Электропривод Советский патент 1980 года по МПК H02P5/34 

(54) ЭЛЕКТРОПРИВОД

Изобретение относится к электротехнике, может быть использовано s частотном электроприводе с синхроняым двигателем (СД), питаемым от еепооредствениого преобразователя частоты (НПЧ).

Известен частотно-управляемый электропривод с СД, многофазные обмотки -статора или ротора которого питаются от НПЧ .

Недостатком известного электропривода являются повышенные пульсации момента ;И ограниченное быстродействие.

Известен также электропривод, содержащий синхронный электродвигатель, в котором для упра1вления НПЧ, питающего обмотки статора, используются вычислитель;но-регулирующие блоони, датчик углового положения ротора, токов фаз статора, датчик скорости, блоки прямого и обратного преобразования переменных 2. В состав вычислительночрегулирующего блока ВХОДЯТ (регулятор скорости, регуляторы продольной и попереч1ной сОСтавляющей тока статора, фильтры, задатчики скорости и потокосцеплений СД, а также суммирующие (И множительно-делительные элементы. При этом к входам вычислительно-регулирующего блока подключены датчики токов фаз статора через блок обратного преобразоявания переменных и датчик скорости, а

выходы вычислительно-регулирующего блока через блок преобразования пеменных подключены к управляющим входам НПЧ. К входам блоков прямого и обратного преобразования переменных подключен также датчик углового положения ротора. Кроме того, в вычислительно-регулирующем блоке имеются задающие выходы, сигналы 1на которых пропорциональны

10 заданным значениям продольной и поперечной составляющих токов статора.

Построение системы автоматического регулирования указанного электропривода (САР) предполагает ли-нейность характеi6ристик источников питания статора. Однако НПЧ с раздельным управлением имеют зону прерывистых TOKOiB и бестоковую паузу. При работе в этих режимах меняется структура САР, искажается линейность харак20теристик источНИков питания и, как Следствие, снижается качество регулирования выходных координат электропривода: ско;рости, момента и др.

Целью изобретения является повышение

к точности регулирования скорости вращения.

Указанная цель достигается тем, что электропривод, содержащий синхронный электродвигатель, многофазная обмотка статора которого подсоединена к непосредственному преобразователю частоты с

30

вентильными г.рулпа ми, Соединенными по мостовой схеме, датчик -екарости, датчик углового положения ipOTOpa, датчики токов фаз статора, блоки прямого и обратного прео.бразования л,еремен.ных ,и .ньгаислитель«о-|регулиру1ощий блок, к которому подключен датчик окорости, щходы блока обipaTHoro преобра 3ова1ния переменных подключены .к датчику углового положения ipoтор,а и датчикагм токов статора, а выходы подключены к ;выЧИсЛ|Итель,но-,регулирук щему блоку, входы блока .прямого преобразовал.ия оеремениых подключены ,к датчику углового положения ротора. ,и к управляющим .выходам вычислительно-регулирующего блока, снабжен дополнительяы1м блоком прямого преобразования леременных, задатч,и;ком уравнительного тока, двумя и нерцяонньши звеньями и для -каждой фазы статора двумя датчиками то-ков вентильных групп /непосредственного преобразователя частоты, .нелинейным элементам, дифференпирующим звеном, двумя пропорционально.интегральными регуляторами, двумя фильтрами и -четырьмя суммирующими элементами, яричем (ВХОДЫ дололяительиого блока ирЯМОго преобразования переменных подключены к датчику углового положения ротора и через лнерщионные 1звенья - к задающим выходам вычислительно-регулирующего блока, а каждый из трех выходов - к нелинейному элементу соответствующей фазы статора. Входы каждого ив двух пропорционально-интегральных регуляторов фазы ПодклЮЧены к задатчику уравнительного тока через дифференцирующее звено к выходу нелинейного элемента этой же фазы статора, к датчику тока фазы статора и к одному из датчиков токов вентильных групп этой фазы. Выходы каждого из регуляторов -Через фильтр -с соответствующиам выходом. ОСНОВНОГО блока .прямого преобразования переменных подключены к входам суммирующих элементов, выход каждого из которых подключен к управляющему входу одной .из четырех вентильных групп этой же фазы статора.

