Устройство для формирования сигналов задания тока и частоты при управлении автономным инвертором тока

 

Изобретение относится к электротехнике . Устройство содержит преобразователь 1 частоты, датчик выходных токов 4 и напряжений 5, блок 6 задания частоты, элемент 7 сравнения, регулятор 8 скорости, блок 9 управления током, двухпороговый компаратор 10, формирователь 11, преобразователь 12 узел 13 отпускания, узел 14 блокировки 4 ил

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1739458 А1 (19) (l () (я)5 Н 02 М 7/48 ()t Ugq2

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4490406/07 (22) 05.10.88 (46) 07.06.92, Бюл. N 21 (71) Научно-исследовательский электротехнический институт Производственного объединения "ХЭМЗ" (72) М.А.Гинзбург и И,И,Эпштейн (53) 621.314.27(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР .¹ 1078569, кл, Н 02 М 7/48, 1985.

Авторское свидетельство СССР

N 1334317, кл, Н 02 М 7/48, 1986, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ

СИГНАЛОВ ЗАДАНИЯ ТОКА И ЧАСТОТЫ

ПРИ УПРАВЛЕНИИ АВТОНОМНЫМ ИНВЕРТОРОМ ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнике. Устройство содержит преобразователь 1 частоты, датчик выходных токов 4 и напряжений 5, блок 6 задания частоты, элемент 7 сравнения, регуля1ор 8 скорости, блок 9 управления током, двухпороговый компаратор

10, формирователь 11, преобразователь 12. узел 13 отпускания, узел 14 блокировки, 4 ил.

1739458

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электроприводу переменного тока, и может быть использовано в устройстве управления асинхронным электроприводом на основе преобразователя частоты с автономным инвертором тока и асинхронного короткозамкнутого двигателя, Известно устройство управления частотно-регулируемым электроприводом, которое содержит преобразователь частоты с автономным ивертором тока, датчики BbIходного тока и напряжения, выходы которых соединены с первым и вторым входом формирователя сигналов потокосцеплений, а выход соединен с управляющим входом частоты преобразователя частоты.

Недостатком данного устройства является низкое качество регулирования, связанное с низкой точностью поддержания угла между вектором потокосцепления ротора и вектора основной гармоники тока статора из-за запаздывания между моментами подачи управляющих импульсов на тиристоры инвертора и моментом начала коммутации тока в фазах двигателя, обусловленного коммутационными процессами в инверторе, Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство управления частотно-регулируемым электроприводом, содержащее преобразователь частоты с автономным инвертором тока и двумя управляющими входами тока и частоты, датчики выходных токов и напряжений, последовательно соединенные блок задания скорости, элемент сравнения; регулятор скорости и блок управления током, выход которого соединен с управляющим входом тока и реобразователя частоты, дискриминатор режима, входом соединенный с выходом регулятора скорости, формирователь корректирующих сигналов, первый и второй входы которого соответственно соединены с выходами датчиков выходных токов и напряжений, регулятор частоты, первый вход которого подключен к выходу блока задания скорости, а выход соединен с управляющим входом частоты преобразователя частоты, и к вторым входам элемента сравнения.

Недостатком данного устройства является низкое качество регулирования при работе в области малых значений нагрузочного момента. Система работает в режиме периодического переключения из двигательного в генераторный режим, и наоборот, При этом происходит непрерывное колебание скорости в окрестностях требуемого значения.

Цель изобретения — повышение качества управления.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство управления частотно-регулируемым электроприводом, содержащее преобразователь частоты на основе автономно о инвертора тока с двумя управляющими входами тока и частоты, датчики выходных токов и напряжений, последовательно соединенные блок задания частоты, элемент сравнения, регулятор скорости и блок управления током, выход которого подключен к управляющему входу тока преобразователя частоты, дискриминатор режима, вход которого соединен с выходом регулятора скорости, формирователь корректирующих сигналов, первый и второй входы которого подключены к выходам датчиков выходных токов и напряжений, регулятор угла, первый вход которого подключен к выходу блока задания частоты, а выход соединен с управляющим входом частоты преобразователя и со вторым входом элемента сравнения, введены узел блокировки и узел отпускания, причем первый вход узла блокировки соединен с выходом дискриминатора режима, второй вход — с вторым выходом формирователя корректирующих сигналов, первый выход узла блокировки соединен с третьим входом формирователя корректирующих сигналов, а второй выход — с вторым входом узла отпускания, первый вход которого подключен к первому выходу формирователя корректирующих сигналов, а выход соединен с вторым входом регулятора угла.

