Асинхронный электропривод Советский патент 1991 года по МПК H02P7/42 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при разработке систем частотно-регулируемого электропривода переменного тока.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей системы электропривода путем обеспечения режима работы на упор при сохранении высоких энергетических показателей,

На фиг. 1 представлена функциональная схема системы асинхронного электропривода; на фиг, 2 изображены временные диаграммы, поясняющие алгоритм формирования выходных сигналов преобразователя частоты.

Асинхронный электропривод содержит преобразователь частоты со звеном постоянного тока, составленный из последовательно соединенных неуправляемого выпрямителя 1, сглаживающего фильтра 2 и трехфазного инвертора 3 напряжения, управляемого по широтно-импульсному алгоритму с последовательным уменьшением числа выходных импульсов при росте частоты. К выходу инвертора 3 напряжения подключен асинхронный электродвигатель 4. На выходе инвертора 3 напряжения включены датчик 5 напряжения и датчик 6 тока, выходы которых соедине- ны с входами блока 7 выделения ЭДС электродвигателя 4. Выход блока 8 задания сигнала управления соединен с вторым входом дополнительного двухвходового сумматора 9, выход которого подключен к входу генератора 10 тактовых импульсов, Выход блока 8 задания сигнала управления подключен к первому плюсовому входу первого трехвходового сумматора 11, минусовой вход которого соединен с выходом блока 7 выделения ЭДС электродвигателя 4. Выход генератора 10 тактовых импульсов подключен к входам трехразрядного регистра 12 и генератора 13 линейно изменяющегося напряжения, к выходу которого подключен вход датчика 14 амплитуды линейно изменяющегося напряжения. Выход датчика 14 соединен с вторым входом второго делителя 15, выход которого подключен к первому входу третьего делителя 16, вторым входом подключенного к выходу датчика 17 тока, включенного на выходе выпрямителя 1. Выход делителя 16 соединен с минусовым входом первого двухвходового сумматора 18, плюсовой вход которого подключен к выходу первого источника 19 опорного напряжения, а выход сумматора 18, заактированный диодом, подключен к первому входу сумматора 9,

В состав системы входят также каналы формирования фронтов выходных импульсов, общее количество п которых должно быть на единицу больше максимального количества формируемых фронтов внутри половины тактового интервала, имеющего

протяженность 60 эл. град. В общем случае n N+1, где N - выраженный в числовой форме диапазон связанного регулирования частоты и величины напряжения преобразователя. Соответственно

0 максимальное число выходных импульсов в полуволне линейного выходного напряжения преобразователя, наблюдаемое на начальной частоте, при этом находится как 2п-1, Для определенности принято, что для

5 анализируемого варианта структуры системы п 6, максимальное количество выходных импульсов в полуволне линейного выходного напряжения при этом равно одиннадцати.

0 В состав каждого из каналов формирования фронтов выходных импульсов входят ключи 20-25, выходы которых связаны с первыми входами одноименных формирователей фронтов выходных импульсов, вы5 полненных в виде компараторов 26-31, выход каждого из которых подключен к соответствующему входу шестивходового логического элемента ИЛИ 32, выходом подключенного к входу счетного триггера

0 33, выход которого соединен с информационным входом распределителя 34 управляющих импульсов, тактовые входы которого подключены к выходам регистра 12, а выход - к управляющему входу инвертора 3

5 напряжения, Вторые входы компараторов объединены и подключены к выходу генератора 13 линейно изменяющегося напряжения.

Выход второго источника 35 опорного

0 напряжения подключен к плюсовым входам второго 36 и третьего 37 двухвходовых сумматоров и к второму и третьему плюсовым входам второго 38 и третьего 39 трехвхо- довых сумматоров. Выходы сумматоров

5 36-39 подключены соответственно к информационным входам второго - пятого ключей 21-24. Выходы сумматоров 36, 37 подключены соответственно к первым входам первых схем 40 и 41 сравнения

0 второй и первой групп соответственно, а выходы сумматоров 38 и 39 подключены соответственно к первым входам вторых схем 42 и 43 сравнения второй и первой групп, Вторые входы схем 40-43 сравне5 ния объединены с информационным входом шестого ключа 25 и подключены к выходу датчика 14 амплитуды линейно изменяющегося напряжения.

