Частотно-управляемый электропривод Советский патент 1988 года по МПК H02P7/42 

(со t со )

(1)

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах и механизмах различного промьшленного назначения. Целью изо- бретбния является повышение точности управления электромагнитным моментом и частотой вращения асинхронного короткозамкнутого двигатели за счет введения компенсирующей связи по ЭДС при регулировании фазных токов. Указанная цель достигается введением в частотно-управляемьп электропривод модуляторов (М) 13, 14, сумматора 15, фильтра 16, блока 17 преобразования сигналов, источника 18 постоянного напряжения и преобразователя 19 частота - напряжение. Указанные блоки предназначены для формирования си -налов компенсации ЭДС, при этом коммутирующие входы М 13, 14 связаны с коммутирующими входами М 8, 9, а коммутирующие входы блока 17 - с коммутирующими входами блока 12 преобразования сигналов. Выходы блоков 12, 17 соединены с управляющими входами преобразователя частоты 2 асинхронного двигателя 1 . Введение компенсирующих сигналов ЭДС А а t закон регулирования асинхронного двигателя 1 позволяет повысить точность регулирования фазных токов . 3 ил. (Л со ts9 сл --;ЗГ

С выходов делителя 6 частоты прямоугольные импульсы с частотой

.. QT ± КоЗг

UH-

К,

(2)

где Кд - коэффициент деления, поступают на коммутирующие входы модуляторов 8 и 9, при этом делитель 6 частоты выполняют таким образом, что прямоугольные импульсы, поступаю- щие на коммутирующий вход модулятора 9, сдвинуты относительно импульсов на коммутирующем входе модулятора 8 на 90 эл.град.

На аналоговый вход модулятора 8 поступает сигнал i, величина которого соответствует ортогональной намагничивающей составляющей вектора заданного тока статора, направленной по ос и об вращающейся ситемы координат ot , |5 , а на аналогичный вход модулятора 6 поступает сигнал i,n, величина которого соответствует ортогональной активной составляющей вектора заданного тока статора, направленной по оси /3 . На выходе модулятора 8 получают симметричный прямоугольный сигнал с частотой СО и амплитудой, равной величине сигнала i, , а на выходе модулятора 9 получают аналогичный сигнал с той же частотой и амплитудой, равной величине сигнала i,Q, и сдвинутый по фазе на 90 зл.град. относительно выходного сигнала модулятора 8. Эти два прямоугольных сигнала суммируются на сумматоре 10 и поступают на вход фильтра 11 нижних частот, выделяющего первую гармонику суммарного сигнала. Синусоидальный сигнал на вы

ходе фильтра 11 описывается уравнением

IT

a .z

«i tA

sin ( со„ t +

Делители частоты 6 и 7 выполнены идентичными, поэтому на выходе делителя 6 частоты также присутствуют прямоугольные импульсы. Такой сигнал может быть описан уравнением для меандра

л 1 UK) -|- Z. sin:),(5)

где - 1,2,3,... натуральный ряд

чисел (номер гармоники). В блоке 12 преобразования сигналов производится демодуляция входных синусоидальных сигналов несущей частоты ) и иц(с) (прямого и инверсного) коммутирующими прямоугольными импульсами и,, (t) и U,j(t) (прямыми и инверсными). Синусоидальньй сигнал на выходе блока 12 преобразования сигналов описывается уравнением (для одной фазы)

i

г

(«С

.г 1ф

cos

Ы„ - и„ )t - arc tg

ifoTJ

(6)

Частота этого сигнала с учетом (2) и (4)

ОЗк-СОц ±(COp±CO,j) tCO,(7)

и представляет собой круговую частоту тока статора электродвигателя, равную алгебраической сумме частоты вращения ротора и частоты тока ротора (абсолютного скольжения). Следовательно, сигнал на выходе блока 12 преобразования сигналов может быть описан уравнением

ifct) -JT

.2

. ifi COS ( CO, t - arc tg

i)

(,

(8)

или в комплексной форме

- . 1. 1

13725776

представляет собой ЭДС электродвигателя, которую можно представить в

ч«.

+

(9)

виде

Таким образом, с помощью блока 5 суммирования частот, делителей 6 и 7 частоты, модуляторов 8 и 9, сумматора 10, фильтра 11 и блока 12 преобразования сигналов производится преоб- разование сигналов ортогональных составляющих заданного обобщенного вектора тока статора из неподвижной системы координат во вращающуюся с частотой со. систему координат. По сигналу i| на выходе блока 12 преобразования сигналов получают трехфазную систему синусоидальных напряжений, поступающую на первый управляющий вход преобразователя 2 частоты.

