Асинхронный электропривод Советский патент 1987 года по МПК H02P7/42 

Изобретение относится к электротехнике, конкретно к системам регулирования .асинхронного,двигателя,

Цель изобретения упрощение за счет снижения требований к счетно-решающему устройству путем уменьшения разрядности цифровой части системы управления.

На фиг. 1 представлена блок-схема асинхронного электропривода; на фиг. 2 - функции кривых, хранимых в памяти блок-схемы асинхронного электропривода; на фиг. 3 - блок-схема преобразователя для питания трехфазного асинхронного двигателя; на фиг. 4 - формы сигналов для описания широтно-импульсной модуляции.

Асинхронный электропривод содержит асинхронный двигатель 1 (фиг. 1) подключенный к преобразователю 2, импульсный датчик 3 положения с двумя последовательностями импульсов на выходе, систему управленияр составленную из двух частей, одна из которых выполнена на аналоговых блоках, а другая - на базе цифрового решающего устройства, при этом в первую часть входит импульсно-аналоговый преобразователь 4, входы которого связаны с импульсным датчиком 3 поло жения через блок 5 учетверения импульсов датчика положения, а выход подключен к первому входу блока б сравнения, второй вход которого соединен с блоком задания частоты вращения, а выход через пропорционально-интегральный регулятор 7 подключен к блоку 8 определения абсолютного значения сигнала и к блоку 9 определения полярности, выход блока 8 подключен к входу аналого-импульсного преобразователя 10. Цифрорешающее устройство выполнено на микропроцессоре 11, составленном из блока 12 . обработки информации, блок а 13 задания программы управления, блока 14 задания .функций вида S f(V), Т((;), (I) и sin9. Кроме того, схема управления электроприводом содержит два логических элемента И 15 и 6, три логических элемента И.ПИ 17,18 и 19, логический элемент НЕ 20, блок 21 вычисления момента, блок 22 определения скорости, блок 23 определения скольжения, два блока 24 и 25 суммирования, блок 26 задания амплитуды тока, цифроаналоговые преобразователи 27, 28 и 29, причем в цифровой части сиетемы управления блоки обработки информации 12, задания программы управления 13( задания функций 14, вычисления моментов 21, определения- скорости 22, определения скольжения 23, суммирования 2А и 25, задания ам- штитуды тока 26 и цифроаналоговые преобразователи 27518 и 29 соединены

между собой общей шиной 30 данных, Вторые входы цифроаналоговых преобразователей 27,28 и 29 соединены с выходом блока 26 задания амплитуды тока, а их выходы являются выходами

цифровой части системы управления. Выход определения направления вращения блока 5 учетверения импульсов датчика 3 положения подключен к общей шине данных, а выходы Вперед

и Назад этого блока подключены к первому логическому элементу ИЛИ 17, выход Вперед подключен к входу второго элемента ИЛИ 18, а Назад - к входу третьего элемента ИЛИ 19,

выход первого логического элемента ИЛИ 17 соединен с входом блока 22 определения скорости, выход аналого- импульсного преобразователя 10 под- , ключен к входам блоков вычисления момента 21, определения скольжения 23, выход последнего соединен с первыми входами двух элементов И 15 и 16, второй вход первого элемента И 15,

а. также второй вход второго элемента

И 16 через логический элемент НЕ 20 соединены с выходом PL блока 9 определения полярности и с общей шиной данных, выходы первого и второго элементов И 15 и 16 соединены с другими

входами второго и третьего элементов ИЛИ 18 и 19., выходы которых подключены соответственно к первому и второму блокам 24 И 25 суммирования. К входу управления преобразователем

2 подключен генератор 31 пилообразного напряжения.

Зависимость скольжения S от частоты вращения V; момента Т от угла if ; момента от тока I и гармонические

функции угла поворота sin б (фиг. 2) заданы в блоке 14 микропроцессора.

Схема преобразователя для питания асинхронного двигателя включает в себя широтно-импульсный модулятор 32

(фиг. 3), который содержит компараторы 33,34 и 35, схемы НЕ 36,37 и 38 и формирователи 39-44, инвертор 45, который включает в себя шесть силовых транзисторов 46-51 и шесть диодов 52-57, и трехфазный двухполупе- риодный выпрямитель 58. Каждый из компараторов 33-35 предназначен для сравнения амплитуды пилообразного сигнала STS (фиг. 4) с амплитудой соответствующего трехфазного сигнала 1

и

, i переменного тока и формирования логической 1, когда амплитуда входного сигнала переменного тока больше пилообразного сигнала, или логического О, когда амплиту- Да пилообразного сигнала больше. 06- ратим внимание на входной сигнал i. Выходной сигнал компаратора 33 - это команда iyc по току, имеющему форму, показанную на фиг, 4. Другие компараторы создают аналогичные выходные сигналы iyc wc i которые не показаны. Другими словами, компараторы 33- 35 создают команды iy ,. , i трехфазного тока с широтно-импульс- ной модуляцией в соответствии с амплитудами iy , i, ,. Схемы НЕ 36-38 и формирователи 39-44 работают совместно, чтобы преобразовывать команды iyj, , wc тока в сигналы возбуждения для включения или выключения транзисторов 46-51, образующих инвертор 45.

