Устройство для регулирования скорости асинхронного двигателя

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК Р 53 сИЗОБРЕТЕНИЯ"ИДЕТЕЛЬСТВУассы ПИСАНИ с 1: К АВТОРСКОМ ты. СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) 1. Авторское свидетельство СССРР 587588, кл. Н 02 Р 5/34, 1978.2. Патент ФРГ Р 1563228,кл. Н 02 Р 7/42, 1966(.54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ,содержащее блок задания скорости,регулятор скорости, элемент сравнения, формирователь амплитуды тока.статора, формирователь скольжения,блок коррекции Фазы:тока статора,два сумматора, два генератора импульсов и преобразователь частоты с входами управления амплитудой и частотой тока статора, выходы которогоподключены к статорным обмоткамасинхронного двигателя, на валу кото.рого установлен датчик скоростивращения, подключенный к первомувходу элемента сравнения и к первомувходу первого сумматора, при этомвыход блока задания скорости подключен к второму входу элементасравнения, выход которого соединенс входом регулятора скорости, подключенного выходом к входам формирователя амплитуды тока статора,формирователя скольжения и блокакоррекции фазы тока статора, выходформирователя амплитуды тока стато-,ра подключен к входу управленияамплитудой тока статора преобразо",ЯО 1064411 А вателя частоты, выход Формирователя скольжения подключен к:второму входу первого сумматора, выход которого соединен с первым генератором импульсов, подключенным выходом к первому входу второго сумматора, выход блока коррекции фазы тока статора соединен с вторым генератором импульсов, подключенным к второму входу второго сумматора, выход которогоподключен к входу управле-" ния частотой преобразователя частоты, отличающееся тем, что, с целью повышения точности регулирования скорости, в него введены блок определения направления вращения вектора тока статора, выпол- аР ненный в виде релейного элемента, блок определения направления сдвига Фазы вектора тока статора, выполненный в виде релейного элемента, и третий сумматор, а преобразователь частоты снабжен входом управ- Я ления направлением вращения вектора тока статора, при этом вход блока аЫ определения направления вращения вектора тока статора подключен к выходу первого сумматора, а выхсц -. ф к первому входу третьего сумматора, вход блока определения направления ффффф сдвига фазы вектора тока статора,; фЬ подключен к выходу блока коррекции фазы тока статора, а выход - к второму входу третьего сумматора, выход Мф 4 которого подключен к входу управления направлением вращения вектора тока статора преобразователя частоИзобретение относится к электротехнике, в частности к регулируемому электроприводу, и может быть использовано для прецизионного асинхронного электрспривода с глубоким диапазоном регулирования скорости и в следящих электроприводах переменного тока для отработки: перемещения рабо чих органов промышленных роботов, станков и других машин и механизмов с повышенными требования к надежности исполнительных электродвигателей, к точности регулирования скорости и процессов отслеживания управляющих воздействий.Известно устройство для регулирования скорости асинхронного двигате. ля, содержащее блок задания скорости, регулятор скорости, элемент сравнения, формирователь амплитуды тока статора, формиователь скольжения, сумматор и силовой преобразователь тока, выходы которого подключены к статорным обмоткам асинх ронного двигателя, на валу которого установлен датчик скорости вращения, подключенный к первому входу элемента сравнения и к первому входу сумматора, при этом выход блока задания скорости подключен к второму входу элемента сравнения, выход которого соединен с входом регулятора скорости, подключенного выходом к Входам форжрователя амплитуды тока статора,и формирователя скольже. ния, выход формирователя скольжения подключен к второму входу сумматора,выход которого и выход формирова. теля амплитуды тока статора подключены соответственно к входам управления частоты и амплитуды тока статора силового преобразователятока 113.Недостатком данного устройства является невысокая точность регулирования скорости из-за отсутствия коррекции по фазе вектора тока статора.