Устройство для регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя

ОЮЗ СОВЕТСКИХ ЦИАЛИСТИЧЕСКИ СПУБЛИК А 1 51)5 Н 02 Р 7/42 ИОАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ Я РЕГУЛИРОВАНИЯСИНХРОННОГО ЭЛЕКТсследовательорский ирелестроеектроляется лироваогобраостоян цов 88.8)тизироъанныйо тока. - Ч.:вращечивания, коорди- алоговыво СССР 42, 198 льный ик 18 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(21) 4350945/24-07 (22) 28.12.87 (46) 07.01.90. Бюл. Р 1 , (71) Всесоюзный научно-и ский, проектно-конструк технологический институт ния (72) В.Ф. Щепелин, А.А. и С.С, Николаев (53) 62.83:621.313.333(0 (56) Эщтейн И.И. Автома электропривод переменног Энергоиздат, 1982.Авторское свидетельст Р 1277343, кл. Н 02 Р 7/Г 8015347(57) Изобретение относится к технике. Целью изобретения я упрощение. Устройство для ре ния частоты вращения асинхро электродвигателя содержит пр эователь 1 частоты со звеном ного тока, задатчик 3 частот ния, задатчик 4 тока намагни блок прямого преобразования нгт 5, выголненный с цифроан ми преобразователями, интегр регулятор 16 скольжения, дат1534736разных напряжений, блок 23 обратного цреобразования координат, выполненный в виде преобразователя обобщенного вектора напряжений фаз статора в его проекцию на ось, перпендикулярную обобщенному вектору тока намагничивания. Выходной сигнал блока 23используется в качестве сигнала обратной связи по частоте вращения навходе регулятора 16 скольжения. 2 ил, Изобретение относится к электротехнике, а именно к частотно-регулиуемым электроприводам с асинхроннымивигателями, и может .быть использоано в механизмах, определяющим тре,ованием к которым является простотаонструкции исполнительного узла приохранении широкого диапазона регулиования частоты вращения, например,ля ряда вспомогательных механизмов 20металлорежущих станков.Целью изобретения является упрощение.На фиг. 1 представлена функциоНальная схема устройства для регулисования частоты вращения асинхронногоэлектродвигателя; на фиг. 2 - векторные диаграммы, поясняющие работу устройства.Устройство для регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя содержит силовой преобразо,ватель 1 частоты, выходы которогопредназначены для подключения к фазамасинхронного электродвигателя 2,а силовые входы - к питающей сети,задатчик 3 частоты вращения, задатчик 4 тока намагничивания, блок 5прямого преобразования координат,выполненный с преобразователем 6 ана-лог - частоты, счетчиком 7 импульсов,двумя формирователями 8 и 9 функцийсинуса и косинуса соответственно, выполненными, например, на программируемых запоминающих микросхемах, цифроаналоговыми преобразователями 1013 и сумматорами 14 и 15, регулятор16 скольжения с элементом 17 сравнения на входе, подключенным одним извходов к выходу задатчика 3 частотывращения.При этом один из управляющих входов блока 5 прямого преобразованиякоординат поДключен к выходу эадатчика 4 тока намагничивания, а выходы -к управляющим входам силового преобразователя 1 частоты,В устройство для регулированиячастоты вращения асинхронного электродвигателя введены датчик 18 фазныхнапряжений асинхронного электродвигателя, преобразователь 19 числа фаз,пропорционально-дифференцирующее звено 20, два сумматора 21 и 22 и блок23 обратного преобразования координатс двумя преобразователями 24 и 25код - аналог, инвертирующим усилителем 26 и сумматором 27.При этом регулятор 16 скольжениявыполнен в виде интегрального звена,выход которого соединен с первымивходами сумматоров 21 и 22 и входамипропорционально-дифференцирующегозвена 20, подключенного выходом кдругому управляющему входу блока 5прямого преобразования координат.Выход сумматора 21 подключен к другому входу элемента 17 сравнения.Выход задатчика частоты вращения подключен к второму входу сумматора 22,соединенного выходом с входом преобразователя 6 аналог - частота.