Устройство для регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя

 

Изобретение относится к электротехнике , в частности к частотно-регулируемым электроприводам на базе асинхронного короткозамкнутого двигателя и преобразователя частоты. Цель изобретения - повышение точности регулирования и улучшение динамических свойств путем увеличения быстродействия, Указанная цель достигается тем, что в устройство введены датчик 20 температуры асинхронного электродвигателя 2, блок 21 умножения, второй сумматор 22 и фильтр 23 нижних частот. Блок 19 обратного преобразования координат снабжен дополнительным входом, подключенным через указанные фильтр, сумматор и блок умножения к выходу регулятора 8 скольжения. Блок фазных ЭДС 17 снабжен дополнительной группой входов, подключенной к выходам датчиков 3-5 фазных токов. При этом обеспечивается температурная компенсация частоты скольжения и напряжения питания двигателя от нагрева его обмоток, компенсация падения напряжения от тока на индуктивных сопротивлениях фаз статора, а следовательно, более точное вычисление сигнала обратной связи, повышение жесткости механических характеристик двигателя и увеличение точ ности регулирования скорости. 2 ил. сл с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л Н 02 Р 7/42

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2 (21) 4693957/07 (22) 23.05.89 (46) 07.10.91. Бюл. М 37 (71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт релестроения (72) И.И.Гудков, А.А.Сушвнцов и Н.П,Чернов (53) 621.313.333 (088,8) (56) Эпштейн И.И. Автоматизированный электропривод переменного тока, М.: Энер- . гоиздат, 1982.

Авторское свидетельство СССР

М 1534736, кл. Н 02 Р 7/42, 1987. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ

-ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ АСИНХРОННОГО

ЭЛ Е КТРОДВ ИГАТЕЛ Я (57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к частотно-регулируемым электроприводам на базе асинхронного короткозамкнутого двигателя и преобразователя частоты. Цель изобретения повышение точности регулирования и улуч„.,59„„1683166 А1 шение динамических свойств путем увеличения быстродействия. Указанная цель достигается тем, что в устройство введены датчик 20 температуры асинхронного электродвигателя 2, блок 21 умножения, второй сумматор 22 и фильтр 23 нижних частот.

Блок 19 обратного преобразования координат снабжен дополнительным входом, подключенным через указанные фильтр, сумматор и блок умножения к выходу регулятора 8 скольжения. Блок фазных ЭДС 17 снабжен дополнительной группой входов, подключенной к выходам датчиков 3-5 фазных токов, При этом обеспечивается температурная компенсация частоты скольжения и напряжения питания двигателя от нагрева его обмоток, компенсация падения напряжения от тока на индуктивных сопротивлениях фаз статора, а следовательно, более точное вычисление сигнала обратной связи, повышение жесткости механических характеристик двигателя и увеличение точ" ности регулирования скорости, 2 ил.

1683166

Изобретение относится к электротехнике, в частности к частотно-регулируемым электроприводам на базе асинхронного короткозамкнутого двигателя и преобразователя частоты, и может найти применение в различных отраслях промышленности на механизмах, требуемый диапазон регулирования скорости которых не превышает 1:20.

Цель изобретения — повышение точно- 10 сти регулирования и улучшение динамичеСких свойств путем увеличения быстродействия.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства для регулирования часто- 15 ты вращения асинхронного электродвигателя; на фиг.2 — векторные диаграммы.

Устройство для регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя содержит силовой преобразователь 1 часто- 20 ты (фиг.1) с выходами для подключения к фазам асинхронного электродвигателя 2 и с входами для подключения к питающей сети, датчики 3 — 5 фазных токов, последовательно соединенные задатчик 6 частоты вращения, 25 элемент 7 сравнения и регулятор 8скольжения, блок 9 прямого преобразования координат с тремя входами и двумя группами выходов, первая из которых подключена к 30 входам первого преобразователя 10 числа фаз, первый сумматор 11 и задатчик 12 тока намагничивания, подключенные выходами соответственно к первому и второму входам блока 9 прямого преобразования коорди- 35 нат, третий вход которого соединен с выходом регулятора 8 скольжения, регуляторы

