Устройство для управления частотой вращения ротора асинхронного электродвигателя

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН и 4 Н 02 Р 7 42 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ с и. И.пе ри ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬ(71) Всесоюзный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт релестроения(53) 62-83:621.313.13.04.2:621.382(088.8) (56) Дацковский Л. Х. и др. Регулирование асинхронных электроприводов на основе непосредственных преобразователей частоты. - Электричество, 1982,3.Эпштейн И. Автоматизированный электропривод ременного тока. М.: Энергоиздат, 1982, с. 5.2.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЧАСТОТОЙ ВРАШЕНИЯ РОТОРА АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ (57) Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является повышение точности управления частотой. Указанная цель достигается тем, что в устройство для управления частотой вращения ротора синхронного электродвигателя введены фазовый дискриминатор 17, логические схемы 15 2 ИИЛИ-НЕ, логическая схема 16 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, три логические схемы 18, 19, 20 И-НЕ. Режим работы электродвигателя (двигательный, тормозной) задается логической схемой 16 в зависимости от знаков аналоговых сигналов, пропорциональных скольжению и частоте вращения ротора. 801277343 Единичный и нулевой уровни сигналов, соответствующие знаку аналогового сигнала, пропорционального скольжению, формируются пороговой схемой 13. Сигналы, соответствующие знаку аналогового сигнала, пропорционального частоте вращения, формируются узлом определения направления вращения, входящего в состав формирователяучетверителя 9. Последний связан с импульсным датчиком 32 частоты вращения. Направление вращения вектора поля опредсгяется фазовым дискриминатором 17 и лоической схемой 15 в зависимосги от соотношения частот следования ихпутьсовот преобразователя 14 напряжение частота иот формирователя-учетверитсля 9. При ,),я устройство реагирует только на знак аналогового сигнала ., а при ср(р - только на знак аналогового сигнала р. Если знаки аналоговх сигналов совпалают, то логическая схема 16 сигналом Ноль дает команду на сложение импульсов рс и Зс (,=рс+ ). Это соответствует двигательному режиму работы. При разнополярных сигналах ср и 24 поплескя схема Ь сГнс,Ом Гд нц: дает команду на вычитание импульсов . и ж,. При этом, если ,) ,=р -- и двигатель работает в режиме геераторного торможения. Если же с.( то =, - и двигатель переходит в режим торможения противовключением. В данном устройстве обеспечивается устойчивая работа электродвигателя во всех режимах.2 ил.Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в частотно-управляемом электроприводе с преобразователем частоты и асинхронным электродвига телем с короткозамкнутым ротором.Цель изобретения - повышение точности управления частотой.На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для управления частотой вращения ротора асинхронного электродвигателя; на фиг. 2 - временные диаграммы.Устройство (фиг. 1) содержит преобразователь 1 тока, выходы которого подключены к асинхронному двигателю 2, блок 3 формирования ЭДС, выход которого подключен к управляющему входу преобразователя 1 тока, два входа блока 3 формирования ЭДС подключены к выходу формирователя 4 гармонических сигналов, а третий -- к выходу аналогового сумматора 5, формирователь 6 задания фазных токов, выход которого связан с управляющими входами преобразователя тока, а два входа соединены с выходами формирователя 4 гармонических сигналов, третий подключен к выходу регулятораскольжения, а четвертый - к задатчику намагничивающего тока 8, формирователь-учетверитель 9 первым и вторым выходами соединен с преобразователем 10 частота-напряжение, первый вход соединен с первым входом импульсного сумматора 11, имеющего еще три входа, импульсный сумматор 1 выходом соединен с входом делителя 12, выход преобразователя 10 частота-напряжение соединен с входами регулятора 7 скольжения и аналогового сумматора 5, второй вход которого соединен с входом пороговой схемы 13, выходом регулятора 7 скольжения и входом преобразователя 14 напряжение-частота.