Устройство для регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 1683166 Р 7 4 НИЯ О И ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт релестроения(56) Эпштейн И,И, Автоматизированный электропривод переменного тока, М.: Энергоиздат, 1982.Авторское свидетельство СССР М 1534736, кл, Н 02 Р 7/42, 1987,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ -ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ АСИНХРОННОГО ЭЛ Е КТРОДВ ИГАТЕЛ Я(57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к частотно-регулируемым электроприводам на базе асинхронного короткозамкнутого двигателя и преобразователя частоты, Цель изобретения повышение точности регулирования и улучшение динамических свойств путем увеличения быстродействия. Указанная цель достигается тем, что в устройство введены датчик 20 температуры асинхронного электродвигателя 2, блок 21 умножения, второй сумматор 22 и фильтр 23 нижних частот, Блок 19 обратного преобразования координат снабжен дополнительным входом, подключенным через указанные фильтр, сумматор и блок умножения к выходу регулятора 8 скольжения. Блок фазных ЭДС 17 снабжен дополнительной группой входов, подключенной к выходам датчиков 3-5 фазных токов, При этом обеспечивается температурная компенсация частоты скольжения и напряжения питания двигателя от нагрева его обмоток, компенсация падения з напряжения от тока на индуктивных сопротивлениях фаз статора, а следовательно, более точное вычисление сигнала обратной связи, повышение жесткости механических характеристик двигателя и увеличение точ ности регулирования скорости, 2 ил.аайИзобретение относится к электротехнике, в частности к частотно-регулируемым электроприводам на базе асинхронного короткозамкнутого двигателя и преобразователя частоты, и может найти применение в различных отраслях промышленности на механизмах, требуемый диапазон регулирования скорости которых не превышает 1:20,Цель изобретения - повышение точности регулирования и улучшение динамичеСких свойств путем увеличениябыстродействия.На фиг.1 представлена функциональнаясхема устройства для регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя; на фиг.2 - векторные диаграммы.Устройство для регулирования частотывращения асинхронного электродвигателясодержит силовой преобразователь 1 частоты (фиг.1) с выходами для подключения кфазам асинхронного электродвигателя 2 и свходами для подключения к питающей сети,датчики 3 - 5 фазных токов, последовательносоединенные задатчик 6 частоты вращения, 25элемент 7 сравнения и регулятор 8 скольжения, блок 9 прямого преобразования координат с тремя входами и двумя группамивыходов, первая из которых подключена к 30входам первого преобразователя 10 числафаз, первый сумматор 11 и задатчик 12 токанамагничивания, подключенные выходамисоответственно к первому и второму входамблока 9 прямого преобразования координат, третий вход которого соединен с выходом регулятора 8 скольжения, регуляторы13-15 фазных токов, входы каждого из которых подключены к соответствующемувыходу первого преобразователя 10 числа фаз и 40к выходу соответствующего датчика 3 - 5фазных токов; блок 16 управления преобразователем 1 частоты, подключенный входами к выходам регуляторов 13 - 15 фазныхтоков, а выходами - к соответствующим управляющим входам силового преобразователя 1 частоты, блок 17 фазных ЭДС, перваягруппа входов которого предназначена дляподключения к фазам асинхронного электродвигателя 2, а выходы соединены с входами второго преобразователя 18 числа фаз,блок 19 обратного преобразования координат с двумя группами входов, первая изкоторых подключена к соответствующимвыходам второго преобразователя 18 числафаз, а вторая - к второй группе выходовблока 9 прямого преобразования координат. Выход блока 19 обратного преобразования координат подключен к другомувходу элемента 7 сравнения,В устройство для регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя введены датчик 20 температуры асинхронного электродвигагеля 2, блок 21 умножения, второй сумматор 22 и фильтр 23 нижних частот, блок 19 обратного преобразования координат снабжен дополнительным входом, образованным дополнительным входом сумматора 24 на его выходе,Блок 17 фазкых ЭДС снабжен дополнительной группой входов, подключенной к выходам датчиков 3 - 5 фазных токов, При этом первый вход блока 21 умножения подключен к выходу датчика 20 температуры, а выход соединен с первыми входами первого 11 и второго 22 сумматоров. Второй вход сумматора 22 объединен с вторым входом блока 21 умножения и подключен к выходу регулятора 8 скольжения, Выход сумматора 22 через фильтр нижних, частот подключен к дополнительному входу блока 19 обратного преобразования координат, выход которого соединен с вторым входом сумматора 11.