Частотно-регулируемый асинхронный электропривод Советский патент 1987 года по МПК H02P7/42 

равляющими входами 3, 4, Выход тахо- генератора 7 соединен с одним входом блока 12 управления частотой, обра- зованным одним входом форю ропателя 13 аналог ового сигнала выходной частоты и одним входом элемента (Э) 9 сравнения. Второй вход 3 9 нодключен к выходу блока 8 задания скорости. Выход Э 9 подключен к входу регулятора 10, выход которого соединен с другим входом блока 12 и входом блока 11 задания амплитуды .. Выход блока I1 нодключен к управляющему входу 3 ПЧ 2, Вход 4 ПЧ 2 связан с выходом блока 12, образованным выходом ключевого регулятора 19 частоты. Выходы датчиков б, 5 соедикепы с третг-зим и четвертым входами блока 12, образо- ва.П1ыми вход,ами формирователя 14 сигналов петогосцепл(. . Указа1 ная цель

1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах автоматического упрг1вления частотно-регулируемыми электроприводами общепромышленного назначения, выполненными на основе асинхронного короткозамкнутого двигателя и ти- ристорного преобразователя частоты с автономным инвертором тока.

Целью изобретения является повышение качества работы за счет точного поддержания задаваемой амплитуды по- .тока в асинхронном двигателе.

На фиг.1 представлена функциональная схема частотно-регулируемого асинхронного электропривода; на фиг.2 - функциональная схема блока выделения модуля потокосцеплений;па фиг.З - функциональная схема формирователя логических сигналов регуля- .тора потока.

. Частотно-регулируе1.1ый асинхронньм электропривод содержит асинхронный двигатель 1 с коррткозамкнутым ротором, статорные обмотки которого . подключены к выходу преобразователя 2 частоты с двумя управляющими входами 3 и 4 по току и частоте соответственно, датчик 5 фазных токов и датчик 6 фазных напряжений, тахогене ратор 7, установленный на валу асиндостигается тем, что во входную цепь операционного усилителя 20, входящего в состав регулятора 19, введены дополнительные резисторы 35, 37 и ключи 34, 36, коммутируемые сигналами формирователя 33 логических сигналов регулятора потока по сигналам релейного регулятора 32 потока и зна ка момента. В результате осуществляются регулирование амплитуды потока и точное ее поддержание на заданном уровне., Указанное регулирование особенно э4 фективно при использовании экономического закона регулирования, при котором амплитуда потока меняется в широких пределах, а фазовый угол вектора тока в системе коорди- мат потокосцепления меняется в узких пределах. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

хронного двигателя 1 с короткозамк- нутым ротором, последовательно соединенные блок .8 задания скорости,первый элемент 9 сравнения, регулятор

10 скорости и блок. 11 задания амплитуды тока, подключенный выходом к уп- равляюп;ему входу 3 -по току преобразователя 2 частоты.

Причем другой вход первого элемента 9 сравнения подключен к выходу тахогенератора 7, блок 12 управления частотой, выполненный с формирователем 13 аналогового сигнала выходной частоты, подключенным входами к выходу регулятора 10 скорости и к вы- ходу тахогенератора 7, формирователем 14 сигналов потокосцеплений,подключенным входами к выходам датчиков 5 и 6 токов и напряжений, блоком 15 задания фазы тока в системе координат потокосцеплений, подкшоченным входом к выходу регулятора 10 скорости, формирователем 16 логических

сигналов заданного тока, подключенным входами к выходу формирователя 14 сигналов потокосцеплений и к выходу блока 15 задания фазы тока в системе координат потокосцеплений, I l

формирователем 17 логических сигналов фактического тока, подключенным входом к выходу датчика 5 фазных то

ков, элементом 18 логического сравнения, подключенным входами к выходам формирователей 16 и 17 логических сигналов заданного и фактического токов, ключевым регулятором 19 частоты с операционным усилителем 20 к инвертирующему входу которого подключен первый резистор 21, а через первый управляемый ключ 22 - второй резистор 23, другой вывод которого объединен с другим выводом первого резистора 21 и образует первый вход 24 ключевого регулятора 19 частоты, подключенный к выходу формирователя 13 аналогового сигнала выходной частоты.

