Устройство для управления асинхронным двигателем

) (11) д)4 Н НИЕ ИЗОБРЕТ АТЕНТ зо-,дискриминатора полярности, преобра вателя напряжение - частота, трехфазного кольцевого счетчика, перво-, го и второго умножителей, блока измерения напряжения, выполненного в виде последовательно соединенных усилителя КС-фильтра и выпрямителя, соединенного с выходом инвертора, генератора пилообразного напряжения и широтно-импульсного модулятора, составленного из трех компараторов, первые входы котоРых соединены с генератором пилообразного напряжеГ ния, а выход через блоки синхронизации - с управляющими входами инвертора, при этом выходы первого и второго формирователей абсолютного значения отклонения скорости соединены с входами первого умножителя, выход которого соединен с вторым блоком сравнения, второй вход которого сое динен с выходом блока измерения напряжения, выход второго блока сравнения связан с входом второго умно- жителя, выходы которого подсоединены к вторым входам трех компараторов а вход второго умножителя через кольцевой счетчик соединен с преобразователем напряжение - частота, вход которого через второй блок формирования абсолютного значения от(088.8) 41, 197 блока суммирования, к которому черездискриминатор полярности подсоединенвход кольцевого счетчика, вход первого блока формирования абсолютногозначения отклонения скорости соединен с выходом нелинейного блока. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(46) 15.1 1,85, Бюл. У 42 (71) фудзицу фанук Лимитед Р) (72) Сигеки Кавада, Хироси Исида и Итака Коиваи ( )Р)(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННО ДВИГАТЕЛЕМ, содержащее инвертор напряжения, предназначенный для подключения к асинхронному двигателю, измеритель реальной скорости вращения двигателя, выход которого подключен к первому входу первого блока сравнения, второй вхо которого подключен к блоку задания скорости, а выход блока сравнения через нелинейный блок подсоединен к блоку суммирования, второй вход которого соединен с измерителем фактической скорости вращения двигателя, блок регулирования напряжения и частоты, связанный с инвертором, и второй блок сравнения, о т - л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения равномерности частоты вращения, блок регулирования напряжения и частоты составлен из двух блоков формирования абсолютного значения отклонения скорости нения скорости соединен с выходомИзобретение относится к электротехнике, а точнее к частотно-регулируемому асинхронному электроприводу,и может найти применение в механизмах с большим диапазоном регулирования скорости.Известно устройство для управленияасинхронным двигателем, содержащееусилитель мощности, выходы которогопредназначены для подключения к дви гателю, датчик частоты вращения,выход которого через преобразовательчастота - напряжение соединен с блоком суммирования, второй вход которого подключен к задатчику абсолютного 15скольжения, выход через задающий генератор частоты соединен с управляющим входом усилителя мощностиИзвестное устройство обеспечиваетширокий диапазон регулирования часто ты вращения, но не обеспечивает высокой равномерности вращения в области низких частот вращения.Наиболее близким к изобретениюявляется устройство для управления 25асинхронным двигателем, содержащееинвертор напряжения, предназначенный для подключения к асинхронномудвигателю, измеритель фактическойскорости вращения двигателя, выходкоторого подключен к первому входублока сравнения, второй вход которого подключен к блоку задания скорости, а выход блока сравнения черезнелинейный блок подсоединен к блокусуммирования, второй вход которогосоединен с измерителем фактическойскорости вращения двигателя, блокрегулирования напряжения и частоты,содержащий датчик тока, задатчик иблок сравнения 2 .