Блок 9 прямого преобразования координат выполнен с преобразователем 25 аналог - частота, счетчиком 26 импульсов, формирователями 27 и 28 функций синуса и косинуса соответственно, преобразователями 29 - 32 код - аналог и сумматорами 33 и 34, выходы которых образуют первую группу выходов блока 9, Выход преобразователя 25 через счетчик 26 импульсов подключен к входам форь,рователей 27 и 28, выходы которых образуют вторую группу выходов блока 9 и подключены, кроме того, к попарно объединенным первым входам преобразователей 29, 32 и 30, 31, Вторые входы преобразователей 31 и 32 объединены и образуют первый вход блока 9. Вход преобразователя 25 образует второй вход блока 9, а объединенные вторые входы преобразователей 29 и 30 - третий вход блока 9 прямого преобразования координат, Выходы преобразователей 29 и 31 подключены к входам сумматора ЗЗ, а выходы преобразователей 30 и 32 - к входам сумматора 34,Блок 19 обратного преобразования координат выполнен с преобразователями 35 и 36 код - аналог, инвентирующим усилителем 37 и сумматором 24,Первые и вторые входы преобразователей 35 и Зб образуют соответственно первую и вторую группу входов блока 19. Выход преобразователя 36 непосредственйо, а выход преобразователя 35 через инвертирующий усилитель 37 подключены к входам сумматора 24, выход которого образует выход блока 19 обратного преобразования координат.51015 20 25 30 35 40 45 50 55 В случае применения двухфазного асинхронного электродвигателя 2 необходимость в установке преобразователей 10 и 18 числа фаз отпадает. Силовой преобразователь 1 частоты может быть выполнен на основе автономного инвертора или преобразователя частоты с непосредственной связью.Устройство для регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя работает Следующим образом.В исходном состоянии сигнал на выходе эадатчика 6 частоты вращения отсутствует, а сигнал на выходе задатчика 12 соответствует заданию номинального тока намагничивания асинхронного электродвигателя, Сигнал на выходе регулятора 8 равен нулю. Выходная частота преобразователя 25 аналог - частота также равна нулю, На выходах формирователей 27 и 28 образуются коды синуса и косинуса, соответствующие начальному состоянию счетчика 26 импульсов, Ка выходах преобразователей 31 и 32 код - аналог имеем сигналы; 1 из 1 пВ, 1 исозВ, где 0 - угол, соответствующий начальному состоянию счетчика, На выходах преобразователей 29 и 30 код - аналог сигналыравны нулю. На выходе преобразователь 10 числа фаэ имеет трехфазную систему сигналов: р з 3 п О, 1 р вп ( О ) Зри з 3 п ( 0 + 2 Л/3 ) в соответствии с которыми и с помощью регу - ляторов 13 - 15 тока в фазах двигателя поддерживаются постоянные токи, не создающие вращающего момента двигателя.При появлении сигнала на выходе задатчика частоты вращения 6 на выходе регулятора 8 формируется сигнал задания активной составляющей тока статора 1 а асинхронного двигателя, Одновременно регулятор 8 задает частоту скольжения двигателя, равную 2 в где йЪ - частота скольжения двигателя, пропорциональная активной составляющей тока статора, в Гц Задатчик 12 тока намагничивания (1 в) формирует сигнал задания реактивной составляющей тока статора. На выходах сумматоров 33 и 34 блока 9 прямого преобразования координат формируются , два сигнала задания токов статора 11= 1 П з 1 п (ат=у), 12 =1 соз(вт+у),где 1 щ = 1 в +1; р = агстд 1 а/1 и.2С помощью преобразователя 10 два сигнала задания токов преобразуются в трехфазную систему задания токов статора, в соответствии с которыми в фазах двигателя формируются токи и создается вращающий момент.Использование в данном устройстве зависимого от частоты вращения (ЭДС) формирования чэс оты питания двигателя зэсчет подключен.,я выхода сумматора 24 блока 19 обрэтног; преобразования координатк входупреобрэзователя 25 аналог-частотачерез сумматор 11 обеспечивает рабо госпособность электропривода в режимах разгона и торможения беэ ээдатчикаинтенсивности.При работе двигателя на установившейся частоте вращения напряжения в фазах А,В, и С на входе блока 11 фэзных ЭДС изменяются следующим образом:Од = Оп з 1 п м т; Ов = Оп з 1 п ( в-- 2 Л/3 );Ос = О, з 1 п ( а т + 2 ЫЗ ),В блоке 11 фаэных ЭДС из напряженийфаз двигателя вычитаются падения напряжения на активных и индуктивных сопротивлениях фаэ статора от тока статорэ 1(фиг.2).ЭДС фазы двигателя формируется в соответствии с выражениемЕ = 0 - 18 - )1 х,где Е 1 - ЭДС фазы двигателя;11 Й 1 - падение напряжения нэ активномсопротивлении фазы статора от тока статора;)11 х 1 - падение напряжения на индуктивном сопротивлении фазы стэторэ от тока11.На выходе преобразователя 18 числафэз получает двэ сигнала:Еа = Ед -- (Ев - Ес ),12Еф= 2 (Ев - Ес)3На выходе блока 19 обратного преобразования координат имеем:- Евсоз ф,где Еп - сигнал. пропорциональный амплитуде ЭДС фазы двигателя .ф - угол между векторами ЭДС Е и напряжения 01,Сигнал с выхода сумматора 24 блока 19обратного преобразования координат пропорционален частоте вращения двигателя.При работе двигателя на холостом ходусигнал с задатчика 6 частоты вращения равен сигналу обратной связи с выхода блока19 обратного преобразования, поэтому сигнал на выходе регулятора 8 скольжения близок к нулю.При набросе нагрузки ток и напряжениедвигателя в первый момент сохраняются по.