Регулируемый асинхронный электропривод Советский патент 1982 года по МПК H02P7/42 

(54) РЕГУЛИРУЕМЫЙ АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД

1

Изобретение относится к электротехнике, более конкретно к частотно-регулируемым электроприводам на основе асинхронного короткозамкнутого двигателя и преобразователя частоты с автономным инвертором тока.

Известен асинхронный электропривод, который содержит асинхронньж короткозамкнутый двигатель с импульсным датчиком частоты вращения на валу, подключенный к преобразователю частоты, регулятор частоты вращения, соединенный по входу через блок сравнения и преобразователь частота-напряжение с импульсным датчиком частоты вращения, а выход регулятора частоты вращения соединен с входом первого функционального преобразователя, выход которого соединен с задающим входом замкнутой системы автоматического регулирования амплитуды тока двигателя, с входом второго функционального преобразователя, с блоком преобразования напряжения в частоту, выход которого соединен с первым входом первого блока суммирования, второй вход которого соединен с выходом импульсного датчика частоты вращения, а выход первого блока суммирования через второй

блок суммирования соединен с блоком управления частотой преобразователя 1.

Данный электропривод имеет повыщенную сложность, связанную с наличием импульсного датчика скорости и использованием дополнительных функциональных преобразователей.

Наиболее близким к предлагаемому является частотно-регулируемый асинхронный электропривод, содержащий асинхронный короткозамкнутый двигатель, подключенный к выходу преобразователя частоты, состоящего из регулятора тока и инвертора, систему управления и регулирования скорости, регулятор скорости вращения кот .-рой через первый функциональный преобразователь соединен с задающим входом замкнутой системы автоматического регулирования амплитуды тока двигателя и через последовательно соединенные второй функциональный преобразователь, блок дифференцирования, блок суммирования - с задающим входом системы управления частотой инвертора, датчик ЭДС двигателя. Преобразователь частоты состоит из управляемого выпрямителя, сглаживающего дросселя и автономного инвертора тока, на выходиые зажимы которого включен асинхронный ко|К)ткозамкнутый двигатель с импульсным датчиком частоты вращения. Система управления и регулирования содержит регулятор скорости, на входе которого сравниваются сигнал задания скорости и выходной сигнал импульсного датчика скорости, преобразованный с помощью специального блока преобразования в аналоговую форму, а также системы регулирования амплитуды и частоты тока статора. Сигнал задания амплитуды тока статора формируется суммированием выходного сигнала регулятора скорости, преобразованного в первом функциональном преобразователе, и выходного сигнала регулятора ЭДС. На входе последнего сравниваются сигнал задания ЭДС, равный сумме выходного сигнала регулятора скорости, и аналоговый сигнал скорости, а также сигнал обратной связи с блока выделения ЭДС по сигналам напряжения и тока статора двигателя. Сигнал задания амплитуды тока статора отрабатывается в замкнутой по току системе автоматического регулирования. Частота тока статора определяется частотой работы инвертора, которая задается суммирование. импульсов датчика частоты вращения двигателя с выходными импульсами преобразователя аналогового сигнала в частоту и вычитанием импульсов стабилизированной частоты. Аналоговый сигнал частоты формируется суммированием выходного сигнала регулятора скорости, постоянного сигнала, эквивалентного после преобразования в частоту указанной выше стабилизированной по частоте последовательности импульсов, и производной суммы трех сигналов: преобразованного с помощью второго функционального преобразователя выходного сигнала регулятора скорости, сигнала задания ЭДС, а также выходного сигнала делителя сигнала задания ЭДС на сигнал задания амплитуды тока статора, причем выходной сигнал делителя преобразуется с помощью третьего функционального преобразователя 2. К недостаткам данного электропривода относится то, что он имеет повышенную сложность, прежде всего связанную с наличием импульсного датчика скорости и необходимостью его преобразования в аналоговый сигнал, наличием блоков суммирования и вычитания импульсных сигналов, а также блоков деления аналоговых сигналов частоты и тока и последующего функционального преобразования частотного сигнала. Кроме того, имеет место низкое качество формирования предельного момента двигателя, что приводит к перегрузкам двигателя и преобразователя. Это обусловлено тем, что погрешности в отработке требуемого значения скольжения, пропорционального выходному сигналу регулятора скорости, и его функций, а также тепловая нестабильность сопротивления ротора компенсируется С ПОМОЩЬЮ регулятора ЭДС путем изменения амплитуды тока двигателя, которая в этом случае может существенно отличаться от желаемого предельного значения, задаваемого ограничением максимального выходного сигнала регулятора скорости. Цель изобретения - упрощение устройства и снижение перегрузки преобразователя частоты и двигателя при больших моментах. Указанная цель достигается тем, что в регулируемый асинхронный электропривод, содержащий асинхронный короткозамкнутый двигатель, подключенный к выходу преобразователя частоты, состоящего из регулятора тока и инвертора, систему управления и регулирования скорости, регулятор скорости вращения которой через первый функциональный преобразователь соединен с задающим входом замкнутой системы автоматического регулиров.ания амплитуды тока двигателя и через последовательно соединенные второй функциональный преобразователь, блок дифференцирования, блок суммирования - с задающим входом системы управления частотой инвертора, датчик ЭДС двигателя, введены регулятор дополнительного сигнала амплитуды тока, дискриминатор режима двигателя (знака скольжения), блок интеграторов, узел сравнения заданной и фактической амплитуды потока двигателя, блок выделения прямого или инверсного сигнала ощибки амплитуды потока, регулятор дополнительного сигнала частоты, блок измерения амплитуды потока, вход которого через блок интеграторов соединен с датчиком ЭДС двигателя, а выход его через узел сравнения заданной и фактической амплитуды потока двигателя соединен с входом регулятора дополнительного сигнала амплитуды тока, выход которого подключен к входу замкнутой системы автоматического регулирования амплитуды тока двигателя, кроме того, выход узла сравнения соединен с входом блока выделения прямого или инверсного сигнала ошибки амплитуды потока и с входом дискриминатора режима двигателя (знака скольжения) выход которого соединен с вторы.м входом блока выделения прямого или инверсного сигнала, а выход данного блока соединен с входом системы управления частотой инвертора через регулятор дополнительного сигнала частоты и блок суммирования. На чертеже показана функциональная схема регулируемого асинхронного электропривода. Регулируемый электропривод содержит управляемый выпрямитель , датчик 2 тока, сглаживающий дроссель 3, автономный инвертор 4 тока, датчик 5 тока нагрузки, асинхронный короткозамкнутый двигатель 6, аналоговый датчик 7 скорости, регулятор 8 скорости вращения, датчик 9 ЭДС двигателя.