На фиг, 1 представлена блок-схема устройства управления частотно-регулируемым электроприводом; на фиг. 2 — схема формирователя коррек ирующих сигналов; на фиг, 3 — схема узла отпускания и узла блокировки; на фиг. 4 — векторная диаграмма процессов в частотно-регулируемом электроприводе.

Устройство управления частотно-регулируемым электроприводом (фиг, 1) содержит преобразователь 1 частоты с автономным инвертором тока и двумя управляющими входами тока 2 и частоты 3, датчик выходных токов 4 и напряжений 5, последовательно соединенные блок 6 задания частоты, элемент 7 сравнения, регулятор 8 скорости и блок 9 управления током, выход которого подключен к управляющему входу 2 тока преобразователя 1 частоты, двухпороговый компаратор 10, вход которого соединен с выходом регулятора 8 скорости, формирователь 11 корректирующих сигналов, первый и второй входы которого соответственно соединены с выходами датчиков выходных токов 4 и напряжений 5, преобразователь 12 напряжения в частоту, 1739458

15 второй выход которого подключен к выходу

13 узла отпускания, первый вход которого соединен с первым выходом формирователя 11 корректирующих сигналов, узел 14 блокировки, первый вход которого соединен с выходом двухпорогового ком паратора 10, второй вход — c вторым выходом формирователя 11 корректирующих сигналов, первый выход подключен к третьему входу формирователя 11 корректирующих сигналов, а второй выход подключен к второму входу узла 13 отпускания, первый вход преобразователя 12 в частоту подключен к выходу блока 6 задания частоты, а выход соединен с управляющим входом 3 частоты преобразователя частоты 1 и с вторым входом элемента 7 сравнения.

Блок 6 задания частоты может быть выполнен в виде источника электрического сигнала или потенциометра, Регулятор 8 скорости — пропорционально-интегральный регулятср на основе операционного усилителя.

Блок 9 управления током — функциональный преобразователь на основе операционного усилителя с нелинейной обратной связью, Формирователь 11 корректирующих сигналов (фиг. 2) содержит суммирующий интегратор I5 сигналов потокосцеплений, первый и в. орой входы которого, образующие первый и второй входы формирователя

11 корректирующих сигналов, соединены с выходами датчиков выходных токов 4 и напряжений 5, формирователь 16 логических сигналов фактического тока, входом подключенный к выходу датчика 4 выходных токов, а выходом — к узлам 19 и 20 логического сравнения, выход интегратора 15 потокосцеплений соединен с входами формирователей 17 и 18 логических сигналов заданного тока в двигательном и генераторном режиме, входы логических блоков

19 и 20 соединены соответственно с выходами формирователей 17 и 18 логических сигналов заданного тока, первый и второй выходы блоков 19 и 20 соединены с информационным входом узла 21 выделения корректирующих сигналов, кроме того, второй вход блока 19 логического сравнения и первый вход блока 20 образуют второй выход формирователя 11 корректирующих сигналов и соединены с вторым входом узла 14 блокировки, управляющий вход узла 21 выделения корректирующих сигналов, образующий третий вход формирователя 11 корректирующих сигналов, соединен с первым входом узла 14 блокировки, а выход, образующий первый выход формирователя

11 корректирующих сигналов, соединен с первым входом узла 13 отпускания.

Узел 21 выделения корректирующих сигналов (фиг. 2) содержит четыре логических элемента И 22 на информационном входе и четыре логических элемента 2И вЂ” НЕ

23, выходы которых попарно соединены, один из входов каждого элемента соединен с выходом соответствующего элемента И 22, а второй — с одним из выходных сигналов узла 14 блокировки.

Узел 13 отпускания (фиг, 3) содержит логические элементы НЕ 24 и 25, входы которых образуют первый вход узла 13 отпускания, а выходы соединены с первыми входами логических элементов 2И вЂ” НЕ 26 и

27, вторые входы этих элементов образуют второй вход, а выходы — выход узла 13 отпуска ния, Узел 14 блокировки (фиг, 3) содержит логические элементы ИЛИ 28 и 29, входы которых образуют второй вход узла 14 блокировки, а выходы соединены с входами логического элемента ИЛИ 30, выходом подключенного к первым входам RS-триггеров 31 и 32, вторые входы которых образуют первый вход узла 14 блокировки, а выходы подключены к входам триггера, выполненных xa RS-триггерах 33 и 34, выходы которых образуют первый вход узла 14 блокировки, логический элемент 2И вЂ” НЕ 35. первый вход которого соединен с входом элемента 2И вЂ” НЕ 33, второй вход — с вторым входом RS-триггера 32, логический элемент

2И вЂ” НЕ 36, первый вход которого подключен к выходу элемента 2И вЂ” НЕ 34, второй вход к второму входу RS-триггера 31, выходы элементов 2И вЂ” НЕ 35 и 36 образуют второй выход узла 14 блокировки, Устройство работает следующим образом.

