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

И и)6)егс(1ис отиоситсн к y. icKTpoTexHH- ко и может быть испсхпьзовано в систс- M;ix ангоматического управления частотно- ei-yjn;))iMn ектроприводами, ны пол ценными iia основе асинхронного дЕШГ ателя с KojiDiKo (амкнутым ротором и ти()иеторного (|)а (пнате.чи частоты с авт()Н()гнЬ)1м ин- В(чггор()1 тока.

Це.гьн; изобретения является унрони нне :i,k Kгрои)ивода при обеспечении высокого к;1чссгва нереходньгх нроцессов нутем исключения К(). 1сба гсльн(к ти момента.

На (})иг. I представлена (}1упкниона.1ь- ная , сма часгсггпо-регу.чируемого улектро- привола; на 1)иг. 2схема одного капа.la грехкана. |ьпо14) фор.мировате.т ни. ю ()Г)|1а.и(ых си|нал()в; на фиг. 3схе.ма

(f)()|uiH ioBaГ0.1Я управляюп1нх CHifia.ioB; па фи1. 1 схема пптеграто 1а; на фиг. 5 схе.ма онре.че.1Нте. 1Я нотокоснен.1ения; на фи ()схема 1)()рмирователя имHy. ifjCOB; на фнг- 7схе.ма э.лемснта taп(;минапня: па фиг 8 и 9схемы первою II вго)огс) функциональных преобра- iOBaTc.ieii соответственно.

Часки fio per улируемый э. гктропривод со- Д1. |)/кит асиих) .шнг атель 1 с корот- кичамк |уты.м )ото)ом. нодключепньи через л.ичики (})а-;11ьгх напряжений 2 и фазпых lOKDB . J к выходам п()еобразователя 4 час- гогы, в(,пи.).щепного с входами д.ая ynpais- .1ения часготой и гоком. и блок 5 .алапия 1И)1 чодпой частотьг

I час idTHo-pei у.чпруемый электропривод HIU leiu.i суммат()) (, Т)ехка11альны1 | (fiop.MH poiiaii .ib 7 пи. Юобразпых сигналов с т)е- мя входами 8. 9 и 10 и (})ормирователь II V пра ля101цих 1 пгпа IOB с двумя грехфазны ми нхо la.MH 12 и 13, выходо.м 14 кор- рс книп част(.1гы и выходом 15 тока.

Трехкапа.11)Ный формировате.ть 7 пилооб- |ia iHhix снгпа.юв сск тавлеп в каждом канале 1г оиреде.1ите;1я К) потокоспенлепия (фи1. 2). (С |)Мпро1 ате. 1Я 17 импу.чьсов и 1111 )1 гра |п)а 18 с управляюн1им и сбрасы- зпкпцим входами. В.ьгход онределптеля И) поюкосненления 11О.1клк)чен к вхг)ду фор- мп|)ователя 17 имну.;1ьсов, соединеннслч) выходом со сбрас1)1вак)пи1М входом интегра- юра IS. у||)авляк)1пий вход которог о н два входа опреде.пггеля нотокоспепления образуют соо встс гвенпо первый 8, второй 9 и третий И) входы трехканального фор.мнровате- .1Я 7 пи.н)об|1;:: iiibix сигпалов, выход кот(.)ро го onfia.ioiian В|)1ходо.м интегратора 18.

Форм.и ователь 1 I управ..1яюнянх снгна- .101 в.ыпо.шен с гремя формирователями 19. 20 и 21 импульсов (фиг. 3), тре.мя уп- )ав.1яю|цими ключами 22, 23 и 24, -: лемен- то.м 2Г) (аноминания, :. 1ементо.м 2Г) диффе- репци овапия, нервы.м 27 и вторым 28 функ- пиона.|ьньгми преобразователями. Входы уп- авляемых к.ночей 22, 23 и 24 образуют первый 1|1ех({)азпый вход 12 формирователя I I т1равляк)п1их сн1иалов, второй т Н хфа.зпый вход 13 которого образован попарно объединенными .между собой первым входом первого и вторым входом третьего формирователей 19 и 21 импульсов, вторым вхо- дом нервого и первым входом второго формирователей 19 и 20 и.мпульсов, вторы.м входом BTOpoi o и первым входом третьего (})ормирователей 20 и 21 и.мпульсов.