13-15 фазных токов, входы каждого из которых подключены к соответствующемувыходу первого преобразователя 10 числа фаз и 40 к выходу соответствующего датчика 3 — 5 фазных токов; блок 16 управления преобразователем 1 частоты, подключенный входами к выходам регуляторов 13 — 15 фазных токов, а выходами — к соответствующим уп- 45 равляющим входам силового преобразователя 1 частоты, блок 17 фазных ЗДС, первая группа входов которого предназначена для подключения к фазам асинхронного электродвигателя 2, а выходы соединены с входа- 50 ми второго преобразователя 18 числа фаз, блок 19 обратного преобразования координат с двумя группами входов, первая из которых подключена к соответствующим выходам второго преобразователя 18 числа фаз, а вторая — к второй группе выходов блока 9 прямого преобразования координат. Выход блока 19 обратного преобразования координат подключен к другому входу элемента 7 сравнения, В устройство для регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя введены датчик 20 температуры асинхронного электродвигагеля 2, блок 21 умножения, второй сумматор 22 и фильтр 23 нижних частот, блок 19 обратного преобразования координат снабжен дополнительным входом, образованным дополнительным входом сумматора 24 на его выходе, Блок 17 фазных ЭДС снабжен дополнительной группой входов, подключенной к выходам датчиков 3 — 5 фазных токов. При этом первый вход блока 21 умножения подключен к выходу датчика 20 температуры, а выход соединен с первыми входами первого

11 и второго 22 сумматоров. Второй вход сумматора 22 объединен с вторым входом блока 21 умножения и подключен к выходу регулятора 8 скольжения, Выход сумматора

22 через фильтр нижних, частот подключен к дополнительному входу блока 19 обратного преобразования координат, выход которого соединен с вторым входом сумматора 11.

Блок 9 прямого преобразования координат выполнен с преобразователем 25 аналог— частота, счетчиком 26 импульсов, формирователями 27 и 28 функций синуса и косинуса соответственно, преобразователями 29 — 32 код — аналог и сумматорами 33 и 34, выходы которых образуют первую группу выходов блока 9, Выход преобразователя 25 через счетчик 26 импульсов подключен к входам фор .рователей 27 и 28, выходы которых образуют вторую группу выходов блока 9 и подключены, кроме того, к попарно объединенным первым входам преобразователей

29, 32 и 30, 31, Вторые входы преобразователей 31 и 32 объединены и образуют первый вход блока 9. Вход преобразователя 25 образует второй вход блока 9, а объединенные вторые входы преобразователей 29 и 30 — третий вход блока 9 прямого преобразования координат. Выходы преобразователей

29 и 31 подключены к входам сумматора 33, а выходы преобразователей 30 и 32 — к входам сумматора 34, Блок 19 обратного преобразования координат выполнен с преобразователями 35 и 36 код — аналог, инвентирующим усилителем 37 и сумматором 24.

Первые и вторые входы преобразователей 35 и 36 образуют соответственно первую и вторую группу входов блока 19. Выход преобразователя 36 непосредственйо, а выход преобразователя 35 через инвертирую-. щий усилитель 37 подключены к входам сумматора 24, выход которого образует выход блока 19 обратного преобразования координат.

1683166

20

40

50

В случае применения двухфазного асинхронного электродвигателя 2 необходимость в установке преобразователей 10 и

18 числа фаз отпадает. Силовой преобразователь 1 частоты может быть выполнен на основе автономного инвертора или преобразователя частоты с непосредственной связью.

Устройство для регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя работает Следующим образом.

В исходном состоянии сигнал на выходе эадатчика 6 частоты вращения отсутствует, а сигнал на выходе задатчика 12 соответствует заданию номинального тока намагничивания асинхронного электродвигателя.

Сигнал на выходе регулятора 8 равен нулю.

Выходная частота преобразователя 25 аналог — частота также равна нулю, На выходах формирователей 27 и 28 образуются коды синуса и косинуса, соответствующие начальному состоянию счетчика 26 импульсов, Ка выходах преобразователей 31 и 32 код— аналог имеем сигналы; Ip sin 0, исоэд, где Π— угол, соответствующий начальному состоянию счетчика, На выходах преобразователей 29 и 30 код — аналог сигналы равны нулю.