Кроме того, устройство содержит логические схемы 2 ИИЛИ-НЕ, ИСКЛЮъ 1 АЮЩЕЕ ИЛИ 16, фазовый дискриминатор 17, три логические схемы И-НЕ 18, 19 и 20, при этом вход фазового дискриминатора 17 соединен с выходом преобразователя 4 напряжение-частота и с вторым входом импульсного сумматора 11, а другой вход соединен с первым выходом формирователя-учетверителя 9 и первым входом импульсного сумматора 11, первые входы схемы 2 ИИЛИ-НЕ 15 и ИСКЛЮ"АЮЩЕЕ ИЛИ 16 соединены с выходом пороговой схемы 13, вторые входы соединены с вторым входом формирователя-учетверителя 9, выход схемы исключающее ИЛИ 16 подключен к третьему управляющему входу импульсного сумматора 11, два других входа схемы 2 ИИЛИ-НЕ 8 соединены соответственно с прямыми и инверсными выходами фазового дискриминатора 17, а четвертый вход объединен с четвертым входом импульсного сумматора 11, выход схемы 2 И 2 ИЛИ-НЕ 15 через первую 18 и вторую 20 схемы И-НЕ соединен с входом формиро 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 вателя 4 гармонических сигналов, (блок 4 включает элементы 22 и 23), а через третью схемы И-НЕ 19 соединен с другим входом последнего, вторые входы второй 20 и третьей 19 схем И-НЕ соединены с выходом делителя 12.В частном случае, когда количество импульсов, поступающих с формирователяучетверителя 9, соответствует разрядности счетчика 21 формирователя гармонических сигналов 4, делитель 12 из устройства может быть исключен. В этом случае вторые входы схем И НЕ 20 и 19 подключают непосредственно к выходу импульсного сумматора 11.Блок 6 формирования фазных токов состоит из четырех цифроаналоговых преобразователей 2427 и двух аналоговых сумматоров 28 и 29. Блок 3 формирования ЭДС состоит из двух цифроаналоговых преобразователей 30 и 31. Вход формирователяучетверителя 9 предназначен для подсоединения с импульсным датчиком 32 скорости.Устройство работает следующим образом.Режим работы двигателя 2 (двигательный или тормозной) задается схемой ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16 в зависимости от знаков аналоговых сигналов, пропорциональньх скольжению и частоте вращения ротора.Единичный и нулевой уровни сигналов, соответствующие знаку аналогового сигнала, пропорционального скольжению, формируются пороговой схемой 13, а сигналы, соответствующие знаку аналогового сигнала пропорционального частоте вращения ротора, - узлом определения направления вращения двигателя формирователя-учетверителя 9.Направление вращения вектора поля статора определяется фазовым дискриминатором 17 и схемой 2 ИИЛИ-НЕ 15 в зависимости от соотношения частот следования импульсов аот преобразователя 14 напряжение-частота и аот формирователяучетверителя 9.При о,)ьря устройство реагирует только на знак аналогового сигнала м, а при со,(жри - только на знак аналоговогосигнала сор (фиг. 2).Сигнал на задание частоты вращения вектора поля статора в виде частоты следования импульсов формируется как сумма или разность двух импульсных последовательностей, поступающих с импульсного датчика 32 скорости посредством учетверителя-формирователя 9 и ю, поступающих с регулятора 7 скольжения через преобразователь 14 напряжение-частота. Если знаки аналоговых сигналов ар и ю, совпадают (оба плюсовые или оба минусовые), то схема ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16 сигналом О дает команду на сложение импульсов и о,=ю,+в что соответствует двигательно му режиму работы, Когда знаки ар и ы становятся разнополярными, схема ИСКЛЮ 777343ЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16 сигналом 1 дает команду на вычитание импульсов и двигатель переходит в тормозной режим работы. П ри этом, еслио, то,= =,-, - о), и двигатель работает в тормозном - генераторном режиме, когда же н(а одновременно с изменением направления вращения вектора поля статора, обеспечиваемым фазовым дискриминатором 17 и схемой 2 ИИЛИ-НЕ 15, происходит изменение функции вычитания и (=,н - о,.10 Двигатель в этом случае переходит из режима генераторного торможения в режим противовключения, обеспечивая эффективное торможение.Импульсный сигнал , пропорциональный частоте вращения поля статора, преобразуется формирователем 4 в синусоидальные гармонические сигналы сочв)1 и ып(1 (в колах). При этом с изменением сигнала на выходе схемы 2 ИИЛИ-НЕ 15 меняется чередование следования сигналов 20 сояо 1 и яп(1.