Выходы формирователей 19, 20 и 21 импульсов подключены к управляющим входа.м соответствующих управляющих ключей 22, 23 и 24, выходы которых объединены и соединены с входом уле.мента 25 запо.мина- ния, подключенного выходом к входу первого функционально1 о преобразователя 27,

5 соединенного выходом с входами эле.мен- га 2() дифференцирования и второго функ- иис)па. 1ьного преобразователя 28, выходы ко- к())екции частоты и выход 15 задания тока формирователя 11 унравляюнгих сиг- на. IOB.

0Первый вход сумматора 6 (фиг. 1) подк.1ючен к выходу блока 5 задания выходной частоты, второй вход - к выходу 14 к(./ррекции частоты ()зормирователя 11 управ- ;1яюни1,х си1 на;1ов. Выход сумматора 6 сое5 дипен с входом для управления частотой преобразовате.1Я 4 частоты и первым входом 8 трехкана;11Д(ого формирователя 7 пилообразных сигналов, второй 9 и третий 10 входы которого подключены соответст- BCFino к выходам датчиков фа.зпых напряQ жен и и 2 и токов 3.

Первый и второй трехфазные входы 12 и 13 (|)ормпрователя 11 управляющих сиг- на. юв подключены соответственно к выходу трехканального формирователя 7 пилообразных сигналов и к выходу датчика 3 фаз5 librx ГОКОВ. Выход 15 задания тока формирователя 11 унрав, 1яющих сигналов под- к.тючен к входу для управления током преобразователя 4 частоты.

Интегратор 18 может быть выполнен на операнионном усилителе 29 (фиг. 4) с вход Н1.1М резистором 30 и конденсатором 31 в це- lui обратной связи. Операционный усилитель 29 охвачен также разрядным ключом 32, ун)авляю1ций вход которого образует сбра- сьп а1опгий вход инте1-ратора 18.

г Определитель 16 нотокосценления может быть выно. шен па операгиюино.м усилите- ,ie 33 (фиг. 5) с резисторами 34 и 35 и копденсатором 36 на входе и конденсатором 37 в цепи обратной связи. Опера- циопный усилитель 33 охвачен также Т-об0 разным фильтром на резисторах 38 и 39 и конденсаторе 40.

Ф()мирователь 17 импульсов может содержать ко.мпаратор 41 (фиг, 6) с прямым и ипверспым выходами, логические инверторы 42 и 43, логическую схему 2И-ИЛИ 44

5 и цепи задержки на резисторах 45 и 46 и конденсаторах 47 и 48,

Формирователи 19, 20 и 21 импульсов выпол}(яются по схеме фиг. 6 с добавле

нием двух резисторов на входе компаратора 41, обеспечивающих возможность суммирования двух токовых си1 налов.

Элемент 25 запоминания может быть выполнен на операционном усилителе 49 (фиг. 7) с запоминающим конденсатором 50 на входе и на операционном усилителе 51 с резисторами 52 и 53 на входе и резистором 54 в цепи обратной связи.

Первый функциональный преобразователь 27, реализующий зависимость вида Uiiijxi ait(h|Un4), где ai и b| - коэффициенты, выполнен на операционном усилителе 55 (фиг. 8) с резисторами 5Н -64 и диодами Г)5 - 68 на входе и резистором 69 в цепи обратной связи.

Второй функциональный преобразователь 28, реа.шзуклций зависимость вида

UHNXJ 32 V 1 +h2(lJBX2) , ГДС И I);) - КОУс})фициен11 1, вьн1о,1нен на операционном усилителе 70 (фиг. 9) с резисторами 71-74 и диодами 75 77 на входе и резистором 78 в цепи обратно связи. К вx(Jдy преобразователя подключен инвертор 79.

Частот но-ре г у.чируемый электропривод ра ботаег следуюпи)м образом.

Переменный ток промышленной сети с помощью нреобра.зователя 4 частоты преобразуется н пере.менный ток ре1 ули1П емой частоты, питаюпи1Й обмотки асинхронного дви- |-ате.:1Я I. Частота переменного тока пропорциональна напряжению U;, а величина этого тока пропорциональна напряжению I., на соответствующих управляющих входах преобразователя 4 частоты.

