Электропривод переменного тока Советский патент 1988 года по МПК H02P7/42 

оо

У1

00

СП

13

Изобретение относится к электротехнике, а именно к управлен1по электроприводами на базе асинхронного двигателя.

Цель изобретения - повьппение стабилизации частоты вращения в широком диапазоне изменения частоты вращения, нагрузки и температуры.

На чертеже приведена структурная схема электропривода переменного тока.

Электропривод переменного тока содержит асинхронный двигатель 1, подключенный к выходу инвертора 2 тока, вход которого через дроссель 3 соединен с регулятором 4 напряжения, канал регулирования напряжения, составленный из последовательно соединенных блока 5 управления регулятором 4 напряжения, пропорционально- интегрального регулятора 6 тока, блока 7 сравнения, один вх9Д которого , соединен с датчиком 8 тока асинхронного двигателя, а другой - с задат- чиком 9 тока, вход которого соединен с выходом 10 задания потока блока II формирования задания момента и потока. Канал регулирования частоты электроприйод переменного ток i состоит из блока 2 упр 1влския инвертором у блока 3 суммирозслнин, регулятора 14 частоты скольженил, олока 15 сравнения, при этом выход блока 2 упразле- НИН инвертором соединен с инвертором 2 тока, а вход г:одклн)чен к блоку 13 суммирования, первый вход которого соединен с тахогенератором Ib, а &то- рой вход связан с регулятором частоты скольжения. Первьй вход плока 15 сравнения канала регулирсвяния часто ты соединен с выходом 7 задания момента блока 1I формирования задания момента и потока, а второй вход - с выходом блока 13 вычисления момента, один вход которого соединен с датчиками 19 фазных токов двигателя, выход тахогенератора 16 соединен с входом блока 11 формирования задания момента и потока, к которому подключен выход 20 задания частоты вращения,

В электропривод введены блок 21 вычисления угла между векторами тока и потока с тремя входами, блоки 22- 24 интегрирования, в воздушном зазоре двигателя расположены измерительные катушка 25-27, в канал регулиро- ВВ.ННЯ частоты дополниг-т-льно введен

0

5

15

г

5 0 5 0 s

0

5

132

второй блок 28 сравнения, задчтчик 2 угла между векторами токя и потока, при этом второй вход блока 18 вычисления момента соединен с первым входом блока 21 Б1. чксления угла между векторами тока и потока и выходами блоков 22-23 интегрирования, входи которых соединены с выходами катутаек 25-27, выход блока 18 вычисления момента соединен с вторым входом блока 21 вычисления угла между лекторами тока и потока, третий вход которо о подключен к датчикам 9 фазных токов, а выход соединен с первым входом второго блока 2В сравнения канала регулирования частоты, второй вход которого через задлтчик 19 угла между векторами тока и потока гое динен с выходом первого блока 15 сравнения канала регулирования частоты. Выход второго блока сравнения этого канала регулирования через регулятор 14 частоты скольжения соедир ен с первым входом блока 13 суммирования.

В другом варианте электропривода переменниго тока в кан; .л регулирования частоты введены интегральный усилитель 30 и третий блок 31 сравнения, при этом рхол И1 тс грально1 о усилителя 30 подг. тючеи к- выходу вто- рог о блока 28 сравнени , а выход - к HepBONfv входу трст , :;/о блока 3 сравнен1 я укачанного канала регулирования, вт орой вход третьего блока сравнения соединен с регулятором 14 частоты скопьжения, ;j кыхои подключен к первому входу Олока 13 суммирования .

Блоки 5-9 составляют контур регулирования напряжения, который и менч- ет Боз5у денр 2 статор двигателя 1 регулированием средней величин -,: ка- нряжения Vj , которая, в свою очередь, опредатяйт величину тока к дросселе 3, а с„аедовательно, амплитуду основного гока в обмотках статора, снижае ошибку сгпналок задания чозбуждйния П ..данным с датчика 8. и переменнь м комч адиым сигналом с з да :riKa 9 то.та. Этот контур пред- ст,1ь:.. т..: г.оРг й цепь управлении, в ко- тгр. М с | иал обратной свя. И и кс манд- : ь,Г ; игнал сравнивакг; i ;. в блоке 7 с;; мм лронания е В(. дачей на сиг- ка- .а ошибки, отражающего рассогласование ме;кду нш-1И. Сигнал ошибк1т обрабатывает в регуляторе 6 токп, имею- дем :|; тегральнуи и лр.чюрциональную

