Электропривод

СО)ОЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 119) 111) 151)4 Н 0 СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ ОП У СВИДЕТЕЛЬСТВУ АВТО пози ионны ретения являе ческих показа Бюл. У 19вач, П, П. Примш знает обеспеп иво р д сумматэлемента 13,тора тока ста,9 (088. 8во СССР1975.СССР1984,ор то гон альных составляющих я ротора аси векторахронногонных блоэлектроавление. потокосцеплендвигателя 1, ков позволяет приводе парам 1 э.п. ф-лы,едение укабеспечитьрическое у элекьэовано(57) Изобретение относится ктротехнике и может быть испо ОБРЕТЕНИ СГЮНУ 1 ф% ц,",;,: .,1 с)1 ь 1)чтЕ)(Амеханизмах, Целью изоб тся улучшение динамителей, Указанная цель я введением в электро- оров 11, 12, релейного датчика 14 модуля вектора и вычислителя 15Изобретение относится к электротехнике, а именно к управлению асинхронными электропринодами с помощьюполупроводниковых преобразователейза счет изменения поднодимого к двигателю напряжения, и может быть использовано в электроприводах позиционных механизмов с нысокими требованиями к качеству переходных режимови точности позиционирования.Целью изобретения является улучшение динамических показателей засчет уменьшения пульсаций момента ипонышения быстродействияНа чертеже представлена функциональная схема электропривода.Электропривод содержит асинхронный электродвигатель 1, обмотки статора которого через датчик 2 фаэныхтокон подключены к выходам силовогополупроводникового коммутатора 3 свходом 4 для управления порядком чередования фаз и с входом 5 для управления величиной выходного напряжения, выпрямитель 6, датчик 7 скорости вращения асинхронного электродвигателяи блок 8 задания скорости подключенный через прямой входпервого сумматора 9 и первый репейный элемент 10 к входу 11 для управления порядком чередования фаэ силового полупроводникового коммутатора3, При этом выход датчика 7 скоростивращения подключен к инверсному входу первого сумматора 9,В электропринод нведены второйсумматор 11 с прямым и инверсным входами, третий сумматор 12 с однимпрямым и двумя иннерсными входами,второй релейный элемент 13, датчик14 модуля нектора тока статора и вычислитель 5 ортогональных составляющих вектора потокосцепления ротора, три входа которого подключенысоответстненно к выходам датчика 7скорости вращения, датчика 14 модуля нектора тока статора и первогорелейного элемента 10,При этом выход первого сумматора9 подключен к прямому входу второгосумматора 11, соединенного выходомс входом выпрямителя 6, выход выпрямителя 6 соединен с прямым входом третьего сумматора 12, подключенного выходом через второй релейный элемент 13 к нходу 5 для управления величиной выходного напряжениясилового полупроводникового коммутатора 3. 2Вход датчика 14 модуля векторатока статора подключен к выходу датчика 2 фаэных токов, а его выход -к первому инверсному входу третьегосумматора 12, второй инверсный входкоторого и инверсный вход второгосумматора 1 соединены с соответствующими выходами вычислителя 5 ортогональных составляющих вектора 1 О потокосцепления ротора.В качестве силового полупроводникового коммутатора 3 использованпреобразователь импульсного типа натиристорах или транзисторах, осу ществляющий с нысоким быстродействием подключение и отключение однонременно трех фаэ асинхронного электродвигателя 1 к питающей сети, приэтом в период отключения производит ся закорачивание фаэ для протеканияреактивного тока.Для пояснения принципа работы .