Электропривод Советский патент 1987 года по МПК H02P7/42 

1

Изобретение относится к электротехнике, а именно к управлению асинхронными электроприводами с помощью полупроводниковых преобразователей за счет изменения подводимого к двигателю напряжения, и может быть использовано в электроприводах позиционных механизмов с высокими требованиями к качеству переходных режимов и точности позиционирования.

Целью изобретения является улучшение динамических показателей за счет уменьшения пульсаций момента и повышения быстродей(твия,

На чертеже представлена функциональная схема электропривода.

Электропривод содержит асинхронный электродвигатель 1, обмотки статора которого через датчик 2 фазных токов подключены к выходам силового полупроводникового коммутатора 3 с входом 4 для управления порядком чередования фаз и с входом 5 для управления величиной выходного напряжения, выпрямитель 6, датчик 7 скоро сти вращения асинхронного электродвигателя I и блок 8 задания скорости, подключенный через прямой вход первого сумматора 9 и первый релейный элемент 10 к входу 11 дпя управления порядком чередования фаз силового полупроводникового коммутатора 3. При этом выход датчика 7 скорости вращения подключен к инверсному входу первого сумматора 9.

В электропривод введены второй сумматор 11 с прямым и инверсным вхо дами, третий сумматор 12 с одним прямым и двумя инверсными входами, второй релейный элемент 13, датчик 14 модуля вектора тока статора и вычислитель 15 ортогональных составляющих вектора потокосцепления ротора, три входа которого подключены соответственно к выходам датчика 7 скорости вращения, датчика 14 модуля вектора тока статора и первого релейного элемента 10,

При этом выход первого сумматора 9 подключен к прямому входу второго сумматора 11, соединенного выходом с входом выпрямителя 6, выход выпрямителя 6 соединен с прямым входом третьего сумматора 12, подключенного выходом через второй релейный элемент 13 к входу 5 дпя управления величиной выходного напряжения силового полупроводникового коммутатора 3.

127122

Вход датчика 14 модуля вектора тока статора подключен к выходу датчика 2 фазных токов, а его выход - к первому инверсному входу третьего 5 сумматора 12, второй инверсный вход которого и инверсный вход второго сумматора I1 соединены с соответствующими выходами вычислителя 15 ортогональных составляющих вектора fO потокосцепления ротора.

В качестве силового полупроводникового коммутатора 3 использован преобразователь импульсного типа на тиристорах или транзисторах, осу- 5 ществляющий с высоким быстродействием подключение и отключение одновременно трех фаз асинхронного электродвигателя 1 к питающей сети, при этом в период отключения производит- 20 ся закорачивание фаз для протекания реактивного тока.

Для пояснения принципа работы ч электропривода запишем систему дифференциальных уравнений двухполюсио- 5 го асинхронного электродвигателя в системе вращающихся координат X, Y, ось Y которой совмещена с вектором тока статора

Di - i-4Br i К.и;,

6L

КгБХ- -1-„ йЦЦ

6Lc

DV - ;V, - K-W)V

ry

(1) (2)

D i+ ry RrKris()Vr)t-

(3)

Dwr (1.5 K.igH)- MC)/I, (4)

где - оператор дифференхщрования;ic - модуль вектора тока

статора;

гк составляющие вектора

потокосцепления ротора; U- - проекция вектора напряжения статора на ось Y; Rg, R). - активные сопротивления фаз статора и ротора;

L, Lt. полные нндуктивности

обмоток статора и ротора;

L - взаимная индуктивность между статором и ротором;

ujf. - скорость вращения вала электродвигателя;

Шц - скорость вращения системы координат;

Mj. - момент сопротивления на валу;

I - приведенный момент инерции

К Тг V/Rp;

6 (L.Ls-O/L.Lg. Путем высокочастотной коммутации фаз статора от состояния, соответствующего подключению к сети на полное напряжение, к их закорачиванию и обратно по сигналу рассогласования между заданным и измеренным значениями модуля вектора тока статора, можно достаточно точно поддерживать желаемое значение этой величины. 0с- нЪвываясь на этом положении, можно приближенно описать процессы в асинхронном электродвигателе с помощью уравнений (2)-(4). Причем степень приближения в полной мере определяется качеством поддержания заданного значения модуля вектора тока статора, которое в электроприводе осуществляется релейным образом.

Линеаризуя уравнения (2-)-(4) и выбирая в качестве управляющего воздействия модуль вектора тока статора, можно репгать задачу синтеза системы автоматического управления . асинхронным электродвигателем, используя общие методы теории модального управления, согласно которым дпя получения желаемых динамических показателей объекта, описываемого тремя дифференциальными уравнениями, необходимо наличие трех обратных связей по переменным состояниям.

Поддержание управляющей величины путем высокочастотного подключения и отключения фаз электродвигателя к питающей сети позволяет обеспечить желаемое качество переходных процессов. При этом форма тока в фазах близка к синусоидальной, что благоприятно сказывается и на энергетических показателях.

Вычислитель 15 ортогональных составляющих вектора потокосцепления ротора (наблюдающее устройство) предназначен для получения информации о составляющих , ° уравнениям (2)-(4), На его входы поступает информация о величине модуля вектора тока статора, скорости вра- щеиия вала ротора и знаке направления вращения поля электродвигателя

13127124

(что соответствует направлению вращения вектора тока и системы координат.X, Y, связанной с ними). Абсолютное значение скорости вращения , координат (j), принимается равным своему установившемуся значению, при этом предполагается, что действие обратных связей наблюдающего устройства позволит избежать большой ошиб10 ки в вычислении проекций потокосцепления ротора из-за принятого допущения. Кроме того, высокая частота коммутаций способствует близости кривых токов в фазах электродвигате15 ля к синусоиде, что в свою очередь, означает близость скорости вращения вектора тока статора (или системы координат, связанной с ним) к своему установившемуся значению,

20 Наличие выпрямителя 6 объясняется тем, что при изменении знака сигнала задания по скорости, в установившемся режиме сигнал рассогласования по скорости и составляющая

25 вектора потокосцепления ротора по действительной оси координат, ортогональной вектору тока статора, также меняют знак, в то время как величина управления, т.е, модуль век30 тора тока статора и составляющая вектора потокосцепления ротора по мнимой оси координат остаются положительны.