Выходы датчика 18 разных напряжений асинхронного электродвигателяподключены к входам преобразователячисла фаз, соединенного выходами саналоговыми входами преобразователей24 и 25 код-аналог. Кодовые входыпреобразователей 24 и 25 код - аналог подключенй к выходам соответствующих формирователей 8 н 9 функцийсинуса и косинуса, Выход преобразователя 25 код - аналог поцключен к одному из входов сумматора 27, другойвход которого соединен через инвертирующий усилитель 26 с выходом преобразователя 26 код - аналог, Выходсумматора 27 подключен к второму входу сумматора 21,Силовой преобразователь частотывыполнен с силовым выпрямителем 28,конденсатором 29 фильтра, разряднымрезистором 30, подключенным к выходам фильтра через ключ 31, обратнымдиодным мостом 32 и блоком 33 управляемых ключей инвертора, В выходныхцепях инвертора установлены датчики34-36 фазных токов, подключенные выПри работе двигателя на установившейся скорости токи намагничивания инапряжения в Лазах А,В,С изменяютсяследующим образом: 2 Ф 1 А 1 81 пы 1 11 эп(ге ) 2 пБА=-0 сов(ос+), Б =-П сов(Сд 2 й 27- +Ч), 11, =-Бсов(ЯЕ+ - +у),На выходах преобразователя 19 поучают сигналы. -П соз(Я+),з ж (у 1+ф . На выходах преобразователей 24 и 25 получают соответственно произведения: 0 з 1 п(я+) зпег.-П созЬ+ф созйНа выходе суматора 27 получают: -Б соз у (при гэменении направления вращения знак сигнала меняется).Это означает, что сигнал на выходе блока 23 обратного преобразования ко" ординат зависит только от амплитуды гапряжения Лаз двигателя и угла Чпри неизменной частоте токов статоа также является неизменным.При работе двигателя на установивейся заданной скорости сигнал с заатчика 3 частоты вращения равен сигалу обратной связи с выхода блока 23 рбратного преобразования и при хоЛос 1 том ходе двигателя сигнал на выходе регулятора 16 скольжения мал,При набросе нагрузки ток и иапряение в первый момент сохраняются Постоянными,не меняется и сигнал обратной связи с выхода блока 23. В этом случае скорость двигателя начинает снижаться и в токе Лаз двигателя Появляется активная составляющая, создавая вращающий момент. Одновре менно, поскольку заданное значение тока не изменилось, уменьшается реактивная составляющая, т,е. уменьшается ток намагничивания, а значит, уменьшается и ЭДС Лаз двигателя, уменьшая сигнал обратной связи с выхода блока 23, Сигнал обратной связи уменьшается несколько в большей степени, чем снижается ЭЛС, так как од" новременно с перераспределением активной и реактивной составляющих тока статора двигателя происходит поворот в пространстве вектора ЭДС К, что дополнительно снижает ее проекцию на ось, перпендикулярную прежнеМу вектору тока намагничивания,кото 5 1 О 5 20 рый теперь совпадает с полным током статора (Лиг.2).При уменьшении сигнала обратной связи нарушается баланс между ней и задаюцим сигналом с задатчика 3 и на выходе регулятора 16 скольжения появляется напряжение, являющееся заданием на увеличение активной,составляющей тока статора и последняя возрастает, увеличивая момент двигателя, Для уменьшения просадки скорости одновременно с увеличением активной составляющей тока статора увеличивается и его частота вследствие поступления сигнала с выхода регулятора 16 на вход преобразователя 6 аналог - частота через сумматор 22. Имеющее место при этом увеличение сиг нала обратной связи вследствие роста напряжения на двигателе компенсируется введением отрицательного сигналас выхода интегрального регулятора 16скольжения на вход сумматора 21, который также компенсирует и увеличениенапряжения за счет возрастания падениянапряжения на активных сопротивленияхЬаз статора при росте активной составляющей тока нагрузки,Вектор активной составляющей токастатора, модуль которого пропорционален сигналу на выходе регулятора 16скольжения, практически совпадает понаправлению с вектором ЭДС (отличаетося на 4-5 ) и принимается перпендиклярным вектору тока намагничивания,Поэтому сигнал на выхо,це регулятора 16 может быть использовандля частичной компенсации части проекциирезультируюцего вектора напряженияна ось, перпендикулярную току намагничивания, пропорциональной увеличению падения напряжения в активномсопротивлении статара от приращениятока.Постоянная времени интегрированиярегулятора 16 должна выбираться близкой к электромагнитной постоянной времени всего контура регулирования тока статора. Для Форсирования переходных процессов в процессе отработки задаваемого уровня активной составляющей тока статора и стабилизации введено пропорционально-дифференциальное звено 20,Вместо интегрального регулятора 16 нельзя использовать пропорционально- интегральный регулятор, так как пропорциональная часть его выходногосигнала, поступающая на вход сумматора 21, в динамических режимах нарушает соответствие сигнала на его выходе действительному значению сигнала,обратной связи, пропорциональномучастоте вращения, что приводит к возникновению колебаний в системе.