электропривода запишем систему дифференциальных уравнений двухполюсно го асинхронного электродвигателя всистеме вращающихся координат Х, У,ось У которой совмещена с векторомтока статора 1 35 гх Т Офлаг= - + Ьк цг) 4 гу (2),5 Кг зФгх Мс)1, (4) оператор дифференцирования,модуль вектора тока статора;составляющие вектора потокосцепления ротора; проекция вектора напряжения статора на ось У; активные сопротивления фаз статора и ротора; полные индуктивностиобмоток статора и ротора;взаимная индуктивностьмежду статором и ротором;скорость вращения валаэлектродвигателя;13127 Вычислитель 15 ортогональных сос тавляющих вектора потокосцепления ротора (наблюдающее устройство) предназначен для получения информации о составляющих Мпо уравг( ф унениям (2)-(4), На его входы посту пает информация о величине модуля вектора тока статора, скорости вращения вала ротора и знаке направления вращения поля электродвигателя ы - скорость вращения сисктемы координат;И - момент сопротивлениясна валу;1 - приведенный момент инерцииК Ь /Ь ; Т 1./К;Путем высокочастотной коммутациифаз статора от состояния, соответ Оствующего подключению к сети на полное напряжение, к их закорачиваниюи обратно по сигналу рассогласования между заданным и измеренным значениями модуля вектора тока статора, 15можно достаточно точно поддерживатьжелаемое значение этой величины, Основываясь на этом положении, можноприближенно описать процессы в асинхронном электродвигателе с помощью 20уравнений (2)-(4), Причем степеньприближения в полной мере определяется качеством поддержания заданного значения модуля вектора тока статора, которое в электроприводе осуществляется релейным образом.Линеаризуя уравнения (2-)-(4) ивыбирая в качестве управляющего воздействия модуль вектора тока статора, можно решить задачу синтеза системы автоматического управления .асинхронным электродвигателем, используя общие методы теории модального управления, согласно которымдля получения желаемых динамическихпоказателей объекта, описываемоготремя дифференциальными уравнениями,необходимо наличие трех обратныхсвязей по переменным состояниям.Поддержание управляющей величины 40путем высокочастотного подключенияи отключения фаэ электродвигателя кпитающей сети позволяет обеспечитьжелаемое качество переходных процессов. При этом форма тока в фазах 45близка к синусоидальной, что благоприятно сказывается и иа энергетических показателях,12 4(что соответствует направлению вращения вектора тока и системы координат Х, У, связанной с ними). Абсолютное значение скорости вращениякоординат щ принимается равным своему установившемуся значению, приэтом предполагается, что действиеобратных связей наблюдающего устройства позволит избежать большой ошибки в вычислении проекций потокосцепления ротора из-за принятого до"пущения, Кроме того, высокая частота коммутаций способствует близостикривых токов в фазах электродвигателя к синусоиде, что в свою очередь,означает близость скорости вращениявектора тока статора (или системыкоординат, связанной с ним) к своемуустановившемуся значению,Наличие выпрямителя 6 объясняется тем, что при изменении знака сигнала задания по скорости, в установившемся режиме сигнал рассогласования по скорости и составляющаявектора потокосцепления ротора подействительной оси координат, ортогональной вектору тока статора, также меняют знак, в то время как величина управления, т.е. модуль вектора тока статора и составляющаявектора потокосцепления ротора помнимой оси координат остаются положительны,Злектропривод работает следующимобразом,На прямой вход сумматора 9 подается сигнал задания по скорости свыхода блока 8 задания в соответствии с желаемым процессом пуска,Если действительное значение скорости вращения вала электродвигателя1 меньше заданного, релейный эле-,мент 1 О подает на управляющий вход4 коммутатора 3 логический сигнал,соответствующий прямому порядку подключения фаз сети на выход коммута 1тора, Задание величины управленияосуществляется вычитанием из сигналарассогласования по скорости сигналаобратной связи по проекции векторапотокосцепления ротора на действительную ось системы координат (этуоперацию осуществляет сумматор 11),последующим выпрямлением результатас помощью выпрямителя 6 и вычитаниемиз него сигнала обратной связи подругой составляющей вектора потокосцепления ротора с помощью сумматора 12.5 1327Из результата, соответствующего заданному значению модуля вектора тока статора, вычитается действитель ное значение этой величины (это осуществляется также с помощью сумматора 12), Если знак разности положителен, то релейный элемент 13 подает на управляющий вход 5 коммутатора 3 логический