Однако и данное устройство необеспечивает высокой равномерностивращения, так как форма волны напряжения переменного тока на выходеинвертора не является точно синусоидальной.Цель изобретения - повышение равномерности частоты вращения во всемдиапаздне изменения момента нагрузки,Поставленная цель достигаетсятем, что в устройстве для управленияасинхронным двигателем, содержащеминвертор напряжения, к выходу которо го подключен асинхронный двигатель,измеритель реальной скорости вращениядвигателя, выход которого подключен к первому входу первого блока сравнения, второй вход которого подключен к блоку задания скорости, а выход блока сравнения через нелинейный блок подсоединен к блоку суммирования, второй вход которого соеди- нен с измерителем фактической скорости вращения двигателя, блок регулирования напряжения и частоты, связанный с инвертором, и второй блок сравнения, блок регулирования напряжения и частоты составлен из двухблоков формирования абсолютного значения отклонения скорости дискриминатора полярности, преобразователя напряжения - частота, трехфазного кольцевого счетчика, первого ивторого усилителей, блока измерениянапряжения, выполненного в виде последовательно соединенных усилителя,ЙС-фильтра и выпрямителя, соединенного с выходом инвертора, генератора пилообразного напряжения и широтно- импульсного модулятора, составленного из трех компараторов, первые входы которых соединены с генератором пилообразного напряжения, а выходы через блоки синхронизации - с управляющими входами инвертора, при этомвыходы первого и второго формирователей абсолютное значение отклонений скорости соединены с входами первого умножителя, выход которого соединен с вторым блоком сравнения, второй вход которого соединен с выходом блока измерения напряжения, выход второго блока сравнения связан с входом второго умножителя, выходы которого , подсоединены к вторым входам трех компараторов, а вход второго умножителя через кольцевой счетчик соединен с преобразователем напряжение - частота, вход которого через второй блок формирования абсолютного значения отклонения скорости соединен с выходом блока суммирования, к которому через дискриминатор полярности подсоединен вход кольцевого счетчика, вход первого блока формирования абсолютного значения отклонения скорости соединен с выходом нелинейного блока.На фиг. 1 приведено устройстводля управления асинхронным двигателем; на фиг. 2 - временные диаграммыего работы. Устройство для управления асинхронным двигателем содержит трехфазцьп источник 1 переменного тока, которьп подключен к двухполупериодному .выпрямителю 2, выход которого соединен с инвертором 3 напряжения. К выходу инвертора .3 подключен асинхронный двигатель 4, на валу которогоустановлен измеритель 5 реальной скорости вращения двигателя. Блок 6 задания скорости соединен с первымблоком 7 сравнения, второй вход ко Оторого подключен к Измерителю 5 реальной скорости вращения. Выход первого блока 7 сравнения соединен через нелинейный блок 8 с блоком 9 суммирования. Блок 10 является блоком 15формирования сигнала абсолютного значения отклонения скорости, блок 11блоком формирования сигнала абсолютного значения отклонения скоростиот результата суммирования блока 9, 20а блок 12 является дискриминаторомполярности сигнала блока 9 суммирования. Выход блока 9 суммированиячерез блок 11 подсоединен к преобразователю 13 напряжение - частота, 25выход которого соединен с трехфазным кольцевым счетчиком 14, второйвход которого соединен с выходомблока 12.