Таким образом, в устройстве длярегулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя сигнал обратной связи, пропорциональный частоте вращения, формируется как проекция результирующего вектора напряжения фаз статора двигателя на ось,перпендикулярную результирующему вектору намагничивающего тока статора,При этом составляющая вектора напряжения фаз статора, пропорциональнаяпадению напряжения от тока статорана активных сопротивлениях обмотокфаз статора, проектируется на векторЭДС ротора при низких частотах враощения под большим углом (до 45 и бо"лее в зависимости от тока нагрузки),что уменьшает ее величину (фиг.2),а значит, и уменьшается относительная зависимость изменения всей проекции напряжения от колебаний температуры (при низких частотах вращенияв 1,4 и более раэ).Это определяет точность поддержа.ния заданного значения частоты вращения электродвигателя и широкий диапазон ее регулирования. Связь выходарегулятора скольжения с входом преоб.разователя напряжение - частота поз"воляет увеличить частоту тока фаздвигателя с ростом нагрузки на величину частоты скольжения, сохранить час 40тоту вращения ротора неизменной, расширить дополнительно диапазон ее регулирования. Возрастающее при этомзначение проекции вектора напряжениястатора на ось ЭДС ротора компенсируется отрицательной обратной связью свыхода регулятора скольжения, посту"пающей на вход дополнительно введенного сумматора, обеспечивая тем самымнормальную работу системы автоматического регулирования по поддержанию заданной частоты вращения,Задача регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателярешается в устройстве без установкина его валу отдельного электромеханического датчика, что упрощает конструкцию в сравнении с известным реГшением. формула изобретения Устройство для регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя, содержащее силовой преобразователь частоты с выходами для подключения к Ьазам асинхронного электродвигателя и силовыми входами для подключения к питающей сети, задатчики частоты вращения и тока намагничивания, блок прямого преобразования координат, выполненный с преобразователем аналог - частота, счетчиком импульсов, двумя Ьормирователями Ьункций синуса и косинуса соответственно и.циЬроаналоговыми пре" образователями, регулятор скольжения с элементом сравнения на входе, подключенным одним из входов к выходу задатчика частоты вращения, при этом один из управляющих входов блока прямого преобразования координат подключен к выходу задатчика тока намагничивания, а выходы - к управляющим входам силового преобразователя частоты, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения, введены датчик фазных напряжений асинхронного электродвигателя, преобразователь числа фаз, пропорционально-дифференцирующее звено, два сумматора и блок обратного преобразования координат с двумя преобразователями код - аналог, инвертирующим усилителем и сумматором, при этом регулятор скольжения выполнен в виде интегрального звена, выход которого соединен с первыми входами первого и второго сумматоров и входом пропорционально-диЬ- ференцирующего звена, подключенного выходом к другому управляющему входу блока прямого преобразования координат, выход первого сумматора подключен к другому входу элемента сравнения, выход задатчика частоты вращения подключен к второму входу второго сумматора, соединенного выходом с входом преобразователя аналог - частота блока прямого преобразования, координат, выходы датчика Ьазных напряжений асинхронного электродвигателя подключены к входам преобразователя числа Ьаз, соединенного выходами с аналоговыми входами преобразователей код - аналог блока обратного преобразования координат, кодовые входы упомянутых преобразователей код - аналог подключены к выходам/гХгЯ 411 рию Составитель А, ЖилиТехред М.Дидык едактор А. Ланд орректор Т,Заказ 5 б Тираж 450 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета па изобретениям и отк 113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д тиям при ГКНТ С4/5 изводственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул, Гагарина, 101 соответствующих формирователей Функций синуса и косинуса блока прямогопреобразования координат, выход одного из преобразователей код - аналогПодключен к одному из входов сумматора блока обратного преобразования координат, другой вход которого соединен через инвертирующиц усилительс выходом другого преобразователякод - аналог, а выход названного сумматора подключен к второму входупервого сумматора.Рг Ьгну г /