Управляющие входы первого, третьего и пятого ключей 20, 22 и 24 подключены к

прямым выходам первой, второй и третьей схем 44, 41 и 43 сравнения первой группы, а управляющие входы второго и четвертого ключей 21 и 23 - к выходам первой и второй схем 40 и 42 сравнения второй группы. Управляющий вход шестого ключа 25 соединен с, выходом трехвходовой схемы ИЛИ 45, входы которой подключены соответственно к инверсному выходу схемы 44 сравнения и выходам двухвходовых схем И 46, 47. Первый вход первой схемы И 46 объединен с управляющим входом второго ключа 21, а первый вход второй схемы И 47 - с управляющим входом четвертого ключа 23. Выходы первого, треть- его, пятого и шестого ключей 20, 22, 24 и 25 соединены с плюсовыми входами шес- тивходового сумматора 48,минусовые входы которого соединены соответственно с выходами второго и четвертого ключей 21 и. 23. Выходы сумматоров 48 и 11 подключены к минусовому и плюсовом у входам интегратора 49, выход которого соединен с минусовыми входами сумматоров 36-39. Второй плюсовой вход сумматора 11 подключен к выходу первого делителя 50, входы которого соединены с выходами дополнительного источника 51 опорного напряжения и допол- нительного датчика 52 напряжения на входе преобразователя частоты

Работа электропривода заключается в следующем.

Аналоговый сигнал задания, пропорциональный выходной частоте преобразователя частоты, с выхода блока 8 через сумматор 9 подается на вход генератора 10 тактовых импульсов, задавая частоту следования тактовых импульсов генератора 10, которая на всем диапазоне регулирования в двенадцать раз выше частоты выходного напряжения преобразователя. Выходные импульсы генератора 10 синхронизируют работу генератора 13 линейно изменяющегося развертывающего напряжения, выходной сигнал Ui3 которого, как показа- но на фиг. 2, имеет постоянную в обе стороны крутизну и изменяющуюся обратно пропорционально частоте следования импульсов генератора 10 амплитуду, которая выделяется датчиком 14 амплитуды. Часто- та симметричного пилообразного напряжения Ui3 при этом в шесть раз превышает выходную частоту преобразователя. В моменты равенства сигналов на входах компараторов 26-30 ими вырабатываются команды на формирование фронтов (показано на фиг. 2) импульсов кривой выходного напряжения преобразователя, количество которых в процессе связанного регулирования частоты и напряжения последовательно

уменьшается при росте выходной частоты, причем изменение числа импульсов осуществляется плавным безударным путем. Это обеспечивается работой логической части системы, включающей ключи 20-25, схемы 40-44 сравнения, элементы ИЛИ 45 и И 46-47,

