Частотно-регулируемый электропривод Советский патент 1983 года по МПК H02P5/34 

Изобретение относится к устройствам для частотного регулирования асинхронных электродвигателей и может быть использовано в электроприво дах общепромышленного назначения с высокими требованиями по точности ре гулированйя скорости и с требованиями малых электромагнитных потерь в двигателях в пуско-тормозных режимах Известен частотно-регулируемый асинхронный электропривод, содержащий преобразователь частоты с двумя управляемыми выпрямителями, промежуточным звеном постоянного тока и инвертором,, устройство, моделирующее магнитное поле, вход которого подклю чек к фазам питания асинхронного дви гателя, а выход через первое устройство сравнения - к входу регулятора магнитного поля, датчик напряжения, вход которого соединен с входом инвертора, а выход через сумматор - с регулятором напряжения, выход которо го подключен к входу системы фазового управления. Электропривод содержит также контур регулирования тока, состоящий из двух датчиков тока, под ключенных к входу управляемых вьшрямителей и соединенных через сумматор с регулятором тока и через переключатель - с входом функционального генератора/ выход которого подключен к сумматору 1. Недостатком известного электропри вода является низкая точность регулирования скорости при различных моментах нагрузки, что объясняется отсутствием обратной связи по скорости. Кроме того, в электроприводе не обеспечивается стабилизация магнитного потока, что приводит к .электромагнитным потерям в двигателе. Наиболее близким к предложенному по техническому решению является частотно-регулируемый электропривод, содержащий асинхронный двигатель и вентильный преобразователь частоты с последовательно соединенными между собой управляемым выпрямителем, дросселем и автономным инвертором тока, подключенным к статорной обмотке асин хронного двигателя, последовательно соединенные нелинейный элемент, регулятор скольжения с подключенным к его другому входу датчиком скольжения и блок управления, выход которого подключен куправляющему входу автономного инвертора тока, последователь но соединенные коммутатор обратной связи по току, регулятор тока и блок фазоимпульсного управления, выход которого подключен к управляющему входу управляемого выпрямителя, датчик напряжения, подключенный параллельно дросселю и соединенный через сумматор с первым входом коммутатора обратной связи по току, датчик тока, подключенный к входу нелинейного элемента и через первый блок сравнения к входу коммутатора обратной связи По току, третий вход которого соединен с выходом регулятора тока, датчик скорости вращения, подключ.енный к одному входу второго блока сравнения, другой вход которого соединен с задатчиком скорости, а выход - с первым входом коммутатора обратной связи по скорости, выходом соединенного с регулятором скорости, выход которого подключен к одному входу третьего блока сравнения через функциональный преобразователь, а к второму входу коммутатора обратной связи по скорости и к третьему входу регулятора скольжения - непосредственно 2. Известный электропривод с помсяцью элемента обеспечивает стабилизацию магнитного потока в статических режимах при изменении момента сопротивления нагрузки. Кс 1мутаторы обратной связи по току и скорости и логический ключ позволяют получить высокую точность регулирования скорости и высокие параметр переходного процесса, такие как быстродействие и плавность. недостатком известного электропривода являются значительные злектромаг нитные потери в .двигателе, определяемые длительными неконтролируег-влми колебаниями магнитного потока в переходном режиме. Цель изобретения - уменьшение лектромагнитных потерь в двигателе. Указанная цель достигается тем, что частотно-рег улируемый электропривод, содержащий а 2инхронный двигатель и вентильный преобразователь частоты с последовательно соединеннымя мехшу собой управляемым выпрямителем, дросселем и автономным инвертором тока, подключенным к статорной обмотке асинхронного двигателя, последовательно соединенные нелинейный элемент, регулятор скольжения с подключенным к его другому входу датчиком скольжения и блок управления, выход которого подключен к управляющему входу автономного инвертора тока, пбс-ледовательНо соединенные коммутатор обратной связи по току, регулятор тока и блок фазоимпуль.сного управления, выход которого подключен к управляющему .