Система для автоматического регулирования скорости вращения частотноуправляемого асинхронного двигателя Советский патент 1980 года по МПК H02P7/42 

;I

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в сие- темах, служащих для автоматического регулирования скорости асинхронных и синхронньгх двигателей, питаемых от статических преобразователей частота, .содержащих управляемый выпрямитель и автономный инвертор тока,

Известнь замкнутые системы автоматического частотного регулирования скорости асинхронногх и синхронного двигателей, содержащие контур регулирования внутренней ЭДС двигателя. В таких системах ЕЫХОД источника этилонного задающего напряжения соединен о одним из входов первого sneMesirra сравнения, к входу которого .подключен выход датчика внутренней ЭДС двигателя. Выход первого элемент сравнения соединен со входом регулятора ЭДС. Указанные элементы образуют внешний контур регулирования. Выход регулятора ЭДС подключен к одному из входов в1Х)рого элемента сравнения,

к другому Bxpjsy KOiPoporo подключен №1ход датчика тока двигателя. Выход второго элемента сравнения . cbefliffleH с Ессодом реГулятсЪра тока, образующего йод ганейный контур регулирования. Выход регулятора тока соединяется со йходом сиСтемЬ уйравлешгя силового

выпрямителя 11 V ;-: -,-.

известно, что Bbtxomroe напряжение автономного инвертора тока с ограниченной величиной емкости коммутирующих, конденсаторов, работающего на асиНхронНый или; синхронный двигатель, может бьтТь ripeдcтalвrtёнЪ в. виде двух составляющих, синусоидальногчэ Напряжения основной гармоники, коммутационной сосТавлякэщей, представляющей собой кра-рковремеНныё выбрось напряжения, амi плиту да которых может в несколько раз превышать амплнтуду Напряжения первой гармоники, .