На выходе преобразователь 10 числа фаэ имеет трехфазную систему сигналов:

Ip sin О, lp sin (О ) lp sin (0+2 Л/3),, в соответствии с которыми и с помощью регу— ляторов 13 — 15 тока в фазах двигателя поддерживаются постоянные токи, не создающие вращающего момента двигателя.

При появлении сигнала на выходе задатчика частоты вращения 6 на выходе регулятора 8 формируется сигнал задания активной составляющей тока статора Ia асинхронного двигателя, Одновременно регулятор 8 задает частоту скольжения двигателя, равную 2 а,, где в, — частота скольжения двигателя, пропорциональная активной составляющей тока статора, в Гц

Задатчик 12 тока намагничивания (1в) формирует сигнал задания реактивной составляющей тока статора. На выходах сумматоров 33 и 34 блока 9 прямого преобразования координат формируются, два сигнала задания токов статора

l1 = }П1 S ln (а 1 = P ), I2 = Ign C0S (В 1 + Р ), где Ifn = Ia + 1; p = агля 4/Ip °

С помощью преобразователя 10 два сигнала задания токов преобразуются в трехфазную систему задания токов статора, в соответствии с которыми в фазах двигателя формируются токи и создается вращающий момент.

Использование в данном устройстве зависимого от частоты вращения (ЭДС) формирования чэс оты питания двигателя ээ счет подключен,,я выхода сумматора 24 блока 19 обратног.: преобразования координат к входу преобразователя 25 аналог — частота через сумматор 11 обеспечивает рабо госпособность электропривода в режимах разгона и торможения беэ ээдатчикэ интенсивности.

При работе двигателя на установившейся частоте вращения напряжения в фазах А, В, и С на входе блока 17 фэзных ЭДС изменяются следующим образом:

ОА = U з1п м t; 0в = U sin (м t— — 2Л /3 );

Uc = U sin (cu t + 2 7г/3 ), В блоке 17 фаэных ЭДС из напряжений фаз двигателя вычитаются падения напряжения на активных и индуктивных сопротивлениях фаэ статора от тока статорэ li (фиг.2).

ЭДС фазы двигателя формируется в соответствии с выражением

Е1 = U1 — IR1 — )11х1, где Е1 — ЭДС фазы двигателя;

I1R1 — падение напряжения нэ активном сопротивлении фазы статора от тока статора; !

11х1 — падение напряжения на индуктивном сопротивлении фазы стэторэ от тока !

1.

На выходе преобразователя 18 числа фэз получает двэ сигнала:

Еа = EA — — (Ев — Ес ), 1

Еф 2 (Ев — Ес)

V3

На выходе блока 19 обратного преобразования координат имеем: — Евсоэ ф, где Еп1 — сигнал. пропорциональный амплитуде ЭДС фазы двигателяФ угол между векторами ЭДС Е1 и напряжЕния 01, Сигнал с выхода сумматора 24 блока 19 обратного преобразования координат пропорционален частоте вращения двигателя.

При работе двигателя на холостом ходу сигнал с задатчика 6 частоты вращения равен сигналу обратной связи с выхода блока

19 обратного преобразования, поэтому сигнал на выходе регулятора 8 скольжения близок к нулю.

При набросе нагрузки ток и напряжение двигателя в первый момент сохраняются постоянными. Не менается и сигнал обратной связи с выхода блока 19. В этом случае час1683166

20

55 тота вращения двигателя начинает снижатьСя и в токе фаз двигателя появляется активная составляющая, создавая вращающий момент. Одновременно, поскольку заданное значение тока не меняется, уменьшаетСя реактивная составляющая, т.е. уменьшается ток намагничивания, а значит, уменьшается и ЭДС фаз двигателя, уменьшая сигнал обратной связи с выхода блока

19.

