Асинхронный электропривод

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при разработке частотно-регулируемых электроприводов. Целью изобретения -является расширение функциональных возможностей путем обеспечения режима работы на упор при сохранении высоких энергетических показателей. Асинхронный электропривод включает неуправляемый выпрямитель 1, сглаживающий фильтр 2, автономный инвертор 3 напряжения, нагруженный на асинхронный электродвигатель 4. Датчик 5 выходного напряжения инвертора и датчика 6 тока связаны с блоком 7 выделения ЭДС двигателя. Система управления и регулирования электропривода содержит блок 8 задания, сигнал которого через дополнительный сумматор 9 связан с входом генератора 10 тактовых импульсов, а также с одним из двух плюсовых входов трехвходового сумматора 11. С помощью генератора 10, генератора 13 развертывающего линейно изменяющегося напряжения и каналов формирования Фронтов выходных импульсов, включающих суммирующие и логические элементы 20-32 и 36-47, в системе реализуется алгоритм плавного широкодиапазонного изменения формы кривой выходного напряжения преобразователя при постоянстве отношения величины напряжения к частоте. Сигнал, пропорциональный суммарной текущей на полупериоде продолжительности выходных импульсов, формируется на выходе многовходового сумматора 48. При помощи результирующего сигнала на выходе интегратора 49 в системе осуществляется астатическое регулирование величины ЭДС двигателя . Одновременно канал управления, включающий датчик 17 тока на выходе выпрямителя 1, делители 15 и 16, источник 19 опорного напряжения и сумматор 18, осуществляет выделение сигнала, пропорционального текущему значению электромагнитного момента асинхронного электромагнитного момента асинхронного электродвигателя. Указанный сигнал поступает в основной контур регулирования системы, расширяя тем самым ее функциональные возможности . 2 ил. О ю

COIC3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 Н 02 P 7/42

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4699104/07 (22) 31.05,89 (46) 07.12.91. Бюл, ¹ 45 (71) Отдел энергетической кибернетики

АН МССР (72) B.È,Îëåùóê (53) 62-83:621.313:333.077(088,8) (56) Толстов Ю.Г, Автономные инверторы тока. M.: Энергия, 1978..

Автономные инверторы./Под ред, Г,В, Чалого. Кишинев; Штиица, 1974, с.224287.

Там же, с 193-201., Авторское свидетельство СССР

¹1492434,,кл,,Н 02 М 7/48, 1987.

Авторское свидетельство СССР

¹ 11660077007700, кл. Н 02 P 7/42, 1988. (54) АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при разработке частотно-регулируемых электроп риводов, Целью изобретения .является расширение функциональных возможностей путем обеспечения режима работы на "упор" при сохранении высоких энергетических показателей.

Асинхронный электропривод включает неуправляемый выпрямитель 1, сглаживающий фильтр 2, автономный инвертор 3 напряжения, нагруженный на асинхронный электродвигатель 4, Датчик 5 выходного напряжения инвертора и датчика 6 тока связа,ны с блоком 7 выделения ЭДС двигателя, Система управления и регулирования элек!

Ы„„1697252 А1 тропривода содержит блок 8 задания, сигнал которого через дополнительный сумматор 9 связан с входом генератора 10 тактовых импульсов, а также с одним из двух плюсовых входов трехвходового сумматора

11. С помощью генератора 10, генератора

13 развертывающего линейно изменяющегося напряжения и каналов формирования фронтов выходных импульсов, включающих суммирующие и логические элементы 20 — 32 и 36 — 47, в системе реализуется алгоритм плавного широкодиапазонного изменения формы кривой выходного напряжения преобразователя при постоянстве отношения величины напряжения к частоте. Сигнал, пропорциональный суммарной текущей на полупериоде продолжительности выходных импульсов, формируется на выходе многовходового сумматора 48. При помощи результирующего сигнала на выходе интегратора 49 в системе осуществляется астатическое регулирование величины ЭДС двигателя. Одновременно канал управления, включающий датчик 17 тока на выходе выпрямителя 1, делители 15 и 16, источник 19 опорного напряжения и сумматор 18, осуществляет выделение сигнала, пропорционального текущему значению электромагнитного момента асинхронного электромагнитного момента асинхронного электродвигателя, Указанный сигнал поступает в основной контур регулирования системы, расширяя тем самым ее функциональные возможности. 2 ил, 1697252

Изобретение относится к злектротехниКр. и может быть использовано при разработке систем частотно-регулируемогс электропривода переменного тока.