Электропривод работает следуюш м

j образом.

На прямой вход сумматора 9 подается сигнал задания по скорости с выхода блока 8 задания в соответствии с желаемым процессом пуска,

40 Если Действительное значение скорости вращения вала электродвигателя I меньше заданного, релейный элет мент 10 подает на управляющий вход 4 коммутатора 3 логический сигнал,

45 соответствующий прямому порядку подключения фаз сети на выход коммутатора. Задание величины управления осуществляется вычитанием из сигнала рассогласования по скорости сигнала

50 обратной связи по проекции вектора потокосцепления ротора на действительную ось системы координат (эту операцию осуществляет сумматор 11), последующим выпрямлением результата

55 с помощью выпрямителя 6 и вычитанием из него сигнала обратной связи по другой составляющей вектора потокосцепления ротора с помощью сумматора 12,

51

Из результата, соответствующего заданному значению модуля вектора тока статора, вычитается действитель ное значение этой величины (это осуществляется также с помощью сумматора 12), Если знак разности положителен, то релейный элемент 13 подает на управляющий вход 5 коммутатора 3 логический сигнал, соответствующий подключенному состоянию фаз электродвигателя 1 к фазам сети. Ток и момент электродвигателя I начинают нарастать. Если действительное значение модуля вектора тока статора превысит заданное, на выходе сумматора 12 появится отрицательный сигнал, и релейный элемент 13 подаст логическую КОМШ1ДУ коммутатору 3 на отключение фа Электродвигателя 1 от сети и их закорачивание. Если скорость вращения вала электродвигателя 1 становится больше заданной, то релейный элемент 10 подаст логическую команду Коммутатору 3 на изменение порядка чередования подключаемых фаз сети, и электродвигатель перейдет в режим торможения противо- включением, причем интенсивность торможения определяется величиной заданного значения модуля вектора тока статора, которая, в свою очередь, пропорциональна величине рассогласования по скорости и корректируется обратными связями по составляющим вектора потокосцепления ротора. Динамические показатели процесса управления определяются выбором коэффициентов обратных связей в соответствии с известными методами синтеза.

Таким образом, введение в электропривод двух дополнительных сумматоров, релейного элемента, датчика модуля вектора тока статора, вычислителя ортогональных составляющих вектора потокосцепления ротора и применение импульсного полупроводникового коммутатора позволяет обеспечить в электроприводе параметрическое управление, характеризуемое более высокими показателями по качеству динамических процессов, гармоническому составу токов и напряжений и быстродействию в сравнении с известиым решением.

Применение предлагаемого электропривода экономически оправдано в частности для позиционных систем высокой точности, где не требуется ра126

бота на пониженных скоростях, а важно регулирование пуско-тормозньгх режимов.

Формула изобретения

1. Электропривод, содержащий асинхронный электродвигатель, обмотки статора которого через датчик фазных токов подключены к выходам силового полупроводникового коммутатора с входом для управления порядком чередования фаз и с входом для управления величиной выходного напряжения, выпрямитель, датчик скорости вращения ротора асинхронного электродвигателя и блок задания скорости, подключенный через прямо: : вход первого сумматора и первый релейный

элемент к входу для управления порядком чередования фаз силового полупроводникового коммутатора, при этом выход датчика скорости вращения подключен к инверсному входу первого сумматора, отличающийся тем, что, с целью улучшения динамических показателей за счет уменьшения пульсаций момента и повьщ1ения быстродействия, введены второй сумматор с прямым и инверсным входами, третий сумматор с одним прямым и двумя инверсными входами, второй релейный элемент, датчик модуля вектора тока статора

и вычислитель ортогональных составляющих вектора потокосцепления ротора, три входа которого подключены соответственно к выходам датчика скорости вращения ротора асинхронного электродвигателя, датчика модуля вектора тока статора и первого релейного элемента, при этом выход первого сумматора подключен к прямому входу второго сумматора, соединенного выходом с входом выпрямителя, выход которого соединен с прямым входом третьего сумматора, подключенного выходом через второй релейный элемент к входу для управления величиной выходного напряжения силового полупроводникового коммутатора, вход датчика модуля вектора тока статора подключен к выходу датчика фазных токов, а его выход к первому инверсному входу третьего сумматора, второй инверсный вход которого и инверсный вход второго сум- матора соединены с соответствующими выходами вычислителя ортогональных

7I3127I2 8

составляющих вектора потокдсцепления вой полупроводниковый коммутатор вы- ротора.полней в виде преобразователя им

2. Электропривод по п. 1, о т - пульсного типа, личающийся тем, что сило

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в позиционных механизмах. Целью изобретения является улучшение динамических показателей. Указанная цель обеспечивается введением в электропривод сумматоров 11, 12, релейного элемента 13, датчика 14 модуля вектора тока статора и вычислителя 15 ортогональных составляющих вектора потокосцепления ротора асинхронного двигателя 1. Введение указанных блоков позволяет обеспечить в электроприводе параметрическое управление. 1 3 . п. ф-лы, 1 ил.