Блок регулирования напряжения и30частоты инвертора 3, кроме указанного преобразователя 13 напряжение -частота, кольцевого счетчика 14, содержит первый умножитель 15, блокизмерения напряжения, состоящий извыпрямителя 16, КС-фльтра 17 иусилителя 18. Кроме того, в блок регулирования входит усилитель 19,второй блок сравнения 20, второйумножитель 21, генератор пилообразного напряжения 22, широтно-импульс 40ный модулятор, состоящий из трехкомпараторов 23 и блоков синхронизации 24-29, выходы которых соединеныс управляющими входами инвертора 3.45При этом выход трехфазного кольцевого счетчика 14 соединен с первымивходами второго умцожителя 21, второйвход которого соединен через усилитель 19 с выходом сумматора 20, пер/50выи вход которого соединен с блокомизмерения напряжения, а второй - свыходом первого умножителя 15, входы которого через блоки 10 и 11 соединены соответственно с нелинейнымблоком 8 и с выходом блока 9 сумми 55ровдния,Трехфазныц источник 1 переменного тока подает синусоидальный, трехфдэцый переменньп ток цд двухполуперцодный выпрямитель 2, состоящийнз диодов, который вырабатывает напряжение постоянного тока, Ицнертор 3,состоящий из силовых транзисторов идиодов, получает выпрямленное напряжение от выпрямителя 2 ц преобразуетэто напряжение в трехфдзцое напряжение переменного тока, которое имеетступенчатую, близкую к сицусоидальной, форму напряжения, эффективноезначение которого можно зменятьуправлецием двухпозициоццой синхронизацией словьх трацзисторов, Трехфазный асинхронный двигатель 4 имеетвал, ца которол установлен измеритель 5 скорости реальной, напримертахометр, причем последций вырабатывает аналоговое напряжение, пропорциональное скорости вращения И двигателя, Блок 6 задания скорости подает нд первый блок 7 сравнения далоговое напряжение, пропорциональноескорости и, блок 7 сравнения врабдтывает выходное напряжение, пропорциональное отклонеию (и .-и) межСду здддццой скоростью и редльцоцскоростью,Нелинейцьп блок 8 включдет усилитель ошибки, меюц характеристикупервоцдчдльной задержки илц цепиограцичения,Блок 9 суммирования предцдзцдчец для суммирования редльцоц скорости и сигнала с выхода блока 8.Блок 10 Формирования абсолютного значения производит выходной сигнал, представляющий дбсолютцое зцдчецие отклонения скорости (п.-п), д блок 11 абсолютного значения производит выходной сигнал, представляющий абсолютное значение сигнала скорости, полученного в блоке 9 суммирования. Преобразователь 13 напряжение - частота выддс;, почку импульсов, час - тота которьх пропорциональна цдпряжецию, подаваемому блоком 11 формирования абсолютцого значения. Кольцевой счетчик 14 имеет три состояния триггера, которые вырабатывают трехфазные прямоугольные сигналы АБ, ВБ е и СБ, последовательно сдвиутье по фазе на 27/3 (фиг. 2). Направление фазы вращеция трехфазных прямоугольных сигналов ЛБ,ВЯ, СБ определяется выходом дискриминатора 12 полярцости.. 1926 3Первый умножитель 15 умножаетзначение отклонения скорости (и "и)сна выход (и ) блока 11 и выдает высходное напряжение и (и -и), соответствующее отклоне нию скорости 5/и сигналу скорости пс. Двухполупериодный выпрямитель 16 выпрямляеттрехфазное напряжение переменноготока, получаемое от инвертора 3.Фильтр нижних частот, содержащий резисторы и конденсатор, осуществляетсглаживание пульсаций выпрямленногонапряжения постоянного тока, подаваемого выпрямителем 16. Второй умножитель 21 умножает прямоугольные сигналы АЯ, ВБ, СБ на выходе усилителя 19и выдает трехфазйые прямоугольные, ссигналы АБ , ВБ , СБ, амплитудыкоторых соответствуют отклонениюскорости и сигналу скорости. 20Генератор 22 пилообразного напряжения вырабатывает пилообразный сигнал БТБ с периодом, значительно мень( /шим, чем у сигналов АБ , ВБ , СБТри компаратора 23 сравнивают амплитуды пилообразного сигнала и сигналов АЯ , ВБ , СЯ и каждый вырабаты(вает выходной сигнал. Другими словами, генератор 22 пилообразного напряжения, умножитель 21 и три компара- З 0тора 23 составляют цепь модулятораширинь импульсов, предназначенногодля управления фазой сигналов АРМ,ВРМ, СРИ (фиг. 2), которые соответственно состоят из сигналов ЛБВБ , СБ после их модулирования поширине импульса в соответствии с ихамплитудами, Выходы блоков 23 черезблоки 24-29 синхронизации подаютсвои выходные сигналы на соответствующие базы силовых транзисторовинвертора 3.