Частотно-регулируемый асинхронный электропривод Советский патент 1984 года по МПК H02P7/42 

к вчюрой группе входов блока преобразования координат.

2.Электропривод по п.1, о т л ичающийся тем, что генератор пилообразных сигналов содержит три интегратора, каждый из квзорых зашунтирован управляемь1м ключом, при этом объединенные между собой входы интеграторов образуют управляющий вход генератора пилообразных сигналов, а управляющие входы управляемых ключей и выходы интеграторов образуют соответственно входы коммутации и выходы генератора пилообразных сигналов.

3.Электропривод по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что блок импульсного угла запаздыва:ния инвертора содержит элемент запоми19155

нания коротких сигналов, вход которого подключен к объединенным между собой первым выводам трех управляемых ключей, управляющий вход каждого из которых подключен к выходу соответствующего элемента дифференцирования, соединенного входом с выходом соответствующего нульоргана, при этом вторые выводы управляемых ключей подключены к соответствующим резисторам, другие выводы которых образуют первую группу фазных входов блока импульсного измерения угла запаздывания инвертора, вторая группа фазных входов которого и выход образованы соответственно входами нуль-органов и выходом элемента запоминания коротких сигналов.

1. ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫЙ АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД, содержащий асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, статорные обмотки которого подключены к преобразователю частоты, составленному из последовательно соединенных управляемого выпрямителя, дросселя и автономного инвертора тока, систему управления инвертором, снабженную двумя группами входов и подключенную выходами к входам управления автономного инвертора тока, датчики фазных токов и напряжений статора, выходы которых подключены к блоку определения ЭДС двигателя, снабженного амплитудным и фазными выходами, блок определения потока двигателя, снаб-. женный амплитудным и фазными выхода ми и подключенный входами к фазным выходам блока определения ЭДС двигателя, блок задания составляющих тока статора, выходы которого подключены к входам блока задания амплитуды тока статора и к первой группе входов блока преобразования координат, вторая группа входов которого связана с выходами датчиков фазных токов статора, а выходы подключены к первой группе входов системы управления инвертором, вторая группа входов которой подключена к фазным выходам блока определения потока двигателя, при этом выход блока задания амплитуды тока статора подключен к входу регулятора амплитуды тока статора, соединенного с .входом управления управляемого выпрямителя, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности электропривода, в-него введены генератор пилообразных сигналов, снабженный управляющим входом и вхо9 дами коммутации, блок импульсного измерения угла запаздывания инвертора, снабженный двумя группами F фазных входов, два функциональных (преобразователя с синусной и коси.нусной характеристиками соответствен но и блок деления, входы которого подключены к амплитудным выходам блока определения ЭДС двигателя и со блока определения потока двигателя, а выход соединен с управляющим входом генератора пилообразных сигнаСП СП лов, входы коммутации которого подключены .к выходам системы управления инвертором, при этом первая группа фазных входов блока импульсного измерения угла запаздывания инвертора подключена к выходам генератора пилообразных сигналов, вторая группа фазных входов - к выходам датчиков фазных токов статора, а выход - К объединенным между собой входам функциональных преобразователей с синусной и косинусной характеристиками, выходы которых подключены

