Асинхронный частотно-регулируемый электропривод Советский патент 1986 года по МПК H02P7/42 

Изобретение относится к электротехнике. а точнее к частотно-унраьушемым электро- нриводам и может быть иснользовано для нривода высокооборотных насосов и газо- дувок.

Цель изобретения - иовы1нение КПД и надежности электронривода.

На чертеже приведена функциональная схема асинхронного частотно-регулируемого электронривода, который включает в себя асинхронный электродвигатель 1 с двумя статорными обмотками, сдвинутыми в пространстве относительно друг друга на 30 эл. град., и измерительной об моткой, датчик 2 скорости, регулятор 3 скорости, первый функциональный элемент 4, осуществляющий задание тока на уровне, обеспечивающем стабилизацию потока, нервый и второй регуляторы о и 6 тока, первый и второй в1)Ц1рямп- тели 7 и 8, нервый и второй сглаживающие дроссели 9 и 10, первый и второй датчики 11 и 12 тока, первый и второй инверторы 13 и 14 тока,блок 15 фазового сдвига, первый и второй блоки 6 и 17 унравления инвертором, сумматор 18, первый li второй нропо)цн- она. усилители 19 и 20. ncpBi nl li второй блоки 21 и 22 унравлснпя выпрямителями, первый 11 второй кнтегро- заномипаюнше блоки 23 и 24, дифференцирующий усилитель 25, четыре управляемых ключа 26, 27, 28 и 29, второй элемент 30 выделения максимального входного сигнала, третий функциональный элемент 31 онреде- ления полярности входного сигнала, элемент 32 задержки, формирователь 33, бинарный триггер 34, мажоритарный элемент 35 с первого но третий, комнараторы 36, 37, 38 и с первого но третий датчики 39-41 BbicHJHx гармоник магнитного потока.

При этом асинхронный электродвигатель с двумя статорными обмотками, сдвинутыми в пространстве относительно друг друга на 30 эл. град., соединен обмотками с инверторами 13 и 14 тока, датчик 2 скорости выходом связан с регулятором 3 скорости, выход которого через первый функциональный элемент 4 соединен с первым 5 и вторым 6 регулятора.ми тока, преобразовател1 частоты, включаюп ий два независимых канала, каждый из которых состоит и-з noi 1едова- тельно соединенных выпрямителей 7 и 8, сглаживающих дросселей 9 и 10, датчиков 11 и 12 тока и инверторов 13 и 14 тока указанного канала, блок фазового сдвига 15, вход которого соединен с блоком 16 унравления инвертором нервого канала, а выход - с блоком 17 унравления И1;вертором вто|)ого канала, входы блоков унравле1П1я инвергором соединены с выходом сумматора 18, входы которого соединены с выходами регулятора 3 скорости и датчика 2 скорости, а датчики 11 и 12 тока каждого канала через нропорцио- нальные усилители 19 и 20 соединены с выходами регуляторов 5 и 6 тока, выходы которых связаны с блоками 21 и 22 управления выпрямителями. Кроме того, входы датчиков 39-41 высших гармоник магнитного потока подключены к измерительной обмотке, а выходы - к входам комнараторов 36, 37 и 38, на которые подается также

задания высших гармоник в зазоре, а выходы компараторов подключены к входу мажоритарного элемента 35, выход которого нодключен к управляющему входу третьего и четвертого ключей 28 и 29, выход носледнего подключен к входам первого и второго интегрозапоминающих блоков 23 и 24, выходы которых подключены, соответственно, к выходам нервого и liToporo регуляторов 5 и 6 тока, а цепи обратных связей - к выходам, соответственно, первого и второго клю- чей 26 и 27, управляющие входы которых подключены к выходу бинарного триггера 34, вход которого через формирователь 33, элемент 32 задержки и третий функциональный элемент 31 нодключен к вь)1ходу диффе0 ренциального усилителя 25, вход которого через выход третьего ключа 28 подключен к выходу второго функционального элемента 30, входы которого нодключены к выходам датчиков 39, 40 и 41 высщих гармоник магнитного потока.

5 .Асинхронный частотно-регулируемый электронривод работает следующим образом.

Сигнал на задание скорости вращения D.-J постунает на сумматор регулятора 3 скорости. Сюда же постунает с датчика 2 скорости сигнал фактической скорости v.

Под действием разности этих сигналов регулятор 3 скорости вырабатывает сигнал абсолютного скольжения р, который в сумматоре 18 складывается с сигнало.м фактической скорости V.

