Система для автоматического регулирования скорости вращения частотноуправляемого асинхронного двигателя

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОПИ А-ЙИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ(51)М, Кл. Н 02 Р 7/42 с присоединением заявки Ж Гееударетеенный кеиитет СССР ю делам изобретений н етерытий(53)УДК 62-83:621. ,313,333.072.9(088,8) Дата опубликования описания 08,02,80 В, ф. Петренко и В, В, Талов(54) СИСТЕМА ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ ВРАШЕНИЯ ЧАС 3 ОТНО-УПРАВЛЯЕМОГО АСЙНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯц, 1Изобретение относится к электротех-:нике и может быть использовано в системах, Служащих для автоматическогорегулиромния скорости асинхронных исинхроннь 1 х двигателей, питаемых от5статических преобрвзомтелей частоты,содержащих управляемый выпрямительи автономный инвертор тока,Известны замкнутые системы автоматического частотного регулированияскорости асинхронного и синхронногодвигателей, содержащие контур регулирования внутренней ЭДС двигателя.В таких системах выход источника эта лонного задающего йвпряжения Соединенс одним из входов первого элемента г/ усравнения, к другому входу которого,подключен выход датчика внутреннейЭДС двигателя. Выход первого элементасравнения соединен со входом регулято- ттра ЭДС, Указанные элементы образуютвнешний контур регулирования, Выходрегулятора ЭДС подключен к одному извходов второго элемента сравнении,2к другому вхотту которого подключен:выход датчика тока двигателя, Выходвторого элемента сравнения" соединенс входом регулятора тока, образующегоподчиненный контур регулиромния, Выход регулятора тока соединяется совходом системт управления силовоговыпряМителя Ц ,Известно, что выходное напряжениеавтономного инверторв тока с.ограннченной величиной емкости коммутирующих.конденсаторов, работающего на асинхронный или" синхронный двигатель, можетбыть -представлено в вйде двух составляющих, синусоидального напряжения основной гармоники, коммутационной составляющей, 1 тредставляющей собой кратковременные выбросът напряжения, ам,плитуда которых может в несколько раз превышать амплитуду напряжения первой т.армоникиКоммутационные выбросы присутствуют и в напряжении нв выходе датчика внутренней ЭДС двигателя. В случае под3 7 ключения выхода датчика ЭДС к первому элементу сравнения на выходе регулятора ЭДС появляются значительные пуль- сации, приводящие к пульсацйям напряжения на выходе инвертора, что особенно сильно проявляется в области низких частот, в результате чего нормальная работа системы становится практически невозможной при выходных частотах ниже 5-10 Гц.Для обеспечения функционирования системы автоматического регулирования в широком диапазоне выходных частот инвертора между выходом датчика ЭДС двигателя и входом первого элемента сравнения включают фильтры,построенные на Й ,- , С -.элементах. Однако такие системы не позволяют получить необходимую точность регулирования ЭДС двйгателя во всем частотном диа.пазоне и во всех, статически и динами ческих режимах.Из известных систем автоматического частотного регулирования (САР) скорости асинхронных и синхронных двигателей наиболее близкой по технической сущности является система регулирования, описанная в (21, В этой системе машина переменного токасоединена с промышленной сетью через регулируемый выйрямительа и автономный инвертор тока, ко входам которых подключены выходы блокауправленйя выпрямителем и блока уйравления инваертором соответственно. Система регулирования содержит основной контур регулирования внутренней ЭДС машины и подключенный "контур регулироваанйя тока статна "ма- шины переменного тока, Цепь обратной связи по внутренней ЭДС машины включает в себя последовательно соединенные выпрямитель и низкочастотный фильтрТак как в глубоко регулифуемаых элек троприводах переменного тока диапазон изменения частоты выходного найряжения автономного инвертора составляет . не менее 1: 30 (например, от 2 до 60 Гц), то низкочастотные фильтры, коэффициент затухания (3 и коэффициент фазы : которых являются функциями частоты, вызывают амплитудные и фазо вые искажения передаваемого сигнала в пепи обратной связи по ЭДС двигателя." Вследствие этого в известной автоматической системе снижается точность регулирования ЭДС двигателя как в установившихся, так и в переходных режимах. Попытка получить коэффициент 14610 4 1 затухания,д, равным нулю, во жемчастотном диапазоне приводит к усложнению схемы САР в части внешнегоконтура регулирования. При этом увеличиваются также масса и габаритыСАР, Кроме того,. такие фильтры вносят инерционность в цепь обратной связи,вызывающую снижение быстродействияи устойчивости системы.10 Целью;изобретения является повьппение точности регулирования,Это достигается тем, что в известной системе автоматического регулирования скорости частотно-управляемого15 асинхронного двиГателя, поДКлючеииоГок статйческому преобразователю частотына базе управляемого выпрямителя иавтономного инвертора, содержащейблок управления автономным инвертором,20 подключенным ко входу источника задания частоты и напряжения, блок управления выпрямителем, вход которогоподсоединен к последовательно соединенным регулятору тока статора, регулятору25 внутренней ЭДС асинхронного двигателя,который через элемент сравнения сое-.