Устройство для управления частотой вращения ротора асинхронного электродвигателя Советский патент 1986 года по МПК H02P7/42 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в частотно-управляемом электроприводе с преобразователем частоты и асинхронным электродвигателем с короткозамкнутым ротором.

Цель изобретения - повышение точности управления частотой.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для управления частотой вращения ротора асинхронного электродвигателя; на фиг. 2 - временные диаграммы.

Устройство (фиг. 1) содержит преобразователь 1 тока, выходы которого подключены к асинхронному двигателю 2, блок 3 формирования ЭДС, выход которого подключен к управляющему входу преобразователя 1 тока, два входа блока 3 формирования ЭДС подключены к выходу формирователя 4 гармонических сигналов, а третий - к выходу аналогового сумматора 5, формирователь 6 задания фазных токов, выход которого связан с управляющими входами преобразователя тока, а два входа соединены с выходами формирователя 4 гармонических сигналов, третий подключен к выходу регулятора 7 скольжения, а четвертый - к задатчику намагничивающего тока 8, форми- рователь-учетверитель 9 первым и вторым выходами соединен с преобразователем 10 частота-напряжение, первый вход соединен с первым входом импульсного сумматора 11, имеющего еще три входа, импульсный сумматор 11 выходом соединен с входом делителя 12, выход преобразователя 10 частота-напряжение соединен с входами регулятора 7 скольжения и аналогового сумматора 5, второй вход которого соединен с входом пороговой схемы 13, выходом регулятора 7 скольжения и входом преобразователя 14 напряжение-частота.

Кроме того, устройство содержит логические схемы 2И-2ИЛИ-НЕ-15, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16, фазовый дискриминатор 17, три логические схемы И-НЕ 18, 19 и 20, при этом вход фазового дискриминатора 17 соединен с выходом преобразователя 14 напряжение-частота и с вторым входом импульсного сумматора 11, а другой вход соединен с первым выходом фор- мирователя-учетверителя 9 и первым входом импульсного сумматора 11, первые входы схемы 2И-2ИЛИ-НЕ 15 и ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16 соединены с выходом пороговой схемы 13, вторые входы соединены с вторым входом формирователя-учетверителя 9, выход схемы исключающее ИЛИ 16 подключен к третьему управляюи;ему входу импульсного сумматора 11, два других входа схемы 2И-2ИЛИ-НЕ 8 соединены соответственно с прямыми и инверсными выходами фазового дискриминатора 17, а четвертый вход объединен с четвертым входом импульсного сумматора 11, выход схемы 2И- 2ИЛИ-НЕ 15 через первую 18 и вторую 20 схемы И-НЕ соединен с входом формирователя 4 гармонических сигналов, (блок 4 включает элементы 22 и 23), а через третью схемы И-НЕ 19 соединен с другим-входом последнего, вторые входы второй 20

и третьей 19 схем И-НЕ соединены с выходом делителя 12.

В частном случае, когда количество импульсов, поступающих с формирователя- учетверителя 9, соответствует разрядности счетчика 21 формирователя гармонических сигналов 4, делитель 12 из устройства может быть исключен. В этом случае вторые входы схем И-НЕ 20 и 19 подключают непосредственно к выходу импульсного сумматора 11.

5 Блок 6 формирования фазных токов состоит из четырех цифроаналоговых преобразователей 24-27 и двух аналоговых сумматоров 28 и 29. Блок 3 формирования ЭДС состоит из двух цифроаналоговых преобразователей 30 и 31. Вход формирователяучетверителя 9 предназначен для подсоединения с импульсным датчиком 32 скорости. Устройство работает следующим образом. Режим работы двигателя 2 (двигательный или тормозной) задается схемой

5 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16 в зависимости от знаков аналоговых сигналов, пропорциональных скольжению и частоте вращения ротора.

Единичный и нулевой уровни сигналов, соответствующие знаку аналогового сигнала,

0 пропорционального скольжению, формируются пороговой схемой 13, а сигналы, соответствующие знаку аналогового сигнала пропорционального частоте вращения ротора, - узлом определения направления вращения двигателя формирователя-учетверителя 9.

5 Направление вращения вектора поля статора определяется фазовым дискриминатором 17 и схемой 2И-2ИЛИ-НЕ 15 в зависимости от соотнощения частот следования импульсов tojH от преобразователя 14 напряжение-частота и Юриот формирователя- учетверителя 9.