Выходной сигнал ее сумматора 18 поступает на входы 1-го и 2-го блоков управления инверторами 17 и 16 и задает частоту токов на выходе инвертора. Сигнал абсолютного скольжения р с выхода регулятора 3

0 скорости поступает через первый функцио- налын ш элемент 4 на вход первого 5 и вто- рог О 6 регуляторов 4 тока и задает величину токов в обмотках двигателя 1.

Контуры регулирования тока совместно с регуляторами 5 и 6 тока образуют блоки 21

- и 22 управления выпрямителями, выпрямители 7 и 8, датчики 10 и 11 тока и пропорциональные усилители 19 и 20.

В приводе принят закон регулирования, обеспечивающий постоянство магнитного

Q потока машины во всем диапазоне регулирования. Известный недостаток управления с постоянным потоком, связанный с повышенными ютерями в стали при малых мо- MCiiTax нагрузки, не сугцественеп для данного класса нриводов, так как большую часть

5 времени они работают с нагрузкой, близкой к номинальной.

Управление выходной частотой инверторов 13 и 14 производится по принципу пря0

5

мого формирования скольжения, т. е. выходная частота устанавливается такой, что автоматически получается заданное скольжение. В сумматоре 18 скольжение р складывается с фактической скоростью v. Выходной сигнал сумматора 18 а р + и яв- ляется сигналом задания выходной частоты.

Постоянство магнитного потока достигается за счет первого функционального элемента 4, реализующего соответствующее задание тока.

Кроме того, перед преобразованием первой функциональный элемент 4 осуществляет операцию выделения модуля выходного сигнала абсолютного скольжения (3. Это необходимо, так как ток в звене выпрямленного тока не меняет своего знака, а сколь- жение меняет свой знак при переходе привода в режим рекуперативного торможения. Для ограничения тока в переходных режимах регулятор 3 скорости должен быть с огра ничением.

Фазовый сдвиг на 30 эл. град, выходных токов инверторов 13 и 14 достигается за счет создания блоком фазового сдвига 15, временного сдвига управляющих импульсов блоков управления инверторами 16 и 17. Благодаря пространственному сдвигу обмо- ток двигателя 1 и временному сдвигу выходных токов инверторов 13 и 14 высщие гармоники магнитного потока в зазоре, определяемые выражениями

+ 5;

К 12rt + 7,

где К - номер гармоники;

и О, 1, 2, 3,

взаимно уничтожаются, т. е. при прямоугольной форме токов в обмотках двигателя 1 в зазоре его синтезируется магнитное поле, изменяющееся во времени практически синусоидально. Режим компенсации высших гармоник в зазоре с двигателем с расщепленными обмотками способствует уменьшению потерь на поверхности ротора, повышению КПД привода. Нарушение компенсации высщих приводит к недопустимому тепловому режиму двигателя. Поэтому в течение всего времени работы привода должен осуществляться надежный контроль непосредственно магнитного поля в зазоре машины. В известных устройствах контролировались токи высших гармоник в обмотках. Но достаточно измениться передаточным коэффициентам датчиков токов высших гармоник (в прототипе) или пропорциональных уси- лителей 19 и 20 в цепи обратной связи контуров регулирования тока в предлагаемом устройстве, как режим компенсации высших гармоник в зазоре нарушается. Система автоматического регулирования этого не почувствует, но двигатель начнет работать с увеличенны.ми потерями и низким КПД в том случае, если компенсация намагничивающих сил высших гармоник в зазоре нарушается незначительно, или выходит из строя из-за перегрева, если поля высших гармоник велики. В предлагаемом устройстве для повыщения КПД и надежности контролируются не токи высших в обмотках двигателя 1, а содержание высших гармоник непосредственно в магнитном потоке двигателя 1, для чего двигатель снабжают измерительной обмоткой, а систему автоматического регулирования выполняют адаптивной самоорганизующейся.

При работе привода датчики 39-41 высщих гармоник магнитного потока, подключенные к измерительной обмотке двигателя 1 дают содержание высших гармоник в зазоре. Так как ЭДС измерительной обмотки есть производная от магнитного потока, то магнитные поля высших гармоник в зазоре наводят в обмотке ЭДС соответствующих частот. Сигналы фактического содержания высших гармоник в зазоре сравниваются на входах компараторов 36, 37 и 38 с заданным L .-iBi и при равенстве фактической и заданной величин компаратор выдает сигнал.