Целью изобретения является расшире- 5 ние функциональных возможностей системы электропривода путем обеспечения режима работы на "упор" при сохранении высоких энергетических показателей.

На фиг. 1 представлена функциональ- 10 ная схема системы асинхронного электропривода; на фиг, 2 изображены временные диаграммы, поясняющие алгоритм формирования выходных сигналон преобразователя частоты. 15

Асинхронный электропривод содержит преобразова ель частоты со звеном постоянного тока, составленный из последовательно соединенных неуправляемого выпрямителя 1, сглаживающего фильтра 2 ?0 и трехфазного инвертора 3 напряжения, управляемого по широтно-импульсному алгоритму с последовательным уменьшением числа выходных импульсов при росте частоты, К выходу иннертора 3 напояже- 25 ния подключен асинхронный эг ектродвигатель 4, На зыходе инвертора 3 напряжения включены датчик 5 напряжения и датчик 6 тока, выходы которых соединены с входами блока 7 выделения ЗДС ЗО электродвигателя 4, Выход блока 8 задания сигнала управления соединен с вторым входом дополнительного двухнходового сумматора 9, выход которого подключен к входу генератора 10 тактовых импульсов, 35

Выход блока 8 задания сигнала управления подключен к первому плюсовому входу первого трехвходового сумматора 11, минусовой вход которого соединен с нь,ходом блока 7 выделения ЭДС электроднига- 40 теля 4, Выход генератора 10 тактовых импульсон подключен к входам трехраэрядного регистра 12 и генератора 13 линелно изменяющегося напряжения, к выходу которого подключен вход датчика 14 амплитуды линейно изменяющегося напряжения. Выход датчика 14 соединен с вторым входом второго делителя 15, выход которого подключен к первому входу третьего делителя

16, вторым входом подключенного к выходу датчика 17 тока, вкг юченного на выходе выпрямителя 1. Выход делителя 16 соединен = минусовым входом первого двухвходоного сумматора 18, плюсовой вход которо-о подключен к выходу первого источника 19 опорного напряжения, а выход сумматора 18, зашунтиронанный диодом, .подключен к первому входу сумматора 9, В состав системы входят также каналы формирования фронтов выходных импульсов, общее количество и которых должно быть на единицу больше максимального количества формируемых фронтов внутри половины тактового интервала, имеющего протяженность 60 эл. град. В общем случае n =- К+1, где N — выраженный в числовой форме диапазон связанного регулирования частоты и величины напряжения преобразователя. Соответственно максимальное число выходных импульсов е полуволне линейного выходного напря>кения преобразователя, наблюдаемое на начальной частоте, при этом находится как

2п-1. Для определенности принято, что для анализируемого варианта структуры системы n = 6, максимальное количество выходных импульсов в полуволне линейного выходного напряжения при этом равно одиннадцати.

В состав каждого из каналов формирования фронтов выходных импульсов входят ключи 20 — 25, выходы которых связаны с первыми входами одноименных формирователей фронтов выходных импульсов, выполненных н виде компараторов 26-31, выход каждого из которых подключен к соответствующему входу шестивходового логического элемента ИЛИ 32,. выходом подключенного к входу счетного триггера

ЗЗ, выход которого соединен с информационным входом распределителя 34 управляющих импульсов, тактовые входы которого подключены к выходам регистра 12, а выход — к управляющему нходу инвертора 3 напряжения, Вторые входы компараторов объединены и подключены к выходу генератора 13 линейно изменяющегося напряжения, Выход второго источника 35 опорного наг1ряжения подключен к плюсовым входам второго 36 и третьего 37 двухвходоных сумматоров и к второму и третьему плюсовым входам второго 38 и третьего 39 трехвходовых сумматоров. Выходы сумматоров

36 — 39 подключены соответственно к информационным входам второго — пятого ключей 21-24. Выходы сумматоров 36, 37 подключены соответственно к первым входам первых схем 40 и 41 сравнения второй и первой групп соответственно, а выходы сумматорон 38 и 39 подключены соответственно к первым входам вторых схем 42 и 43 сравнения второй и первой групп, Вторые входы схем 40 — 43 сравнения объединены с информационным входом шестого ключа 25 и подключены к выходу f> T IKB 14 BMnflMT)i+bi линейно vl3 меняющегося напряжения, Управляющие входы первого, третьего и пятого ключей 20, 22 и 24 подключены к

1697252

1., 20 прямым выходам первой, второй и третьей схем 44, 41 и 43 сравнения первой группы, а управляющие входы второго и четвертого ключей 21 и 23 — к выходам первой и второй схем 40 и 42 сравнения второй группы. Управляющий вход шестого ключа

25 соединен с, выходом трехвходовой схемы ИЛИ 45, входы которой подключены соответственно к инверсному выходу схемы 44 сравнения и выходам двухвходовых схем И 46, 47. Первый вход первой схемы

И 46 обьединен с управляющим входом второго ключа 21, а.первый вход второй схемы И 47 — с управляющим входом четвертого ключа 23. Выходы первого, третьего, пятого и шестого ключей 20, 22,. 24 и

25 соединены с плюсовыми входами шестивходового сумматора 48, минусовые входы которого соединены соответственно с выходами второго и четвертого ключей 21 и.