Устройство работает следующимобразом,Если асинхронный электродвигатель 4 вращается при указанных условиях, то изменение нагрузки вызывает изменение реальной скорости и двигателя. Предположим, что нагрузка увеличилась, вызвав падение скорости и. Реальная скорость и определяется тахометром 5, вырабатывающим выходное напряжение, пропорционально ей. Блок 7 сравнения определяет разность между заданной скоростью и выдаваемой блоком 6 задания скорости, и сигналом реальной скорости двигателя и, подаваемом тахометром и 41 ьвырабатывает выходной сигнал, представляющий разность и -и. Этот сигнал подается на нелинейный блок 8,так как блок 8 содержит ограничитель,то его выход представляет отклонениескорости и -и если отклонение скорости мало. Однако, если отклонениескорости велико, то выход блока 8выдает К(п -п), где КЕ 1, Этот сигналскладывается со значением реальнойскорости в блоке 9 суммирования,чей выход, а именно сигнал скорости.и эквивалентен заданной скорости и,если выход блока 8 равен и -и, или .значению и+К(пс-п),если выход блока8 равен К (и;и). Значение и+К (пс-и)получается путем сложения пред-пйсанного количества К(пс-и)и реальной скорости и и служит дляпостепенного увеличения или уменьшения реальной скорости двигателя 4, .когда отклонение скорости велико,до тех пор, пока реальная скоростьне достигнет значения заданной скорости и . Здесь предполагается,что выход сумматора 9 является иЗаданная скорость пс подается наблок 11 формирования абсолютногозначения и дискриминатор 12 полярности, который обрабатывает сигнал,разделяя его на сигнал абсолютного,значения и сигнал направления вращения И)Б. Сигнал абсолютного значения пс подается на преобразователь 13 напряжение - частота, преобразующий его в последовательностьимпульсов ЕР, частота которых пропорциональна ему (фиг, 2), Кольцевойсчетчик 14 получает сигнал направления вращения ВЭБ, выдаваемый дискриминатором 12 полярности, и последовательности импульсов бт преобразователя 13 и вырабатывает трехфазные прямоугольные сигналы АБ, ВБ,СБ, которые помимо их фиксированногоамплитудного значения пропорциональны по частоте заданному сигналу пси представляют предписанные направления вращения фазы. Сигналы АБ, ВБ,СЯ в свою очередь подаются на второй.умножитель 21,В это время сигнал отклоненияскорости, выданный блоком 8, преобразуется в сигнал абсолютного значения отклонения скорости блоком 10.Этот сигнал, а именно и -п, вместес сигналом абсолютного значения и,из блока 11 используется дляосущест.вления управления. К этому време7 1192641 8ни сигналы и -и и и уже перемножес сФазой пропорциональны отклонению сконы в первом умножителе 5, выраба- рости и -и и заданной скорости итывающем управляющий сигнал, величиС 1потому что амплитуда каждого из сиг-на которого является произведениемл сналов АБ , ВЯ , СЯ пропорциональна(пс-и) пс, выдаваемым первым умнодого из сигналов АРМ, ВРМ, СРМ упвращаться ниже заданной скорости и равления Фазой пропорциональна запредписанного отклонения скорости, данной скорости пс, так как частотаи увеличение нагрузки увеличит отсигналов А , В и СБ пропорциончльклонение скорости, а тем самым, иамплитуду сигнала ССБ. Селекторы НЕТ- НЕТ в блокахПараллельно с работой предыдущей 24-29эсинхронизации используют сигнацепи трехфазное напряжение перемен- лы АРМ ВРМ СРМ п авного ток Ч Ч Члы , М, СРМ управления фазойного токаного ток дц чч ви Ч от епиц для выработки синхроннзирующих сигинвертора 3 выпрямляется двухполу налов АРМ, АРМ, ВРМ, ВРМ, СРМ, СРМпериодным выпрямителем 16. КС-Фильтр.17. для управления работой транзисторов7 сглаживает пульсации напряжения в инверторе 3. Эти синхронизирующиепостоянного тока и вырабатывает налы синхронизируют следователбщей шибке происходящей ж-колебаний на пряжения в источнике 1еи из за 20 происходит формирование ступенчатогои ошибки в системе пуправления Фазой, Ч Ч иг. 2напряжения переменного тока Ч,(фи . ). Эти трехфазныесравнения обрабатывает управляющийнапряжения Ч Ч .