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

1325656 Изобретение относится кэлектротехнике, а именно к частотно-управляемым электроприводам на основе асинхронных двигателей и может быть использовано ,

С)

в системах и механизмах общепромышленного назначения, где определяющими являются требования высокой точ-. ности управления скоростью вращения.

Целью изобретения является увели- ю чение точности управления скоростью вращения за счет уменьшения пульсаций момента,

На чертеже представлена функциональная схема частотно-управляемого 15 электропривода,

Частотно-управляемый электропривод содержит асинхронный двигатель 1, обмотки статора которого подключены к вьпсодам автономного инвертора 2 то- 20 ка, соединенного входами с выходами упра,вляемого вьшрямителя 3, тахогене- ратор 4, установленный на валу асинхронного двигателя 1, блок 5 управле- ния атономным инвертором тока и 25 блок 6 управления вьшрямителем 3, последовательно соединенные задатчик интенсивности 7,, элемент 8 сравнения, снабженный вторым входом, и регуля- тор 9 скорости, подключенный выходом 30 к входу блока 5 управления автономным инвертором тока, последовательно соединенные сумматор 10, функциональ- ный -преобразователь 11 соотношения напряжения и частоты. При этом первый gg вход сумматора 10 подключен к выходу регулятора 9 скорости, а второй - объединен с вторым входом элемента 8 сравнения и подключен к выходу тахо- генератора

В частотно-управляемый электропривод введены последовательно включенные преобразователь 12 напряжение- частота, элемент И 13.j генератор 14 функции Уолша, преобразователь 15 на- 45 пряжение-код и преобразователь 16 код-напряжение, вьтолненный с дополнительным аналоговым входом, подключенным к выходу функционального преобразователя 11 соотношения напряжения и частоты. Выход преобразователя 16 код-напряжение подключен к входу блока 6 управгпения вьшрямителем. Второй вход элемента И 13 соединен с выходом блока 5 управления автоном- ным инвертором 2 тока, а вход преобразователя 12 напряжение-частота подключен к выходу регулятора 9 скорос- ,тй.

50

2

6

Частотно-управляемый электроприво работает следующим образом.

Сигнал задания скорости вращения от задатчика 7 интенсивности через элемент 8 сравнения и регулятор 9 скорости поступает на вход блока 5 управления автономньт инвертором 2 тока, который определяет частоту выходного тока автономного инвертора 2 тока. Сигнал с выхода регулятора 9 скорости через сумматор 10 и функциональный преобразователь 11 соотношения напряжения и частоты поступает также на вход блока 6 управления выпрямителем, который определяет величину напряжения на выходе управляемого вьтрямителя 3. Сигнал обратной связи по частоте вращения поступает с выхода тахогенератора 4 на вторые входы элемента 8 сравнения и сумматора 10,

Физическая картина процессов в асинхронном двигателе при питании его от автономного инвертора тока заключается в следующем. Вектор тока статора i между двумя коммутациями в инверторе занимает неподвижное по- ложение в пространстве, а вектор по- токосцепления ротора перемещаясь с угловой скоростью W ротора, меняет

свое положение относительно i

Момент двигателя при неизменных значениях i, и V2 определяется выражением

М

ij Vj sin{eie-wt),

(1)

где - первоначальный угол между

i, ui изменение угла между i и (л ,

Пульсации момента определяются изменениями yглau)t, При питании двигателя от трехфазного мостового инвертора угол ut изменяется от нуля до 60, а момент меняется по закону, определяемому отрезком синусоиды длительностью 60°, Пульсация момента зависит от первоначального значения of , которое в свою очередь зависит от нагрузки.

Уменьшение пульсаций момента, как следует из (1), может быть -ейязано с уменьшением угла wt, которое достигается увеличением числа коммутаций инвертора. Такой путь достаточно эффективен при вып-олнении инвертора на транзисторах,

В тиристорных инверторах необходимо обеспечивать принудительную коммутацию тиристоров и потому увеличение

числа коммутаций в них вызывает зА- .труднения.

Другой путь уменьшения пульсаций момента основан на увеличении тока статора по такому закону, который, обеспечивал бы постоянство момента, несмотря на уменьшение синуса угла.

Пульсация момента будет исключена, если ток статора будет изменяться по

закону -7-,-г, В приниципе угол

S1X1 (, TxJt )

df, можно определить, так как при векторном управлении двигателями определяется положение вектора потокосцепле ния v . Однако для неответственных приводов можно положить, что - 90 и тогда изменение момента во времени запишется

м iLi:L 2isJ « jiwtl

7Г sin(-jut)

-ii i-SisI ii fftZCOSuJt

Выражение (2) показьгоает, что момент будет постоянным только при

ft

-5-, При значениях отличных от

« момент будет пульсирующим, но

амплитуда пульсаций будет значительно меньше, чем в тех случаях, когда ток статора не корректируется.