Для исключения ложных срабатываний, связанных с возможными изменениями коэффициентов передачи датчиков магнитного потока и неисправностью компараторов, контроль осуществляется по мажоритарной схеме «два из трех.

При срабатывании .двух компараторов на выходе мажоритарного элемента 35 появляется сигнал, который поступает на управляющие входы ключей 28 и 29.

С выхода второго функционального элемента 30 максимальный из трех сигнал через коммутирующие выходы третьего 28 и четвертого 29 ключей поступает на входы дифференцирующего усилителя 25, первого 23 и второго 24 интегрозапоминающих блоков. В связи с тем, что первоначальная ориентация бинарного триггера 34 такова, что на выходе его, который подключен к управляющим входам первого 26 и второго 27 ключей, сигнал отсутствует, коммутирующий выход второго ключа 27 не замкнут, а первого ключа 26 - замкнут. Поэтому второй интегро- запоминающий блок 24 начинает работать в режиме интегрирования и на выходе его сигнал нарастает, а сигнал на выходе первого интегрозапоминающего блока 23 остается равным нулю. Далее система работает -в режиме поиска по методу производной по времени. Поскольку контролируемым параметром является содержание высших гармоник в магнитном потоке маи)ины, то производная по времени берется от сигнала содержания Bbicnuix гармоник в потоке. Увеличивающийся во времени сигнал с выхода второго интегрозапоминающего блока 24 поступает на вход второго регулятора 6 тока. Увеличивающиеся вследствие этого токи высших гармоник во второй обмотке двигателя 1 приводят к изменению содержания ubioini x гармоник в магнитном потоке. При этом.

если происходит уменьшение содержания высших в магнитном потоке, то на выходе дифференцируюш,его усилителя 25 полярность сигнала такова, что сигнал не пропускается вторым функциональным элементом 31.

В этом случае процесс увеличения сигнала на выходе второго интегрозапоминаю- щего блока 24 и уменьшения содержания высших гармоник в магнитном потоке происходит до тех пор, пока не произойдет отключение компараторов 36, 36 и 37. В таком положении привод находится до тех пор, пока вновь содержание высших гармоник в магнитном потоке не превысит заданное. Если в режиме поиска происходит увеличение содержания высших в магнитном потоке, то производная по времени - сигнал на выходе дифференцирующего усилители 25 имеет обратную полярность. В этом случае сигнал с выхода дифференцируюш,его усилителя 25 с задержкой по времени, создаваемой элементом 32 задержки, через формирователь 33 поступает на вход бинарного триггера 34. Появляется выходной сигнал на задействованном выходе триггера 34, который переключает первый 26 и второй 27 ключи.

Шунтируя цепь обратной связи второго интегрозапоминаюшего блока 24, второй ключ 27 обнуляет выход второго интегро- запоминаюихего блока 24.

Первый ключ 26 расшунтирует цепь обратной связи первого интегрозапоминающе- го блока 23, который начинает работать в режиме интегрирования. Увеличиваюплийся

во времени сигнал с выхода первого интег- розапоминающего блока 23, поступая на вход первого регулятора 5 тока, уменьшает содержание высших в магнитном потоке до тех нор, пока не срабатывают компара- торы 36, 37 и 38.

Третий функциональный элемент 31 предназначен для выделения на выходе диффе- ренцируюцгего усилителя 25 сигналов, полярность которых соответствует увеличению содержания высших в магнитном потоке, т. е. росту сигнала, поступающего с второго функционального элемента 30.

При всяком срабатывании третьего ключа 28 на вход дифференцирующего усилителя 25 скачком поступает сигнал. При этом на выходе его появляется импульс малой длительности и большой амплитуды, полярность которого соответствует переключению бинарного триггера 34.

Чтобы отстроиться от ложного переброса триггера 34 этим импульсом, вводится элемент 32 задержки. Формирователь 33 предназначен для четкой работы триггера 34.

Таким образом, за счет непрерывного к прямого контроля непосредственно маг- 1-итного поля в зазоре двигателя исключает- с:я режим работы с некомпенсированнымн высшими гармониками магнитного поля в зазоре, т. е. исключается режим работы с увеличенными поверхностными роторными потерями - с низким КПД и режим работы с такими потерями на поверхности ротора, которые способны вывести двигатель из строя, за счет чего повышается надежность работы привода.

t-

(Составитель В. Тарасов

Pe.;iaKTop Л. ПовханТехред И. ВересКорректор Л. Ильин

Заказ 6675/54Тираж 631 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий

113035, .Москва, , Раушская наб., д. 4/5

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