динен с источником задания частоты инапряжения, а также с преобразователемпеременное напряжение - постоянное нап-З 0 ряжение, состоящим из низкочастотного фильтра и выпрямителявходы которо-го соединены с датчиком внутренней ЭДСасинхронного двигателя, в преобразователь переменное напряжение - постоянное напряжение между выпрямителем инизкочастотщ",4 фильтром введено ключевоеустройство, управляющий вход которогосоединен с выходом блока управленияавтономным инвертором через дополни 40тельно введенную цепь, составленнуюиз последовательно соединенных формирователя управляющего сигнала, времязадающей цепочкп и линии задержки.На фиг. 1 изображена структурная45схема системы автоматического регулирования скоростй вращения частотно-..управляемого асинхронного двигателя;на фиг. 2 - возможный вариант последовательной цепи: линия задержки,5 времязадающая цепочка, формирователь0управляющего сигнала; на фиг, 3 -а - е - кривые напряжений в отдельных точках схемы, представленной на(РШ а 1 а55В частотно-управляемом элек троприводепеременного тока (фиг. 1) питаниеасинхронного двигателя 1 осуществляетсяот проМышленной сети 2 трехфазно5 714610 6го переменного напряжения через ста-подачи имйульсов управления на основныетический преобразователь частоты (СПЧ), тиристоры автономного инвертора с вь- образованный управляемым выпрямителем хода системы управления инвертором3, дросселем 4 фильтра и автономнымна некоторый угол, определяемый вреинвертором 5 тока. Управление выпря- .менем перезаряда коммутирующей еммителя 3 осуществляется с помощью кости постоянным током нагрузки доблока 6, а управление автономным ин. напряжения, при котором начинаетсявертором 5 осуществляется с помощью коммутация тока:в фазах нагрузки, Этоблока 7, Система автоматического рь- отставание может составлять величинуГУЛИрОВаиня СКОрОСтИ аСИНХрОННОГО деИ О В НЕСКОЛЬКО СОт МИКРО СЕКУНО.гателя 1 содержит регулятор 8 внут- В датчике 12 внутренней ЭДС асинренней ЭДС, асинхронного двигателя 1, хронного двигателя 1 троисходит геометвходящий в основной контур регулИрова- рическое вычитание из фазного напряжения, и регулятор 9 тока статора асин-. ния двигателя 1 напряжения:, пропорхронного двигателя 1, входящий в под- . 1. ционального падений напряжения на акчиненный контур регулирования. В ка- . тивном сопротивлении фазовой обмоткичестве датчика тока статора служит : статора ивь 1 деляемого на резисторах ,трансформатор 10 постоянного тока, 19, 20, 21, Результирующее напряжевключенный в промежуточном звене СПЧ,. ние пройорциональное-Внутренней ЭДСИсточник 11 эталонного напряжения вь- .20 асинхронного двигателя, поступает надает задающие сигналы напряжения Еувход выйрямителя 23, на выходе котораго и частотыв каналы регулирования: образуется сигнал, который в первомвнутренней ЭДС асинхронного двигателяприближении может быть представлен и частоты на выходе автономного ии- в виде напряжеиия Ц (фиг. За). При вертора. 5,работе блока 7 управления автономнымДатчик 12 внутренней ЭДС.асинх-: инвертором на выходе 31 формирователя ронного двигателя состоит. из транс-" 32 генерируются синхронизирующие. форматоров 13, 14, 15 напряжения и " . импульсй (напряжение 04 на фиг. 3 г), трансформаторов 16, 17, 18 тока, нагру Эти импульсы поступают на вход лйнии женных на резисторы 19, 20, 21, Вьццщ 34 задержки, с выхода которой снимают 30датчика 12 соединен со входом преобра- -. ся импульсы У (фиг, 3 д), отстающие зователя 22 трехфазного напряжения : . от сигнала(4 на времяГ, равное" регулируемой амплитуды в пропорпио- временному сдвигу между передними нально изменяющееся постоянное нап- фронтами импульсов 04 и коммутационряжение, Преобразователь 22 содержит . З ных выбросов (фиг. З,а). Напряжение мостовой выпрямитель 23 на неуцравляемь 1 х05 запускает времязацаюшую цепочку диодах и подключенных к его выходу . 35, на выходе которой формирууются последовательно соединенных ключевой; . импульсы 06 (фиг. 3, е) длительностью блок 24, низкочастотный фильтр на кон- ;, длительности коммутационных40денсаторе 25 и резисторе 26. Параллель- выбросов.но конденсатору 25 подключен потен-Сигнал Об усиливается формирователем цнометр 27, выход которого соединен,. 