При этом по цепи обратной связи операционный усилитель 20 охвачен третьим резистором 25, шунтированным вторым управляемым ключом 26, управляющий вход которого и управляющий вход первого управляемого ключа 22 образуют соответственно второй и третий входы 27 и 28 ключевого регулятора 19 частоты, подключенные к выходам элемента 18 логического сравнения, а выход операционного усилителя 20, образующий выход ключевого регулятора 19 частоты, подключен к управляющему входу 4 по частоте преобразователя 2 частоты.

В блок -12 управления частотой дополнительно введены блок 29 выделеФормирователь 33 логических сигналов регулятора 32 потока содержит три инвертора 45-47 (фиг.З), три элемента И 48-50, два элемента ИЛИ 51 и 52, источник 53 логического сигнала включения системы регулирования п отока и нуль-индикатор 54, подключенный выходом к входу второго инвер тора 46, при этом входы первого эле1,Д.,1.1, . 4J li.%.LJ.LJlll Lf Л t-f JJ ,

НИЯ модуля потокосцеплений и после-эг т / о

- on мента И 48 подключены квыходам перi-r -V4-i m/-vf-rT TTt. f f f /т ттт/читтт 1 f -til

довательно соединенные блок 30 задания амплитуды потока, второй элемент 31 сравнения, релейный регулятор 32 потока, формирователь 33 логических сигналов регулятора 32 .потока, при этом вход блока 30 задания амплитуды потока и второй вход формирователя 33 логических сигналов объединены между собой и подключены к выходу регулятора 10 скорости, а второй вход второго элемента 31 сравнения подключен к выходу блока 29 выделения модуля потокосцеплений, в

40

вого и второго инверторов 45 и 46, входы второго элемента .И 49 подключены к входам первого и второго инверторов 45 и 46.

Входы первого элемента ИЛИ 51 подключены к выходам первого и второго элементов И 48 и 49.

Первый вход третьего элемента 45 И 50 объединен с первым входом второго элемента ИЛИ 52 и подключен к выходу первого элемента ИЛИ 51. Второй вход третьего элемента И 50 объключевом регуляторе 19 частоты инвер- единен с входом третьего инвертора тирующий вход операционного усилите- 50 подключен к выходу источника 53 ля 20 дополнительно подключен к пер- логического сигнала включения систе- вому входу 24 ключевого регулятора мы регулирования потока. 19 частоты через две параллельно сое- Второй вход второго элемента ИЛИ диненные цепи, первая из которых вы- 52 подключен к выходу третьего инвер- полнена из последовательно соединен- 55 тор 7, причем вход первого инвер- ных третьего управляемого ключа 34 тора 45 и вход нуль-индикатора 54 об- и четвертого резистора 35, а вторая разуют соответственно первый и втс- цепь - из последовательно соединенных рой входы формирователя 33 логичес- четвертого управляемого ключа 36 и ких сигналов, выходы которого об5

пятого резистора 37, причем управляющие входы третьего и четвертого управляемых ключей 34 и 36, образующие соответственно четвертый и пятый вхо- ды 38 и 39 ключевого регулятора 19 частоты, соединены с соответствующие ми выходами формирователя 33 логических сигналов регулятора 32 потока.

Блок 29 выделения модуля потоко- сцеплений может содержать узел 40 вычитания (фиг.2), блоки 41 и 42 умножения, сумматор 43 и преобразователь 44 функции квадратного корня, выходом образующий выход блока 29 выделения модуля потокосцеплений, входы которого образуют объединенные между собой входы блока 41 умножения и входы узла 40 вычитания.

Выход узла 40 вычитания подключен к объединенным между собой входам блока 42 умножения. Выходы блоков 41 и 42 умножения подкльочены к входам сумматора 43, соединенного выходом с входом преобразователя 44 функции квадратного корня.

Формирователь 33 логических сигналов регулятора 32 потока содержит три инвертора 45-47 (фиг.З), три элемента И 48-50, два элемента ИЛИ 51 и 52, источник 53 логического сигнала включения системы регулирования п отока и нуль-индикатор 54, подключенный выходом к входу второго инвертора 46, при этом входы первого эле0

5

0

Д.,1.1, . 4J li.%.LJ.LJlll Lf Л t-f JJ ,

г т / о

40

вого и второго инверторов 45 и 46, входы второго элемента .И 49 подключены к входам первого и второго инверторов 45 и 46.