На фиг. 1 приведен электропривод, функциональная схема; на фиг. 2 - схема замещения одной фазы НПЧ, например А, .справедливая для гладких .составляющих токов этой фазы НПЧ.

Электропривод содержит непосредственный преобразователь частоты (НПЧ) 1, соединенный с многофазной обмоткой статора элект1родвигателя 2, на валу которого уста.навлены датч1ик 3 скорости и датчик 4 угл61во,го положения ротора. Блок 5 прямого преОбразования переменных и блок 6 обратного преобразования Переменных соединены с вычислительно-регулирующим блоком 7. ЭлекТронривод соде ржит задатчик 8 уравнительного тока. Инерционные звенья второго порядка Я JO через дополнительный блок // пря.мого преобразования леременных соединены с нелинейным .функциональным элементом каждой фазы обмотки .статора электродв1игателя 2. Элемент 12 через дифференцирук щее зввно 13 .соединен

с пропорционально-интегральньгми регуляторами 14 .и 15, (Которые через фильтры 16 и 17 и сумми1рующ.ие элементы 18 соединены .с управляющими входам.и вентильных групп НПЧ /. Датчики 19 /и 20 токов вентильных групп, датчики 21 токов фаз статора |И задатчик 8 уравнительного тока соединены с регуляторами М и 15. Датчики 21 ТОКОВ соединены также с блоком 5 прямого преобразования переменных.

Устройство работает следующим обраЗ.О.М.

Для объекта регзЛ.ир.ования (фиг. 2) )можно записать:

53 - + --Q- - + bSa

А5а - ff,if:5a + Т))

2Б dt

. , d .

л5а - Г f) Jt .ЧЗа -Б ь

ioa ija Г за 2а Т ai

yla

За

при

iy2a - 4

Sia i

la 2а

при г О,

у2а - :

1

- (BIS. + 2а +

(6)

13 - за

23 4а

: : о;

fSa

fia За - yia

; ;; . -9/ 4if Да )

л5а - 2а ма- га

(7)

ЭДС четырех 4 левых вентильных групп, которыми

представляется мостовая антипараллельная схема одной фазы НПЧ;

la Ьа. i-A&i 4а - ТОКИ ВеНТ.ИЛЬНЫХ

.групп;

уравнительные . у2а ки;

Ьа. за - ток И напряжение фазы статора СД;

Гд, х„ - эквивалентное активное и индуктивное сопротивления вентильной группы. Очевидно, что уравнения (1), (2), (3)

независимы, что дает право регулировать перемен.ные i.., г.«л, i.i3a автономно. В данном электроприаоде уравнительные токи регулируются через переменные г.«а, f.TSaНа входы регуляторов 14 и 15 поступают сигналы задания t зад, ЬзадИ сигналы отрицательной обратной связи tea, i.i:;aПередаточйые функции регуляторов принятыW,P) - U7,3,(;,) 2„ - + Q- Т - выбираемая постояи.ная (времени, определяющая бЫСтродейСттвие САР. Выходные сигналы регуляторов через фильтры 16 и 17 с -передаточной функцией вида 1 , f .обеспечивающие помехозащищенность системе, .и су1М мирующие элементы 18 воздействуют на уп-равляюшие входы НПЧ. Сум1мирующие элементы осуществляют линейные преобразования выходных сигнало,в е/гЗа, е,,,а регуляторов 14 и 15 и выходного сигнала е, блока 6 прямого преобразования по соотношениям 1 ,,1 -2(а + е/;3а), (:ia - (6:ia - Иа),

2а - 2

.пз.)- ia - о .i:ia)с учетом уравнений (2), (3), (8) в замкнутой САР связь между заданием и токами объекта в операторной форме имеет вид: / р / / f ft Ik,- - - - -- UA-лад /АЗа) .ч f-„ i п,1tlp - lp . Р /// « ллз. -: л-)з - ..зад лзаК-)-г i i FZ 1Тр 1 -f-Tj й.ад) Лт: Qj( TD) Q,(rD) где Q,(TD) 1 + + дифференщиальный оператор. Сигналы обратной сзяаи регуляторами 14 и 15 формируются датчиками токов 19 и 20 .вентильных групп и датчиками 21 токо.з фаз статора: Иа :ia лза liaЗадания регуляторами 14 и 15 фор.мируются из задания попереч;ной и продольной со1