,блок 10 интеграторов сигналов ЭДС, блок 11 измерения амплитуды потока, узел 12 сравнения сигналов задания и фактической амплитуды потока двигателя, регулятор 13 дополнительного сигнала амплитуды тока, дискриминатор 14 режима двигателя (знака скольжения), блок 15 выделения прямого или инверсного сигнала ошибки амплитуды потока, регулятор 16 дополнительного сигнала частоты, регулятор 17 тока, систему 18 импульсно-фазового управления выпрямителем, первый функциональный преобразователь 19, второй функциональный преобразователь 20, блок 21 дифференцирования, блок 22 преобразования аналогового сигнала в импульсный, блок 23 управления инвертором, блок 24 суммирования.

Управляемый выпрямитель 1 через сглаживающий дроссель 3 соединен с автономным инвертором 4 тока, на выходе которого включен асинхронный короткозамкнутый двигатель 6 с аналоговым датчиком 7 скорости. Системы автоматического регулирования скорости и потока двигателя воздействуют на амплитуду и частоту тока преобразователя. На входе регулятора 8 скорости сравниваются сигналы задания скорости и сигнал тахометрического устройства. Регулирование потока двигателя основано на сравнении сигнала задания и сигнала измерения потокаДвигателя. Измерение потока двигателя включает в себя датчик 9 ЭДС двигателя, на вход которого подаются сигналы напряжения и тока статора двигателя, блок 10 интеграторов сигналов ЭДС и блок 11 измерения амплитуды потока. Сигнал ошибки амплитуды потока с узла 12 сравнения подается в регулятор 13 дополнительного сигнала амплитуды тока, а также через блок 15 выделения прямого или инверсного сигнала ошибки амплитуды потока на вход регулятора 16 дополнительного сигнала частоты. На входы блока 15 выделения прямого или инверсного сигнала ошибки амплитуды потока подаются сигналы с узла 12 сравнения, сигнал с выхода дискриминатора 14 режима двигателя и выходной сигнал регулятора скорости. В зависимости от знака вы.ходного сигнала регулятора скорости на вход регулятора 16 подается из блока 15 прямой или инверсный сигнал ошибки амплитуды потока.