Поскольку в блоке 17 фазных ЭДС иэ напряжений фаз двигателя вычитаются падение напряжения на активных и индуктивных сопротивлениях фаз статора, аналоговый сигнал с выхода блока 19 обратного преобразования координат уменьшается, что приводит к увеличению сигнала на выходе регулятора 8 скольжения, т.е. к увеличению активной составляющей тока стагора.

Одновременно с увеличением активной

Составляющей тока статора увеличивается и частота задания токов статора на величину в, что приводит к восстановлению прежней частоты вращения двигателя..

Таким образом, согласование задания частоты питания в зависимости от частоты вращения электродвигателя, которое в предлагаемом устройстве обеспечивается эа счет подключения выхода блока 19 обратного координатного преобразователя к входу преобразователя 25 аналог — частота через сумматор 11, позволяет при резких изменениях задания частоты вращения достичь за короткое время установившейся частоты вращения, а при кратковременном останове привода в случае приложения статического момента, превышающего критический момент, восстановить заданную частоту вращения, Это повышает динамические свойства устройства в сравнении с из- вестным решением.

По мере нагрева электродвигателя сопротивление его обмоток увеличивается, что приводит к увеличению тока намагничивания двигателя и, как следствие, к уменьшению ак ивной составляющей тока статора, При этом сигнал на выходе блока

"9 обратного координатного преобразователя независимо от температурного состояния при неизменной скорости двигателя остается неизменным, так как одновременно с увеличением температуры двигателя возрастающий сигнал с выхода сумматора

22 через фильтр 23 компенсирует увеличивающийся суммарный сигнал преобразователя 36 код — аналог и инвертора 37, что позволяет повысить точность формирования сигнала обратной связи, а тем самым, и точность регулирования частоты вращения в электроприводе.

Формула изобретения

Устройство для регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя, содержащее силовой преобразователь частоты с входами для подключения к питающей сети и входами для подключения к фазам асинхронного электродвигателя, датчики фазных токов, последовательно соединенные задатчик частоты вращения, элемент сравнения и регулятор скольжения, блок прямого преобразования координат с тремя входами и двумя группами выходов, первая из которых подключена к входам первого преобразователя числа фаз, первый сумматор и задатчик тока намагничивания, подключенн ые . выходами соответственно к первому и второму входам блока прямого преобразования координат, третий вход которого соединен с выходом регулятора скольжения, регуляторы фазных токов, входы каждого из которых подключены к соответствующему выходу первого преобразователя числа фаз и выходу соответствующего датчика фазного тока, блок управления преобразователем частоты, подключенный входами к выходам регуляторов фазных токов, а выходами — к соответствующим управляющим входам силового преобразователя частоты, блок фазных ЗДС, первая группа входов которого прег эзначена для подключения к фазам асинхронного электродвигателя, а выходы соединены с входами второго преобразователя числа фаз, блок обратного преобразования координат, выполненный с сумматором на выходе и двумя группами входов, первая из которых подключена к соответствующим выходам второго преобразователя числа фаз, а вторая — к второй группе выходов блока прямого преобразования координат, при этом выход блока обратного преобразования координат подключен к другому входу элемента сравнения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и улучшения динамических свойств путем увеличекия быстродействия, введекы датчик темпсратуры асинхронного электродвигателя, блок умножения, второй сумматор и фильтр нижних частот, блок обратного преобразования координат снабжен дополнительным входом, образованным дополнительным входом сумматора на его выходе, а блок фазных

ЭДС снабжен дополнительной группой входов, подключенной к выходам датчиков фазных токов, при этом первый вход блока умножения подключен к выходу датчика температуры асинхронного электродвигатеСоставитель А, Жилин

Редактор А, Козориз Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор M. Шэроши

Заказ 3421 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 ля, выход блока умножения соединен с первыми входами первого и второго сумматоpo8 8TopoA вход BTopof о сумматора объединен с вторым входом блока умноже-ния и подключен к выходу регулятора сколь- 5 жения. выход второго сумматора чере фильтр нижних частот подключен к дополни. тельному входу блока обратного преобразоа=-.ния коогдинат выход которого соедин..н с втор.-м входом: .гroão сумматора,