Формирователь 6 по заданным аналоговым сигналам и сигналам с выхода формирователя гармонических сигналов осуществляет формирование заданных значений синусоидальных токов в соответствии с выражениями(= сока )1+яп(о 1;Е)=Г),с 05)1 - ,рз(п(. При этом амплитуда заданных токов и с определяется уровнем сигналов (=сопз и переменного значения , про- Г(ОРЦИ Опал ь ного и),.Сформированные заданные значения сину соидальных токов с и сн подаются при двухфазном исполнении двигателя на входы соответствующих преобразователей, работающих в режиме источников тока и подключенных к статорным обмоткам двигателя (при трехфаз)км исполнении двигателя ,и гн подаются на входы преобразователя координат, а затем ца входы преобразователя). 4 ОПуск двигателя в направлении вращения вперед.На вход регулятора 7 скольжения полают положительный задаю(ций сиг)п): ь),. Преобразователь напряжение-частота 14 выраба.45 тывает последовательность импульсов с цастотой, зависящей от уровня модуля выходного напряжения регулятора скольжения. Указанная последовательность импульсов поступает на один из входов фазового дискриминатора 17. Поскольку на другом входе последнего нет импульсов, прямой выход фазового дискриминатора выдает сигнал 1, а инверсный сигнал О. Пороговая сыма 13 выдает сигнал О, поступаю)ций ца олин из входов схемы 2 И 2 ИЛИ-НЕ, и если от уцетверителя-формирователя 9 посту пает сигцал О, то сигнал 1 ча выходе схемы 2 ИИЛИ. 15 разрешает прохождение последовательности импульсов через схему И-НЕ 19 ца второй вход реверсивного счетчика формирователя синусоидальць)х колебаний и формирователь 4 вырабатывает прямую последовательность задающих токов. Ротор двигателя начинает вращаться в направлении вперед (фиг. 2). Датчик 32 вырабатывает последовательность импульсов, которая преобрдзователем 10 преобразуется в скоростной аналоговый сигнал (фиг. 2), который поступает на другие входы регулятора 7 скольжения и аналогового сумматора 5. В аналоговом сумматоре 5 сигналы скорости, поступающие с выхода преобразователя частота-напряжение 10, и сигнал скольженияпоступающий с выхода регулятора 7 скольжения, суммируются и выходной сигнал сумматора 5 подается в качестве опорного напряжения на цифроаналоговые преобразователи 30 и 31 формирователя 3 ЭДС. При этом амплитуда выходного сигнала формирователя 3 ЗДС определяется величиной выходного сигнала сумматора 5.На входы сымы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16 поступают сигналы О от пороговой схемы 13 и от учетверителя 9. Схема ИСКЛ 10 ЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16 выдает сигнал О. При этом на выходе импульсного сумматора 11 формируется последовательцость импульсов с частотой=(о,я+)равный сумме частоты импульсов учетверителя 9 о, проиорциоц ,) и диалоговому сигналу скорости , и цдстоты и:цхльс)в преооразовате,)5 14 напряжение.частот), цропорциональ - цой сигналу р(гулятора скольжения и,. Послсловдтег)ьцос)ь импульсов с чзстотой Ж)с выхода импульсного сумматора 11 г)оступает через делитель 2 нд вход формирователя 4 гдрмо)шцеских сил)алов и задаст их частоте. При полаце команды ца реверс двигателя задающий сигнал становится отрицательным. напряжение ца выходе регулятора скольжения меняет свой знак с отрицательного ца положительный. В этом слу )зс изменяется на 80 фаза активной составляющей заданных токов статора двигателя, перекл)очается пороговая схема 13, которая выдает сигнал 1. Схех)д ИСКЛ ЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16 л)с ко; д цд ы ние импульсов и узел суммирования выдает разность импульсов с"=и., - н), д формирователь 6 здлдст цд вход преобразователей тока частоту здл)н)(цих токов мсц)ц)ук. чем частота врзц.ц.5 ротор; . Дви ат.;)ь тормозится. Когда скорость врд)пения роторд сциЗИТС 5 И.ТО,)Ы), и 0 1 с) ТОТ ИМПХ,)ЬИ Р) - тора ), станет меньше, цех частота импхлы ОВ . НО )ьж. ц и яэ(н)у) . п рснн) дег сЯ ф(зови)и дискриминатор. (,хсм 2 И.2 ИЛИ-НЕ 5 сигналом О Олокирует в)х)- рой вхй,), РевсрсиВИОГО 01)ликд фориро- ВДТ)Я 3);(ДЦИ 5 ТОКД И ПОС,)Е;(ОВ)ТС,ГИОСТ ичпхгьс)в с опрлег)с):цой частотой и)стхп) 1277343фар,ла (гОбре(еная ет на первый вход реверсивного сцетцика формирователя задания тока, В результате чего изменяется чередование выходньх сигналов задания токов, преобразователи токов питают статор двигателя с обратным чередованием фаз, идет торможение двигателя в режиме противовклк)цения и далее разгон в другую сторону. При этом цастота питания двигателя пропорциональна )н - /с)н Р/С изменением направления вращения двигателя меняется знак р и по сигналу с учет- верителя-формирователя 9 схема ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16 выдает сигнал 0, узел суммирования задает частоту =рн+,н и двигатель разгоняется до заданного значения скорости в направлении вращения назад.