входу управляемого выпрямителя, датчик напряжения, подключенный параллельно дросселю и соединенный через с первым входом ком1лутатора обратной связи по току, датчик тока, подкЛюченньай к входу нелинейного элемен а и через первый блок сравнен1ия к второму входу коммутатора обратной связи по току, третий вход которого соединен с выходом регулятора тока, датчик скорости вращения, подключенный к одному входу второго блока сравиения, другой вход которого соединен с задатчиком скорости, а выход - с первым входом, коммутатора обратной связи по скорос ти, выходом соединенного с регулятором скорости, выход которого подключен к одному входу третьего блока сравнения через функциональный прёоб разователь, а к второму входу кo № y татора обратной связи по скорости и к третьему входу регулятора скольжения - непосредственно, снабжен после довательно, соединенными преобразователем напряжения, подключенным к вхо ду автономного инвертора тока, че авртьам блоком сравнения моделью маг нитного потока и моделью ЭДС, выход которой соединен с одним входом четвертого блока сравнения, а второй вход - с датчиком скорости вращения и регулятором потока, вход которого объединен с входом сумматора и подключен к выходу третьего блока сравнения, а выход соединен с вторым входом первого блока сравнения, при этом второй выход модели магнитного потока соединен с вторьоу входом трет его блока сравнения, второй вход модели магнитного потока соединен с датчиком тока, а третий вход - с вых д;ом датчика скольжения. На фиг, 1 представлена структурная схема электропривода; на фиг.2 схема модели Магнитного потока; на фиг. 3 - схема модели ЭДС. Частотно-регулируемый электропривод содержит вентильный преобразователь частоты с последовательно соединенными между собой управляемьнии выпрямителем 1, дросселем 2 и автономным инвертором тока 3, подключенным к статорной обмотке асинхронного двигателя 4, Электропривод содержит также последовательно соединенные не линейный элемент 5, регулятор скольжения 6 и блок управления 7, выход которого подключен к управляющему входу автономного инвертора тока 3. Электропривод содержит последователь но соединенные коммутатор обратной связи по току 8, регулятор тока 9 и блок фазоимпульсного управления 10, выход которого подключен к управляющему входу управляемого выпрямителя Датчик напряжения 11 подключен па раллельно дросселю 2 и соединен Через сумматор 12с первым входом коммутатора обратной связи по току 8. Датчик тока 13 подключен к входу неЛинейного элемента 5, а через первый блок сравнения 14 - к второму входу коммутатора обратной связи по току 8 третий вход которого соединен с выхо дом регулятора тока 9. Датчик скорости вращения 15 подкл чей к одному входу второго блока сра нения 16, другой вход которого соеди нен с задатчикрм скорости 17, а выход - с первым входом коммутатора об ратной связи по скорости 18, выходом соединенного с регулятором скорости ;19. Выход регулятора скорости 19 подключен к одному входу третьего блока сравнения 20 через функциональный пре образователь 21. Кроме того, выход регулятора скорости 19 подключен к BiTopQMy входу ко.ммутатора обратной связи по скорости 18 и к третьему входу регулятора скольжения 6. Электропривод снабжен последовательно соединенными преобразователем напряжения 22, подключенным к входу автономного инвертора тока 3, четвертым блоком сравнения 23, моделью магнитного потока 24 и моделью ЭДС 25. Вьгход модели ЭДС 25 соединен с одним входом четвертого блока сравнения 23, а ее второй вход г с датчиком скорости вращения 15. Электропривод снабжен также регуля тором потока 26, вход которого объединен со вторьв4 входом сумматора 12 и подключен к выходу третьего блока сравнения 20, а выход соединен со вторым входом первого блока сравнения 14. Второй выход модели магнИтного потока 24 соединен с вторым входом третьего блока сравнения 20, второй вход модели магнитного потока 24 соединен с датчиком тока 13, а третий вход - с выходом датчика скольжения 27. Модель магнитного потока 24 (фиг. 2} содержит сумматоры 28 и 29, интеграторы 30 и 31, блоки умножения 32-35 и сумматор 36. К входам сумматора 28 подключены выходы интегратора 30 и блока умножения 32. Другие входы сумматора 28 являются первым и вторым входами модели магнитного потока 24. К входам сумматора 29 подключены выходы интегратора 31 и блока умножения 33. Другой вход сумматора 29 является вторым входом модели магнитного потока 24. Выход интегратора 30 подключен к первым входам блока умножения 33 и 34, а выход интегратора 31 к первым входам блоков умножения 32 и 35. Вто(рале входы блоков умножения 32 и 33 являются третьим входом модели магнитного- потока 24. Второй зход блока умножения 34 объединен с первым входом этого же блока. Выходы блоков умножения 34 и 35 подключены квходам сумматора 36,выход которого-является вторым выходом модели магнитного потока 24. Выходы интеграторов 30 и 31 являются, кроме того, первым выходом (двухфазным) модели магнитного потока 24. Модель ЭДС 25 (фиг. 3) содержит блок умножения 37 и сумматор 38, первые входы которых являются первым входом (двухфазным) модели ЭДС, второй вход сумматора 38 подключен к выходу блока умножения 37, второй вход которого является вторым входом

