинхронного двигателя. Сигнал, пропорциональный действительному значению частоты вращения Uy формируют при помощи импульсного датчика 3 частоты вращения, формирователя 11 импульсов и преобразователя 7 частота — напряжение. Регулятор 5 частоты вращения формирует на выходе сигнал, который определяет активную составляющую тока статора.

Затем он преобразуется в дискретный сигнал с помощью преобразователя 6 напряжение — частота и поступает на вход цифрового формирователя 10 гар54963 6

55 монических сигналов. Цифровой форми— рователь 10 гармонических сигналов осуществляет суммирование или вычита,ние (в зависимости от режима работы двигателя) дискретных импульсных сигналов частоты вращения двигателя и скольжения и формирует постоянные по амплитуде цифровые гармонические сигналы. В блоке 12 формирования ЭДС изменяется амплитуда гармонических сигналов в зависимости от величины сигнала на выходе аналогового сумматора

9 и получают аналоговый сигнал, пропорциональный ЭДС двигателя для НПЧ.

В блоке 13 преобразования координат изменяется амплитуда гармонических сигналов в зависимости от величины сигнала I на выходе регулятора 5 частоты вращения и величины сигнала

I на выходе усилителя 19.

Намагничивающая составляющая Ip тока статора двигателя задается с помощью задатчика 4 намагничивающего тока, который через усилитель 16 поступает на вход аналогового сумматора 14.1. На второй вход аналогового сумматора 14.1 поступает сигнал, пропорциональный активному току статора Та, с выхода усилителя 17. На тре- тий вход поступает сигнал, пропорциональный частоте вращения, с выхода усилителя 18. Таким образом, на выходе аналогового сумматора 13 сигнал равен н К + Та К + ("4 " )Кз P где К, К, К вЂ” коэффициенты передачи усилителей 16—

18 соответственно.

На малых частотах вращения двигателя, когда

Usurp ЦХ > 0, величина выходного напряжения сумматора 13 Uтакая,,что усилитель 19 с ограничением находится в зоне насыщения. Величина насыщения соответствует номинальному значению тока намагничивания. Поэтому частотно-управляемый электропривод на малых частотах вращения работает с номинальным током намагничивания независимо от режима нагрузки преобразователя частоты. На частотах вращения электропривода, соответствующих"

1rp усилитель 19 выходит Hs насыщения и переходит в линейную зону. В этом t654963 случае его выходное напряжение явля" ется функцией активного тока статора

I<, т.е. режима нагрузки. Так, в режиме холостого хода, когда I = О, выходное напряжение усилителя 19 проПорционально току намагничивания Iу который определяется коэффициентами

Передачи К и коэффициентом усилитеЛя 19 с ограничением. В этом случае лектропривод работает с минимальным значением тока намагничивания, С по-вышением нагрузки увеличивается активная составляющая тока I<, что приВодит к увеличению тока намагничива.ния. В режиме номинальной нагрузки ток намагничивания становится равным поминальному значению. Изменение тоКа намагничивания в функции частоты

Изображено на фиг.2. До частоты,соответствующей U), ток намагничивания соответствует номинальному значеЙи независимо от режима нагрузки преобразователя частоты. На более высо Ких частотах ток намагничивания является функцией частоты и активного тоМа I . В режиме холостого хода (I< = 0) ток намагничивания изображен сплошной линией.(фиг.2). С появлениЦм нагрузки (Х ) 0) ток намагничивания начинает возрастать (фиг. 2, пунктирные линии) . Таким образом, ток намагничивания формируется в фунМции частоты и нагрузки. На фиг.З изображены временные диаграммы напряжения и тока НПЧ на повышенных частотах для неблагоприятного режима — режима холостого хода АД, когда ток задания, пропорциональный току холостого хода, должен быть сдвинут на 90 б по отношению к ЭДС вращения. Очередной тиристор включается, когда управляющий сигнал, пропорциональный гладкой составляющей выходного напряже"

Ния U@ ) сравнивается с опорным напряжением Уо„ (коэффициент пропорциональности принят равным единице).

При снижении тока намагничивания амплитуды ЭДС вращения значительно меньше опорного напряжения. Это приводит к уменьшению длительности межкоммутационного интервала на падающем участке ЭДС, увеличению числа токовых импульсов в полупериоде, вследствие чего уменьшаются постоянные и субгармонические составляющие в токе двигателя и повышается точность отработки сигнала задания НПЧ в сравнении с известным решением. При этом улуч5 !

О l5

55 шается качество управления асинхронным двигателем, снижаются биения и шумы.

Формула изобр ет ения

Частотно-управляемый электропривод, содержащий асинхронный короткозамкнутый двигатель, к обмоткам статора которого подключены выходы регулируемого источника тока на основе непосредственного преобразователя частоты, импульсный датчик частоты вращения, установленный на валу асинхронного короткозамкнутого двигателя, ! задатчик намагничивающего тока регуУ лятор частоты вращения, преобразователи напряжение — частота и частота— напряжение,,пороговый элемент, первый аналоговый сумматор, цифровой формирователь гармонических сигналов, формирователь ЭДС и блок преобразования координат, вход задания активного тока которого подключен к выходу регулятора частоты вращения, входы для гармонических сигналов объединены.пофазно с соответствующими первыми двумя входами формирователя ЭДС и подключены к выходам цифрового формирователя гармонических сигналов, а выходы блока преобразования координат подключены к первой паре входов регулируемого источника тока, вторая пара входов которого соединена с выходами формирователя ЭДС, при этом третий вход формирователя ЭДС подключен к выходу первого аналогового сумматора, один из входов которого объединен с входом преобразователя напряжение— частота, с входом порогового элемента и подключен к выходу регулятора частоты вращения, выход преобразователя частота — напряжение подключен к другому входу первого аналогового сумматора и к одному из входов регулятора частоты вращения, другой вход которого образует вход задания по частоте вращения, выходы преобразователя напряжение - частота и порогового элемента подключены к первой паре входов цифрового формирователя гармонических сигналов, вторая пара входов которого объединена с соответствующими входами преобразователя частота — напряжение и подключена к выходам формирователя импульсов, соединенного входом с выходом импульсного датчика частоты вращения, отличающийся тем„ что, с целью .улучшения качества

16549бЗ

I0 управления путем уменьшения постоянных и субгармонических составляющих в разных токах асинхронного короткозамкнутого двигателя, введены второй и третий аналоговые сумматоры, узел уставки, три аналоговых усилителя и усилитель с ограничением, выход которого соединен с входом задания намаг1ничивающего тока блока преобразования координат, при этом входы первого и .второго аналоговых усилителей подключены соответственно к выходу задатчи,ка намагничивающего тока и к выходу регулятора частоты вращения, вход третьего аналогового усилителя через второй аналоговый сумматор соединен с выходом узла уставки, другой вход второго аналогового сумматора соединен с выходом преобразователя частота — напряжение, а выходы аналоговых усилителей подключены к входам третьего аналогового сумматора, соединенного выходом с входом усилителя с ограничением.

1654963

Составитель А.Жилин

Редактор Л.Гратилло Техред Л.Сердюкова

Корректор А.Обручар

Заказ 1958 Тирах 355 Подписное

3НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101