Изобретение относится к электротехнике, в частности к системам автоматического управления частотнорегулируемыми электроприводами, выполненными на основе асинхронного короткозамкнутого двигателя и тиристорного преобразователя частоты автономным инвертором тока, и может быть использовано в механизмах общепромьшшенного назначения с высокими требованиями по качеству регулирования скорости вращения.Известен частотно-регулируемьй асинхронный электропривод, содержащий асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, статорные обмо ки которого подключены к преобразователю частоты, ;составленному из по следовательно соединенных управляемого выпрямителя, дросселя и автономного инвертора тока сиСтему управления инвертором, подключенную выходами к входам управления автономного инвертора тока, а первыми входами через блок определения фазных потокосцеплений - к выходам дат чиков фазных токов и напряжений ста тора, блок задания составляющих ток статора, выходы которого через формирователь задания амплитуды тока статора и регулятор амплитуды тока статора подключены к входам управления управляемого выпрямителя, при этом вторые входы системы управления инвертором связаны с выходами блока задания составляющих тока статора, а выходы блока определения фазных потокосцеплений подключены к блоку нормирования, связанному с системой управления инвертором } . Недостатком известного электропривода является наличие запаздывания в канале коррекции фазы, определяемого конечной скоростью изменений выходного сигнала интегратора фазовой погрешности. Это приводит к Тому, что задаваемые блоком задания проекций тока статора значения момента и потока двигателя в динамике воспроизводятся с искажениями, что, в свою очередь, приводит к затяжке и ухудшению качества переходных процессов в приводе. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является частотно-регулируемый асинхронный электропривод, содержащий асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, статорные обмотки которого подключены к преобразователю частоты, составленному из последовательно соединенных управляемого выпрямителя, .дросселя и автономного инвертора тока, систему управления г. инвертором, снабженную двумя группа ми, входов и подключенную выходами к входам управления автономного инвертора тока, датчики фазных токов .и напряжений, статора, выходы которых подключены к блоку определения ЭДС двигателя, снабженного амплитуд ным и фазными выходами, блок определения потока двигателя, снабженный амплитудным и фазными выходами и подключенньй входами к фазным выходам блока определения ЭДС двигателя, блок задания составляющих тока статора, выходы которого подключ ны к входам блока задания амплитуды тока статора и к первой группе входов блока преобразования координат, вторая группа входов которого связана с выходами датчиков фазных токов статвра, а выходы подключены к первой группе входов системы управления инвертором, вторая группа вхо дов которой подключена к фазным выходам блока определения потока двигателя, при этом выход блока задания амплитуды тока статора подключен к входу регулятора амплитуды . тока статора, соединенного с входом управления управляемого выпрямителя В известном электроприводе производится учет запаздывания,, вносимого .автономным инвертором тока И. Недостатками этого электропривод являются сложность схемного решения и низкая надежность. Цель изобретения - повышение надежности частотно-регулируемого асинхронного электропривода путем упрощения схемы и сокращения количества элементов. Указанная цель достигается тем, что в частотно-регулируемый асинхронный электропривод, содержащий асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, статорные обмотки которого подключены к преобразователю частоты, составленному из последовательно соединенных управлявмого выпрямителя, дросселя и автономного инвертора тока, систему управления инвертором, снабженную двумя группами входов и подключенну выходами к входам управления автоно ного инвертора тока, датчики фазных токов и напряжений статора, выходы которых подключены к блоку определе кия ЭДС двигателя, снабженного амшштудным и фазными выходами, блок 1определения потока двигателя, снаб54женный амплитудным и фазными выходами и подключенный входами к фазным выходам блока определения ЭДС двигателя, блок задания составляющих ,тока статора, выходы которого подключены к входам блока задания амплитуды тока статора и к первой группе входов блока преобразования координат, вторая группа входов которого связана с выходами датчиков фазньпс токов статора; а выходы подключены к первой группе входов системы управления инвертором, вторая группа входов которой подключена к фазным выходам блока определения потока двигателя, при этом выход блока задания амплитуды тока статора подключен к входу регулятора амплитуды тока статора, соединенного с входом управления управляемого выпрямителя, введены генератор пилообразных сигналов, снабженный управляющим входом и входами коммутации, блок импульсного измерения угла запаздывания инвертора, снабженный . двумя группами фазных входов, два функциональных преобразователя с синусной и косинусной характеристиками соответственно и блок деления, входы которого подключены к амплитудным выходам блока определения ЭДС двигателя и блока определения потока двигателя, а выход соединен с управляющим входом генератора пилообразных сигналов, входы коммутации которого подключены к выходам системы управления инвертором, при этом первая группа фазных входов блока импульсного измерения угла запаздывания инвертора подключена к выходам генератора пилообразных сигналов, вторая группа фазных входов - к выходам датчиков фазных токов статора, а выход - к объединенным между собой входам функциональных преобразователей с синусной и косинусной характеристиками, выходы которых подключены к второй группе входов блока преобразования координат. При этом генератор пилообразных сигналов содержит три интегратора, каждьй из которых зашунтирован управляемым ключом, при этом объединенные между собой входы интеграторов образуют управлянщий вход генератора пилообразных сигналов, а управляющие входы управляемых ключей и выходы интеграторов образуют соот$

ветственно входы коммутации и выход генератора пилообразных сигналов.