Системы регулирования скорости и потока управляют амплитудой и частотой тока инвертора Амплитуда тока инвертора отрабатывается в замкнутой системе регулирования, включаюш.ей в себя регулятор 17, систему импульсно-фазового управления выпрямителем 18, управляе.мый выпрямитель 1, датчик 2 тока. Заданием амплитуды тока является сумма выходного сигнала первого функционального преобразователя 19, выходного сигнала регулятора скорости и сигнала с выхода регулятора 13. Сигнал задания частоты образуется суммированием в блоке 24 сигналов: датчика скорости 7, с выхйда регулятора 8 скорости, с выхода регулятора 16 дополнительной частоты и производной (блок 21) преобразоЕ анного с помощью функционального преобразователя 20 сигнала регулятора скорости. Аналоговый сигнал частоты преобразуется в блоке 22 в последовательность импульсов, которая в блоке 23 образует управляющие сигналы инвертора.

Устройство работает следующим обра0 зом.

При изменении задания скорости зп.. или нагрузочного момента на валу двигателя меняется выходной сигнал регулятора 8 скорости, который приводит к изменению задания амплитуды тока и частоты инвертора таким образом, чтобы сигнал ошибки по скорости стал равным нулю. Качественное управление асинхронным двигателем предполагает, что амплитуда потока двигателя определяется только сигналом за0 Дания потока f и не зависит от электромагнитных процессов в двигателе. Это возможно только при строгом соответствии между амплитудой тока статора и скоростью перемещения вектора ЭДС статора относительно ротора, причем скорость перемещения зависит от параметров машины. Система регулирования потока обеспечивает инвариантность потока при изменении электромагнитных процессов в двигателе путем одновременного воздействия на амплитуду и

0 частоту тока статора. Комбинированное воздействие на а.мплитуду и частоту тока обеспечивает высокое качество регулирования, воздействие на амплитуду тока эффективно при малых моментах (скольжениях), а воздействие на частоту эффективно при боль5 щих моментах. В данном электроприводе дополнительный сигнал в задание амплитуды тока статора (выходной сигнал блока 13) небольшой, порядка тока холостого тока, что не приводит к существенной перегрузке преобразователя и двигателя. При больщих моментах система регулирования потока воздействует по каналу частоты (скольжения). Знак дополнительного воздействия по каналу частоты в функции сигнала ощибки по амплитуде определяется знаком скольжения. Наличие замкнутой системы автоматического регулирования амплитуды потока с воздействием на частоту снимает требования к точности измерения и преобразования сигналов частоты, что позволяет отказаться от импульсной формы измерения и преобразования сигналов частоты. Это упрощает реализацию устройства.

Предлагаемая система может успешно функционировать, если вместо сигнала датчика 7 скорости использовать частное от деления амплитуды ЭДС на амплитуду потока.

Формула изобретения Регулируемый асинхронный электропривод, содержащий асинхронный короткозамкнутый лвнгатель, подключенный к выходу )1|)еоГ)разователя частоты, состоящего из регулятора тока н инвертора, систему управления и регулирования скорости, регулятор скорости вращения, который через первый функциональный преобразователь соединен с задающим входом замкнутой системы автоматического регулирования тока двигателя и последовательно соединенные второй функциональный преобразователь, блок дифференцирования, блок суммирования - с задающим входом системы управления частотой инвертора, датчик ЭДС двигателя, отличающийся тем, что, с целью упрощения- и снижения перегрузки преобразователя частоты и двигателя при больщих моментах, введены регулятор дополнительного сигнала амплитуды тока, дискриминатор режима двигателя (знака скольжения), блок интеграторов, узел сравнения заданной и фактической амплитуды потока двигателя, блок выделения прямого или инверсного сигнала ощибки амплитуды потока, регу.тятор дополнительного сигнала частотьЕ, блок измерения амплитуды потока, вход которого через блок интеграторов соединен с -хЯ)-

датчиком ЭДС двигателя, а выход его через узел сравнения заданной и фактической амплитуды потока двигателя соединен с входом регулятора дополнительного сигнала амплитуды тока, выход которого подключен к входу замкнутой системы автоматического регулирования тока двигателя, кроме того выход узла сравнения соединен с входом блока.выделения прямого или инверсного сигнала ощибки амплитуды потока и с входом дискриминатора режима двигателя

(знака скольжения), выход которого соединен с вторым входом блока выделения прямого или инверсного сигнала, а выход данного блока соединен с входом системы управления частотой инвертора через регулятор дополнительного сигнала частоты и

блок суммирования.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2743670/24-07, кл. Н 02 Р 7/42, 1979.