Устройство для частотного управления асинхронным электроприводом

(71) Заявитель рмский политехнический инсти(54) УСТРОИСТВО Д АСИНХРОННЫ 1Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для построения систем управления асинхронными электроприводами с вентильным преобразователем частоты.Известно устройство для частотного управления асинхронным электроприводом, содержащее преобразователь, имеющий раздельные входы для управления напряжением и частотой. Оно включает контур регулирования тока, в функции которого регулируется напряжение преобразователя. Управление частотой осуществляется путем задаьия абсолютного скольжения, соединенного с первым входом сумматора. С валом двигателя соединен прецензионный датчик скорости, выход которого соединен через второй вход сумматора с блоком управления частотой, 1.Однако использование датчика скорости усложняет привод.Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для частотного управления асинхронным электроприводом, содержащее вентильный преобразователь частоты с блоками управления напряжением и частотой, контуАСТОТНОГО УПРАВЛЕНЛЕКТРОПРИВОДОМ ры регулирования скорости, модуля вектора тока статора и его активной составляющей с соответствующими регуляторами и датчиками.В данном электроприводе сигналы задания полного тока и его активной составляющей вырабатываются функциональным преобразователем, на вход которого поступает выходной сигнал регулятора скорости. Регулирование полного тока осуществляется в функции заданного и фактического, определяемого с помощью датчика тока, значения, причем выходной сигнал регулятора полного тока воздействует на вход блока управления напряжением. На входе регулятора частоты сколь жения сравниваются значения сигнала задания активной составляющей тока статора и снимаемого с датчика активного тока сигнала. обратной связи. Выходной сигнал регулятора частоты скольжения определяет величины скольжения асинхронного двигателя. Этот сигнал после суммирования с сигналом датчика скорости является сигналом задания частоты преобразователя, воздействующим на вход блока управления частотой. Формирова07751 з9 ние сигнала задания абсолютного скольжения в функции рассогласования по активной составляющей тока статора позволяет осуществлять регулирование скольжения с учетом электромагнитного переходного процесса в машине, что повышает быстродействие электропривода. Кроме того, режим работы привода, определяемый настройкой функционального преобразователя, реализуется за счет регулирования полного и активного токов. При этом существенно снижаются требования к точности применяемого датчика скорости, необходимой для реализации выбранного закона частотного управления 1.Недостатками данного электропривода являются низкая точность и качество регулирования за счет взаимного влияния контуров регулирования полного тока и его активной составляющей, а также за счет использования аналогового принципа регулирования скольжения в функции активной составляющей тока при существенной нелинейности объекта регулирования,Цель изобретения - повышение точности регулирования.Поставленная цель достигается тем, что в устройство для частотного управления асинхронным электроприводом, содержащее вентильный преобразователь частоты с блоками управления напряжением и частотой, регулятор тока, один из входов которого через функциональный преобразователь подключен к регулятору скорости, второй вход - к датчику тока, а выход - к блоку управления напряжением, и блок суммирования, введены датчик фазового угла, фильтр, времязадающий блок, нуль-индикатор, при этом первый вход блока суммирования соединен с датчиком,:фазового угла, второй вход через фильтр и функциональный преобразователь с регулятором скорости, а выход - с одним из входов.времязадающего блока, выход которого через нуль-индикатор подключен к блоку управленйя частотой, а второй вход времязадающего блока подключен к выходу нуль-индикатора.На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для управления асинхронным электроприводом; на фиг, 2 - зависимость фазового угла асинхронной машины от времени.Устройство содержит подсоединенный к преобразователю 1 частоты и подключенный к асинхронному двигателю 2 блок 3 управления напряжением и блок 4 управления частотой, регулятор 5 модуля вектора тока статора, датчик 6 тока статора, функциональный преобразователь 7, подключенный к выходу регулятора 8 скорости, к одному из входов которого подключен датчик 9 скорости вращения. В электропривод входит также нуль-индикатор 10, выход которого соединен с бло 10 20 25 зо 35 40 45 ЮО 55 ком 4 управления частотой, времязадающий блок 11, выход которого соединен с входом нуль-индикатора 10, один из входов - с выходом нуль-индикатора, а второй вход - с блоком 12 суммирования, входы которого подключены к выходам фильтра 13 и датчика 14 фазового угла, причем фильтр 13 через функциональный преобразователь 7 подключен к регулятору 8 скорости.Электропривод работает следующим образом,Сигналы задания контуров. регулирования модуля 1 и фазового угла уф вектора тока статора в полярных координатах напряжения статора формируются функциональным преобразователем 7 по выходному сигналу регулятора 8 скорости таким образом, чтобы обеспечить работу привода в заданном режиме, например в режиме постоянства потокосцепления ротора 1 г = сопз 1.Регулирование модуля вектора тока статора осуществляется с помощью регулятора 5 тока, на входы которого поступают сигналы задания 3 и обратной связи 1 э с датчика 6 тока, а выходной сигнал регулятора воздействует на блок 3 управления напряжением преобразователя 1 частоты.