Ксллмутационные выбросы присутствуют ив напряжении ни выходе датчика внутренней ЭДС двигателя. В случае подйлючения выхода датчика ЭДС к первом элементу сравнения на выходе регулятора ЭДС появляются значительные пуль- сации, приводящие к пульСаци.ям напряже ния на га 1ходе инвертора, что особенно сильно проявляется вобласти низких частот, в результате, чегонормальная работа Ьистемы становится практически невозможной при выходных часто тах ниже 5-10 Гц. Для обеспечения функционирования системы автоматического регулирования в широком диапазоне выходных частот инвертора между выходом датчика ЭДС двигателя и входом первого элемента сравнения включают фи1г1ьтр 17Жй; гроен- ные на Я , L , С -.элементах. Однако Такие системы не позволяют получить необходимую точность регулирования ЭДС двигателя во всем частотном, диа. пазоне и во всех- статических и динами ческих режимах. Из известных систем автоматического частотного регулирования (САР) скорости асинхронных и синхронных Йвигателей наиболее близкой по технической сущности является система регулироззання, описанная в 23, В этой системе мащина переметщбго fbiRa соеjOHHeHa с ггрс мыщленной сетью через ре гули1)уемый ныпрямитёль и автономный инвертор Toka, ко входам коТорьтх. подключены вьхходы блока уяравленИявьшр мителем и блока управл:анйяйнЁерт6ром соответственно. Система регулирования содержит основной контур регулйрова1ш внутренней ЭДС машины и подключенны контур регулирования тока стЙтдрйЖашинь переменного тока. Цепь обратной связи по внутренней ЭДС машивд вклю чает в себя последовательао сседи иен Bbie вьшрямитель и низкочастотный фил Так как в глубоко регулируёйьтх эле i троприводах переменного тока .диапазон . изменения частоть Ъьтходного напряжения автономного инвертора обставляет не менее 1 : 30 (например, от 2 до бО Гц), то низкочастотные фильтры, коэффициент затухания и коэффициент фазы оС которых являются функциями частоты, вызывают .амплитудные и фазо вые искажения передаваемого сигнала в цепи обратной связи по ЭДС дшгате Вследствие этого в известной автома- тической системе снижается точность регулирования ЭДС двигателя как в установиВ111ихся, так и в переходных режимах. Попытка получить коэффициен затухания , равным нулю, во всем частотном диапазоне приводит к усложнению САР в части внешнего контура регулирования. При этом увещчиваются также масса и габариты СДР. Кроме того,, такие фильтры вносят инерционность в цепь обратной связи, вызывающую снижение быстродействия и устойчивости системы. Целью .изобретения является повьпиение точности регулирования. Это достигается тем, что в известной системе автоматического регулирования скорости частотно-управляемого асинхронного двигателя, подключенного к статМескЬму преобразователю частоты на базе Управляемого вьпфямителя и автономного инвертора, содержащей блок ут1равл§ния автономным инвертором, подключенным ко входу ис точника задания частотьт и напряжения, блок управления выпрямителем, ш.од которого подсоединен к последовательно соединенным регулятору тока статора, регулятору внутренней ЭДС асинхронного двигателя, который через элемент сравнения соединен с источником задания частоты и напряжения, а также с преобразователем переменное напр$рйение - постоянное кап- р рйжение, состогащим из низкочастотного фильтра и вьпфямителя, входы которб-го соединены с да чиком внутрейпей ЭДС асинхронного диаГателя, в преобразователь переменное напряжение - постоянное напряжение между выпрямителем инизкочастотны, фильтром введено ключевое устройс.твб, управляющий вход которого соедийёй с вь1ХОдом блока управления автономным инверторов через дополнительно введенную цепь, составленную из последовательно соединенных формирователя управляющего сигнала, времязадаюшёй цепочки и линии задержки. .На фиг. 1 изображена структурная cjcetna сиЬчеМь автоматического регулирования скорости вращения частотно-. :управляёмого асинхронного двигателя; на фиг. 2 - возможный вариант последовательной цепи: линия задерлски, врёмязадающая цепочка, формирователь управляющего сигнала; на фиг. 3 а - е - кр1Ивые напряжений в отдель- . ных точках схемы, представленной на фиг. 1... В частотно-управляемом электроприводе переменного тока (фиг. 1) питание асинхронного дыггатсля 1 осуществляетсяот ПрсЯ ышленной сети 2 трехфазно5го переметюго напряжения через статический преобразователь частоты (СПЧ образованный управляемым вьшрямителе 3, проссепем 4 фильтра и автономньм инвертором 5 тока. Управление ы,шрямителя 3 осуществляется с помощыо блока 6, а управленне автономным иявертором 5 осуществляется с помощью блока 7. Система автоматического регулирования скорости асинхронногь двигателя 1 содержит регулятор 8 внутренней ЭДС, асинхронного двигателя 1, входящий в основной контур регулирования, и регулятор 9 тока статора асинхронного двигателя 1, входящий в подчиненный контур регулирования. В качестбе датчика тока статора служит трансформатор 10 постоянного тока, включенный в промежуточном звене СПЧ Источник 11 эталонного напряжения Bfeiдает задающие сигналь напряжения БЗ и частоты /3 в каналы регулирования внутренней ЭДС асинхронного двигателя и частоты на выходе автономного инвертора. 5., Датчик 12 внутренней ЭДС,асинхронного двигателя состоит из трансформаторов 13, 14, 15 напряжения И трансформаторов 16, 17, 18 тока, нагру женных на резисторы 19, 20, 21. Вьссо датчика 12 соединен со входом преобра зователя 22 трехфазного напряжения регулируемой амплитуды в пропоринонально изменяющееся постоянное напряжение. Преобразователь 22 содержит мостовой выпрямитель 23 на неуправля М диодах и подключенных к его выходу последовательно соединенных ключешй . блок 24, низкочастотный фильтр на конденсаторе 25 и резисторе 26. Параллель но конденсатору 25 подключен потевциометр 27, выход которого соединен лйнией 28 связи с элементом 29 cpaiBнэния контура регулирования внутренней ЭДС двигателя. Управляющий вход 30 (фиг. 1, 2) ключхэвого блока 24 соединен с выходом 31 формирователя 32 синхронизирующих, импульсов блока 7 управления инвертором через блок 33. vupaiajujjtiim nnJt3T jpiv/|j /fvi чсрсо wjiw ( Блок 33 предсталвяет Собой последовао но включенные линию 34 задержки. OJVJlnjnOnnrHtr viJTlJKLrUW VJ-г i UM fJnAt, времязадающую цепочку 35 и формировав тель 36 управляющего сигнала. -..Работа системы автоматического регулировагйя заключается в следующем. Выходное напряжение автономного ннвертора тока содержит коммутационные выбросы, отстающие по фазе от момента 0 6 поцачи имйульсрв управления на оснб15пые трфисторы автономного инвертора с вьгхода сисТёмь управления инвертором на некоторый угол, определяемый временем перезаряда коммутирующей емкости постошным 1Ъком нагрузки до напряжения, при котором начинается коммутация тока .в фазах нагрузки. Это отставание может составлять величину в несколько Сот микро секунд. В датчике 12 внутренней ЭДС асинхронного двигйтеля йроисходит геометрическое вычитание из фазного напряжения двигателя 1 напряжения,-, пропорштонального паденнйэ напряжения на активном сопротийлений фазовой обмотки статора и выделяемого на резисторах 19, 20, 21. Результирующее напряжение пропорцйЬйалЬнЪе;Внутренней ЭДС асинхронного двигателя, поступает на вход вьтрямитёля 23, на выходе которого образуется сигнал, который в первом приближении может быть представлен в виде напряжеййя Uj (фиг. За). При работе блока 7. управления автономным инвертором на шходб 31 формирователя 32 генерируются синхронизирующие импульсы (напряжение Uj на фиг. Зг). и импульсы поступают на вход линии 34 задержки, с выхода которой снимаются импульсы . Зд), отстающие of сигнала tfj на. щэемя t , равное временному сдвигу между передними фронтами импульсов 0 и коммутационных выбросов (фиг. 3,а). Напряжение запускает времязадающую цепочку ; 35, на выходе которой формируются импульсы Ug (фиг. 3,е) длительностью f , Длительности коммутационных выбросов. Сигнал U(, усиливается формирователем 36 и подается на аход 30 ключевого блока 24 в виде команды на закрывание ключевого блока 24 на время присутствия в напряжений t-i (фиг. За) коммуТа1шонн6гр выброса. В результате такой работы ключевого блока 24 на потенциометре 7, при отсутствии конденсатора 25, образуется 1гапряжё ше Ug - -( 36). При подключении конденсатора 25 параллельно потеншюметру 27 iia -I f /J нем формируется напряжение Uj (фиг. 3,в), поступающее в виде сигнала обратной связи по внутренней ЭДС асинхронного двигателя 1 на элемент 29 зравнения. В результате система осуосуществляет регулирование внутренней ЭДС асинхронного нвиг-ателя ггр ктиюсicH по основной гармонической составляющей выходного напряжения автономного инвертора тока (АИТ).