В статическом режиме сигнал AlJi на выходе 14 формирователя 11 управляюн1их сигна.юв равен нулю, так как он ф(Jpми- |)уется v- ieMCHTOM дифференпирования 26 (фиг. 3). величина сигнала И. раина выходному нанряжению U., б,:1ока 5 задания выходной частоты и, следовате, |ьно. частота питающего двигатель 1 тока про- порциопальна заданию LJ.i. Мгновенные зна- чения фазных токов lo, U и 1с и напряжений Ua, Ub и Uc на зажимах двигателя измеряются с помощью датчиков 3 и 2 фазных Т(жов и напряжений. Выходные сигналы :)тих датчиков поступают на входы формирователя 7 пилообразных сигналов и формирователя 1 1 управ. 1ЯЮ1цих сиг палов, с помощью которых осуществляется измерение угла Н между векторами тока статора и потокос ценления ротора и формирование управ. 1яюп|его сигнала U,, обратно пропорционального cos в. Благодаря этому проекция вектора тока на вектор нотоко сцепления, определяющая величину намагничивающего тока, а следовательно, и величину потокосценления,остается постоянной,независимо от величины сигнала IJ,. Таким образом реализуется работа двигателя с постоянным потокосцеплением ротора при любой нагрузке на его валу.

5

с

О 5

0

о

5 0 5

5

0

Измерение угла и ц формирои.ишг CHI нала , осуществляется сле.туюпиш чбр; зом.

С помощью онрпеделителя 16 потокосцеп- ления осуществляется измерение потокосцеп- лений ротора К„, F/, и Ч благодаря решению дифференциального уравнения статор ной цепи двигателя. На входе онерацион ного усилителя 33 (фиг. 5| суммируются сигна.) I ,, ( резистор 34), 1.. (черс; резистор 35),

Af dt

- (через конденсатор .3ti).

а также сигнал (через конденсатор 37) Т-образный RC-фильтр (на элементах 38- 40) предназначен для п()дав,1ения ностоян- ной с()став. 1ЯЮН1ей на выходе уси.и1те,1я 33. В моменты нерехода через нуль сигналов К,;, Ч /, и Ч формироватс.1И 17 импульсов (фиг. 6) (}1ормир К)Т зкие импульсы К„ Кл и К.. При огрицатсльной полярности сигнала Ч, на прямом выходе компаратора 41 нулевой сигнал, на инверсном единичный, а на щлходе инвертора 43 также нулевой. Поэтому на выходе логической cxcMiji 44 также нулевой сигна,. В мо- менг изменения по.шрности си -нала Ч ., с отрицате.1ьно11 на ноложительную на прямом В1)1ходе компаратора 41 появляется единич ный . Конденсатор 47 в этот момент еще хранит предыдущее единичное состояние инвертора 42. в рсзу.пьтате чего на выходе логическою элемента 44 нояв.чяется единичный сигна,, который исчезает noc.ie разряда конденсатора 47. .Аналогично (fiop- мируется короткий имнульс на выходе э.1е- мента 44 в момент изменения по.пярности сигна.ча Ч ,, с положительно на отрица- те.ьную.

На у1 равляющий вход инте1 рат()ра 18 подается 1 , нропорциона. 1ЬНЫ11 вы- хо.)й частоте инвертора, а с,едователь но, 1 частоте сигналов Та.,Ть и fj. и частоте 1мпульсов К,ь К , и К,, осуп1ествляю Huix сброс в нуль интеграторов 18 с lunui- щью ключа 32 (фиг. 4). Таким образом на выходе интеграторов 18 формируются лообразные сигналы П,.,, П/,, П, с единичной амп, итудой, но фа.е сов11адаю и1е с соог- ветствуюпиши сиг 1алами Ч, Ч, и 4V.

Сигналы П,., 11, и П, поступают па вход 12 формирователя 1 1 уп)авляющих сигналов, де через ключи 22 24 подаются на вход элемента 25 запоминания. На унрав.1яюп.ие входы ключей 22 24 1осту1 ак)т унра.яю- щие сигналы с выходов формирователе 19-21 имнульсов. Моменты подачи этих импульсов о 1реде, яются сигналами 1, Ь, м I,, прсту 1ающими )а вход Л формирователя 11 унравляющ1 х сигналов, причем фазировка этих 1мпул 1Сов. осуществ,яемая с суммируюни х резисторов входах формирователей 19 21 . выбирается такой, чтобь при угме 6 90 ключи 22- -24 открывал сь посередине соот ветств -ю цих сигналов П,,, П, i П,.