модели ЭДС 25. Выход сумматора 38 является выходом модели ЭДС 25.

Электропривсзд работает следующим образом.

При изменении задания по скорости от задатчика скорости 17 на выходе .блока сравнения 16 образуется сигнал рассогласования по скорости, поступающий на вход коммутатора обратной связи по скорости 18, который вырарбатьшает сигнал управления, соответствующий оптимальному виду переходного процесса. Регулятор скорости 19 формирует из этого сигнала сигнал ЗсЩания по скольжению-, который поступает на входы функционального преобразователя 21 и регулятора скольжения 6. Используя сигнал скольжения от регулятора скорости 19, сигнал с выхода датчика скольжения 27, пропорциональный действительному скольжению, и сигнал ограничения скольжеМия по току от нелинейного элемента 5, регул-ятор скольжения 6 формирует управляющий сигнал, поступающий на вход блока управления 7, который управляет работой инвертора тока 3, регулируя величину частоты его выходного напряжения в соответствии с измененным заданием по скорости.

В модели магнитного потока 24 по сигналу пропорциональному действительному скольжению от датчика скольжения 27 и сигналу пропорциональному действительному току от датчика тока 13 определяют величины пропорциональные проекциям и модулю потокосцепления.

На первый вход (двухфазный) модели.ЭДС 25 поступают сигналы пропорциональные проекциям потокосцепленйя, а на второй вход - сигнал пропорциональный действительной скорости вращения двигателя от датчика скорости вращения 15. Модель ЭДС.25 формирует расчетный сигнал, пропорциональный ЭДС двигателя., который сравнивается в блоке сравнения 23 с сигналом пропорциональным действительной ЭДС двигателя. Преобразователь напряжения 22 измеряет напряжение на. входе инвертора тока 3 и, учитывая потери в обмотках двигателя, преобразует его в сигнал пропорциональный ЭДС двигателя .

Полученный сигнал отклонения по ЭДС поступает на первый вход модели магнитного потока 24 и осуществляет коррекцию сигналов пропорциональньох проекциям потокосцепленйя до тех пор, пока сам не станет равным нулю.

Одновременно функциональный преобразоватеЛь 21 в соответствии с сигналом Зсщания по скольжению формирует-. сигнал задания по потокосцеплению, который сравнивается в блоке сравнения 20 с модулем потокосцепленйя,

.сформированным в модели магнитного потока 24.

Между модулем потокосцепленйя и током двигателя существует прямо пропорциональная зависимость, поэтому регулятор nOTQKa 26 вырабатывает сигнал задания по току, используя сигнал отклонения по потокосцеплению. В блоке сравнения 14 сравни ваются сигнал задания по току и сигнал пропорциональный действительному току :двигателя от датчика тока 13. Полученный сигнал рассогласования по току поступает на вход коммутатора обратной связи по току 8, который, используя сигнал рассогласования производной по току и сигнал управления с выхода регулятора тока 9, формирует сигнал управления, соответствующий оптимальному виду переходного процесса.

Сигнал рассогласования производной по току получается на выходе суммат ора 12 путем сложения сигнала, пропорционального действительной производной по току с выхода датчика напряжения 11 и сигналазадания производной по току, поступающего с входа регулятора потока 26. Блок фазоимпульсного управления 10 по сигналу с выхода регулятора тока 9 управляет работой выпрямителя 1.

Модель магнитного потока 24 ,. (фиг. 2) определяетвеличины пропорциональные проекциям потокосцепленйя и МОДУЛЬ потокосцепленйя по следующим формулам

-j ц - Мз1-р ч к.,,. (1)

i-iiji itt

4)

сз}

где Ч, . Ч - проекции потокосцепле d.V нйя;

коэффициент демпфирования роторной цепи; ц, . модуль потокосцепленйя р. действительное скольжение;

K const - коэффициент связи роторной цепи; ток статора;

Та.