При а))ря устройство реагирует только на знак аналогового сигнала шз, а при a))pw - только на знак аналогового сигнала шр (фиг. 2).

5 Сигнал на задание частоты вращения вектора поля статора в виде частоты следования импульсов формируется как сумма или разность двух импульсных последовательностей, поступающих с импульсного датчика 32 скорости посредством учетвери0 теля-формирователя 9 и созд, поступающих с регулятора 7 скольжения через преобразователь 14 напряжение-частота. Если знаки аналоговых сигналов (Ор и cos совпадают (оба плюсовые или оба минусовые), то схема ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16 сигналом «О

5 дает команду на сложение импульсов и )ри-|--Шзи, что соответствует двигательно му режиму работы. Когда знаки сор и cos становятся разнополярными, схема ИСКЛЮ0

ЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16 сигналом «1 дает команду на вычитание импульсов и двигатель переходит в тормозной режим работы. При этом, если ., то coi« Ырн-WsH: и двигатель работает в тормоз- ном - генераторном режиме, когда же , одновременно с изменением направления вращения вектора поля статора, обеспечиваемым фазовым дискриминатором 17 и схемой 2И-2ИЛИ-НЕ 15, происходит изменение функции вычитания и Юи Ы ;н-СОрл.

Двигатель в этом случае переходит из режима генераторного торможения в режим противовключения, обеспечивая эффективное торможение.

Импульсный сигнал UJH, пропорциональ- ный частоте вращения ноля статора, преобразуется формирователем 4 в синусоидальные гармонические сигналы coscoi/ и sinwit (в кодах). При этом с изменением сигнала на выходе схемы 2И-2ИЛИ-НЕ 15 меняется чередование следования сигналов COS031/ и .

Формирователь 6 по заданным аналоговым сигналам и сигналам с выхода формирователя гармонических сигналов осуществляет формирование заданных значений си- иусоидальных токов в соответствии с выражениями

I a /pCosci) 1/-()/; р цСоха)|/-i pSin(.

При этом амплитуда заданных токов /а и /ji определяется уровнем сигналов iu const и переменного значения /р, пропорционального MS.

Сформированные заданные значения сипу соидальных токов / и /р подаются при двухфазном исполнении двигателя на входы соот- ветствующих преобразователей, работающих в режиме источников тока и нодключен- ных к статорным обмоткам двигателя (при трехфазном исполнении двигателя /„ и if, подаются на входы преобразователя координат, а затем на входы преобразователя).

Пуск двигателя в направлении вращения вперед.

Па вход регулятора 7 скольжения подают положительный задаюпдий сигнал соз- Преобразователь напряжение-частота 14 вырабатывает последовательность импульсов с частотой, зависящей от уровня модуля выходного напряжения регулятора скольжения. Указанная последовательность импульсов поступает на один из входов фазового дискриминатора 17. Поскольку на другом входе последнего нет импульсов, прямой выход фазового дискриминатора выдает сигнал «1, а инверсный сигнал «О. Пороговая схема 13 выдает сигнал «О, поступающий на один из входов схемы 2П-2ИЛИ-НЕ, и если от учетверителя-формирователя 9 посту- пает сигнал «О, то сигнал «1 на выходе с.хемы 2И-2ПЛИ-НЕ 15 разре нает прохождение последовательности импульсов через

5

5 0

,

Q

5 0

5

5

схему И-НЕ 19 па второй вход реверсив- fioro счетчика формирователя синусоидальных колебаний и формирователь 4 вырабатывает прямую последовательность задающих токов. Ротор двигателя начинает вращаться в направлении вперед (фиг. 2). Датчик 32 вырабатывает последовательность имнульсов, которая преобразователем 10 преобразуется в скоростной аналоговый сигнал (фиг. 2), который поступает на другие вхо ды регулятора 7 скольжения и аналогового сумматора 5. В аналоговом сумматоре 5 сигналы скорости, поступающие с выхода преобразователя частота-напряжение 10, и сигнал скольжения Wj, поступающий с выхода регулятора 7 скольжения, суммируются и выходной сигнал сумматора 5 подается в качестве опорного напряжения на цифроаналоговые преобразователи 30 и 31 формирователя 3 ЭДС. При этом амплитуда выходного сигнала формирователя 3 ЭДС определяется величиной выходного сигнала сумматора 5.