Останов привода происходит при снятии задающего сигнала. Выход регул 5 ггора сколь- жения под действием сигнала обратной свя зи становится отрицательным, если ротор двигателя до этого вращался в направлении вращения назад. При этом процесс торможения ротора двигателя до нулевой скорости происходит так же, как и после команды на реверс в направлении вращения вперед.В данном устройстВС В контуре регулирования между импульсным датчиком скорости и формирователем задания тока статора двигателя отсутствуют нелинейные звенья и элементы, которые меняют свои параметры от условий эксплуатации, температурных режимов и от регулирования скорости.Введенис в предлагаемое усгройство фазового дискриминатора, схем 2 ИИЛИ-НЕ и ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, схема их подключения и использование информации о положении ротора в импульсной форме, а также формирование на базе их синусоидальных задающих сигналов тока в цифровой форме обеспечивают устойчивость и повышенную точность рсгулирования электро- привода.Предлагаемое устройство обеспечивает также устойчивую работу электропривода с глубоким регулированием частоты вращения ротора, в котором вместо блока 10 частота-напряжение, формирующего анало. говый сигнал, пропорциональный цастоте вращения ротора, используетсь тахогенератор. Устройство для управлс ния частотойвращения ротора асинхронно(о электро 5 10 5 20 25 ,30 35 40 4.50 двигателя, содержащее преобразователь тока, выходы которогс предназначены для подключения к асинхронному двигателю, блок формирования ЗДС, выход которого к)дклюцен к управляющим входам преобразователя тока, два Входа блока формиэоания ЭДС подклю ены к выходу формирователя гармонических колебаний Сигналов), а третий - к выходу аналогового сумматора, формирователь задания фазных гоков, выход которого связан с управляющими входами преобразователя тока, а два Входа соединены с Выходами формирователя гармонических сигналов, третий подключен к выходу регулятора скольжения, а четвертый - к задатчику намагничивающего тока, формирователь-уцетверитель, вход которого предназначен для подключения к импульсному датчику скорости, а первый и второй выходы соединены с преобразователем частота - напряжение, первый выход соединен с первым входом импульсного сумматора, имеюпего еще три входа, импульсный сумматор выходом соединен с входом делителя, выход преобразователя частота напряжение соединен с входами регулятора скольжения и аналогового сумматора, второй вход которого соединен со входом пороговой схемы, выходом регулятора скольжения и входом преобразователя напряже(ие-частота отлчаюшееся тем, что, с целью павыпения тоцности, него Вс дены фазовый дискриминатор, логические схемы 2 ИИЛИ 11 Е, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, три логические схемы И-НЕ, причем первый вход фазоого дискриминатора соединен с выходом преобразователя напряжение- - частота и со вторым входом импульсного сумматора, а другой вход соединен с первым выходом формирователя-уцетверителя и первым входом импульсного сумматора, перВыс ВхОды схем 2 ИИЛИ-НЕ и ИСКЛЮЧАЮ 1 ЦЕЕ ИЛИ соединень( с выходом пороговой схемь 1, вторые входы соединены с вторым выходом формирователя-учетверителя, выход схемы ИСКЛ 10 АЕОШЕЕ ИЛИ подключен к третьему уп ра вл яюце)у ходу им пульсного сумматора, два других входа схемы ИИЛИ.НЕ соединены соответственно с прямым и инверсным выходами фазового дискриминатора, а цетвертый вход об ьединен с четвертым входом импульсного сулмьТора, вь:ход схемы 2 ИИЛИ-НЕ через перую и вторую схемы 1 Л-1 Е соединен с Входом формироват(1 ы армоницеских си- палов, а через третью схему И-НЕ соединен с другим входом последнего, вторые Входы второй и треьей схем И-НЕ соедиПЕП 1 С ВЫХОДОМ ДЕЛ ТС,1 и.Сост Н Техред Тираж ВНИИПИ Государств по делам изобре 113035, Москва, Ж - 35 лиал ППП Патент, г.