Частотно-управляемый электропривод работает следующим образом,

Сигнал задания скорости поступает с выхода задатчика 7 интенсивности на один из- входов элемента 8 сравнения, на другой вход которого, подается сигнал с выхода тахогенератора 4, Результат сравнения заданной и текущей скоростей вращения через регулятор 9 скорости поступает на вход блока 5 управления автономным инвертором тока, определяя частоту тока на . его выходе. Выходные сигналы регулятора 9 скорости и тахогенератора 4 суммируются с помощью сумматора 10 и через функциональный преобразователь 11 соотношения напряжения и час- тоты и преобразователь 16 код-напряжение поступают на блок 6 управления выпрямителем, определяя величину выходного напряжения,

В соответствии с (1) и (2) для

уменьшения пульсаций момента напряжение на выходе управляемого выпрямителя 3 должно изменяться по закону

и.

1

coswt

(3)

|g

-

20

25

Q

где UK - первоначальное значение напряжения, соответствующее заданной частоте.

Этого можно добиться, если по этому же закону изменять задание на входе блока 6 управления выпрямителем. Для этого служат введенные узлы 12 - 16. Преобразователь 12 напряжение- частота преобразует аналоговый сигнал с выхода регулятора 9 скорости в последовательность импульсов. Эле- мент И 13 открывается в момент подачи очередного управляющего импульса на тиристор и определяет момент начала формирования косинусоидапьной функции заданной частоты, В генерато- ре I4 функции Уолша из полученной последовательности импульсов формируются отрезки косинусоидальной функции заданной частоты и заданной длительности.

Преобразователь 15 напряжение-код преобразует аналоговый сигнал в код, а преобразователь 16 код-напряжение, работающий в режиме деления, преобразует выходной сигнал функционального преобразователя 1I в аналоговый сигнал управления по выражению

Кивх

4)

где К - коэффициент;

N - параллельный код числа, пропорционального напряжению на выходе генератора 14 функции Уолша,

Так как параллельный код числа N пропорционален cosuit, то задание на входе блока 6 управления выпрямителем 3 будет расти,, что приведет к увеличению тока статора, чем и достигается уменьшение пульсаций момента.

Используя свойство асинхронного двигателя 1 изменять свой момент по известному (синусоидальному) закону с известной частотой, имеется возможность относительно простыми средствами создать систему регулирования момента по возмущению без необходимости определения самого возмущения.

Таким образом, введение в частотно-управляемый электропривод преобразователя напряжение-частота, элемента И,генератора Ч нкцииУолша,пре-.

5 13256566

образователя напряжение код и преоб-функциональный преобразователь соот- разователя код-напряжение обеспечива-ногаения напряжегая и частоты, при ет коррекцию напряжения на выходе уп-этом первьй вход сумматора подключен равляемого выпрямителя, а следова-к выходу регулятора скорости, а вто- тельно, и коррекцию момента в интер- ,рой - объединен с другим входом эле- вале между двумя коммутациями в ин-мента сравнения и подключен к выходу верторе, благодаря чему уменьшаютсятахогенератора, отличающий- пульсации момента и увеличиваетсяс я тем, что, с целью увеличения точность управления скорости вращенияточности управления скоростью враще- в сравнении с известным решением, юния за счет уменьшения пульсаций момента, введены последовательно вклю- Формула изобретенияценные преобразователь напряжениеЧастотно-управляемьй электропри-частота, элемент И, генератор функвод, содержащий асинхронньш двигатель,ции Уолша, -преобразователь напряжеобмотки статора которого подключены 15ние-код и преобразователь код-напряк выходам автономного инвертора то-жение, выполненный с дополнительным

ка, соединенного входами с выходамианалоговым входом, подключенным к выуправляемого выпрямителя, тахогенера-ходу функционального преобразователя

тор, установленный на валу асинхррн-соотношения напряжения и частоты, а

ного двигателя, блок управления ав- 20выход преобразователя код-напряжение

тономным инвертором тока и блок уп-родключен к входу блока управления

равления вьтрямителем,последовательновьтрямителем, при этом второй вход

соединенные задатчик интенсивности,элемента И соединен с выходом блока

элемент сравнения и регулятор скорое-управления автономным инвертором тоти, подключенный выходом к входу бло-25ка, а вход преобразователя напряжека управления инвертором тока, после-ние-частота подключен к выходу регудовательно соединенные сумматор,лятора скорости.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах и механизмах общепромьшшен- ного значения. Целью изобретения яв- ляет.ся повышение точности управления. Указанная цель достигается введением в частотно-управляемый электропривод последовательно включенных преобразо вателя 12 напряжение - частота, элемента И 13, генератора 14 функции С Уолша, преобразователя 15 напряжение- код и преобразователя I6 код - напряжение, включенного между функциональным преобразователем М соотношения напряжения и частоты и блоком 6 управления вьтрямителем 3. В результате обеспечивается коррекция напряжения на выходе управляемого выпрямителя 3 и коррекция вращающего момента асинхронного двигателя 1 в интервале между двумя коммутациями в инверторе тока 2. Это приводит к уменьшению пульсаций вращающего момента асинхронного двигателя. 1 ил. (О со to СП О) ел