сигнал, соответствующий подключенному состоянию фаз электро двигателя 1 к фазам сети. Ток и момент электродвигателя 1 начинают нарастать, Если действительное значение модуля вектора тока статора превысит заданное, на выходе сумматора 15 12 появится отрицательный сигнал, и релейный элемент 13 подаст логическую кокарду коммутатору 3 на отключение фаз электродвигателя 1 от сети и их закорачивание. Если скорость 20 вращения вала электродвигателя 1 становится больше заданной, то релейный элемент 10 подаст логическую команду коммутатору 3 на изменение порядка чередования подключаемых фаз 25 сети, и электродвигатель перейдет н режим торможения противо- включением, причем интенсивность торможения определяется величиной заданного значения моцуля век тора тока статора, которая, в свою очередь, пропорциональна величине рассогласования по скорости и корректируется обратными связями по составляющим вектора потокосцепления ротораДинамические показатели процесса управления определяются выбором коэффициентов обратных связей в соответствии с известными методами синтеза, 40Таким образом, введение в электро. привод двух дополнительных суммато. ров, релейного элемента, датчика модуля вектора тока статора, вычислителя ортогональных составляющих вектора потокосцепления ротора и применение импульсного полупроводникового коммутатора позволяет обеспечить в электроприводе параметрическое управление, характеризуемое более вы сокими показателями по качеству динамических процессов, гармоническому составу токов и напряжений и быстродействию в сравнении с известным решением, 55Применение предлагаемого электро- привода экономически оправдано в частности для позиционных систем высокой точности, где не требуется ра 2бота на пониженных скоростях, аважно регулирование пуско-тормозныхрежимов,Формула изобретения1. Электропринод, содержащий асинхронный электродвигатель, обмотки статора которого через датчик фаэных токов подключены к выходам силового полупроводникового коммутатора с входом для управления порядком чередования фаэ и с входом для управления величиной выходного напряжения, выпрямитель, датчик скорости вращения ротора асинхронного электродвигателя и блок задания скорости, подключенный через прямо . вход первого сумматора и первый релейный элемент к входу для управления порядком чередования фаз силового полупроводникового коммутатора, при этом выход датчика скорости вращения подключен к инверсному входу первого сумматора, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью улучшения динамических показателей за счет уменьшения пульсаций момента и повышения быстродействия, введены второй сумматор с прямым и инверсным входами, третий сумматор с одним прямым и двумя инверсными входами, второй релейный элемент, датчик модуля нектора тока статора и вычислитель ортогональных составляющих вектора потокосцепления ротора, три входа которого подключены соответственно к выходам датчика скорости вращения ротора асинхронного электродвигателя, датчика модуля вектора тока статора и первого релейного элемента, при этом выход первого сумматора подключен к прямому входу второго сумматора, соединенного выходом с входом выпрямителя, выход которого соединен с прямым нходом третьего сумматора, подключенного выходом через второй релейный элемент к входу для управления величиной выходного напряжения силового полупроводникового коммутатора, вход датчика модуля вектора тока статора подключен к выходу датчика фазных токов, а его выход - к первому инверсному входу третьего сумматора, второй инверсный вход которого и инверсный вход второго сум- матора соединены с соответствующими выходами вычислителя ортогональныхСоставитель А. ЖилинТехред Л.Сердюкова Корректор А. Тяско Редактор А. Шандор Заказ 1978/54 Тирак 661 Подлы сно е ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул, Проектная, 4 7 312712 8составляющих вектора потокбсцеплення вой полупроводниковый коммутатор выротора. полнея в виде преобразователя им 2. Электропривод по и. 1, о т пульсного типа.л и ч а ю щ и й с я тем, что сило