Питание асинхронного двигателя осуществляется от преобразователя 1 частоты с входами отработки задаваемых значений ,амплитуды тока 2 и задаваемого значения частоты 3. Выходная частота преобразования устанавливается блоком 6 задания частоты. Формирование сигнала, воздействующего на вход 3, осуществляется. преобразователем 12, на входы которого подают сигналы задания частоты с выхода формирователя 11 корректирующих сигналов. Формирователь 11 корректирующих сигналов включает в себя интегратор 15, в котором по измеренным сигналам тока и напряжения формируются сигналы потокосцеплений ротора, По гармоническим сигналам потокосцеплений с выхода интегратора 15 формируются гармонические сигналы, сдвинутые на заданный фиксированный, не за1739458

20

55 висящий от частоты угол в сторону опережения (формирователь 17 логических сигналов) и в сторону отставания (формирователь

18 логических сигналов заданного тока) от исходных сигналов потокосцеплений, которые соответствуют заданной фазе тока для двигательного и генераторного тормозного режима работы двигателя, В тех же формирователях 17 и 18 логических сигналов заданного тока в двигательном и генераторном режимах гармонические сигналы преобразуются в логические сигналы задания фазы тока, В формирователе 16 логических сигналов фактического тока, поступающие с выхода датчика 4 тока, сигналы тока двигателя преобразуются в логические сигналы фазы. фактического тока. В узлах 19 и 20 логического сравнения производится сравнение по фазе логических сигналов фактического тока и задания тока для двигательного режима (узел 19 логического сравнения) и для генераторного режима (узел 20 логического сравнения). В результате сравнения определяют знак и величину временной ошибки фактического тока по сравнению с заданным для двигательного и генераторного режимов. Селекция выходных сигналов производится в узле 21 выделения корректирующих сигналов, на выход формирователя 11 корректирующих сигналов поступают сигналы ошибки только для одного задания фазы тока в зависимости от задания режима работы (двигательный, тормозной) с выхода узла 14 блокировки, Сигналы ошибки с выходов формирователя 11 корректирующих сигналов через узел 13 отпускания поступают на входы корректирующего регулятора 12 угла. Если вектор фактического тока двигателя опережает заданный вектор тока, необходимо снизить выходную частоту инвертора, а если отстает — увеличить. Указанная операция регулирования частоты осуществляется в преобразователе 12. В результате на выходе корректирующего преобразователя 12 существует такой сигнал частоты, при котором фаза фактического вектора тока двигателя соответствует заданной..Сигнал фактической частоты преобразователя частоты 1 с выхода корректирующего преобразователя 12 сравнивается в элементе 7 сравнения с сигналом задания частоты с выхода блоков 6 задания частоты.

Ошибка воздействует на регулятор 8 скорости, выходной сигнал которого, являющийся сигналом задания момента, через функциональный преобразователь момент — ток (блок 9 управления током) поступает на вход

2 преобразователя частоты 1. Кроме того, знак сигнала с выхода регулятора 8 скорости в компараторе 10 преобразуется в соответствующий сигнал задания режима двигателя по знаку момента (двигательный или генераторный), который подается на узел 14 блокировки.

Система управления работает следующим образом.

Допустим, на валу двигателя существует нагрузочный момент. Задание момента (сигнал на выходе регулятора скорости 8) соответствует двигательному режиму, Соответствующий сигнал с выхода компаратора

10 через узел блокировки обеспечивает поступление на выход формирователя 11 корректирующих сигналов ошибки по фазе фактического тока двигателя относительно заданного для двигательного режима. Под действием выходных сигналов формирователя 11 корректирующих сигналов через узел 13 отпускания выходной сигнал преобразователя 12 сигнал задания частоты меняется таким образом, что ошибка по фазе сводится к нулю, Если нагрузочный момент на валу двигателя увеличился, то скорость двигателя начнет уменьшаться, и фактический ток двигателя начнет опережать задаваемый. Появившийся сигнал ошибки в формирователе 11 корректирующих сигналов вызовет уменьшение сигнала на выходе преобразователя 12 и, соответственно, снижение выходной частоты преобразователя частоты 1, Но снижение обратной связи (выходного сигнала преобразователя 12) в элементе 7 сравнения приведет к увеличению сигнала задания момента на выходе регулятора 8 скорости, что, в свою очередь, приведет к увеличению амплитуды тока двигателя и восстановлению прежнего значения выходного сигнала частоты, т,е. полному равенству сигналов в элементе 7 сравнения.