313

переходные характеристики, что обес-- печивает получение нулевой статистической ошибки. Из регулятора 6 тока пол чают скомпенсированный сигнал V и подают на соответствугощие входы блока 5 управления регулятором 4 па- нряжения. Такик образом, контур регулирования напряжения реагирует на любую ошибку между сигналом обратной связи по величине возбуждения с обеспечением изменения V в см 11сле корректировки, что обеспечивает увеличение или уменьшение основной ампли- турдз тока р обмотках статора и снижение величины ошибки до нуля. Сигнал обратной связи по величине возбуждения служит для выражения действительного уровня возбуждения в статоре дв1 га геля 1. Так, он может слу;тсить мерой средней величины действительного магнитного потока, наведенного в зазоре между статором и ротором двигателя 1 при его возбуждении и при этом такой сигнал обратной связи предпочтите гьно получают из сигналов обратной связи по магнитному потоку. Командный сигнал задатчика 9 тока получают из сигнала управления Ф

представляющего треОуемуц) вели пшу возбуж/-(.ения статора, как она определяется блоком 11 формирования момента и П эток,:.

Второй наружный контур р тулируе т крутящий момент двиг ателя путем рег у лирования основной частоты коммута- 1;ии инвертора 2 тока. Эта частота определяет основную частоту тока в обмотках статора, что снижает до минимума рассогласование между сиг-;.,;- лом обратной связи Т по крутящему моменту блпка 18 и переменным команд- ннм сигналом Т (представляющим крутящий момент двигателя) с выхода 17 блока 1 1 . контур содержит блок 15 сравнения, в котором сигнал обратной связи 1 командньш сигнал сравниваются с выдачей сигнала ошибки, который отражает рассогласование между ними, CHrHajT ошибки обрабатывается в задатчике 29, имеющем интеграль:тую и пропорциональную переходные характеристики, что обеспечивает нулевую статистическую ошибку. Задат- чик 29 обеспечивает на командный sin б для внутреннего С7:1бияизи.::--ющего контура. Этот сигнал как функция сигнала управлении г обеспечением уменьшения ве;

,. с п 5

0

0

5

5

13

личинь ошибки между Т и Т до нуля. Этот сигнал суммируется в блоке 13 суммирования с сигналом обратной связи по скорости QP для выдачи сигнала управления частотой возбуждения cOg, представляя их алгебраическую сумму. Сигнал обратной связи по скорости СО выдается соответствующими средствами, например тахогенератором 16, для восприятия действительной угловой скорости ротора двигателя 1 . Сигнал управления частотой возбуждения COj подается на соответствующие входы блока 12 управления инвертором 2 тока.

Поскольку величина СО соответствует частоте возбуждения статора, а величи а У. соответствует эквивалентной частоте действительной скорости двигателя, сигна.а на входе блока 13 суммирования представляет частоту скольжения двигателя Oj-

Таким образом, внешнш регулирующий контур чувствителен к любому рассогласованию между сигналом обратной связи Т но крутящему моменту, определяемому блоком 18, и С1 гналом управ1

ления Т на BI гходе 17 блока 1 1 для обеспечения изме11е(ия частоты коммутации перекл зчающих элементов инвертора в поправоч ом смысле и увеличения или уменьшения частоты возбуж- дс)1ия статора для уменьшения величины рассогласог а;1ия до нуля.

Сигнал упр;1вления Т обеспечивается блоком 11 формирования задания момента и потока и его значение определяется в соответствии с расчетной программой, которая обеспечивает в двигателе требуемые характеристики по скорости и крутящему моменту (обычно блок 1 предназначен для согласования значения управления сигнала 0с со значением сигнала управления Т ) . Сигнал обратной связи по крутящему моменту Т блока 18 служит представления действительной величины и относительного направления крутящего момента ротора двигателя 1 при возбуждении. Его можно получить от двигателя любыми средствами, например многовитковыми измерительными катушками 25, 26 и 27, располагаемыми вблизи и чувствительными к действительному магнитному потоку, наводимому в зазоре между статором и ротором двигателя 1 при возбуждении ста- торя, в результате чего каждая катуш513

ка имеет индуц ированные D ней сигналы напряжения, пропорциональные скорости изменения магнитного потока на смежном участке зазора между стато- ром и ротором. Кроме того, предусматриваются интегрирующие схемы 22, 23 и 24 соответственно, подсоединенные к указанным чувствительным катушкам для выдачи сигналов обратной свя- зи, которые являются интегральными во времени индуцированных сигналов напряжения, чем обеспечивается правильное представление сигналами обратной связи по потоку как величины, так и фазы действительного магнитного потока в зазоре между статором и ротором. Предпочтительно катушки 25, 26, 27 располагать вокруг зазора между ротором и статором в совмещении с центрами зон потока, относящихся к основным катутпкам соответствующих фаз А В и С обмоток стауора. При таком расположении сигналы обратной связи по потоку, выдаваемые интегра- торами 22, 23, 24, чувствительны к действительному магнитному потоку, представлены как , VMB V/MC Каждый из этих сигналев является переменной величиной, имеющей форму волны (синусоидальную), и частоту, которая равна основной частоте магнитодвижущей силы (МДС).