Работа внутреннего регулятора системы базируется на принципе поддерживания постоянства суммы абсолютных продолжи- тельностей сигналов управления (и выходных импульсов) внутри тактовых интервалов 60-градусных продолжительностей с использованием корректирующего сигнала отрицательной обратной связи, снимаемого с датчика ЭДС двигателя, что позволяет реализовывать высокоэкономичный закон управления асинхронным электроприводом с постоянством потокосцепления статора электродвигателя. С этой целью приведенные друг к другу и к величине выходного сигнала делителя 50 значения сигнала задания с выхода блока 8 и сигнала блока 7 выделения ЭДС двигателя поступают соответственно на плюсовой и минусовой входы сумматора 11, в котором осуществляется их частичная взаимокомпенсация, Указанный разностный сигнал суммируется с выходным сигналом делителя 50. формирование которого, а также выбор амплитуды сигнала опорного источника 51 осуществляются таким образом, чтобы при минимальном питающем напряжении на входе преобразователя (выпрямителя 1), пропорционально которому вырабатывается амплитуда сигнала на выходе датчика 52, амплитуда напряжения Uso на выходе делителя 50 соответствовала выражению Uso -1 акс, где 1Измакс максимальная амплитуда развертывающего напряжения генератора 13, наблюдаемая на начальной выходной частоте; N - кратность диапазона связанного регулирования частоты и напряжения преобразователя частоты системы электропривода. При увеличении напряжения относительно минимального значения амплитуда результирующего опорного сигнала Uso пропорционально уменьшается, что позволяет в случае изменения питающего напряжения обеспечить постоянство вольт-секундной площади полуволны выходного напряжения и линеаризовать тем самым регулировочную характеристику преобразователя

Управляющее напряжение с выхода сумматора 11 поступает на интегратор 49, на входе которого сопоставляется с выходным сигналом многовходового сумматора

48, результирующее напряжение на выходе которого благодаря соответствующему переключению ключей 20-25 на всем диапазоне регулирования пропорционально абсолютной величине суммарной на полупериоде продолжительности формируемых импульсов управления и соответственно выходных импульсов преобразователя частоты. Изменением величины выходного сигнала интегратора 49, определяющего, как показано на фиг, 2, продолжительность каждого из импульсов выходной кривой, осуществляется автоматическое высокоточное (статическая ошибка регулирования равна нулю) связанное регулирование величины и частоты выходного напряжения по экономичному закону, обеспечивающему пропорциональное росту частоты увеличение внутренней ЭДС двигателя.

Одновременно канал управления, включающий связанные между собой датчик 17 среднего значения тока на выходе неуправляемого выпрямителя, делители 15 и 16, источник 19 опорного напряжения и сумматор 18, осуществляет выделение сигнала, пропорционального электромагнитному моменту асинхронного электродвигателя, В основе функционирования указанного канала лежит тот факт, что при питании от преобразователей модуляционным принципам формирования кривой выходного напряжения, в которых полуволна выходного сигнала синтезируется из последовательности прямоугольных импульсов одинаковых амплитуд и в которых регулирование выходного напряжения осуществляется путем изменения относительной продолжительности выходных импульсов, момент двигателя пропорционален величине тока на выходе выпрямителя, деленной на коэффициент глубины модуляции, В качестве коэффициента глубины модуляции при этом должна фигурировать величина, пропорциональная отношению суммарной на полупериоде продолжительности выходных импульсов к текущей продолжительности одной третьей части периода выходной частоты преобразователя. В рассматриваемой системе аналогом первой величины (делимого) выступает сигнал с выхода сумматора 48, а аналогом второй величины (делителя) - сигнал с выхода датчика 14, пропорциональный текущей амплитуде развертывающего напряжения Uis Сигнал, пропорциональный коэффициенту глубины модуляции, снимается с выхода делителя 15 и поступает на вход делителя 16, обеспечивая формирование на выходе делителя 16 напряжения, пропорционального текущему значению электромагнитного момента двигателя (следует отметить, что в качестве базового токового сигнала можно использовать и выпрям- ленный сигнал, снимаемый с шунтов, включенных на входе выпрямителя).

Указанный сигнал с выхода делителя 16

поступает на минусовый вход сумматора 18, в котором сопоставляется с напряжением уставки, поступающим от источника 19 и пропорциональным максимально допустимому значению момента двигателя (коэффициенты передачи всех делителей, датчика 17 и амплитуда сигнала источника 19 должны быть согласованы между собой). В номинальном режиме работы электропривода, когда величина опорного сигнала источника 19 больше амплитуды напряжения на выходе делителя 16, благодаря приведенному включению диода, шунтирующего в прямом направлении выход сумматора 18,

канал выделения момента не оказывает влияния на процесс функционирования электропривода. В случае превышения выходным напряжением делителя 16 сигнала источника 19 отрицательный разностный

сигнал поступает на вход сумматора 9 и способствует безынерционному снижению частоты выходного сигнала преобразователя и соответственно момента двигателя вплоть до момента равенства сигналов на

входе сумматора 18.