Линия 34 задержки выполнена по схеме заторможенного бл6кйнг-г энератора на транзисторе 37 (фиг, 2). Вторрй заторможенный блокинг-генератор на транзисторе 38-совмещает в себе функции времязадающей цепочки 35 и формирователя 36 управляющего сигнала. Первый

. - . 1.-fs-fc fKy -I

блокинг-генератор на транзисторе 37 генерирует импульс длительноетьюТ. Запуск второго блокинг-генератора на транзисторе 38 осуществляется задним фронтом импульса первого блокинг-генератора. При этом второй блокинг-гёне- ратор вырабатывает импу льс11еобходймой длительности , прикладьтваемый в запирающем направленйИ 1ПгГёр ёходу эмиттер-база ключевого блока 24. Регулируемые резисторы 39 и 40 служат плянастройки необходимых временных интервалов Т и Г/. , Так как в системе автоматического регулирования падение напряжения на ключевом блоке 24 практически равно нулю, то коэффициент затухания и цепи обратной связи по ЭДС раВен нулю. ВспЬдйтвие того, что коммутационные участки в кривой ы.1ходного напрйжения СПЧ малы по срйвне шю с мёжкбммутагшоннымй интервалами, емкости конденсатора 25 незначительна,.

в результате чего коэффициент фазы цепи обратной связи по ЭДС также стремится к нулю. Равенство нулю к6э4х{)Нциентов

6 и оС обеспечивает отсутствие ййплитудных и фазовых искажений передаваемого сигнала в цепи обратной связи по ЭДС и делает его независимым от час.тоты. В силу вЬ1щеуказанного .точность регулирования внутренней ЭДСТ1Сйнхронного двигатели как в установившихся, так и в переходных режимах в системе регулирования сожет быть существенно повышена (особенно в области низких частот), а инерционность цепи обратной связи по ЭДС может бьггь снижена

практически до нуля, что позволяет поЫз1Сйть быстродействие электропривода, формула изобретения Система для автоматического регу-

лирования скорости вращения частотноуправляемого асинхронного двигателя, поцключеннрго к статическому преобразователю частотЬ, вьшолненному на базе управляемого выпрямителя и автономного инвертора, содержащая блок управления авТономнь1М 1швертором, подключенный по Кгсоду к источнику задания частоты и. напряжения, .блок, управления бьшрямиТелем, вход которого соединен с регулятором тока статора, подключенным к регулятору Внутренней ЭДС асинхройиогр двигателя, который ; через элемент бравнеййя соединен с ист6чнико1у1 задания частоты и найряже- -,

ния, с преобразователем переменное

напряжение-постоянное напряжение, состоящим из низкочастотного фильтра и выпрймителя, входы которого соединены с датчиком внутренней ЭДС асинхронного двигателя, о т л, и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью прИТЩёния точности регулирования, в преобразователь переменное напряжение-постоянное напряжение между выпрямителем и низкочастотным фильтром Введен ключевой бло1с, управляющий вхЬд которого соединен с выходом блока управления автономным ii HBepTOpoM,;4epe3 допопнительно введенную цепь, составленную из последовательно соединенных времязацающей цепочки,- формирователя управляющего сигнала и Линии задержки.

Источники информации, принятые во внимание пои экспертизе

1.Сандлер А. С., Сарбатов Р. С. Автоматическое частотное управление асинхронными двигателями, М., Л., Энергия, 1974, рис. 2-1О.

2,ЭКспресс-1шфбрма1шя Автоматизированный элейтропри,вод, элекТротехнология и электроснабжение промышленными предприятиями, 19,76 г, jYo 32, реф. 164. - L:

28

714610