Входы первого элемента ИЛИ 51 подключены к выходам первого и второго элементов И 48 и 49.

Первый вход третьего элемента 45 И 50 объединен с первым входом второго элемента ИЛИ 52 и подключен к выходу первого элемента ИЛИ 51. Второй вход третьего элемента И 50 объразуют выход третьего элемента И 50 и выход второго элемента ШШ 52.

В качестве источника 53 логического сигнала включения системы регулирований потока может быть использовано реле, контакт которого коммутирует напряжение источника постоянного тока, являющееся логическим сигналом включения.

Частотно-регулируемый асинхронный электропривод работает следующим образом.

Сигнал задания скорости из блока 8 сравнивается с сигналом тахогене- ратора 7 на первом элементе 9 сравнения. Сигнал ошибки скорости преобразуется регулятором 10 скорости в С-игпал задания момента. В зависимости от принятого закона управления электромагнитными процессами асинхронного двигателя 1 с короткозамк- нутым ротором ка кДому значению момента соответствует определенное значение амплитуды, тока, задаваемое блоком 11, определенное- значение угла между векторами потока и тока, за-- даваемое блоком 15, определенное значение амплитуды потока, задаваемое блоком 30, и определенное значение скорости вектора тока в сиС Ге- ме координат ротора, задаваемое формирователем 13, где производится сложение сигнала скольжения асинхронного двигателя с сигналом тахогенератора 7. I

Выходной сигнал блока 1 задания амплитуды тока поступает на управляющий вход.3 преобразователя 2 частоты. Выходной сигнал формирователя 13 аналогового сигнала выходной частоты через ключевой регулятор 19 частоты поступает на уиравляюпа-гй вход 4- преобразователя 2 частоты. Фактическая частота преобразователя 2 частоты определяется выходньм сигналом операционного усилителя 20, для которого соотношение между входным и выходным сигналами зависит от среднего времени замкнутого состояния управляемых ключей 22, 34, 36 и 26,

Если замкнут ключ ЗА, а ключи 22, 36 и 26 разомкнуты, то выходной сигнал равен входному. Если замкнуты ключи 34 и 36, а ключи 22 и 26 разомкнуты, то выходной сигнал больше входного. Если ключи 22, 34, 36 и 26 разошснуты, то выходной сигнал меньше входного.

823026

Сиг налы датчиков тока 5 и напряжения 6 в формирователе 14 преобразуются в сигналы потокосцеплений двигателя , а по сигналам потокосцеплений

5 и преобразованному блоком 15 задания фазы тока сигналу задания момента формирователем 16 вьщаются логи- ческие сигналы заданного тока. Сиг- налы датчика 5 тока в формирователе

0 17 преобразуются в логические сигналы фактического тока. Последовательности логических сигналов с выходов формирователей 16 и 17 сравниваются в элементе 18 логического сравнения, 5 на выходах которого появляется логический сигнал на время несовпадения . логических сигналов заданного и фак тического тока. Если фактический ток отстает от заданного, выходной сигл20 нал элемемта 18 логического сравнения замыкает ключ 22, если опережает ключ 26.

По сигналам потокосцеплений форми25 14 в блоке 29 выделяется сигнал амплитуды потока, который с помощью элемента 31 сравнения сравнива ется с сигналом задания амплитуды пото- ка с выхода блока 30. Сигнал ошибки.с вы30 хода элемента 31 сравнения переключает релейный регулятор 32 потока. В формирователе 33 логические сигналы с выхода релейного регулятора 32 в комбинации с логическими сигналами

35 знака момента, получаемыми с помощью, нуль-индикатора 54 (фиг.2) и инвертора 45, преобразуются в выходные логические сигналы .формирователя 33, которые в нормальной работе одинако40 вые и повторяют выходной сигнал элет мента ИЛИ 51. Только в наладочном режиме, когда на входы элементов 50 и 47 вместо единичного логического сигнала включения источника 53 подает45 ся нулевой, на выходе элемента И 50 получаем постоянньш нулевой сигнал, а на выходе элемента ИЛИ 52 - постоян- ньй единичный сигнал. Единичный сигнал на выходах формирователя 33 при

50 нормальной работе появляется, если в двигательном режиме фактический, поток больше заданного или в генера- торном (тормозном) режиме - меньше заданного. Указанная логическая функ55ция реализуется логическими элементами 48, 49 и 51. Выходные сигналы формирователя 33 управляют работой ключей 34 и 36 ключевого регулятора 9 частоты.