Аналогичные процессы протекают при снижении нагрузочного момента. Если момент нагрузки станет равным нулю, процесс установится при нулевом токе. Но инвертор тока не может работать при нулевом токе, необходимо сохранить ток на уровне 15/ номинального значения, Но это означает, что момент двигателя при сохранении неизменным узла 0 между вектором тока статора и вектором потокосцепления ротора не может стать нулевым, При полной разгрузке двигателя, несмотря на нулевое значение выходного сигнала регулятора 8 скорости, ток и момент двигателя существуют, двигатель разгоняется, и на выходе регулятора 8 скорости сигнал задания момента изменяет знак.

При этом изменившийся выходной сигнал компаратора 10 изменяет выходной сигнал формирователя 11 корректирующих

1739458

10 сигналов, на выход которого поступают сигналы ошибки по фазе фактического вектора

T тока относительно задания вектора тока для генераторного режима (фиг. 4). Двигатель переходит в тормозной режим. Скорость его снижается и уменьшается выходной сигнал задания частоты на выходе преобразователя 12. На выходе элемента 7 сравнения появляется сигнал, под действием которого изменяется знак выходного сигнала регулятора 8 скорости. В результате происходит обратный переход в двигательный режим, двигатель начинает разгоняться и т.д.

Для исключения автоколебательного режима работы двигателя, связанного с колебаниями скорости двигателя, предлагается способ управления, позволяющий исключить режим автоколебаний при малых нагрузках.

В формирователе 11 корректирующих сигналов формируются четыре сигнала (фиг.

4): сигналы опережения и отставания фактического тока двигателя относительно задания для двигательного режима Мд, Бд; сигналы опережения и отставания фактического тока двигателя относительно задания для генераторного режима Бг, Мг, В узле 14 блокировки содержится триггер задания режима, который устанавливается в состояние двигательного режима Д при поступлении сигнала Мд и в состояние задания генераторного режима Г при поступлении сигнала Бг, Сигналы Д и Г осуществляют селекцию сигналов Мд, Бд, Mr, Бг на выход формирователя 11 корректирующих сигналов, Сигналом Б разрешается прохождение сигналов Мд и Бд сигналом

à — прохождение сигналом Mr и Бг (узел 21 выделения корректирующих сигналов). На выходе компаратора 10 существует другая пара сигналов задания режима, которую обозначим Д и Г .

В узле 13 отпускания осуществляется дополнительная селекция выходных импульсов формирователя 11 корректирующих сигналов, Сигналом ДЛГ блокируется и

1 не поступает на выход узла 13 отпускания сигнал Б, а сигналом ГлД блокируется сиг1 нал M.

Допустим, двигатель нагружен, и вся система работает в установившемся режиме.

Существуют сигналы Д и Д, На выход фор1 мирователя 11 корректирующих сигналов поступают сигналы Мд и Бд.

Работа системы регулирования обеспечивает соответствие по фазе сигналов I и !д и полностью аналогична работе по.извест«ному способу. При полной разгрузке дви5

10 15

55 гателя изменится знак на выходе регулятора

8 скорости и появится сигнал Г вместо D, начнет выполняться условие одновременного существования сигналов Д и Г, при кото1 ром в узле 13 отпускания осуществляется блокировка сигнала Б. Двигатель ускоряется и сигнал отстает от сигнала . Но поскольку сигнал Б блокирован, регулятор частоты перестает корректировать сигнал задания частоты с выхода блоков. Оба сигнала на выходе элемента 7 сравнения равны, и выходной сигнал ПИ-регулятора скорости не меняется.

В результате двигатель работает при неизменном минимальном токе и переменном значении угла О, При нулевом и угле

О момент двигателя равен нулю.

Если появится нагрузочный момент, вектор I начинает уходить в опережение и при опережении вектора I B появляется сигнал Мд, который воздействует на корректирующий регулятор 12 угла. Частота преобразователя начинает снижаться, При этом на выходе элемента 7 сравнения появляется сигнал ошибки, который изменяет по знаку выходной сигнал регулятора 8 скорости. В результате вновь появляется сигнал Д и система при наличии сигналов Д и

Д работает так, как описано.