Асинхронный электропривод работает следующим образом.

Когда аналоговая команда VCMD скорости выдана средством формирования команды скорости (на фиг. 1 не показано) , асинхронный двигатель 1 пытается вращаться в прямом или обратном направлении в соответствии со значением команды. Когда электродвигатель 1 вращается, импульсный датчик 3 положения генерирует первую и вторую импульсные последовательности Р/ и Р , смещенные по фазе на /2 одна относительно другой и пропорциональные по частоте скорости вращения двигателя 1. Схема учетверения при определении, какая из импульсных по следовательностей Р , Р, опережает другую, посылает сигнал RDS о направлении вращения на шину 30, посылает импульсную последовательность Р о вращении вперед на линию 1 при вращении асинхронного двигателя вперед и импульсную последовательность Р, об обратном вращении в линию 1 при вращении асинхронного двигателя в обратном направлении. Предположим, что асинхронный двигатель вращается вперед. Импульсная последовательност

5

0

5

0

5

0

5

0

5

Р вращения вперед подается в этом случае на преобразователь 4 и на блок 22 вычисления скорости и блок 24 суммирования, где импульсы считываются в прямом направлении.

Преобразователь 4 частоты в напряжение формирует сигнал TSA фактической скорости с напряжением, которое пропорционально скорости асинхронного двигателя. Этот сигнал подается на блок 6 сравнения, который создает сигнал ER рассогласования между сигналом фактической скорости TSA и заданной по команде скоростью VCMD, поступающим со средства выдачи команды скорости. Сигнал рассогласования ER является аналоговым сигналом. Сигнал .ER интегрируется регулятором 7 пропорционального интегрирования для преобразования в сигнал ER рассогласования, который затем подается на блок 9 определения полярности и на блок 8 определения абсолютной величины сигнала. Блок 9 определения полярности воспринимает полярность-сигнала ER рассогласования и вьщает сигнал PL полярности на шину 30, Блок 8 абсолютной величины между тем принимает абсолютную величину сигнала ER и выдает эту величину на преобразователь 10 напряжения в частоту, который приспособлен создавать импульсную последовательность Р с частотой, пропорциональной абсолютной величине ER . Импульсная последова- тельность Pg считается в прямом направлении блоком 2 Г вычисления момента, где сосчитанная величина Nf является цифровой величиной, соответствующей вращающему моменту Т, упомянутому выше. Блок 12 обработки информации периодически считывает эту величину, т,е, с заданными постоянными интервалами.

Сосчитанная величина N в блоке 22 соответствует скорости вращения асинхронного двигателя 1 и считывается периодически так же, как и Содержание (вращающий момент Т) блока 21 с помощью блока 12 обработки информации, при этом блок 22 устанавливается в исходное состояние всякий раз, когда его содержание считывается. Когда блок 12 обработки считывает содержание (скорость вращения) блока 22, он срабатывает на программу управления, чтобы получить из функ циональной таблицы характеристики

V-S (распределение скольжения) величину m, соответствующую скорости вращения, причем блок 12 обработки задает- эту величину в блбк 23, Последний принимает импульсную последователь- ность Р, из преоб)аэователя 10 напряжения в частоту и делит импульсную последовательность на (М-т), где М - емкость блока 23. В результате этого происходит преобразование ее в импульсную последовательность Рд , показывающую скольжение двигателя. Поскольку сигнал PL полярности - логическая 1, импульсная последовательность PS проходит через схему И 15 и cxeMv ИЛИ 18. чтобы просчитываться в блоке 24 суммирование. Блок 24 считает импульсы Р вращения в прямом направлении, а также импульсы Рд скольжения так, что ее содер- жание 0. представляет собой суммарный угол вращения в прямом направлении асинхронного двигателя. Аналогично содержание 6g блока 25 суммиг рования отображает суммарный угол вращения асинхронного двигателя в обратном направлении. Блок 12 обработки считывает бд с постоянным периодом и осуществляет операцию в Q.- - бд каждый раз, когда производит считывание. Величина б - это существующее в данный момент угловое положение асинхронного двигателя.

Когда указанные операции осуществлены, блок 12 обработки путем управления посредством управляющей программы получает трехфазные синусоидальные сигналы , 1, 1, а также амплитуду тока I статора с использованием характеристики Т f(I) и синусного распределения, хранимых в памяти блока 14, также с учетом вычисленного угла вращения 9 и вращающего момента Т выдает эти величины 1у , 1, 1 и на дифроаналоговые преобразователи 27-29 соответственно, в результате чего цифроаналого- вые преобразователи создают трехфазные аналоговые синусоидальные сигналы i , IYJ.-, заданной амплитуды. Эт синусоидальные сигналы подаются на преобразователь 2 питания асинхронного двигателя, который использует их, чтобы привести в действие асинхронный двигатель 1, Повторение пре- Дьщущей операции приводит скорость вращения асинхронного двигателя в соответствие с заданной по команде скоростью.