стоянными. Не менается и сигнал обратнойсвязи с выхода блока 19, В этом случае час 168316610 20 30 35 40 45 50 55 тота вращения двигателя начинает снижатьСя и в токе фаз двигателя появляется активная составляющая, создавая вращающий момент. Одновременно, поскольку заданное значение тока не меняется, уменьшаетСя реактивная составляющая, т,е. уменьшается ток намагничивания, а значит, уменьшается и ЭДС фаз двигателя, уменьшая сигнал обратной связи с выхода блока 19.Поскольку в блоке 17 фазных ЭДС из напряжений фаз двигателя вычитаются падение напряжения на активных и индуктивных сопротивлениях фаз статора, аналоговый сигнал с выхода блока 19 обратного преобразования координат уменьшается, что приводит к увеличению сигнала на выходе регулятора 8 скольжения, т.е, к увеличению активной составляющей тока стагора,Одновременно с увеличением активной Составляющей тока статора увеличивается и частота задания токов статора на величину аЪ, что приводит к восстановлению прежней частоты вращения двигателяТаким образом, согласование задания частоты питания в зависимости от частоты вращения электродвигателя, которое в предлагаемом устройстве обеспечивается за счет подключения выхода блока 19 обратного координатного преобразователя к входу преобразователя 25 аналог - частота через сумматор 11, позволяет при резких изменениях задания частоты вращения достичь за короткое время установившейся частоты вращения, а при кратковременном останове привода в случае приложения статического момента, превышающего критический момент, восстановить заданную частоту вращения, Это повышает динамические свойства устройства в сравнении с из- вестным решением.По мере нагрева электродвигателя сопротивление его обмоток увеличивается, что приводит к увеличению тока намагничивания двигателя и, как следствие, к уменьшению акивной составляющей тока статора, При этом сигнал на выходе блока "9 обратного координатного преобразователя независимо от температурного состояния при неизменной скорости двигателя остается неизменным, так как одновременно с увеличением температуры двигателя возрастающий сигнал с выхода сумматора 22 через фильтр 23 компенсирует увеличивающийся суммарный сигнал преобразователя 36 код - аналог и инвертора 37, что позволяет повысить точность формирования сигнала обоаткой связи, э тем самым, и точность регулирования частоты вращения в электроприводе.формула изобретения Устройство для регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя, содержащее силовой преобразователь частоты с входами для подключения к питающей сети и входами для подключения к фазам асинхронного электродвигателя, датчики фазных токов, последовательно соединенные задатчик частоты вращения, элемент сравнения и регулятор скольжения, блок прямого преобразования координат с тремя входами и двумя группами выходов,первая из которых подключена к входам первого преобразователя числа фаз, первый сумматор и задатчик тока намагничивания, подключенные . выходами соответственно к первому и второму входам блока прямого преобразования координат, третий вход которого соединен с выходом регулятора скольжения, регуляторы фазных токов, входы каждого из которых подключены к соответствующему выходу первого преобразователя числа фаз и выходу соответствующего датчика фазного тока, блок управления преобразователем частоты, подключенный входами к выходам регуляторов фазных токов, а выходами - к соответствующим управляющим входам силового преобразователя частоты, блок фазных ЗДС, первая группа входов которого прег эзначена для подключения к фазам асинхронного электродвигателя, а выходы соединены с входами второго преобразователя числа фаз, блок обратного преобразования координат, выполненный с сумматором на выходе и двумя группами входов, первая из которых подключена к соответствующим выходам второго преобразователя числа фаз, а вторая - к второй группе выходов блока прямого преобразования координат, при этом выход блока обратного преобразования координат подключен к другому входу элемента сравнения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и улучшения динамических свойств путем увеличекия быстродействия, введекы датчик темпсратуры асинхронного электродвигателя, блок умножения, второй сумматор и фильтр нижних частот, блок обратного преобразования координат снабжен дополнительным входом, образованным дополнительным входом сумматора на его выходе, а блок фазных ЭДС снабжен дополнительной группой входов, подключенной к выходам датчиков фазных токов, при этом первый вход блока умножения подключен к выходу датчика температуры асинхронного электродвигате10 Фиг Р Составитель А, ЖилинТехред М.Моргентал Редактор А, Козо рректор М. Шэроши аказ 3421 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул, Гагарина, 10 ля, выход блока умножения соединен с первыми входами первого и второго сумматоров, второй вход оро сумматора обьединен с вторым входом блока умноже- . ния и подключен к выходу регулятора сколь жения,. выход второго сумматора чере фильтр нижних частот подключен к дополни тельному входу блока обратного преобразования коогдинат выход которого соединн с втор. ю входом;свого сумматора,