Для управления частотой преобразователя используется принцип частотно-импульсной модуляции (ЧИМ). Сигнал задания фазового угла 9 ф с выхода функционального преобразователя 7 через фильтр 13 поступает на вход блока 12 суммирования, где алгебраически суммируется с сигналом обратной связи 9 (фиг. 2), снимаемым с выхода датчика 14 фазового угла, Выходной сигнал блока 12 суммирования, представляющий собой сигнал рассогласования между заданным и фактическим значениями фазового угла, воздействует на времязадающий блок 11, осуществляющий временное преобразование данного сигнала в соответствии с выбранным законом частотно-импульсного модулирования. При равенстве выходного сигнала времязадающего блока 11 нулю срабатывает нуль-индикатор 10, выходной сигнал которого воздействует на вход блока 4 управления частотой, а также возвращает в исходное состояние времязадающий блок.Использование частотно-импульсного модулирования для регулирования частоты преобразователя обусловлено тем, что в преобразователяхчастоты с звеном постоянного тока и в непосредственных преобразователях частоты с прямоугольной модуляцией управляющий вектор тока или напряжения при коммутации поворачивается скачком на угол, равный ЦЗ, При этом в течение межкоммутационного интервала протекает электромагнитный переходный процесс и, если режим стационарный, система возвращается к состоянию, пред907751 5 10 15 го г 5 Формула изобретения шествовавшему коммутации. Таким образом, стационарный режим квазинепрерывной системы: преобразователь частотыасинхронный двигатель является периодическим режимом, характеризуемым непрерывной полезной составляющей, и микропереходным процессом коммутации. Приэтом информация о состоянии системы втечение микропереходного процесса (электромагнитного переходного процесса в межкоммутационном интервале) является значительно более полной, чем информацияо непрерывной полезной составляющей процесса. Поэтому в тех случаях, когда применяются непрерывные системы управлениячастотой преобразователя происходит какбы потеря части информации.Использование ЧИМ позволяет получить полную информацию о процессе. Вкачестве переменной; характеризующейсостояние системы, можно выбрать фазовый угол че между векторами тока и напряжения статора.При этом осуществляется регулирование вектора тока статора в системе полярных координат, связанных с вектором напряжения статора. Регулирование модуляи фазы тока статора в отличие от регулирования полного и активного тока позволяет в значительной мере устранить взаимное влияние контуров и повысить качество регулирования.На фиг. 2 приведен график у(1) зависимости фазового угла от времени в стационарном режиме работы асинхронногоэлектропривода с преобразователем частоты на основе автономного инвертора тока, Зависимость 9 (1) является периодической и содержит, например, информациюо скорости в то время как среднее значение 9, являющееся полезной составляющей, такой информации не содержит.Если принять, что регулирование ведется по среднему значению фазового угла,должно выполняться равенство- ч с 1 =ю";где Т - время межкоммутационного интервала,В стационарном режиме 9" = сопз 1,поэтому т (ч" - с) 111 = О, или, освобождаясь от Т, величина которого до очередной коммутации неизвестна, получаем1(Ю" - г ) а = О.Момент очередной коммутации определяется выражением Т = ти (Т,/ се - е ) Хд 1= 0.Частотно-импульсный модулятор, реализуя последнюю зависимость, определяетдлительность текущего межкоммутационного интервала. Интегрирование разности- 9 осуществляется времязадающим блоком, который в общем случае может вычис 6лять и другие составляющие, необходимые для коррекции системы в динамике. Равенство интеграла разности 9" - у нулю фиксируется нуль-индикатором, который вырабатывает команду на очередную коммутацию преобразователя. В этом случае блок управления частотой существенно упрощается, так как не содержит задающего генератора.Кроме того, для управления частотой преобразователя в рассматриваемой системе не требуется дополнительная информация о скорости двигателя кроме той, которая содержится в сигнале с (1).Фильтр между функциональным преобразователем и сумматором служит для согласования динамических характеристик контуров регулирования модуля тока и фазового угла,Регулирование вектора тока статора в полярных координатах позволяет практически устранить взаимное влияние контуров регулирования и уменьшить чувствительность системы к настройке функционального преобразователя.Использование принципа частотно-импульсной модуляции для управления частотой преобразователя повышает точность и качество регулирования скорости и момента в электроприводе. 30Устройство для частотного управленияасинхронным электроприводом, содержащеевентильный преобразователь частоты с бло.ками управления напряжением и частотой,регулятор тока, один из входов которогочерез функциональный преобразовательподключен к регулятору скорости, второйвход - к датчику тока, а выход - к блоку управления напряжением, и блок суммирования, отличающееся тем, что, с целью4 повышения точности регулирования, в неговведены датчик фазового угла, фильтр,времязадающий блок, нуль-индикатор, приэтом первый вход блока суммирования соединен с датчиком фазового угла, второй Вход через фильтр и функциональный45 преобразователь с регулятором скорости,а выход - с одним из входов времязадающего блока, выход которого через нульиндикатор подключен к блоку управлениячастотой, а второй вход времязадающегоблока подключен к выходу нуль-индикатора.50Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР442561, кл. Н 02 Р 5/34, 1972.2. Авторское свидетельство СССР716125, кл. Н 02 Р 7/42, 1978, 9051авнтель д А. Бой 719 н НИИПИ Го по дела 35, Москв ППП Па113филиал Редактор Н. ДжуЗаказ 613/68В Сос Техре Тираж суда рст м нзобр а, Ж - 3 тент, енного тений5, Рауш Ужгор. Тарасовас КорректорПодписноеомитета СССРоткрытийская наб д. 4/5д, ул. Проектная,М. Джуган