коэффициенты обратной связи;

h,e - отклонение ЭДС расчетной от дейЪтвитёльной. Сумматор 28 и интегратор 30 реализуют соотношение (1), а сумматор 29 и интегратор 31 - соатношение (2). На выходе интегратора 30 получается сигнал пропорциональный проекции Ц потокосцепленйя, а на выходе интегратора 31 - сигнал пропорциональный проекции Фс. С помощью блоков умножения 34 и 35 и сумматора 36 реализуется соотношение (3). Мотель ЭДС (фиг. 3) 25 определяе расчетное значение ЭДС по формуле ej,-K( где К - коэффициент; U - действительна скорость вра щения двигателя. Блок умножения 37 формирует из Сигнала пропорционального проекции потокосцепления а и пропорционального действительной скорости 9 сигнал произвеДения1)Ч(у, кото|: поступает не сумматор 38. На другой 8Х01в сумматора 38 поступает сигналЧ НА выходе сумматоров 36 получается {мс етаый сигнал ЭДС. Цепь/ состоящая из модели магнитного потока 24, Модели ЭДС 25,, блока сравнения 23 с преобразователем напряжения 22, формирует модуль цотокосцепленйя, соответствующий действи тельным параметрам двигателя, такш как ЭДС, скорость, скольжение, при этом желаемая точность, получается благодаря отрицательной обратной связи по ЭДС. Скорректированный с помощью регулятора потока сигнал управления по току с учетом смоделированного модуля потокосцепления регулирует тоК двигателя, что обеспечивает стабилизацию магнитного потока двигателя при переходных режимах. . Если магнитный поток в электроприводе не стабилизируется, то в переходном режиме колебания магнитного потока намного превышают номинальную величину, что привЬдит магнитную систему двигателя в состояние насыщения, При этом электромагнитные потери возрастают в результате.увеличения тока ротора и тока намагничивания. Предложенное изобретение позволяет значительно уменьшить электромагнитные потери в двигателе и сэкономить потребление электроэнергии.

ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД, содержащий асинхронный двигатель и вентильный преобразователь частоты с последовательно соединенными Между собой управляемым выпрямитвле1М, дросселем и автономным инвертором тока, подключенНьом к статорной обМоткё асинхронного двигателя, последовательно соединенные нелинейный элемент, регулятор скольжения с подключенным к его другому входу датчиком скольжения и блок управления,, выход которого подключён к управляющему, входу авт-ономного инвертора тока, последовательно соединенные коммутатор обратной связи по току, регулятор тока и блок фазоимпульсного управления, выход которого подключен к упт равляющему входу управляемого выпрямителя, датчик напряжения, подключенный параллельно дросселю и соединенный через сумматор с первым входом ксиймутатора обратной связи по току, датчик тока, подключенный к входу нелинейного элемента и через первый блок сравнения - к второму входу коммутатора обратной связи по току, третий вход которого соединен с выходом регулятора тока, датчик скорости вращения, подключенный к одному входу второго блока сравнения, другой вход которого соединен с задатчиком скорости, а выход - с первым входом коммутатора обратной связи по скорости, выходом соединенного с регулятором скорости, выход которого подключен к одному входу третьего блока сравнения через ФункциЬнальный преобразователь, а к второму входу коммутатора обратной связи по скорости и к третьему входу регулятора скольжения - непосредственно, отлича-ю щ и и с я тем, что, с целью улучше-а ния энергетических показателей путем (Л уменьшения злектромагнитных потерь, он снабжен последовательно соединен-: с ными преобразователем напряжения, подключенным, к входу автономного инвертора тока, четвертым блоком сравнения, моделью магнитного потока и моделью ЭДС, выход которой соединен с одним входом четвертого блока сравнения, а второй вход - с датчиком скорости вращения и регулятором . потока, вход которого объединен с вторым входом сумматора и подключен к выходу третьего блока сравнения, а выход соединен со вторым входом первого олока сравнения, при этом второй выход модели магнитного потока соединен с вторым входом третьего блока сравнения, второй вход модели магнитного потока соединен с датчиком тока, а третий вход - с выходом датчика скольжения.

®

tl