36 и подается на вход 30 ключевого линией 28 связи с элементом 29 сра 6 бла 24 в виде команды на закрывание пения контура регулирования внутренней ключевого блока 24 ца время присут- ЭДС двигателя, Управляющий вход 30 ствня в напряжении (, (фиг. За) комму45(фиг, 1, 2) ключевого блока 24 сое- . тационного выброса. В результате такой динен с выходом 31 формирователя 32работы ключевого блока 24 на потенсинхронизирующих, импульсов блока 7 . циометре 27, при отсутствии конденсауправления инвертором через блок 33. тора 25, образуется напряжение О50Блок 33 предсталвяет собой последовател (фиг. Зб). При подключении конденсатора но включенные линию 34 задержки, 25 параллельно потеншометру 27 на .времязадаюшую цепочку 35 и формирова-нем формируется напряжение 0 (фиг. тель 36 управляющего сигнала. З,в), поступающее в виде сигнала об.Работа системы автоматического ре- ратной связи по внутренней ЭЛС асингулирования заключается в следующем хронного двигателя 1 на элемент 29Выходное напряжение автономного ин- "равнения. В результате система осувертора тока содержит коммутационные осуществляет регулирование внутренней выбросы, отстающие по фазе от момента ЭДС асинхронного двигателя практит.с7 714ки по основной гармонической составляющей выходного напряжения автономногоинвертора тока (АИТ).Линия 34 задержки выполнена посхеме заторможенного блбкинг-генераторана транзисторе 37 (фиг, 2), Второй заторможенный блокинг-генератор на транзисторе 38 совмещает в себе функциивремязадающей цепочки 35 и формирователя 36 управляющего сигнала. Первыйблокинг-"генератор на транзисторе 37генерирует импульс длительностью Г,Запуск второго блокинг-генератора натранзисторе 38 осуществляется заднимфронтом импульса первого блокинг-гене-.ратора. При этом второй блокинг-генератор вырабатывает импульс необходимой длительности Гр, йрикладьтваемыйв запирающем йафавлеййи "к переходу"эмйттер-база ключевого блока 24. РегУлируемые резисторы 39 и,40 служатдля настройки необходимых временныхинтервалов. 7 р и" :кТаккак в системе автоматическогорегулирования падейие йапряжения наключевом блоке 24 практическиравнонулю, то коэффициент затухания Дце-пи обратной связипо ЭДС равен нулю.Вследствие того" ,что коммутационнйеучастки в кривой выходного напряженияСПЧ малы по сравнению- с мейкоммута-циойными интервалами, величина емкости конденсатора 25 незначительна,в результате чего коэффициент фазы цепиобратной связи по ЭДС также стремится к нулю. Равенство нулю коэффйциентбвр и оСобеспечивает отсутствие амплитудных ифазовых искажений передаваемого сигнала в цепи обратной связи поЭДС и делаетего независимым от частоты. В силу вышеуказанного точностьрегулирования внутренней ЭДС асинхронного двигателя какв установившихся,так и и переходных режимах-всистемерегулирования сожет быть. существенноповышена (особенно в области низкихчастот), а инерционность цепи обратнойсвязи по ЭДС может быть сййжена 610 практически до нуля, что позволяет повысить быстродействие электропривода,формула изобретенияСистема для автоматического регу 5лирования скорости вращения частотноуправляемого асинхронного двигателя,подключенного к статическому преобразователю частотЫ, выполненному набазе управляемого выпрямителя и автономного инвертора, содержащая блокуправления автономным инвертором,подключенный по: входу к источнику задания частоты и напряжения, блок.управления выпрямителем, вход которого15соединен с регулятором тока статора,подключенным к регулятору внутреннейЭДС асинхронного двигателя, которыйчерез элемент сравнения соединен систочником задания частоты и напряже-,-ния, с преобразователем переменноенапряжение-постоянное напряжение, состояцим из низкочастотного фильтра ивыпрямителя, входы которого соединеныс датчиком внутренней ЭДС асинхрон 25ного двигателя, о т л и ч а ю ш ая с ятем, что, с целью повышенияточности регулирования, в преобразовательпеременное йапряжение-постоянное нап 30ряжение между вйпрямителем и низкочастотным фильтром введен ключевойблок, управляющий вхбд которого соединенс выходом блока управления автономныминвертором, через дополнительно введенную цепь,составленную из последователь 35но соединенных времязадаюшей цепочки; формирователя управляющего сигнала и Линии задержки,Источники информации,принятые во вниманйе пои экспертизе1. Сандлер А, С., Сарбатов Р. С.Автоматическое частотное управлениеасинхроннымй двигателями, М ЛфЭпергия", 1974, рис, 2-10.2. Экспресс-информация "Автомати 45зированный электропривод, электротехнология и электроснабжение промышленными предприятиями", 1976 г, Ко 32,реф, 164,,4 ФВЮу,:юс м Ю. ираж 783 рственного изобретенва, Жилиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная а 0 931 0/58 ЦНИИПИ Гос по делам 113035,Мос