23. Выходы сумматоров 48 и 11 подключены к минусовому и плюсовому входам интегратора 49, выход которого соединен с минусовыми входами сумматоров 36 — 39. Второй плюсовой вход сумматора 11 подключен к выходу первого делителя 50, входы которого соединены с выходами дополнительного источника 51 опорного напряжения и допол нительного датчика 52 напряжения на входе преобразователя частоты, Работа электропривода заключается в следующем.

Аналоговый сигнал задания, пропорциональный выходной частоте преобразователя частоты,.с выхода блока 8 через сумматор

9 подается на вход генератора 10 тактовых импульсов, задавая частоту следования тактовых импульсов генератора 10, которая на всем диапазоне регулирования в двенадцать раз выше частоты выходного нап ряжения и реобразователя. В ыходн ые импульсы генератора 10 синхронизируют работу генератора 13 линейно изменяющегося развертывающего напряжения, выходной сигнал U13 которого, как показано на фиг, 2, имеет постоянную в обе стороны крутизну и изменяющуюся обратно пропорционально частоте следования импульсов генератора 10 амплитуду, которая выделяется датчиком 14 амплитудьь Частота симметричного пилообразного напряжения U13 при этом в шесть раз превышает выходную частоту преобразователя. В моменты равенства сигналов на входах компэраторов 26 — 30 ими вырабатываются команды на формирование фронтов (показано на фиг. 2) импульсов кривой выходного напряжения преобразователя, количество которых в процессе связанного регулирования частоты и напряжения последовательно

55 уменьшается при росте выходной частоты, причем изменение числа импульсов осуществляется плавным безударным путем, Это обеспечивается работой логической части системы, включающей ключи 20-25, схемы 40 — 44 сравнения, элементы ИЛИ 45 и И 46-47.

Работа внутреннего регулятора системы базируется на принципе поддерживания постоянства суммы абсолютных продолжительностей сигналов управления (и выходныхх импульсов) внутри тактовых интервалов

60-градуснь;х продолжительностей с использованием корректирующего сигнала отрицательной обратной связи, снимаемого с датчика ЭДС двигателя, что позволяет реализовывать высокоэкономичный закон управления асинхронным электроприводом с постоянством потокосцепления статора электродвигателя, С этой целью приведенные друг к другу и к величине выходного сигнала делителя 50 значения сигнала задания с выхода блока 8 и сигнала блока 7 выделения ЭДС двигателя поступают соответственно на плюсовой и минусовой входы сумматора 11, в котором осуществляется их частичная взаимокомпенсация, Указанный рэзностный сигнал суммируется с выходным сигналом делителя 50. формирование которого, а также выбор амплитуды сигнала опорного источника 51 осуществляются таким образом, чтобы при минимальном питающем напряжении на входе преобразователя (выпрямителя 1), пропорционально которому вырабатывается амплитуда сигнала на выходе датчика 52, амплитуда напряжения

Бщ на выходе делителя 50 соответствова013макс

Ла ВЫражЕНИЮ 050 = ГДЕ 013макс максимальная амплитуда развертывающего напряжения генератора 13, наблюдаемая на начальной выходной частоте; N — кратность диапазона связанного регулирования частоты и напряжения преобразователя частоты системы электропривода. При увеличении,напряжения относительно минимального значения амплитуда результирующего опорного сигнала Ощ пропорционально уменьшается, что позволяет в случае изменения питающего напряжения обеспечить постоянство вольт-секундной площади полуволны выходного напряжения и линеаризовать тем самым регулировочную характеристику преобразователя.