В лнига И-. П)Иом режиме )абс) (при Q 90 ) уг1)ав,1як)1цие импульсы клюicit 22 24 ечнчцаюгся в/юно относительно 11,, 11, и 11 , а н I ене);порном (и)И 8 90°) - .чмравп. В резу,11/гаге :)Т(Л() напряжение на

1ап() И11ан)1цем конденсаторе 50 (фиг. 7) из- мсняпся и .(анисимости от угла О таким оГ)ра(, 410 н)и 0 90 оно )анно но лоииис а пп1тулы нИ.юобрачного нанряже- иия II,. II,.. и II, и 11|1И изменении уг- ,i:i Э оно из.менисгся проиорциона.илю и (,u4iciiHHJ угла Э,

Ра иигя,)1ЦИ11 номторитель на операционном усилителе 49 предотвращает разряд 1аиоминак) конденсатора 50 в проме- ире,мсни, когда ключи 22 24 зак- |)Ы1Ы, У им сме цения (фн. 7, усилите.ть 51 п pi fMCTOpi.i 52 54, осупк СТЕ ляет смещение | м, 1С11гкн ирование В1)1ходного спгна,1а нов- |прм1еля 49 таким ()Г)ра,и)м, что вьгходной lплlaл I Ч) :,1емснга 25 чапомпиания no.iy чаегся npi Морщюпал ьиым уг.тч О, /Диодный Ф ПК цпоиа, ьны и п реобразоиатчм ь 27 ,|iiii, М) ni)e()6pa,iver сигна,: (, в си1на,т, |ро||{)рцИ(1Н,|, 11)ПЫЙ 1ц l а другой диодн1)1Ы11 |)Л1 к ииоп ал i)fi ы 11 пр(.ч)б|1а и)вате. 1 ь 28 ((ЦП 91 iipcoopaiyei iio, i neHni iif сигна. 1 гц|п,тл, oopaifio проп())циональны11 cos , ,лого:)|,1и п яв.тясп я сигна,1ом I . чадания ока, Н()ст iiaiOHiMM n;i Л1)ав,1ЯН)пи1Й в,чод прсоп, ioii.i |е,тя 4 час готы.

В диламическич рсжима.х раоогы члскг- та шлходной сигна.:| iii pBoio CJJVHK- unoiia. ibnoro 11|)е()Г)рачовате. 1Я 27 череч :(, ie- мен1 2ti дп4)фсрепцирования |)о П1ирует си| - iia,i 1 .. KOTopbiii сумми)уется н сумма- го|Н i с 1 П1Л1а,1ом (адапия I . и изменяет 1Л11 на, 1 ,1ения частотой I f таки.м обра (ом, чюбы обс1Л1ечить иптима,)1Й .харак ге|1 про ч кания пере.х()дно1 о процесса бе.ч колебаний юка и момента двигате.тя 1.

lloc.ic окончания ие 1е одпого iipoiiecca 1Л :н;1л Г, счюва сташ. вится равным нулю и К в.-|ияет па выходную частоту. Необходимо о|.ил1гг1,, что при невысоки.х гребок.1НПЯХ к точности подд,ержапия скорости ),1ем ;чгг 2() ди(|5ференцир УИия .можно ncK.iK)4nTij и подавать вы.ходной сиг- па, (jn HKiutOHa,ibHoro преобрачовате. т 27 не- пос 1едст енно fia 1.ход сумматора 6. Рабо- la ,1ектропривода в этом с.тучае из.менит- ся го, 11,ко уем, чго наклон ме.хапической ха)акгсри1. I ики уве,1ичигся, а вге оелальпое осгапегся бе измепепи11.

В сравлепип с и.чвестным предлагаемы ii частотно-регулируемый электропривод 1еа.1и.(уется меньшим количеством элементов, что определяет его конструктивное ynponieiuic. нри эго.м обеспечивае1ся высокое качество переход 1ых процессов, харак- теричуемое отсутствием ко,1ебательности тока II MOMeirra в асин.хропном двигателе.