Кроме того, блок импульсного измерения угла запазДьшания инвертора содержит элемент запоминания коротких сигналов, вход которо -о подключен к объединенным меаду собой первым вьгоодам трех управляемых ключей управляющий вход каждого из которых подключен к выходу соответствующего элемента дифференцирования, соединенного входом с ВЫХОДОМ соответствющего нуль-органа, при этом вторые выводы управляемых ключей подключены к соответствующим резисторам, другие выводы которых образуют первую группу фазных входов блока импульсного измерения угла запаздывания инвертора, вторая группа фазных входов которого и выход образованы соответственно входами нуль-органов и выходом элемента запоминания коротких сигналов.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого частотнорегулируемого асинхронного электропривода; на фиг. 2 - структурная схема блока задания составляющих тока статора; на фиг. 3 - структурная схема блока определения ЭДС двигателя; ha фиг. 4 - структурная схема блока определения потока двигателя; на фиг. 5 - структурная схема блока преобразования координат; на фиг. 6 - структурная схема системы управления инвертором; на фиг. 7 - структурная схема генератора пилообразных сигналов; на фиг.8 структурная схема блока импульсного измерения угла запаздывания инвертора. .

Частотно.-регулируемый асинхронный электропривод содержит асинхронный двигатель 1 (фиг. 1) с короткозамкнутым ротором, статорные обмотки которого подключены к преобразователю 2 частоты, составленному из последовательно соединенный управля ,мого вьтрямителя 3, дросселя 4 и автономного инвертора 5 тока, .систему 6 управления инвертором, снабженную двумя группами входов и подключенную выходами к входам управления автономного инвертора 5 тока, датчики 7 фазных токов статора и да чики 8 фазньпс напряжений статора, выходы которых подключены к блоку 9 определения ЭДС двигателя, снабженного амплитудным выходом 10 и фаз191556

ными выходами 11-, блок 12 определекия потока двигателя, снабженный

амплитудным выходом 13 и фазными вы ходами 14 и подключенный входами к 5 фазным выходам 11 блока 9 определения ЭДС двигателя, блок 13 заданщ составляющих тока статора, выходы которого подключены к входам блока 16 задания амплитуды тока

10 статора и к первой группе входов 17 блока 18 преобразования координат, вторая группа входов 19 которого связана с выходами датчиков 7 фазных токов статора, а выходы подключены

15 к первой группе входов 20 систем. 6 управления инвертором, вторая группа входов которой подключена к фазным выходам 14 блока 12 определения потока двигателя, при этом вы20 ход блока 16 задания амплитуды тока статора подключен к входу регулятора 21 амплитуды тока статора, соединенного с входом управления управляемого выпрямителя 3.

25 В частотно-регулируемый асинхронный электропривод введены генератор 22 пилообразных сигналов, снабженный управляющда входом 23 и входами 24 коммутации, блок 25 импульсного

JQ измерения угла запаздывания инвертора, снабженный двумя группами фазных входов, два функциональных преобразователя 26 и 27 с синусной и косинусной характеристиками соответственно и блок 28 деления, входы которого подключены к амплитудному выходу 1О блока 9 определения ЭДС двигателя и к амплитудному выходу 13 блока 12 определения потока двигателя, а выход соединен с управляющим входом 23 генератора пилообразных сигналов 22, входы 24 коммутации которого подключены к выходам системы 6 управления инвертором, при этом первая группа фазных вхо45 . дов 25 импульсного измерения угла запаздывания инвертора подключена к выходам генератора 22 пилообразных . сигналов , вторая группа фазных входов-к выходам датчиков 7 фйзных токов статора, а вьпсод - к объединенным между собой входам функциональных преобразователей 26 и 27 с синусной и косинусной характеристиками, выходы которых подключены -к

55 второй группе входов 19 блока 18 преобразования координат.

