Частотно-управляемый электропривод

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в автоматизированном электроприводе переменного тока. Целью изобретения является улучшение динамических показателей путем повышения быстродействия. Указанная цель достигается введением блока 11 для определения модуля тока статора во вращающейся системе координат, дифференцирующего блока 12 и трех сумматоров 13-15. Частотный вход блока 11 подключен к выходу преобразователя напряжение-частота, а токовый входк выходу блока преобразования фазных токов 8. Выходы блока определения текущих переменных 9 через сумматоры 13, 14 подключены ко входам регуляторов тока 3, 4. При этом дл регуляторов тока 3, 4 обеспечивается формирование дополнительных сигналов обратных связей, определяемых пооизводной модуля тока, что определяет более высокое быстродействие в сравнении с основным изобретением . 4 ил. у (5

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

П 9) (I l) (si)s Н 02 P 7/42

ГОСУДАРСТВЕ ННЪ|Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

М (61) 1372581 (21) 4424654/07 (22) 12.05.88 (46) 15.09.91. Бюл, hh 34 (71) Днепропетровский горный институт им. Артема (72) В.Л.Соседка, А;О.Алексеенко, Г.К.Курлов и А.Д.Пружанский. (53) 62-83:621.313.335 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1372581, кл, Н 02 Р 7/42, 1986. (54) ЧАСТОТНО-УПРАВЛЯЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в автоматизированном электроприводе переМенного тока. Целью изобретения является улучшеwe динамических показателей путем повыИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано в автоматизированном электроприводе переменного тока.

Целью изобретения является улучшение динамических показателей путем-повышения быстродействия.

На фиг. 1.представлена функциональная схема частотно-управляемого привода; на фиг. 2 — функциональная схема блока определения модуля тока во вращающейся системе координат; на фиг. 3 — функциональная схема дифференцирующего блока; а на фиг, 4 — векторная диаграмма.

Частотно-управляемый электропривод содержит асинхронный двигатель 1, подключенный к выходам силового преобразователя 2 частоты, регуляторы 3, 4 шения быстродействия, Указанная цель достигается введением блока 11 для определения модуля тока статора во вращающейся системе координат, дифференцирующего блока 12 и трех сумматоров 13 — 15. Частотный вход блока 11 подключен к выходу преобразователя напряжение-частота, а токовый вход — к выходу блока преобразования фазных токов 8. Выходы блока определения текущих переменных 9 через сумматоры 13, 14 подключены ко входам регуляторов тока 3, 4. При этом для регуляторов тока 3, 4 обеспечивается формирование дополнительных сигналов обратных связей, определяемых пооизводной модуля тока, что определяет более высокое быстродействие в сравнении с основным изобретением. 4 ил. составляющих тока статора, выходы которых подключены к первым двум основным входам блока 5 вычисления задающих переменных. Блок 6 задания управляющих сигналов соединен с первыми входами регуляторов 3 и 4 составляющих тока статора. Выходы датчика 7 фазных токов соединены с входами блока 8 преобразования фаэных токов, выход которого соединен с входом блока 9 вычисления текущих переменных. Кроме того, выход силового преобразователя 2 соединен.с соответствующим входом блока 9 вычисления текущих переменных через блок 10 определения составляющих напряжения. Блок 9 вычисления текущих переменных имеет четыре выхода, два из которых образуют опорные входы блока 5 вычисления задающих переменных.

В частотно-управляемый электропривод введены блок 11 определения модуля тока во вращающейся системе координат с частотным и токовым входами и дифференцирующий блок 12 с двумя выходами и три сумматора 13, 14 и 15. Частотный вход блока 11 определения модуля тока подключен к выходу преобразователя 16 напряжение — частота, а токовый вход блока