На входы схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16 поступают спгпалы «О от пороговой схемы 13 и от учетверителя 9. Схема ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16 выдает сигнал «О. При этом на выходе импульсного сумматора 11 формируется последовательность импульсов с частотой (OiH (OpK+u)sn, равный сумме частоты имнульсов учетверителя 9 сорл, пропорциональной ана.юговому сигналу скорости tip, и частоты и.п1ульсов нреобразова- теля 14 )яжение-частота, пропорциональной сигналу )егу.1ятора ско.тьжения и)з. По- следовате Ц)Ность импульсов с частотой H IHC выхода п.мп.11 сного сумматора 11 поступает через делитель 12 на вход формирователя 4 гармонических сщ налов и задает их частот).

При подаче команды на реверс двигателя задающий сигнал становится отрицательным, напряжение на выходе регу.тятора скольжения меняет свой знак с отрицательного па положительный. В этом случае изменяется на 180° фаза активной составляющей заданных токов статора двигателя, переключается пороговая схема 13, которая выдает сигпал «1. Схема ИСКЛЮЧАЮ ЩЕЕ ИЛИ 16 дает команду на нне пмну, 1ьсов и узел суммирования выдает разность импульсов со.„ и1вя-ювк. а формирователь 6 задает на вход преобразователей тока частоту за;;ак)1га1х токов меньп1ую. чем частота враихения ротора. Двш ате.ть тормозится. Когда скорость вран1е1П1Я ротора снизится насто, 1ы(. что частота пмпул1)Сов |io- тора (Орк станет меньп1е, чем частота импульсов скольжения ((05,Л- переключается фазовый дискриминатор, (.хсм; 2И- 2ИЛИ-НЕ 15 снгпа. юм «О блокирует второй в.ход ревсрсннпого счетчика формирователя задания тока п пос:1едоватс,1Ы1ость iiNmv. ibcoB с о |ре:1е.1енной частотой iiocT iaет на первый вход реверсивного счетчика формирователя задания тока, в результате чего изменяется чередование выходных сигналов задания токов, нреобразователи токов питают статор двигателя с обратным чередованием фаз, идет торможение двигателя в режиме противовключ(ния и далее разгон в другую сторону. При этом частота питания двигателя нропорциональ- на (OjH-/(1)5н -WpH/.

С изменением направления вращения двигателя меняется знак ш/, и но с учет- верителя-формирователя 9 схема ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16 выдает сигнал «О, узел суммирования задает частоту ixijH t ipH+W3K и двигатель разгоняется до заданного значения скорости в направлении вращения назад.

Останов привода происходит при снятии задаюн1,его сигнала. Выход регулятора скольжения юд действием еигнала обратной свя зи становится отрицательным, если ротор двигателя до этого вращался в нанравлении вращения назад. При этом ироцесс торможения ротора двигателя до пулевой скорости происходит так же, как и после команды на реверс в нанравлении вращения вперед.

В данном устройстве в контуре регулирования между импульсным датчиком скорости и формирователем задания тока статора двигателя отеутствуют нелинейные звенья и элементы, которые меняют свои параметры от условий эксплуатации, температурпых режимов и от регулирования скорости.

Введение в предлагаемое устройство фазового дискриминатора, схем 2И-2ИЛИ-НЕ и ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, схема их подклю чения и использование ипформации о положении ротора в импульсной форме, а также формирование на базе их синусоидальных задающих сигналов тока в цифровой форме обеспечивают устойчивость и по- вьнценную точность регулирования элект ю- привода.

Предлагаемое устройство обеспечивает также устойчивую работу электропривода с глубоким регулированием частоты вращения ротора, в котором вместо блока 10 частота-напряжение, формирующего аналоговый сигнал, пропорциональный частоте вращения ротора, используется тахогенера- тор.

Формула изобретения

Устройство для управления частотой вращения ротора асинхронного э,ектродвигателя, содержап 1.ее преобразователь тока, выходы которого предназначены для подключения к асинхронному двигателю, блок формирования ЭДС, выход которого подключен к управляющим входам преобразователя тока, два входа блока формирования ЭДС подключены к выходу формирователя гармонических колебаний (сигналов), а третий - к выходу аналогового сумматора, формирователь задания фазных