Если из режима холостого хода появится ускоряющий момент, двигатель перейдет в генераторный режим, вектор начнет отставать относительно вектора потокосцепления, Если вектор отстает от вектора ген, то сигналом Бг переключит триггер задания режима в состояние Г, получаем состояние наличия сигналов Г и Г и

1 обеспечивается соответствие по фазе сигналов I и !гeH. Двигатель устойчиво работает в генераторном режиме.

В результате применения предлагаемого устройства повышается качество регулирования преобразователя частоты в режиме малых моментов нагрузки, повышается стабильность работы данного преобразователя.

Формула изобретения

Устройство для формирования сигналов задания тока и частоты при управлении автономным инвертором тока содержащее задатчик частоты, выход которого подключен к первому входу элемента сравнения, выход которого через пропорционально-интегральный регулятор подключен к входам двухпорогового компаратора и блока управления током, преобразующего входной сигнал Х в выходной сигнал Y = VX выход которого используется в качестве выхода задания тока устройства, выход задатчика

1739458

12 частоты соединен с входом управления преобразователя напряжения в частоту с двумя входами коррекции частоты, выход которого используется в качестве выхода задания частоты устройства, и подключен к второму входу элемента сравнения, датчики выходных токов и напряжений инвертора, выходы датчиков токов подключены к входам первого формирователя логических сигналов и первым входам суммирующих интеграторов формирователя корректирующих сигналов, вторые входы суммирующих интеграторов подключены к выходам датчиков напряжений, в формирователе корректирующих сигналов выходы суммирующих интеграторов через второй и третий формирователи логических сигналов соединены с первыми входами двух логических блоков, вторые входы которых подключены к выходам первого формирователя логических сигналов, логические блоки реализуют логические функции

Б = 1а3 1с3 la V 1ьз 1аз Ib V lc31ьз 1с la3 Iсз 1а V IbÇ Iаз 1Ь V IcÇ lb3lc

M = 1аз 1ьз la V Ib3 1сз Ib V Ic3 lаз Ic V

V 1аЗ 1ьз la V IbÇ 1aÇ Ib V Ic3 Ia3 Ic где 1аз, Iьз, Ic3 — сигналы на их первых входах;

Iа1 1ь1 Ic — сигналы на вторых входах, Б и М вЂ” сигналы на первом и втором выходах, каждый выход обоих логических блоков через соответствующий элемент НЕ подключен к первому входу одного из четырех элементов И вЂ” НЕ, вторые входы первого и третьего, второго и четвертого элементов

И вЂ” НЕ соединены и используются в качестве вторых входов формирователя корректирующих сигналов, выходы первого и второго, третьего и четвертого элементов И вЂ” НЕ соединены с входами соответственно первого и второго элементов И, выходы которых используются в качестве первых выходов формирователя корректирующих сигналов, о тл и ча ю щ ее ся тем, что, с целью повыше5 ния качества управления, оно снабжено узлами блокировки и отпускания, узел блокировки содержит элемент ИЛИ, RSтриггер и два элемента И вЂ” НЕ, узел отпускания содержит два элемента НЕ и два

10 элемента И-Н Е, второй выход первого и первый выход второго логических блоков формирователя корректирующих сигналов используются в качестве вторых входов последнего, причем ь узле блокировки входы

15 элемента ИЛИ используются в качестве первых входов узла, выход элемента ИЛИ подключен к первым S u R-входам Rs-триггера, вторые S- u R-входы которого используются в качестве вторых входов узла, прямой и

20 инверсный выходы RS-триггера подключены к первым входам первого и второго элементов И вЂ” Н Е, вторые входы которых подключены соответствено ко вторым R- u

S-входам RS-триггера, выходы элементов

25 И вЂ” НЕ используются в качестве выходов узла, входы элементов НЕ узла отпускания используются в качестве входов узла, выходы элементов НЕ подключены к первым входам соответствуюших элементов И вЂ” НЕ, ЗО вторые входы которых соединены с выходами узла блокировки, выходы элементов И—

НЕ используются в качестве выходов узла отпускания, которые подключены к входам коррекции частоты преобразователя напря35 жения в частоту, входы узла отпускания подключены к первым выходам формирователя корректирующих сигналов, вторые выходы которого подключены к первым входам узла блокировки, вторые входы которого под40 ключены к выходам двухпорогового компаратора, а вторые входы формирователя корректирующих сигналов соединены с выходами узла блокировки.

1739458

1739458

0Гян

Составитель О.Парфенова

Редактор С.Патрушева Техред M.Моргентал Корректор О.Кравцова

Заказ 2008 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