11 подключен к выходу блока 8 преобразования фазных токов. Выход блока 11 определения модуля тока подключен ко входу дифференцирующего блока 12, первый выход которого подключен к первому входу сумматора 13, а второй выход — к первому входу второго сумматора 14 и первому входу третьего сумматора 15, Вторые входы сумматоров 13, 14 подключены соответственно к выходам блока 9 вычисления текущих переменных, а их выходы подключены ко входам регуляторов 3, 4 тока статора. Второй вход третьего сумматора 15 подключен к выходу блока 6 задания управляющих сигналов, а выход — ко входу преобразователя 16 напряжение — частота, Блок 11 определения модуля тока во вращающейся системе координат выполнен с ключом 17 {см, фиг. 2), блоком 18 синхронизации и блоком 19 преобразова ния координат. Выход преобразователя 16 напряжение-частота соединен с информационным входом ключа 17, выход которого саединен с первым входом блока 19 преобразования координат. Первый выход блока 8 преобразования фаэных токов соединен со вторым входом блока 19 преобразования координат, а второй выход блока 8 соединен с третьим входом блока 19 преобразования координат и с входом блока 18 синхронизации, выход которого соединен с управляющим входом ключа 17.

Дифференцирующий блок 12 {см. фиг, 3) составлен из собственно дифференциатора 20 и двух масштабных усилителей 21 и 22; Вход дифференциатора 20 соединен с выходом блока 11 определения модуля тока во вращающейся системе координат, а выход дифференциатора 20 соединен со входами масштабных усилителеи 21 и 22.

Дифференциальное уравнение для статорных обмоток асинхронного двигателя имеет следующий вид;

d Ps

U -= -Ud+ Uq 1ssRcc+ — = бт (1 Х I

- IsR+ — (— -Я + Ы ), Ф Хг где U,.ls, V®, % — результирующие векторы напряжения, тока, потокосцеплений статора и ротора соответственно;

Ud, Uq — векторы напряжений по про5 дольной и поперечной осям асинхронного двигателя;

R — активное сопротивление обмотки статора;

Хо, Уг — индуктивное сопротивление, 10 связанное с взаимным магнитным потоком и потоком ротора соответственно;

Ф

L> — переходная индуктивность обмотки статора.

При переходе к вращающейся системе ко15 ордина получим, что

/ X

U — I sR + )в { 14 + j a) + +

Хг ! d Is sXo б%

20, +Хг, (2) Е = Ет + ЕВ =- U — IsR — )04 1Ь—

d Is

/ — L> — — jhco L>Is.

dt (3) Чтобы использовать диаграмму (см, фиг. 4) для пояснения переходных режимов, выберем момент времени, когда результирующий вектор Is тока совпадает с действительной осью, направленной по оси фазы А. Величина отрезка АВ, угол АОВ= Р определяют отставание потокосцепления Чгот Ч (или отставание вектора ЭДСЕ2 от вектора ЭДС

Eo) и характеризуют скольжение.

Выражение (2) показывает., что есть две составляющие ЭДС: ЭДС вращения Е =

Хо

25 = J а Ч, соответствующая вектору ОВ, и .Хг трансформаторная ЭДС Ет - — —. ЭДС

Хо б%

Хг dt вращения определяется частотой вращения в вектора Чг, а трансформаторная

ЭДС определяется изменением модуля этого вектора, Выражение {2) описывает процессы для постоянной частоты вращения системы координат.

В частотно-управляемом электроприводе в динамических режимах зто условие нарушается, тэк как наблюдается скольжение одного вектора относительно другого. С учетом неравномерности вращения системы координат в выражении (2) появляется дополнительный член j ЛNL>ls, характеризующий так называемое динамическое скольжение. Выражение для полной ЭДС Е двигателя может быть представлено в следующем аиде:

1677840

В переходных режимах вектор тока начнет ускоряться относительно потокосцепления и появится дополнительная составляющая скольжения, определяемая последним членом уравнения (3). Учет этой составляющей требует получение производной от угла Р, которая упрощенно может быТь представлена производной от модуля тока 1,„, а затем использована для коррекции частотного сигнала изменения задания на преобразователь 16 напряжение-частота и соответственно регулируемых составляющих тока двигателя.

Частотно-управляемый электропривод работает следующим образом.