Описанная структура информационной части системы электропривода, осуществляющая на всем диапазоне регулирования выделение пропорционального моменту

электродвигателя управляющего сигнала, позволяет заметно расширить функциональные возможности асинхронного электропривода как за счет автоматического быстродействующего ограничения момента.

вплоть до осуществления режима работы на упор путем снижения выходной частоты преобразователя, так и за счет реализации специальных режимов управления двигателем, при которых момент и частота должны

соотноситься в определенной функциональной зависимости, обеспечивая высокие энергетические показатели. Для осуществления упомянутых спецрежимов в качестве источника 19 может быть использован функциональный преобразователь, выходной сигнал которого, как показано на фиг. 1 пунктиром, должен определяться величиной сигнала блока 8.

Формула изобретения

Асинхронный электропривод, содержащий асинхронный двигатель, преобразователь частоты, составленный из последовательно соединенных неуправляемого выпрямителя, сглаживающего фильтра

и инвертора напряжения, выход которого соединен с фазными выводами асинхронного двигателя, датчики напряжения и тока, включенные в выходную цепь инвертора напряжения, выходы которых соединены с входами двухвходового блока выделения ЭДС, логический блок распределения импульсов, выходом соединенный с управляющим входом инвертора напряжения, блок задания сигнала управления, связанный с первым плюсовым входом первого трехвходового сумматора, два источника опорного напряжения, генератор тактовых импульсов, соединенный выходом с входами генератора линейно изменяющегося напряжения и трехразрядного регистра, выходы которого подключены к тактовым входам логического блока распределения импульсов, причем к выходу генератора линейно изменяющегося напряжения подключен датчик амплитуды линейно изменяющегося напряжения, шесть формирователей фронтов выходных импульсов, каждый из которых выполнен в виде двухвходового компаратора, первые входы которых объединены и подключены к выходу генератора линейно изменяющегося напряжения, выход каждого компаратора соединен с одним из входов шестивходового логического элемента ИЛИ, выходом соединенного с входом счетного триггера, подключенного выходом к информационному входу логического блока распределения импульсов, шесть управляемых ключей, три двухвходовых сумматора, два трехвходо- вых сумматора, двухвходовой интегратор и шестивходовой сумматор, плюсовые входы которого соединены соответственно с вторыми входами первого, третьего, пятого и шестого компараторов, а минусовые входы - с вторыми входами второго и четвертого компараторов, второй вход каждого из компараторов подключен к выходу одноименного управляемого ключа, первую группу схем сравнения, в которой каждая схема сравнения выполнена с прямым и инверсным выходами, вторую группу схем сравнения, две двухвходовые схемы И и трехвходовую схему ИЛИ, первый вход которой соединен с инверсным выходом перт вой схемы сравнения первой группы, второй и третий входы - соответственно с выходами схем И, при этом первый вход первой схемы И объединен с управляющим входом второго управляемого ключа и подключен к выходу первой схемы сравнения второй группы, первый вход второй схемы И объединен с управляющим входом четвертого ключа и подключен к выходу второй схемы сравнения второй группы, управляющие входы первого, третьего и пятого управляемых ключей подключены соответственно к прямым выходам схем сравнения первой группы, а управляющий вход шестого управляемого ключа соединен с выходом трехвходовой схемы ИЛИ, информационные входы второго, третьего, четвертого и пятого управляемых ключей связаны соответственно с выходами второго и треть0 его двухвходовых и второго и третьего трехвходовых сумматоров, первый вход второй схемы сравнения первой группы соединен с выходом третьего двухвходового сумматора, первый вход третьей схемы