Управляющее напряжение с выхода сумматора 11 поступает на интегратор 49, на входе которого сопоставляется с выходным сигналом многовходового сумматора

1697252

4S, результирующее напряжение на выходе которого благодаря соответствующему пвреключени!с ключей 20-25 на всем диапазоне регулирования пропорционально абсолютной величине суммарной на полупериоде продолжительности формируемых импульсов управления и соответственно вь!кодных импульсов преобразователя частоты, Изменением величины выходного сигнала интегратора 49, определяющего, как показачо на фиг. 2, продолжительность каждого из и>ипульсов выходной кривой, осуществляет=я автоматическое высокоточное (статическая ошибка регулировани>! Равна нул<о) связанное регулирование величлны и частоты вь!ходногo .напряжения по экономичному закону, обеспечивающему пропорционаг:ьное росту частоты увеличение внутренней

ЗДС двигателя.

Одновременно канал уг!Равления, включа!ощий связанные между собой датчик 17 среднего значения тока на выходе неуправляемого выпрямителя. делители 15 и 16, источник l9 опорного напряжения и сумматор

18, осуществляет выделение сигнала., пропорционального, электромагнитному моменту асинхронного электоодвигателя. В основе функционирования у:<аac\Hnof канала лежит тот факт, что при питании от преобразователей модуляционным принц!лпом формирования кривой выходного нзпряже" ния, в которых полувслна вь!ходного сигнала синтезируется из пос, едовательности прямоугольных импульсов одинаковых амплитуд и в которых регу! ирование выходногс напряжения осушестг!ляет. я путем изменения относительной продолжительности выходных импуль оа, момент двигатсля пропорционален величине тока на выходе выпрямителя, деленной на коэффициент глубины модуляции, В ка естве коэффи... иента глубины модуляции при этом дэл>!<на фигурировать величина, пропорци<>нальная отношению суммарной на полупериоде продолжительности выходных импульсов к текущей продол>китвг!ь!!ост!! одной третьей части периода вь!ходной частоты преобразователя, R рассматриваемой системе аналогом первей величинь! (делимого) выступает сигнал с выхода сумматора 48, а аналогом второй величины (делителя)— сигнал с вь!хода датчи!<а 14, пропорциональный текущей амплитуде развертыва!ощего напряжения 0",3. Сигнал, пропорционал! ный коэффициенту глубина! м.">Дул!!Ции, снимается с вьв<ода делитег!я 15 и поступает на вход делителя 16 обеспечлввя формирование на вь!ходе делителя 16 напряжения, пропорционального текущему значению электромагнитнс го момента двигателя (сле1О

1Г

2О

4О

50 дует отметить, что в качестве базового токового сигнала можно использовать и выпрямленный сигнал, снимаемый с шунтов, включенных на входе выпрямителя), Указанный сигнал с выхода делителя 16 поступает на минусовый вход сумматора 18, в котором сопоставляется с напряжением уставки, поступающим от источника 19 и пропорциональным максимально допустимому значению момента двигателя (коэффициенты передачи всех делителей, датчика

17 и амплитуда сигнала источника 19 дол>хны быть согласованы между собой). В номинальном режиме работы электропривода, когда величина опорного сигнала источника 19 больше амплитуды напряжения на выходе делителя 16, благодаря приведенному включению диода, шунтирующего в прямом направлении выход сумматора 18, канал выделения момента не оказывает влияния на процесс функционирования электропривода. В случае превышения выходным напряжением делителя 16 сигнала источника 19 отрицательный разностный сигнал поступает на вход сумматора 9 и способств !ет безынерционному снижению частоты выходного сигнала преобразователя и соответственно момента двигателя вплоть до момента равенства сигналов на входе сумматора 18.

Описанная структура информационной части системы электропривода, осуществляющая на всем диапазоне регулирования выделение пропорционального моменту электродвигателя управляющего сигнала, позволяет заметно расширить функциональные возможности асинхронного электропривода как за счет автоматического бь!строде! !ствующего ограничения момента. вплоть до осуществления режима работы на упор путем снижения выходной, частоты преобразователя, так и за счет реализации специаль!-!Ых режимов управления двигателем, при которых момент и частота должны соотноситься в определенной функциональной зависимости, обеспечивая высокие энергетические показатели, Для осуществления упомянутых спецрежимов в качестве источника 19 может быть использован функциональный преобразователь, выходной сигнал которого, как показано на фиг. 1 пунктиром, должен определяться величиной сигнала блока 8, Формула изобретения

Асинхронный электропривод, содержащий асинхронный двигатель, преобразователь частоты, составленный из последовательно соединенных неуправляемого выпрямителя, сглаживающего фильтра

1697252 и инвертора напряжения, выход которого соединен с фазными выводами асинхронного двигателя, датчики напряжения и тока, включенные в выходную цепь инвертора напряжения, выходы которых соединены = входами двухвходового блока выделения