В электроприводе обеспечиваются все преимущества цифровой системы управления, но одновременно используется аналоговый способ создания сигнала ER рассогласования и осуществления пропорционального интегрирования, так что высокое разрешение может быть достигнуто с, помощью микроэвм, имеющей небольшое количество битов. Кроме тогО( эта особенность электропривода облегчает загрузку блока обработки.

Формула изобретения

Асинхронный электропривод, содержащий асинхронный двигатель, подключенный к преобразователю, импульсный датчик положения с двумя последовательностями импульсов на выходе, систему управления, составленную из двух частей, первая из которых выполнена на аналоговых блоках, а вторая - на базе цифрового решающего устройства, при этом в первую часть входит им- пульсно-аналоговый преобразователь, входы которого связаны с импульсным датчиком положения, а выход подключен к блоку сравнения, второй вход которого соединен с блоком задания частоты вращения, а выход пропорционально-интегральный регулятор подключен к блоку определения абсолютного значения сигнала и блоку определения полярности, аналого-импульс- ный преобразователь, вторая цифровая часть системы управления входами свя|3ана с блоками определения абсолютного значения сигнала и определения полярности, а выходами подключена к управляющим входам преобразователя, отличающийся тем, что, с целью упрощения за счет снижения

требований к цифрорешающему устройству путем уменьшения разрядности цифровой части системы управления, циф- рорешающее устройство выполнено на микропроцессоре, составленном из блока обработки информации, блока задания программы управления, блока задания функций вида

S f(V), Т f(.), Т f(I) и sin б

где S - частота скольжения асинхронного двигателя;

V - частота вращения асинхрон ного двигателя;

7

Т - вращающий момент асинхронного двигателя; I - ток статора асинхронного

двигателя;

в - угол поворота ротора асинхронного двигателя;

1( - разность фаз напряжения питания асинхронного двигателя,

в него введены блок учетверения импульсов датчика положения, два логических элемента И, три логических элемента ИЛИ, логический элемент НЕ блок вычисления моментов, блок определения скорости, блок определения скольжения, два блока суммирования, блок задания амплитуды тока, цифро- аналоговые преобразователи, причем в цифровой части системы .управления блоки обработки информации, задания программы управления, задания функций, вычисления момента, определения скорости, определения скольжения, суммирования, задания амплитуды тока и цифроаналоговые преобразователи соединены между собой общей шиной данных, вторые входы цифроаналого- вых преобразователей соединены с выходом блока задания амплитуды тока, а их выходы являются выходами цифро.t

-255 О О т

06 . 8

вой части системы управления, входы блока учетверения импульсов датчика положения лодключены к импульсному

датчику положения, выход определения направления вращения этого блока подключен к упомянутой общей шине данных, а выходы Вперед и Назад подключены к импульсно-аналоговому

преобразователю, к первому логическому элементу ИЛИ, выход Вперед подключен к входу второго элемента ИЛИ, а Назад - к входу третьего элемента ИЛИ, выход первого логического

элемента ИЛИ соединен с входом блока определения скорости, выход аналого- импульсного преобразователя подключен к входам блоков вычисления моментов, определения скольжения, выход последнего соединен с первыми входами двух элементов И, второй вход первого элемента И непосредственно, а второй вход второго элемента И через логический элемент НЕ

соединены с выходом блока определения полярности и с общей шиной данных, выходы первого и второго элементов И соединены с другими входами второго и третьего элементов ИЛИ,

выходы которых подключены соответственно к первому и второму блокам суммирования.

256

Sine

В 256

фuz.Z

Jfi Ф44

STS

tw

Q3us,3

Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является упрощение. Указанная цель достигается тем, что цифрорешающее устройство выполнено на микропроцессоре 11 и составлено из блока 12 обработ W ки информации, блока 13 задания программы управления, блока 14 заданий функций вида S f(V), (4;) , (I) и sin6, где S - частота скольжения; Т - момент; ц - угол; I - ток; 9 - угол поворота. Кроме того, в электропривод введены блок 5 учетверения импульсов датчика 3 положения, логические элементы И 15,16, НЕ 20, ИЛИ 17, 18,19, блок 22 определения скорости, блок 23 определения скольжения, блоки 24, 25 суммирования, блок 26 задания амплитуды тока, цифроаналого- вые преобразователи 27,, В электроприводе обеспечиваются все преимущества цифровой системы управления с одновременным использованием аналоговых способов управления. 4 ил. I О) с со го 00 о ot ы риг. 1

шмжппж

Шуе. 4

Составитель В, Тарасов Редактор М, Петрова Техред Л.Сердюкова Корректор Т. Колб

Заказ 3396/59 Тираж 659Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4