Формирование сигналов для компенсации ЭДС электродвигателя производится исходя из уравнения статорной цепи асинхронного электродвигателя, записанного в обобщенных векторах в системе координат, вращающейся с произвольной частотой со :

di

R,T, --- - R,i, + JR,T, (О i,

dt

+ ,(72- -V ;

(10)

эквивалентные активное сопротивление и постоянная времени статорной

цепи;

обобщенные векторы напряжения статора, тока статора и потокосцепле- ния ротора;

-коэффициент связи ротора;

-индуктивности цепей намагничивания и ротора;

круговая частота вращения ротора.

ие можно также записать ввде:

и,

..-.-- dt

R,i,

+ JR.T, о i, +

(11)

-

где

- . Т,

+ jK COrCi,, (12)

виде

ё, е, + jeip , если принято, что

(13)

IftL

-|-:(14)

е,р, .t.,,

Это иллюстрируется векторной диаг- раммой (фиг.З).

Таким образом, если на вход модулятора 13 подать сигнал, пропорKi ,, циональный - ) а на вход мо -г

дулятора 14 - сигнал, пропорциональный К2СОг 2 выходе блока 17 преобразования сигналов будет сфор- миров ан сигнал ё, , пропорциональ- ный ЭДС электродвигателя.

0

5

0

5

Если регулирование асинхронного электродвигателя производится по закону (2 const, то на вход

модулятора 13 подается постоянное напряжение от источника 18, а на вход модулятора 14 - напряжение,пропорциональное частоте вращения ротора с выхода преобразователя 19 частота - напряжение.

Получение сигналов компенсации возмущающего воздействия по ЭДС производится с помощью модуляторов 13 и 14, сумматора 15, фильтра 16 и блока 17 преобразования сигналов. При этом коммутирующие входы модуляторов 13 и 14 связаны с коммутирующими входами модуляторов 8 и 9, а коммутирующие входы блока 17 преобразования сигналов - с коммутирующими входами блока 12 преобразования сигналов. Работа этих узлов схемы происходит аналогично описанной выше. Подав на аналоговые входы модулято- 0 ров 13 и 14 сигналы е и е f, величины которых соответствуют ортогональным составляющим вектора компенсирующего сигнала, по аналот ии с сигналом вектора заданного тока i.

полу55 чают вектор сигнала компенсации ЭДС, описываемый уравнением

-Jel + е

2 P

C.Oi

( CO, t - arc tg

7 4)

Wили в комплексной форме ё ЕО - Je/ ;

т.е. сигнал компенсации ЭДС получают в той же системе координат, что и вектор заданного тока. Далее на выходе блока 17 преобразования сигналов

получают трехфазную систему компен-

- #

А

8

сирующих сигналов ЭДС е поступающую на второй управляющи вход преобразователя 2 частоты.

Введение компенсирующих сигналов ЭДС позволяет повысить точность регулирования фазных токов, благодаря чему повышается точность управления злектромагнитным моментом и частотой

вращения асинхронного короткозамкну- того двигателя в сравнении с известным решением.

Формула изобретения

Частотно-управляемь й электропривод, содержащий асинхронный корот- козамкнутый двигатель, подключенный к выходам силового преобразователя частоты, импульсный датчик частоты вращения с двумя выходами, установленный на валу асинхронного коротко- замкнутого двигателя, последовательно соединенные управляемый генератор импульсов и блок суммирования частот два делителя частоты, два модулятора сумматор, фильтр и блок преобразования сигналов с аналоговым и коммутирующим входами, при этом входы делителей частоты подключены к соот- ветствукицим выходам блока суммирования частот, выходы первого делителя частоты подключены к коммутирующим входам соответствующих модуляторов, соединенных выходами с входами

1372577

)

10

, ,

15

20

25

30

35

40

45

сумматора, выход которого через фильтр подключен к аналоговому входу блока преобразования сигналов, выходы второго делителя частоты подключены к коммутирующим входам блока преобразования сигналов,соединенного выходом с первым управляющим входом силового преобразователя частоты, выходы импульсного датчика частоты вращения подключены к соответствующим входам блока суммирования частот, отличающийся тем, что, с целью повышения точности управления за счет введения компенсирующей связи по ЭДС при регулировании фазных токов, введены два дополнительных модулятора, дополнительный сумматор, дополнительный фильтр, дополнительный блок преобразования сигналов с аналоговым и коммутирующими входами, источник постоянного напряжения и преобразователь частота - напряжение, подключенный входами к соответствующим выходам импульсного датчика частоты вращения, при этом коммутирующие входы дополнительных модуляторов подключены к соответствующим выходам первого делителя частоты, аналоговые входы первого и второго дополнительных модуляторов подключены соответственно к выходу источника постоянного напряжения и к выходу преобразователя частота - напряжения, выходы дополнительных модуляторов соединены с входами дополнительного сумматора, выход которого через дополнительный фильтр подключен к аналоговому входу дополнительного блока преобразования сигналов, соединенного коммутирующими входами с соответствующими выходами второго делителя частоты, а выход дополнительного блока преобразования сигналов подключен к второму управляющему входу силового преобразователя частоты.

On 9

- Ш

1 А f /yj

Фиг.г