5

токов, выход которого связан с управляюп;ими входами преобразователя тока, а два входа соединены с .выходами формирователя гармонических сигналов, третий подключен к выходу регулятора скольжения, а чет вертый - к задатчику намагничивающего тока, формирователь-учетверитель, вход которого предназначен для подключения к импульсному датчику скорости, а первый и второй выходы соединепы с преобразователем частота -папряжение, первый выход сое0 динен е первым входом импульеного сумматора, имеюп1его епхе три входа, импульсный сумматор в)1ходом соединен с входом делителя, выход преобразователя частота-- напряжение соединен с входами регулятора скольжения и аналогового сумматора, второй вход которого соединен со входом пороговой схемы, выходом регулятора скольжения и входом преобразовататя напряже- 1 ие-частота отличаюшееся тем, что, с целью повышения точности, в него вве.тены фазовый

0 дискриминатор, логические схемы 2И-2ИЛИ- НЕ, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, три логические схемы И-НЕ, причем первый вход фазового дискриминатора соединен с выходом преобразователя нап|)яжение--частота и со вторым входом импул1)Сного сумматора, а дру1 ой вход соединен с первым выходо.м фор- мирователя-учетверителя п первым входом импульсного сумматора, первые входы схем 2И-2ИЛИ-НЕ и ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены с выходом пороговой схемы, вторые входы соединепы с вторым выхо до.м формирователя-учетверителя, выход схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подключен к третьему управляюнхему входу имнульсно- | о сумматора, два других входа схемы 2И-2ЙЛИ-НЕ соединены соответственно с

г прямым и инверсным выходами фазового дискриминатора, а четвертый вход объединен с четвертым входом импульсного сумматора, выход схемы 2И-2ИоТИ-НЕ через первую и вторую схемы И-ПЕ соединен с входом формирователя гармонических сиг0 налов, а через трет1)Ю схему И-НЕ соединен с другим входом последнего, вторые входы второй и третьей схем И-НЕ соеди- пепы с выходом делите;1Я.

IHIIIIIHIIIi

И

М

II N1(1

HIM III

,

я/

+

U)flLf-U SfJ

cfiae.i

(/yjj SL/

aJf

Л/3

nillM

тип

IIHIII

Ml I

I I n

1И11И11

ШШГ

/

Ui

во/jfo 5

/J .Sfix ad 2

г

t

t

Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является повышение точности управления частотой. Указанная цель достигается тем, что в устройство для управления частотой вращения ротора синхронного электродвигателя введены фазовый дискриминатор 17, логические схе.мы 15 2И-2ИЛЙ-НЕ, логическая схема 16 «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, три логические схемы 18, 19, 20 И-НЕ. Режим работы электродвигателя (двигательный, тормозной) задается логической схемой 16 в зависимости от знаков аналоговых сигналов, пропорциональных скольжению и частоте вращения ротора. Единичный и нулевой уровни сигна.чов, соответствующие знаку аналогового сигнала, пропорционального скольжению, формируются пороговой схемой 13. Сигналы, соответствующие знаку аналогового сигнала, пропорционального частоте вращения, формируются узлом определения направления вращения, входящего в состав формирователя- учетверителя 9. Последний связан с импульсным датчиком 32 частоты врапхения. Направление вращения вектора поля определяется фазовым дискриминатором 17 и логической схемой 15 в зависимосги от соот- нощения частот следования импульс ог, tOsH от преобразователя 14 напряжение частота и сорм от формирователя-учетверитс- ля 9. При устройство реагирует только на знак аналогового сигнала cos, а при ci) - только на знак аналогового сигнала Wp. Если знаки аналоговых сигналов совпадают, то логическая схема 16 сигналом «Ноль дает ко.манду на сложение импульсов СОрЯ и (Озя ((0,;л (ОрЛ-1-(05и). Это соответствует двигательному режиму работы. При разнополярных сигналах nv и cfi sлогическая схема 16 сигналом «Е.щница дает команду на вычитание импульсов (.ч и С05Ц. При этом, если (, WjH(Opji- - Шзн, и двигатель работает в режиме генераторного торможения. Если же (Ори(1)з,,, то ffijH u sjj-Юрн, и двигатель переходит в )е- жим торможения противовключением. В данном устройстве обеспечиЕ ается устойчивая работа электродвигателя во всех режимах. 2 ил. ф (Л со 00

/

(

0ле/уед

аг.2

Составитель В. Тарасов

Редактор Л. ПовханТехред И. ВересКорректор И. Муска

Заказ 6675/54Тираж 631Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП «Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

/

t

bw

/ .

/ cf3aJ