ЭДС, логический блок распределения импульсов, выходом соединенный с управляющим входом инвертора напряжения, блок задания сигнала управления, связанный с первым плюсовым входом первого трехвходового сумматора, два источника опорного напряжения, генератор тактовых импульсов, соединенный выходом с входами генератора линейно изменяющегося напряжения и трехразрядного регистра, выходы которого подключены к тактовым входам логического блока распределения импульсов, причем к выходу генератора линейно изменяющегося напряжения подключен датчик амплитуды линейно изменяющегося напряжения, шесть формирователей фронтов выходных импульсов, каждый из которых выполнен в виде двухвходового компаратора, первые входы которых объединены и подключены к выходу генератора линейно изменяющегося напряжения, выход каждого компаратора соединен с одним из входов шестивходового логического элемента ИЛИ, выходом соединенного с входом счетного триггера, подключенного выходом к информационному входу логического блока распределения импульсов, шесть управляемых ключей, три двухвходовых сумматора, два трехвходовых сумматора, двухвходовой интегратор и шестивходовой сумматор, плюсовые входы которого соединены соответственно с вторыми входами первого, третьего, пятого и шестого компараторов, а минусовые входы — с вторыми входами второго и четвертого компараторов, второй вход каждого из компараторов подключен к выходу одноименного управляемого ключа, первую группу схем сравнения, в которой каждая схема сравнения выполнена с прямым и инверсным выходами, вторую группу схем сравнения, две двухвходовые схемы И и трехвходовую схему ИЛИ, первый вход которой соединен с инверсным выходом пер-. вой схемы сравнения первой группы, второй и третий входы — соответственно с выходами схем И„при этом первый вход первой схемы И объединен с управляющим входом второго управляемого ключа и подключен к выходу первой схемы сравнения второй группы, первый вход второй схемы И объединен с управляющим входом четвертого ключа и подключен к выходу второй схемы сравнения второй группы, управляю5

55 щие входы первого, третьего и пятого управляемых ключей подключены соответственно к прямым выходам схем сравнения первой группы, а управляющий вход шестого управляемого ключа соединен с выходом трехвходовой схемы ИЛИ, информационные входы второго, третьего, четвег того и пятого управляемых ключей связаны соответственно с выходами второго и третьего двухвходовых и второго и третьего трехвходовых сумматоров, первый вход второй схемы сравнения первой группы соединен с выходом третьего двухвходового сумматора. первый вход третьей схемы сравнения первой группы — с выходом третьего трехвходового сумматора, первые входы первой и второй схем сравнения вто рой группы подключены соответственно к выходам вторых двухвходового и трехвходового сумматоров, вторые входы всех схем сравнения и информационный вход шестого управляемого ключа объединены и подключены к выходу датчика амплитуды линейно изменяющегося напряжения, выход блока выделения ЭДС подключен к минусовому входу первого трехвходового сумматора, соединенного выходом с плюсовым входом двухвходового интегратора, минусовый вход которого подключен к выходу шестивходового сумматора, выход интегратора присоединен с информационному входу первого управляемого ключа, к первому входу первой схемы сравнения первой, группы, к минусовым входам вторых и третьих двухвходовых и трехвходовых сумматоров, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения режима работы на "упор" при сохранении высоких энергетических показателей, он снабжен дополнительным датчиком напряжения на входе преобразователя частоты и датчиком тока на выходе выпрямителя, дополнительным источником опорного напряжения, тремя делителями и двухвходовым дополнительным сумматором, при этом входы первого делителя связаны соответственно с выходами датчика напряжения на входе преобразователя и дополнительного источника опорного напряжения, выход первого делителя соединен с вторым плюсовым входом первого трехвходового сумматора, первый вход второго делителя соединен с минусовым входом интегратора, второй вход — с выходом датчика амплитуды линейно изменяющегося напряжения, а выход — с первым входом третьего делителя, второй вход которого подключен к выходу датчика тока на выходе выпрямителя, выход третьего делителя

1697252 связан с минусовым входом первого двухвходового сумматора, плюсовой вход которого присоединен к выходу первого источника опорного напряжения, а выход— к первому входу дополнительного двухвходового сумматора, второй вход которого связан с выходом блока задания сигнала управления. а выход подключен к входу генератора тактовых импульсов, выход второго источника опорного напряжения присоединен к плюсовым входам второго и

5 третьего двухвходовых сумматоров и к двум плюсовым входам второго и третьего трехвходовых сумматоров.

1697252

Фйт.2

Составитель В. Тарасов

Редактор Т. Юрчикова Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Л. Бескид

Заказ 4315 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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