Блок -15 задания составляющих тока статора содержит регулятор 29

.71

скорости и регулятор 30 потока, связанные с входами делителя 31. Выходы делителя 31 и регулятора 30 потока образуют выходы блока 15 задания составляющих тока статора.

Блок 9 определения ЭДС двигателя содержит фазные суммирующие усилители 32 (фиг. 3) , выходы которых подклю.чены к входам блока 33 вьщеления амплитуды ЭДС, выход которого и выходы суммирующих усилителей 32 образуют соответственно амплитудный выход 10 и фазные выходы 11 блока 9 определения ЭДС двигателя.

Блок 12 определения потока двигателя содержит фазные интеграторы 34 (фиг. 4), выходы которых подключены к входам блока 35 выделения амллитуды потока двигателя, выход которого «и выходы интеграторов 34 образуют соответственно амплитудный выход 13 и фазные выходы 14 блока 12 определений потока двигателя.

Блок 18 преобразования координат содержит умножители 36-39 (фиг. 5), входы которых образуют две группы входов 17 и 19 блока 18 преобразования координат, и сумматоры 40 и 41, выходы которьтх образуют выходы блока 18 преобразования координат.

Система 6 управления инвертором содержит блок 42 определения составляющих сигнала задания тока в неподвижной системе координат (фиг. 6), выходы которого соединены с входами нуль-органов 43-45,подключенных вьЪсо:дами к входам блоков 46-48 дифференци рования,выходы которых образуют выход системы 6 управления инвертором.

Генератор 22 пилообразных сигналов содержит фазные интеграторы 49 (фиг. 7), каждый из которых защунтирован управляемым ключом 50, при этом объединенные между собой входы интеграторов 49 образуют управляющий вход 23 генератора 22 пилообразных сигналов, а входы управления управляемых ключей 50 и выходал интеграторов 49 образуют соответственно входы 24 коммутации и выхода генератора 22 пилообразных сигналов

Блок 25 импульсного измерения угла запаздывания инвертора содержи элемент 51 запоминания коротких сигналов (фиг. 8), вход которого подключен к объединенным между собой первым выводам трех управляемых ключей 52г-54, управляющий вход каж91558

дого из которых подключен к выходу соответствующего элемента 55 дифференцирования ,соединенного входом с выходом соответствующего нуль-ор5 гана 56, при этом вторые выводы управляемьтх ключей 52-54 подключены к соответствующим резисторам 57-59, вторые выводы которых образуют первую группу фазных входов блока 25

10 импульсного измерения угла запаздывания инвертора, йторая группа фазных входов которого и выход образованы соответственно входами нуль-органов 56 и выходом элемента

15 51 запоминания коротких сигналов.

Частотно-регулируемый асинхронный электропривод работает следующим образом.

В блоке 15 задания составляющих

0 тока статора на входе регулятора скорости 29 (фиг. 2) сравниваются

сигналы задания 6)3 Фактической скорости CJ вращения, а на входе регулятора 30 потока сравниваются сиг5 налы задания с)а амплитуды потока и амплитуды фактического потока ( (цепи для сигналов 60 и Ц с выходов блоков 28 и 12 соответственно на фиг. 1 не показаны). Выходной сигнал регулятора 29 скорости делится на cVjrнал (f с помощью делителя 31, выходной сигнал которого является -заданием ija проекции вектора тока статора на мнимзто ось , а выходной сигнал регу лятора 30 потока является заданием i,, проекции вектора тока статора на вещественную ось j системы координат, ориентированной по потоку двигателя 1.

В блоке 9 определения ЭДС двигателя на вход суммирующего усилителя 32 (фиг. 3), установленного в фазе А, поступают сигналы фазного напряжения Од, фазного и производной фазного тока Зд. На выходе суммиру ющего усилителя 32 формируется сигнал фазной ЭДС Ед (аналогичные операции вьтолняются и в других фазах В, С).