5 сравнения первой группы - с выходом

третьего трехвходового сумматора, первые

входы первой и второй схем сравнения вто1 рой группы подключены соответственно к

выходам вторых двухвходового и трехвходо0 вого сумматоров, вторые входы всех схем сравнения и информационный вход шестого управляемого ключа объединены и подключены к выходу датчика амплитуды линейно изменяющегося напряжения, вы5 ход блока выделения ЭДС подключен к минусовому входу первого трехвходового сумматора, соединенного выходом с плюсовым входом двухвходового интегратора, минусовый вход которого подключен к вы0 ходу шестивходового сумматора, выход интегратора присоединен с информационному входу первого управляемого ключа, к первому входу первой схемы сравнения первой группы, к минусовым входам вто5 рых и третьих двухвходовых и трехвходовых сумматоров, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения режима работы на упор при сохранении высоких.

0 энергетических показателей, он снабжен дополнительным датчиком напряжения на входе преобразователя частоты и датчиком тока на выходе выпрямителя, допол- нительным источником опорного

5 напряжения, тремя делителями и двухвхо- довым дополнительным сумматором, при этом входы первого делителя связаны соответственно с выходами датчика напряжения на входе преобразователя и дополнитель0 ного источника опорного напряжения, выход первого делителя соединен с вторым плюсовым входом первого трехвходового сумматора, первый вход второго делителя соединен с минусовым входом интег5 ратора, второй вход - с выходом датчика амплитуды линейно изменяющегося напряжения, а выход - с первым входом третьего делителя, второй вход которого подключен к выходу датчика тока на выходе выпрямителя, выход третьего делителя

связан с минусовым входом первого двух- входового сумматора, плюсовой вход которого присоединен к выходу первого источника опорного напряжения, а выход - к первому входу дополнительного двухвхо- дового сумматора, второй вход которого связан с выходом блока задания сигнала

управления, а выход подключен к входу генератора тактовых импульсов, выход второго источника опорного напряжения присоединен к плюсовым входам второго и третьего двухвходовых сумматоров и к двум плюсовым входам второго и третьего трех- входовых сумматоров.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при разработке частотно-регулируемых электроприводов. Целью изобретения -является расширение функциональных возможностей путем обеспечения режима работы на упор при сохранении высоких энергетических показателей. Асинхронный электропривод включает неуправляемый выпрямитель 1, сглаживающий фильтр 2, автономный инвертор 3 напряжения, нагруженный на асинхронный электродвигатель 4. Датчик 5 выходного напряжения инвертора и датчика 6 тока связаны с блоком 7 выделения ЭДС двигателя. Система управления и регулирования электропривода содержит блок 8 задания, сигнал которого через дополнительный сумматор 9 связан с входом генератора 10 тактовых импульсов, а также с одним из двух плюсовых входов трехвходового сумматора 11. С помощью генератора 10, генератора 13 развертывающего линейно изменяющегося напряжения и каналов формирования Фронтов выходных импульсов, включающих суммирующие и логические элементы 20-32 и 36-47, в системе реализуется алгоритм плавного широкодиапазонного изменения формы кривой выходного напряжения преобразователя при постоянстве отношения величины напряжения к частоте. Сигнал, пропорциональный суммарной текущей на полупериоде продолжительности выходных импульсов, формируется на выходе много- входового сумматора 48. При помощи результирующего сигнала на выходе интегратора 49 в системе осуществляется астатическое регулирование величины ЭДС двигателя. Одновременно канал управления, включающий датчик 17 тока на выходе выпрямителя 1, делители 15 и 16, источник 19 опорного напряжения и сумматор 18, осуществляет выделение сигнала, пропорционального текущему значению электромагнитного момента асинхронного электромагнитного момента асинхронного электродвигателя. Указанный сигнал поступает в основной контур регулирования системы, расширяя тем самым ее функциональные возможности. 2 ил. О ю