Сигналы 4 tt , , ««теграто- ррв 22, 23 и 24 и сигналы фазных то- ков с датчиков 19 фазных токов преобразуются по известным выражениям в векторные величины с вычислением момента в блоке 18.

Стабильность систе ш возбуждении двигателя в условиях изменяющейся нагрузки повышается. Для повышения качества переходного процесса предусмотрен интегральный усилитель 30 и блок 31 сравнения, которые исполь- зуются для регулирования возбуждения двигателя в функции действительно угла б между осями магнитных полей статора и ротора в машине в переходном режиме. Под углом Р подразумева- ется фазовый угол между двумя векторами, которые представляют соответственно магнитный поток и токи, которые взаимодействуют в двигателе для создания выходного крутящего мо- мента. Этот угол положительный в двигательном режиме в прямом направлении и отрицательный в режиме тор- можения в обратном направлении.

136

Таким обраэом, величина сигнала частоты скольжения является фун. - дней рассогласования между коман;,,- ным сигналом по углу и сиг налом обратной связи. Частота тока, возбуждающего обмотки статора двигателя, определяется основной частотой коммутации ключей в инверторе 2, и изменения в этой частоте будут пере- ходно сдвигать интервалы токопрово- димости статора, а следовательно, относительное фазовое положение вектора тока Ig. Когда частота возбуждения увеличивается, вектор напряжения статора перемещается в фазе (т.е. угол этого вектора увеличивается относительно заданного исходного положения). Допустим, что величина сигнала управления по требуемому крутящему моменту резко снизилась на заданную величину от точки установившегося двигательного режима с расчетной нагрузкой. Это вызывает резкое уменьшение величины командного сигнала sin&T по углу и соответствующее приращению в сигнале ошибки по углу в блоке 28, которая, в свою очередь, отражается пропори,иональным снижением величшчы сигнала частоте скольжения на входе блока 13, и соответственно ст п1енчатым уменьшением величины сигнала управления сд по частоте иозбуждекия. Блок 2 управления запуском инвертора 2 реагирует на указанное уменьшение путем снижения частоты коммутации инвертора, в результате чего основная частота возбуждения статора умдньшается. Этим снижается частота скольжения двигателя, что задерживает уг ловое положение вектора тока статора отно-. сительно вектора маг нитного потока в зазоре между статором и ротопог; (т.е. уменьшает угол 0 ). В результате как сигнал обратной связи по кру- тяще1-1у моменту в блоке 18, так и сигнал обратной связи по углу блока 21 уменьшается -ш величине и основная частота возбужпеяия статора бь;ст- ро достигает .; внонесия в иопой рабочей тачке, где ме«;;у сигналом обратной по действительному крутящему моменту и пеличиной крутящего момента, установленного уменьшенным командным сигналом Т во нептием кон- .уре регулирования крут,;щего гоимен- та, имеет место равенство и гд: между действительным сигналом обратной

СВЯ Ъ по УТ ЛУ и новой ВеЛИЧ ; :; КС маидиого сигнала по углу во вутутпои- ием cTa6iLitr ирующем контуре имеемся не более чем минимальиор рассогласо- Вг1}1не.

Для ступенчатого итмер е П я в ко- реличине угла 9 вн 1г.)ий контур реагирует на слу ni iHh;e и-.мг-не ния де1 |ствительного сигнала OpiTHoi i святи по углу (в результате аномалий или возмуп ..чий различного типа в двигателе или в его нагрузке путем ны- эоза корректировочн1,1х в возбуждении статора, чем обеспечивается немедленное восстановление правильного угла. Этим предотрращается возникновение в двигателе незатухающих } олеГаний относительно рабочей точки в установившемся COCTOHHI-;;I. Таким образом, действительное угловое положение вектора тока статора самопроиггмольно заставляет следоват комапдн1.гй по требуемому углу siiiP, система становится са -шсинхро низ -1ру1о цейся. Эффект регулиоовання угла 0 внутренним контуром может синхронизировать пусковые сигна. гы инвертора 2 (т.е. действи1ельные мо- мрн л.; л мм/тации тока :то магнитному потоку в зазоре между ст.-:тором и ио- тором и. с. тедовательнс - i;:: 1троти:31- электродрилГ . cRne, что иск. очлет неустойчивость качающегося ти-s.