Наиболее близким к предлагаемому является устройство для регулирования скорости асинхронного двигателя, содержащее блок задания скорости, регулятор скорости, элемент сравнения, формирователь амплитуды тока статора, формирователь скольжения, блок коррекции фазы тока статора., два сумматора, преобразователь частоты с входами управления амплитудой и частотой тока статора, выходы которого подключены к статорным обмоткам асинхронного двигателя, на валу которого установлен датчик ско. рости вращений, подключенный к первому входу элемента сравнения и к первому входу первого сумматора, выход блока задания скорости подключен к второму входу элемента сравнения, выход которого соединен с входом35 4045 50 556065 два сумматора, два генератора импульсов и преобразователь частоты с входами управления амплитудой и частотой тока статора, выходы которого подключены к статорным обмоткам асинхронного двигателя, на валу которого установлен датчик скорости вращения, подключенный к первому входу элемента сравнения и к перво-му входу первого сумматора, при этом выход блока задания скорости подключен к второму входу элемента сравнения, выход которого соединен с входом регулятора скорости, подключенного выходом к. входам формирователя амплитуды тока статора, форми рователя скольжения и блока коррекции фазы тока статора, выход формирователя амплитуды тока статора подключен к входу управления амплитудой тока статора .преобразователя частоты, выход формирователя скольжения подключен к второму входу первого сумматора, выход которого соединен с первым генератором импульсов, подключенным выходом к первому входу второго сумматора, выход блокакоррекций фазы тока статора соединен с вторым генератором импульсов, ,подключенным выходом к второму вхо,ду второго сумматора, выход которогоподключен к входу управления часторегулятора скорости, подключенноговыходом к входам формирователя амплиФтуды тока статора, формирователяскольжения и блока коррекции фазытока статора, при этом выход форыи 5 рователя амплитуды тока статора подключен к входу управления амплитудойтока статора преобразователя частоты, выход формирователя скольженияподключен к второму входу первого10 сумматора, выход блока коррекциифазы тока статора подключен к первому входу второго сумматора, второйвход которого соединен с выходомпервого сумматора, а выход подклю 15 чен к. входу управления частотойпреобразователя частотыГ 2 3,Недостатком известного устройства является невысокая точность регулирования скорости из-за недостаточ-.20 ного быстродействия по цепи коррекции фазы вектора тока статора асинхронного двигателя.Цель изобретения - повышение точности регулирования скорости асинхронного двигателя за счет введениябыстродействующей коррекции фазы вектора тока статора.Укаэанная цель достигается тем,что в устройство для регулированияскорости асинхронного двигателя, содержащее блок задания скорости,регулятор скорости, элемент сравнения, формирователь амплитуды токастатора, формирователь скольжения,блок коррекции фазы тока статора, 10 б 4411неподвижной оси статораасигнал знака (направления)асинхронно, го перемещения вектора тока статора относительно вектора потокосцепления ротора; Мцв,ю- сигнал знака(направление ) перемещения векторатока статора относительно неподвижной оси статора;1,1, 1. - мгновенные фазные токй статора асинхронного двигателя,Устройство работает следующимобразом.Для безынерционного управлениямоментом асинхронного двигателя 14пропорционально выходному воздействию моментного контура, получаемомус выхода регулятора 2 скорости,вводят автономный канал управления.и практически безынерционно осуществляют Фазовый сдвиг +дЕвектора токастатораэ относительно вектора потокосцеплейия ротора 9, как показано на фиг. 2, согласно уравнению3 юЙ= г 2 М э 1 пЕ (1)где,:М:Я:,г=.+а,Так.как изменение модуля и углового положения вектора потокосцепления ротора происходит с большойинерционностью, то для безынерционного управления моментом необходимо,либо, поддерживать постоянным уголЕ , обеспечить безынерционное управление модулем вектора тока статора, либо одновременно с изменениеммодуля 15 или его поддержанием наопределенном уровне обеспечить безынерционно управляемое, в том числе и скачкообразное, изменение углаЕ. Связь между изменениями параметров вектора тока статора 1 , Е,определяют законом регулирования изусловия оптимизации энергетическихпоказателей электропривода и вводятзакон регулирования, выраженный,например, функцией У = Г(м) , вблоки нелинейного преобразованиясигнала задания моментаО), такимобразом, чтобы выполнялось условиебезынерционного и линейного управления моментом двигателя согласноуравнению1 м мСогласно векторной диаграмме(фиг. 2 ) Фазовый угол вектора тока,статора относительно неподвижнойоси статора неподВижной оси статораОравен алгебраической сумме угловПри. этом угол между векторамиопределяется уравнениемЕ, =ас,(НОртогональные составляющие вектора тока статора определяются в функции сигнала задания момента, исходяиз выбранного закона регулирования,согласно уравнениям=(тр 1)(Вг ).