7 I Рассмотрим сначала работу управля емых. ключей 22 и 26, управляемых выходными сигналами элемента 18 логического сравнения, условившись, что единичный управляющий сигнал замыкает ключ, а нулевой - размыкает. Допу стим, что на входы элементов 50 и 47 формирователя 33 вместо единичного сигнала из источника 53 подается нуг левой сигнал. Тогда на выходе И 50 получаем О,.а на выходе элемента ИЛИ 52 - 1, ключ 34 замкнут, а ключ 36 разомкнут. При разомкнутых ключах 22 и 26 на выходе операционного усилителя 20 получаем повторение аналогового сигнала задания частоты с выхода формирователя 13. Одна ко фактическая частота тока на выходе преобразователя 2 частоты не будет в точности равна требуемой, которая определяется электромагнитными процессами в двигателе, из-за погрешности измерительных и решающих устройств системы управления и запаздывания, вносимой преобразователем. Указанное несоответствие приведет к несовпадению фазы логических сигналов фактического и заданного тока на выходах формирователей I7 и 16. Данная погрешность фиксируется элементом I8 логического сравнения, и благодаря работе клюней 22 и 26 фактическая частота тока в преобразователе 2 частоты будет в точности равна требуемой.

Допустим, что фаза,фактического тока отстает от фазы заданного тока. Логический сигнал с выхода элемента 18 логического сравнения будет на некоторое время замыкать ключ 22, в результате увеличится сигнал на выходе операционного усилителя 20, соответственно увеличится частота преобразователя 2 частоты, и частота . фактического тока двигателя установится равной частоте заданного тока Но соответствие по частоте вследствие работы ключа 22 означает установившуюся фазову7о ошибку фактического тока относительно заданного. Если .ь фактический ток отстает от заданного, то в двигательном режиме будет увеличиваться поток двигателя, а в генераторном режиме - уменьшаться.

При работе регулятора потока создается преднамеренное изменение входного сопротивления операционного уси лителя 20, при этом будет меняться

823028

; ,:частота преобразователя, и восстановление частоты произойдет при новом значении угла рассогласования между заданной и фактической фазами 5 тока двигателя, что приведет при заданной амплитуде тока к изменению потока. Например, в двигательном режиме амплитуда потока меньше заданной, на выходах формирователя 33 нуtO левой сигнал, ключи 34 и 36 разомкнуты, входное сопротивление операционного усилителя 20 оказывается больше сопротивления в цепи обратной связи, и сигнал нашего выходе уменьша15 ется. При этом вступает в работу элемент 18 логического сравнения, кото- рьй коммутирует ключ 22. Фаза фактического тока меняется в сторону отставания , амплитуда потока увеличива- 20 ется..

Таким образом, благодаря введению во входную цепь операционного усилителя 20, дополнительных сопротивлений 35 и 37 и ключей 34 и 36, ком25 мутируемых сигналами, формирователя 33 логических сигналов регулятора потока по сигналам релейного регулятора 32 потока и знака момента двигателя, осуществляется регулирование

30 амплитуды потока и точное поддержание ее на заданном уровне, при этом повышается качество управления моментом и скоростью предложенного . I асинхронного электропривода в сравне35 НИИ с известным.

Указанное регулирование потока особенно эффективно при использовании экономичного закона управления асинхронным двигателем (закона Кос40 тенко М.П. или закона минимального тока), при котором амплитуда потока меняется в широких пределах, а фазовый угол вектора тока в системе координат потокосцепления меняется в уз- .

45 ких пределах.