Пос.-ольку описанная сист.--. ci.j- бИ-лизацчи стабилизируется ре- гулириванин частоты возбужде1П1я гателя в .угжции угла, упрощаются требования в отношении регулируемого источника 4 питания постоянного гока которой используется только лл регулирования установи.в;11еГ1СЯ гзсличины розб -ждения. Кроме того, регулирование угла выражается в менее неупорядоченном потоке тока в jiuTaHim переменного гока инвертора 2, в ре- т. пьтате чего мокН уменг,1иить рз )ме- ры сглаживающего фильтра 3 и - атраты на него фи значительно пoн п чeнныx тгьэбовани.чх к регулирова1П К1 тока в цепи.- Влияния коммутационной задерж ки ииверт тра ослабляются усилением т: контуре регулирования угла, в результате чего устраняются В чзможные ненормаль :. условия коммутации ин- лертоо.;.

1 а::огенеритор 16 не явг:я }1 я не- обход1{мь м для удовлетворите: ь-юй ра- 6o ; bi :.,:; с мы . табили а .ии ч его мож

5

0

0

5

0

5

0

5

:-;п не исп чльзовать. Тахогенератор включен с целью регулирования скорости двигателя системой управления в случае первоначального приложения электроэнергии tsa обмотки статора 1Ф1Г ;1В Г-кении ротора или если опера- , 1-р предусматривает изменения скорости, од. ;ако ес.ли си1 нал обратной связи по действительной скорости двигателя отсутствует, регулирующий угол контура будет выдавать командньп 1 сигнал по частоте возбуждения, тре- буемьш для уменьшения до минимума ошибки межу действительной и требуемой величинами угла 9 .

Формула изобретения

1. Электропривод переменного тока, содержащий асинхронный двигатель, подключенный к выходу инвертора тока, вход которого через дроссель соединен регулятором напряжения, канал регулирования напряжения, составлеи- иьп из последовательно соединенш.1х блока управления регулятором напряжения , пропорционально-интегрального регулятора тока, блока сравнения, дин вход которого соединен с датчиком тока лсинхгонного двигателя, а другой - е. задз1чиком тока, вход ко- .орого coezyine с выходом задания отога, б::ока формирования задания MOMi HTa и noioi;a, канал регулирования частот -;, составленный из блока управления инвертором, блока суммирования, регулятора частоты скольжения, б.чока , при этом выход блока управления инвертором соединен с. инвертором тока, вход подключен к блоку с 7-1миропа}и я, первый вход которого соединен с тахогенератором, а второй связан с регулятором частоты скольжения, первый вход блока сравг{ения канала регулирования частоты соединен с выходом задания момента блока форм рования задания момента и потока, а второй вход - с выходом б.лока вычисления момента, один вход которого соединен с датчиками фазных токов двигателя, выход тахо- генератора соединен с входом блока формирования задания момента и потока, к которому подключен выход блока задания частоты вращения, отличающийся тем, что, с целью повышения стабилизации частоты враще- пнп V широком диапазоне изменения

91

частоты вращения, нагрузки и температуры, введены блок вычисления угла между векторами тока и потока с тремя входами, блоки интегрирования, измерительные катушки, расположенные в воздушном зазоре асинхронного двигателя, в канал регулирования частоты дополнительно введен второй блок сравнения, задатчик угла между векторами тока и потока, при этом второй вход блока вычисления момента соединен с первым входом блока вычисления угла между векторами тока и jioTOKa и выходами блоков интегрирова- ния, входы которых соединены с выводами измерительньк катушек, выход блока вычисления момента соединен с вторым входом блока вычисления угла между векторами тока и потока, третий вход которого подключен к датчикам фазных токов, а выход соединен с первым входом второго блока сравнения канала

13 О

регулирования частоты, второй вход которого через эадатчик угла между векторами тока и потока соединен с выходом первого блока сравнения канала регулирования частоты, выход второго блока сравнения этого канала регулирования через регулятор частоты скольжения соединен с первым входом блока суммирования.

2. Электропривод по п. I, о т л и- чающийся тем, что в канал регулирования частоты введены интегральный усилитель и третий блок сравнения, при этом вход интегрального усилителя подключен к выходу второго блока сравнения, а выход - к первому входу третьего блока сравнения указанного канала регулирования, второй вход третьего блока сравнения соединен с регулятором частоты скольжения, а выход - с первым входом блока суммирования .

Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения - повьше- ние стабилизации частоты вращения в широком диапазоне изменения частоты Э ,8 вращения, нагрузки и температуры. Указанная цель достигается тем, что в электропривод переменного тока введены блок 21 вычисления угла между векторами тока и потока, блоки 22, 23, 24 интегрирования и измерительные катушки 25,26,27. В канал регулирования частоты введены блок сравнения 28, входами связанный с блоком сравнения 15 и блоком 21, а выходом - с блоком сравнения 13. В электроприводе обеспечивается стабилизация частоты вращения путем регулирования частоты возбуждения двигателя в функции угла, предотвращается возникновение в двигателе 1 незатухающих колебаний в установившемся режиме, обеспечивается самосинхронизация . 1 3.п. ф-лы, 1 ил. с 9 СУ)