кмМ 52 ). у мв ув связи с чем требуемый угол Е находят в функции сигнала задания момен 10 та.Для исключения информации о действительных параметрах вектора потокосцепления ротора 9,У принимают заранее выбранный закон изменения 15 или поддержания на определенном уровне модуля вектора потокосцепления ротора 9 и определяют скольжение вектора потокосцепления ротора относительно оси ротора дш= - = Й - ш согласно уравнениюЗЧд. КР),дм " Х ( т),- пГ ЬУгДля исключения информации о дей 20 25 ствительном положении ротора (угол30 Ц .суммарный сигнал задания скольжения, определяемый еогласно уравнениям (б ) - (7 ) в Функции сигнала за. дания момента при заданном законе импульсов пропорциональна сумме сиг 40 45 50 55 налов до) и,р ач) лв = з:дм +щ= - + -(8)э ю " м а а стробирующий импульс соответствует знаку сигнала ю 5,Полученные импульсы поступают на пересчетную схему, кодируются и по" даются на входы цифро-аналоговых преобразователей, с выходов которых получают ступенчато-синусоидальный трехфазный сигнал задания мгновенных фазных токов, отрабатываемый быстродействующим импульсным преобразователем тока, в связи с чем цифро-аналоговое преобразование импульсов синхронного перемещейия (вращения ) векторов 7 э, 9 обеспечивает дискретное преобразование скоростей враще,ния (уравнение 8в соответствующиеим углы,=+,л . (щ 60 Для повышения быстродействия и точности управления скоростью и моментом преобразуют сигнал задания углаЯ в стробированные импульсы 65 регулирования Уи сигнала действи 35 тельной скорости со, преобразуют внепрерывную последовательность стробированных импульсов синхронного вращения векторов Ч, 1Частотаасинхронного перемещения вектораотносительно Ю в направлении, соот.ветствующему знаку производной этосЕ. го угла Ып31при этом стробирующий импульс на каждой дискретесоответствует знаку производной(приращения ) угла +ЛЕ на этой дискрете, Согласно уравнению (1)знакапроизводной э 1 псИоднозначно определяет знак приращения момента,Последовательность преобразованиясигналов согласно приведенным аналитическим выражениям поясняется схемой на фиг. 1. Сигнал рассогласова-.ния заданной и действительной скорости О - О подается на вход регулятора 2 скорости с йропорционально-интегральным законом регулирования. С выхода регулятора 2 скоростисигнал О задания момента двигателяпоступает на вход формирователя 4амплитуды, тоха статора, на выходекоторого получают сигнал О; нелинейным преобразованием сигнала заданиямомента Ощ эхСигнал Отакже поступает на вход блока 6 коррекции фазы тока статора (относительно вектора потокосцепления ротора )и на вход формирователя 5 скольжения, в которых сигнал О нелинейно преобразуется согласно уравнениям (4 - 7).Сигнал задания угла О с выхода блока 6 подается на вход генератора 10 импуЛьсов и на вход блока 17 Определения направления сдвига фазы вектора тока статора.В соответствии с изменением сигнала 08 на выходе генератора 10 импульсов образуется последовательность импульсов, число которых строго ограничено величиной изменения сигнала.ДО, . На выходе блока 17 образуется сигнал "1" или "0" в зависимости от знака изменения сйгнала 40. Частота импульсов на выходе генератора 10 импульсоь. постоянна и находится в мегагерцовой зоне, в связи с чем число-импульсная отработка изменения сигнала 40 происходит за несколько микросекунд, что позволяет практически мгновенно сдвигать по Фазе сигнал задания мгновенных фазных токов статора на уголнеобходимый для скачка момента согласно уравнению (1 ).