Ч подаютсясигнал ССЯ иляющий как первоначальное напряжение наи напряжение постоянного 25 двигатель 4 и слтока вь аб ть и служат для управле, а, выра атываемое Фильтром. 17, ния его ск р т . Кр . того, э -о скоростью. Кроме того, э -и вычисляет их разность. Другими фективное значен ие этих трехфазныхсловами, сигнал ССЯ корректируется напряжений пропорционально отклонев соответствии с ошибкой, вызываемой нию скорости (и -п) и заданной скоколебаниями напряжения, и с ошибкой рости пс, а первоначальная частотав системе управления фазой. Ско екрр - пропорциональна заданной скороститированный сигнал ССЯ подается наЭт.е. с.орость двигателя 4 ег лиумножитель 21 через усилитель 19 ко- етсяр улируУторьй, поскольку он получает АБ,ВЯ СЯ нум ожает эти сигналы на сиг- Описанная опе а инал ССЯ35ая операция повторяетсянал , вырабатывая трехфазные пря- до тех покаока отклонение между реальмоугольные сигналы АЯ, ВЯ, СЯ соот- ной скорос1ой скоростью и заданной скоростьюветствующие по амплитуде сигналу от- не достигнет прт предписанной величины.клонения скорости (и -и) и заданной Болесе того эффективные значенияскорости (п ), а по частоте - про- трехфазных напряжен40ж нии переменногопорциональны сигналу п. тока Ч ЧОцуФЧа зависят отКомпараторы 23 соответственноотклонения скорости и -п. К роме того,сравнивают пиковые значениотклонение скорости п иблр изительноАЯ , ВЯ СБ ся сигналов п ор порционально степени колебанияс амплитудой пилообраз- нагрузки. Таким обного сигнала БТБ вь ввыдаваемого генера- ная скорость падает т.е.тором 22 пилообразного си . Ко сигнала. Каж- скоя скорость падает, т.е. отклонениед 1 и компаратор приспособлен для вырао си . К - рости п -и возрастает за счет веУботки логического вых 3,личения нагрузки эфефф ктивное знаплитуда си АЯ, Вода ,если ам- чение пе вонсигналов , ВЯ , СБ боль- Ч , Ч Чр начального напряженияше, чем амплитуда бда пилоо разного сиг- за счетЧ становится больше,нала Т аким о разом, три компа ато аб, рчет чего увеличивается вырабатыаратора ваемый вращающий момент. С д гой23 вырабатывают сигналы управления стороны если ефазой АРМ ВРМ СРМУ Этрех фаз, сигнания стороны, если реальная скорость уве-"личиваетея или отклонение скооостилы модулируются в соответствии с уменьшается за счет снижения наг замплитудой каждого прямоугольного сиг 55 ки э ектиагрузнала АРМ ВРИ СРМг ки, эффективное значение этого первоЭ ЭОтметим, что зна- начального напряжения становитсячения эффективного напряжения кажд -го сигнала АРИ, ВРМ СРМ и ав,о- меньше, за счет чегочет чего уменьшаетсяуправления вращающий момент.Лналогично устроцство работает при изменении моментов нагрузки и запуска двигателя.1Таким образом, в соответствии с изобретением индуктивный электродвигатель, управляемый изменением напряжения и изменением частоты, может плавно вращаться даже на низкой частоте и при малой нагрузке. Это возможно потому, что вырабатываемый вращающий момент и пульсация вращающего момента во время уменьшения нагрузки минимизируется за счет того, что эффективное значение напряжения становится меньше. С другой стороны, большое отклонение скорости, вызываемое увеличением нагрузки, сопровождается увеличением эффективного значения, что немедленно ведет к 1 О выработке большого вращающего момента.1192641 Составитель В. Тарасктор М. Келемеш Техред Л.Микеш Корректор С. Оекмар пис Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 бТ е С 8 ж аказ 7184/62 ВНИИ п 113035, Тираж 645 Государственн елам изобрете сква, Ж, Р го комитета СССРий и открытийушская .наб.; д.4/5