Форм у ли и:(6ретения

Частотно-рег у,чируемый электропривод, содержащий асинхронный двигатель с корот- ко.чамкнутым ротором, подключенный через датчики фазиы.х напряжений и токов к вы- .ходам преобра.чователя частоты, выполненного с входами для управления час- готой и током, и блок чадания выходной частоты, отличающийся тем, что, с це, 1ью у11рои1.ения при обеспечении высокого качества переходных процессов путем исключения колебательности момента, введены сум матор, трехканальпый формирователь пилообразных ,1ов с тремя входами и фор- ми1юватель управляюн1их сигналов с дву.мя

рехфазными вх(.)дами, выходом коррекции частоты и выходом задания тока, нри этом г рех ка н а.т ьн ы и ifx.) р м и ров а те.ч ь п ил ооб ра з - иых сигналов выпо.тпеп в каждом канале из определите, 1Я пи.юобразпьгх сигналов вы- iio;inen в каждом кана;|е из определителя

|1огокосцеп,чения, формирс вателя импульсов и иптеграт(.)ра с у правляюп.1и.м и сбрасы- вающи.м вхо.тами, Е,1Х(;д определителя но- гокоспеп,чепия подк.чючеп к входу формирователя импульсов, соединенного выходом со

сбрасывающим входом интегратора, управ- ,1ЯК)1ций вход Koi(jp(.)i4) и два входа опре- делиге.1я нотокосп.ен, 1епия образуют соот- ве1ственно ncjMibiii, вто)ой и третий вход1)1 трехкана, 11)Ного ()ормирО1)ате,1я пилообразных сигналов, ньгхс1Д которого образован выходом интегратора, форми|)ователь управляющих сигналов выно.икч с тре.мя форми- (Юватслями им11у,|ьсон, тремя управ,тяемыми к.лючами, э.темептом ч.-.-поминания, э.тементом дифференцирования, первым фупкпиона, 1ь- преобразовате, 1ем, реа,1пзую1иим функнию вида 1 ннх -- ,(bi, 1.вч), и вто- ()ым функциопа,1ьпым 11)е()б|)азовате,1ем, реа- . I и i Ю1ци V ibv iiKiuuo вида Linijx.

а.) V I b l i 4 Гя где ai, aj, 1)|, hi .мас- штабпыс К((})11цпснт1 1; l i,:, 1и,а, l. i.,jvi,

входные и | ыход|1ые сигналы со- О1 ветствук)пи1Х if)y н к ци опальных нреобразо- вателсй, входы уп|)авляемых ключей образуют перв1)1Й трехфазный вход фор.мировате- ля управляющих сигиалов, второй трехфаз- Н,1Й вход которого.) ()б 1ачовап попарно объединенными между собой первым входом первого и вторым входом т)етьего (|)0рмирова- телей импульсов, ггорым входом первого и первым входом второго формирователей iiMiiy. ibcoB, вгор1,1М входом второго и первым входом третьего фор.мирователей и.м- пу, 1ьсов, выходы формирователей и.мпульсов подключены к управляющим входам соответствующих управляемых ключей, выходы которых обьединены и соединены с входом э.темента запоминания, подключенного

выходом к входу первого функционального преобразователя, соединенного выходо.м с входами элемента дифференцирования и BTOjioro функционального преобразователя.

выходы которых образуют соответственно выход коррекции частоты и выход задания тока формирователя управляющих сигналов, первый вход сумматора подключен к выходу блока задания выходной частоты, второй вход сумматора - к выходу коррекции частоты формирователя управляющих сигналов, а выход сумматора соединен с входом для управления частотой преобразователя частоты и первым входом трех- канального формирователя пилообразных

Фиг. 2

сигналов, второй и третий входы которого подключены соответственно к выходам дат- чиков фазных напряжений и токов, первый и второй трехфазные входы формирователя управляющих сигналов подключены соответственно к выходу трехканального формирователя пилообразных сигналов и к выходу датчика фазных токов, а выход задания тока формирователя управляющих сигналов подключен к входу для управления током преобразователя частоты.

Фиг.

Фиг. 5

Фиг 6

Фиг.7

Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является упрощение электропривода при обеспечении высокого качества переходного процесса. Указанная цель достигается введением в частотно-регулируемый электропривод формирователя 7 пилообразного напряжения, сумматора 6 и фор.мирователя 11 управляющего сигнала. В электроприводе реализуется работа двигателя 1 с постоянным по- токосцеплением ротора при любой нагрузке на его валу и устраняются колебания тока и момента асинхронного двигателя. Осуществляется измерение угла В между векторами тока статора и потокосцепления ротора двигателя 1 и формирование в функции угла (-) необходимых сигналов управления преобразователем частоты 4. 9 ил. i (Л

iJcM

Фиг.8

tg

28

-UCM

Составитель А. Жилин

Редактор А. ШандорТехред И. ВересКорректор С. Черни

Заказ 1848/55Тираж 661Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 13035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Пр01ктная, 4

Фиг. 9