Поступающий с выхода формирователя 5 скольжения сигнал скольжения вектора потокосцепления ротора. Ю,. относительно ротора 0"сумьируется с сигналом действительной скорос; ти ротора и их сумма поступает на вход генератора 9 импульсов и навход блока 16 определения направления вращения вектора тока статора,с выхода которых поступает импульсная информация об угле У и направлении синхронного вращения зп ыэС выхода генератора 9 импульсов снимается непрерывная последовательность импульсов, дискретно перемещающих сигнал задания вектора тока1 О статора синхронно с дискретным изменением фазового угла вектора потокосцепления ротора относительнооси статора У (1). С выхода блока 16поступает сигйал "1" или,"0" в за 15 висимости от полярности суммы сигна.лов 04+ О что для каждого импульса с выхода генератора 9 импульсов определяет направление сдвигаФазового угла Ч на каждой дискрете.3 О Частота импульсов с выхода генератора 9 импульсов примерно на двапорядка ниже частоты импульсов свыхода генератора 10 импульсов, чтообеспечивает отработку число-импульс,25 ной динамической коррекции по углуЕ(С(асинхронное перемещение) завесьма малый промежуток синхронногоперемещения (за один-четыре периодаимпульсов синхронного перемещения. с выхода генератора 9 импулвсов).Импульсы с выходов генераторов9 и 10 импульсов поступают на сумматор 8, на выходе которого образуется последовательность импульсовдискретного перемещения вектора тока статора на фазовый уголЯ (1)согэласно уравнению (3),На вход сумматора 18 поступаютсигналы "1" или "0" направленияасинхронного (с выхода блока 17) и40 синхронного (с выхода блока 16) перемещения вектора тока статора относительно потокосцепления ротора,причем логика сумматора 18 строитсятаким образом, что каждому импульсу45 с выхода сумматора 8 соответствуетзнак "1" или "0" на выходе сумматора 18, который определяется блоком 17, если этот импульс на выходесумматора 8 является импульсом асинхронного перемещения. В промежуткахмежду импульсами асинхронного перемещения или при их отсутствии (в статике ) сигнал на выходе сумматора 18с Е 9эщп определяется сигналом "1"55или 0 с выхода блока 16, т,е. со.ответствует направлению синхронногоперемещения. С помощью выходного сигнала сумматора 18 создается быстродействующая коррекция перемещениявектора тока статора в обратном направлении относительно синхронногоперемещения при необходимости сброса момента двигателя.Быстродействующий преобразователь65 частоты (преобразователь 11 тока )10 1064411 каэ 10355/56Подписное ВНИИПИТираж 6 содержит пересчетную схему и цифроаналоговый преобразователь, формирую щий ступенчато-синусоидальный трехфазный сигнал задания фазных токов статора по синусоидальному закону, причем амплитуда каждой дискреты входного сигнала цифро-аналогового преобразователя определяется сигналом О; с выхода формирователя 4, а направление счета импульсов (чередование фаэных токов или направление вращения вектора тока ) определяется сигналом "1" или "0" с выхода сумматора 18. Силовая схема быстродействующего преобразователя 11 тока отрабатывает трехфазный сигнал задания мгновенных фаэных токов и обеспечивает регулирование момента и скорости злектропривода с быстродей.ствием и точностью, определяемыми только динамическими и энергетическими показателями быстродействующего импульсного преобразователя тока.При выданном набросе, сбросе или колебаниях нагрузки стабилизация скорости обеспечивается приращением сигналов О , 0 и скачком или колебанием фазового угла вектора тока статора Е быстрым пробегом пересчет ной схемой преобразователя 11 час-, тоты числа импульсов с выхода генератора 10 импульсов в направлении необходимого изменения фазового угла вектора тока. 0 . Это обеспечивает высокую точность управлейия моментом и стабилизацию скорости назаданном уровне, глубокий диапазонрегулирования скорости электропривода до 20000 и выше. При пуске иторможении скачок сигнала О привоЩдит к скачку угла Е и безынерционному скачку момента двигателя, чтообеспечивает высокое быстродействиеэлектропривода.При периодическом характере изменения входного сигналаОпроисходит4.периодическое изменение сигналов 15 О, О, что приводит к периодическому знакопеременному изменению угла 6 ц и момента двигателя М, чтообеспечивает высокую полосу пропускания скоростного электропривода щ выше 100 Гц ). Таким образом, введение в предлагаемое устройство блока определения . направления вращения вектора тока статора, блока определения направления сдвига фазы вектора тока стато-ра и дополнительного сумматора обеспечивают более быстродействующую коррекцию перемещения вектора тока статора и более точное регулирование скорости и момента. Филиал ППП "Патент",г.ужгород,ул.Проектная,