Сигналы фазных ЭДС Ед, Eg, Е по0 ступают на входа блока 33 выделения амплитуды ЭДС, на выходе которого получают сигнал амплитуды ЭДС Е. В блоке 12 определения потока сигнал фазной ЭДС Ед интегрируется

S с помощью интегратора 34, на выходе которого получают сигнал фазного потока (|д (аналогично ив других фазах В, С). Сигналы фазных потоков 9 , Jp,4fg поступают на входы блока 35 выделения амплитуды потока двигателя, на выходе которого получают сигнал амплитуды потока Ц. С помощью блока 28 деления производится деление сигнала -Е на Cj , в результате чего получают сигнал т кущей скорости вращения 00 . в блоке 16 задания амплитуды тока статора по, составляющим заданног тока статора ал , формируется за дание амплитуды а тока статора по выражению 1 -1 Указанное задание it амплитуды то ка статора отрабатывается с помощью регулятора 21 амплитуды тока статора, связанного с входом управления управляемого выпрямителя 3. Для формирования управляющих импульсов автономного инвертора 5 тока необходимо полученньй сигнал задания л о. вектора тока статора (с составляющими JCJ, , 3d ) в системе ко ординат, связанной с вектором потока ( , преобразовать к неподвижной системе координат. Для этого, во-первых, осуществляется сдвиг задания i, вектора тока статора в сторону опережения на угол S с помощью блока 18 преобразования координат,.т.е. ггЬ где 9 - угол запаздывания обработки фазы тока на выходе автономного инвертора 5 тока по сравнению с фазой управляющих импульсов. Далее полученный сигнал it преобразуется к неподвижной системе координат с помощью блока 42 опреде ления составляющих сигнала задания тока в неподвижной системе координат (фиг. 6), в которог формирует,ся вектор j (f В моменты фиксированной фазы ука занного вектора формируются импульсы управления для автойймного инвертора 5 тока. На входы нуль-органов 43-45 пос упает три сдвинутых на 120зл.град сигнала,,соответствующие сигналу задания тока в неподвижной системе координат, которые затем преобразую ся с помощью блоков 46-48 дифферен5/Оцирования в импульсы управления ±U, ±Ug, ±Uc. В генераторе 22 пилообразных сигналов выполняется интегрирование сигнала СО с Помощью трех интеграторов 49 (фиг. 7), шунтированнных управляемыми ключами 50. На каждый ключ поступают управляющие импульсы одной фазы с выхода системы 6 управления инвертором. В результате получаются сигналы Пд, ITg , Пр пилообразной формы, при этом значение пилы в каждой точке соответствует фазовому углу от момента поступления управляющего импульса инвертора (в угловых единицах частоты вектора у в неподвижной системе координат). Три пилообразных сигнала Пд, Ilg, П поступает на выводы ключей 52-54 (фиг. 8) в блоке 25 импульсного измерения угла запаздывания инвертора. Указанные ключи коммутируются импульсами в моменты равенства токов коммутирующих фаз. Импульсы, например , поступают на выходы элемента 55 дифференцирования, на вход которого поступает сигнал с нуль-органа 56. На входы нуль-органа 56 поступают сигналы фазных токов 1д и-( . На момент прохождения импульса Mf-д ключ 52 замыкается, и сигнал П запоминается с помощью элемента 51 запоминания коротких сигналов, т.е. тем са- . мым измеряется угол между управляю-щим импульсом инвертора и моментом коммутации тока - угол 9. С помощью функциональных преобразователей 26 и 27 полученньй угол 9 преобразуется в гармонические функции sinS, cos8, поступающие в блок 18 преобразования кбординат. Таким образом, введение в частотно управляемый асинхронный электропри- . вод генератора пилообразных сигналов, блока импульсного измерения угла за-.паздывания инвертора, двух функциональных преобразователей с синусной и косинусной характеристиками соответственно и блока деления .обеспечивают измерение угла запаздьшания S при отработке тока инвертором и соответствующую с этим углом корректировку управляющих импульсов авт рномного инвертрра тока более простыми техническими средствами в сравнении с известными устройствами, -благодаря чему повышается надежность.

О

COS

29

i Ы

1з

31

Я.

г

Фив.

(Pus. 8