Формула изобретения

1. Частотно-регулируемый.асинхрон 50-ный электропривод, содержащий асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, статорные обмотки которого подключены к выходу преобразователя частоты с двумя управляющими входами 5 по току и частоте, датчик фазных то- ков и напряжений, тахогенератор, установленный на валу асинхронного двигателя с короткозмакнуть1м ротором, последовательно соединенные блок заДания скорости, первый элемент сравнения, регулятор скорости и блок задания амплитуды тока, подключенный выходом к управляющему входу по току преобразователя частоты, причем другой вход первого элемента сравнения подключен к выходу тахогенератора, блок управления частотой, выполненный с формирователем аналогового сигнала выходной частоты, подключенным входам - к выходу регулятора скорости и к выходу тахогенератора, формирователем сигналов потокосцеплешта подключенным входами с выходам датчиков фазных токов и напряжений, блоком задания фазы тока в системе координат потокосцеплений, под лючен- ным входом к выходу регулятора скорости, формирователем логических сигналов заданного тока, подключенным входами к выходу формирователя сигналов потокосцеплений и выходу блока задания фазы тока в системе координат потокосцеплен от, формирователем логических сигналов .фактического тока, подключе - ным входом к выходу датчика фазных токов, элементом логического сравнения, подключенным входами к выходам формирователей логи- сигналов заданного и чесКого токов, ключевым регулятором частоты с операционным усилителем, к -1нвертиру ощему входу которого подключен первый резистор, а через пер- Bbrii управляемый ключ - второй резистор, другой вывод которого объединен с другим выводом первого резистора и образует первый вход ключевого регулятора частоты, подключенный к выходу формирователя сигнала выходной частоты, при этом по цепи обратной связи операционньш усилитель охвачен третьим резистором, шунтированным вторым управляемым ключом, управ J яющий вход, которого и управляющий вход первого управляемого ключа образуют соответственно второй и третий входы ключевого регулятора частоты, подключенные к выходам элемента логического сравнения, а выход onepanHO iHoro усилителя, образующий выход ключевого регулятора частоты, подключен к управляющему входу по частоте преобразова.теля частоты, о т личающийся тем, что, с целью повышения 1:ачества работы за счет точного поддержания задаваемой амплитуды потока, в блок управления

частотой дополнительно введены блок выделения модуля потокосцеплений и последовательно соединенные блок задания амплитуды потока, второй элемент сравнения, .релейньш регулятор потока, формирователь логических сигналов регулятор потока, при этом вход задания амплитуды потока и второй вход формирователя логических сигналов регулятора потока объединены между собой и подключены к выходу регулятора с орости, а второй вход второго элемента сравнения подключен к выходу блока выделения модуля потокосцеплений, под шюченного входом к выходу формирователя сигналов потокосцеплений, в ключевом регуляторе частоты инвертируюпцш вход операционного усилителя допол 1ительно подключен к первому входу ключевого регулятора частоты через две параллельно coeди eнныe цепи, первая из -которых выполнена из последовательно соединенных третьего управляемого-ключа и четвертого резистора, а вторая - из последовательно соединенных четвертого управляемого ключа и пятого резистора, причем уп- равляющие входы третьего и четвертого управляемых ключей, образующие соответственно четвертый и входы ключе вого регулятора частоты, соединены с соответствующими выходами формирователя логических сигналов регулятора потока.

2. Электропривод по п.1, о т л и- чающийся тем, что формирователь логических сигналов регулятора потока содержит три ш- вертора, три

элемента И, два элемента ИЛИ, источник логического сигнала включения системы регулирования потока и нуль-индикатор, подключенный выходом к входу второго инвертора, при этом входы первого элемента И подключены к выходам первого и второго инверторов, входы второго элемента И - к входам первого и второго инверторов, входы первого элемента ИЛИ - к выходам первого и второго элементов И, первый вход третьего элемента И объединен с первым входом второго элемента ИЛИ и подключен к выходу первого элемента ИЛИ, второй вход третьего элемента И объединен с входом третьего инвертора и подключен к выходу источника логического сигнала включения системы регулирования .

1282302

второй вход второго элемента ИЛИ под- вателя ключей к выходу третьего инвертора, причем вход первого инвертора и вход нуль-индикатора образуют соответстгуляторрого элемент

венно первый и второй входы формиро- 5 элемента ИЛИ.

фиг.З

12

вателя

логических сигналов регулятора потока, выходы которого образуют выход третьего элемента И и выход второго

Фиг. г

Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения -является повьшение качества работы. Частотно-. регулируемый асинхронный электропривод содержит асинхронць1й двигатель (АД) 1, на валу к-рогоГ- установлен тахогенератор 7. Обмотки статора АД 1 подключены через датчики 5, 6 фазных токов и напряжений к преобра-.- зователю (ПЧ) 2 частоты с двумя уп(Л Фиг. 1