На входы регуляторов 3 и 4 составляющих токов и на вход преобразователя 16 напряжение-частота подается сигнал задания U3. В блоке 5 вычисления задающих переменных из опорных гармонических сигналов по заданным сигналам Од и 0ч начинают формироваться гармонические функции задающих переменных, из которых формируются трехфазные управляющие сигналы для силового преобразователя 2 частоты, выходное напряжение которого подается на асинхронный двигатель 1. Фаэные токи измеряются датчиками 7 фазных токов и подаются на блок 8 преобразования фазных токов, который осуществляет переход иэ трехфаэнай системы координат в двухфазную. Блок 10 определения составляющих напряжения па фазным напряжениям осуществляет переход из трехфазнай системы координат в двухфазную. Выходные сигналы блоков 8, 10 и выходной сигнал преобразователя 16 напряжение-частота подаются на блок 9 вычисления текущих переменных, в катарам определяются составляющие ЭДС. формирующие обратные связи для регуляторов 3 и 4. Кроме того, блок 9 формирует опорные гармонические сигналы для перехода задающих воздействий от вращающейся системы координат к неподвижной.

Таким образом блок 9,вычисления текущих переменных в соответствии с нагрузкой, параметрами двигателя и величиной задающего сигнала определяет составляющие ЭДС 6э и 12зя, которые являются сигналами обратных связей регуляторов 3 и 4.

Система регулирования формирует требуемое значение напряжения на выходе силового преобразователя 2 для поддержания на заданном уровне значений составляющих ЭДС.

Для повышения быстродействия в блоке 11 определения модуля тока so вращающейся системе координат при переходе

45 выходного сигнала Iq блока 8 преобразования фазных токов через нуль срабатывает блок 18 синхронизации и ключ 17 начинает прспускать псследовательность импульсов. В блоке 19 преобразования координат из последовательности импульсов л сигналаы и iq формируется результирующий вектор тока ва вращающейся системе координат. Так к:»,;ê :.переход ва вращающуюся систему координат пра»схОдит тогда, когда вектор тОка совпадает с действительной осью, та на выходе блока

19 преобразования координат появляется сигнал, пропорциональный модулю така

1и-„который подается на дифйеренциатар

20, на выходе которого появляется производная модуля така, KoTopéÿ в масштабном усилителе 21 умножается на коэффициент

Коэффициент передачи масштабнага усилителя 22 подбирается экспеаиментальна, Таким образам, при набрасе нагрузки на выходе дифференциатара 20 появляется сигнал, который через масштабные усилители 21 и 22 падается на сумматоры 13-15, При набргсе нагрузки выходной сигнал суммгтарав 13 и 4 ум".ньшaетcя, чта приводит к расту задания (составляющих 0д v

Оч) на выходе регуляторов 3 и 4, дднсвре енна нг выходе сумматарэ 15 сигнал увеличивается, чта приводит к расту задающей частоты вращения поля дви ателя, Одновременное увеличение задающих сигналов на выходе peryr.ÿòîðîí 3 и 4 составляющих токов и задающей частсты силового преобразователя 2 частоты спасабс-вует уменьшению динамических посадок частоты вращения при нагрузке и расширению диапазона регулирования.

Формула изабр-.òåíèÿ

Частотно-управляемый электрапривад па авт. св. bh 1372581, а т л и ч а ю шийся тем, чта, с цельс улучшения динамических показателей путем повышения быстродействия, в него введены блок определения модуля така ва вращающейся системе координат с частотным и таковым входами,дифференцирующий блок с двумя выходами и три сумматора, причем частотный вход названного блока определения модуля тока подключен к выходу преобразователя напряжение — частота, а токовый вход — к выходу блока преобразования фаэных таков, а выход блока определения модуля тока во вращающейся системе координат подключен ко входу дифференцирующего блока, первый выход которого соединен с первым входом первого сумматора, а вто1677840 рой выход — с первыми входами второго и третьего сумматоров, вторые входы и выходы первого и второго сумматоров подключены соответственно к выходам блока вычисления текущих переменных и к входам регуляторов составляющих тока статора, второй вход и выход третьего сумматора подключены соответственно к выходу блока задания управляющего сигнала и к входу

5 преобразователя напряжение — частота.

Составитель А. Жилин

Редактор В. Фельдман Техред M.Mîðãåíòàë Корректор И, Король

Заказ 3121 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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