1

(И)

i

Q,(TD)

Q.,(TD; ставляющих тока статора , /3, получаемых с задающих выходов .вычислительно-регулирующего блака 7 ц задания уравнительного тока iyg от задатчика уравнительного тока. Инерционные звенья 9 и 10 с передаточной функцией -л-у Ч обеспечиV2( PI вают (Выходные сигналы, равные продольному и поперечному токам статора: l.qg l3qq,(TD) Тогда на выходе блока // преобразования переменных имеем сигналы, равные фазовым токам статора Isa. Ьй, 1зс- Нелинейные элементы 12 выделяют модуль этих сигналов, а звенья 13 дифференцируют сигналы. В результате задания регуляторов 14 и 15 равны: 4зад . 2V - Q,(rZ3)73a Отметим, что идеальное дифферен«И1рующее звено 13 может реализовываться приближенно ;в виде Q,(7D) где Г (0,1 ; 0,5) Г. Q,;rD) Подставляя (7) и (10) в (9), получим Как следует из (11), в электроприводе уравнительные токи и их задания связаны стандартной передаточной функцией, обеспечивающей оптимальные переходные процессы и равенство токов их заданному значению /в установившихся режимах. Таким образом, постоянная составляющая уравнительных токов НПЧ автоматически поддерживается на заданном уровне, исключая ЗОН} прерывистых токов электропривода и обеспечивая высокое качество статических -и динамических характеристик регулирования координат электропривода, а следовательно, и повыщенпе точности регулирования скорости вращения. Формула и 3 о б р е т е н iH я Электропривод, содержащий синхронный электродвигатель, многофаз.ная обмотка статора которого подсоединена к непосредственном} преобразователю частоты с вентильными группами, соединенными по мостовой схеме, датчик скорости, датчик углового положения ротора, датшжи токов фаз статора, блоки и обратного преобразования иеременных и вычислителько-регулгарующий блок, к которому подключен датчик скорости, входы блока обратного преобразования переменных подключены к датчику углового положения ротора и датчикам токов статора электродвигателя, а выходы - :К вычислительно-регулирующему блоку, входы блока прямого преобразовалия переменлых подключены к датчику углового положения ротора ,и к управляющим выходаМ вычислительно-регулирующего блока, отличающийся тем, что, с целью по;вышен1ия точности регулирования скорости вращения, электропривод снабжен дополнительным блокам преобразоваиия переменных, задагчиком ypaiEHHтельного тока, двумя Инерционныими звеньями И для каждой фазы статора двумя датчикам1И токов вентильных групл непосредственного преобразователя частоты, лели/нейны м элементом, дифференцирующим звеном, двумя пропорциолально-интегральными регулятора1МИ и четырьмя сум мирующим.и элемента ми, причем входы дополнительного блока прямого преобразования переменных подключены -к датчику углового положения ротора и через инерционные звенья - к задающим выходам вычислительно-регулирующего блока, а каждый его выход подсоединен к нелилейному элементу соответствующей фазы статора, входы -каждого из двух пропордионально-интегральных регуляторов фазы подключены к задатчику уравнительного тока Через дифференцирующее звено к выходу нелинейного элемента этой же фазы, к датчику тока фазы

статора и « одно:му .из датчиков тока вентильных групп, а выход .каждого из указанных регуляторов через фильтр с соответствующим выходом основного блока преобразования переменных подключены к входам

четырех сумм1ирующих элементов, :выходы каждого из которых подключены к управляющему входу одной iH3 четырех вентильных групп непооредст1венлого преобразователя частоты этой же фазы статора.

Источлили .информации, .принятые ьо вяи1мание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство СССР № 551785, кл. Н 02 Р 5/34, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР № 520682, :кл. Н 02 Р 5/40, 1974 (прототип).

ifa

г 5(7

ia

/KSfl la %o yla I Sal