Способ управления асинхронным электроприводом и устройство для его осуществления (его варианты)

(5 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ синГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ(71) Московский ордена ТрудовогоКрасного Знамени горный институти Всесоюзный научно-исследователь-.ский и проектно-конструкторскийинститут по автоматизированномуэлектроприводу в промышленности,сельском хозяйстве и на транспорте(56) 1, Авторское свидетельство СССРВ 202282., кл. Н 02 Р 5/00, 1965.2, Авторское свидетельство СССРпо заявке В 3473376/24-07,21.07.82.3, Авторское свидетельство СССР.1 Ф 612375, кл, Н 02 Р 7/42, 1975.(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМЭЛЕКТРОПРИВОДОМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГООСУЩЕСТВЛЕНИЯ (ЕГО ВАРИАНТЫ),(57) 1, Способ управления асинхронным электроприводом, при которомизмеряют мгновенную частоту вращения ротора, сравнивают ее с заданнымзначением, по результату сравнения.в сумме с измеренной частотой вращения ротора регулируют частоту токастатОра, измеряют активную и реактивную составляющие тока статора, сравнивают их с соответствующими заданиями; по результату этого сравнения регулируют активную и реактивную составляющие тока статора, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения надежности и улучшенияэнергетических показателей путемрекуперации энергии стопорения, фиксируют момент стопорения ротора, пос ле чего изменяют на противоположноенаправление активной составляющейтока статора. 2, Устройство для управления ахронным электроприводом, содержащееэлектродвигатель с короткозамкнутым,ротором, подключенныи к выходу преобразователя частоты с управляющим входом, подключенным к трехфазному выходу блока преобразования координат, трехфазный вход которого соединен с выходом датчика фаэных токов, три пропорционально-интегральных регулятора с компараторами на входах, генератор опорных синусоидальных колебаний, соединенный выходами с опорными входами блока пре. образования координат, информационные выходы которого соединены с информационными входами .первого ивторого компараторов, выходы которых соответственно через первый и второй фею пропорционально-интегральные регуля- ,рф торы соединены с управляющими входами блока преобразования координат, задающий вход второго компаратора со-., единен с выходом источника задания тока намагничивания, задающий и информационный входы третьего компара 1 тора соединены соответственно с выходами задатчика и датчика скорости вращения ротора, а выход третьего компаратора через третий пропорционально-интегральный регулятор связан с задающим входом первого коипаратора, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности за счет рекуперации энергии стопорения ротора в сеть, введеныуправляемый коммутатор, два порого1164851 вых элемента, логический элементИ-НЕ с двумя входами и блок суммирования частот, выход которого соединен с входом генератора опорныхсинусоидальных колебаний, первыйвход - с выходом. датчика скоростивращения ротора, второй вход соединен с задающим входом первого компаратора, связанным с выходом управляемого коммутатора, коммутационныевходы которого соединены с прямыми инверсным выходами третьего пропорционально-интегрального регулятора,а управляющий вход управляемого коммутатора соединен с выходом логического элемента И-НЕ, входы которого соединены с выходами пороговыхэлементов, при этом входы первого ивторого пороговых элементов подключены соответственно к выходам датчика и задатчика скорости вращения ротора. 3. Устройство для управления асинхронным электроприводомсодержащее электродвигатель с короткозамкнутым ротором, подключенный к выходу преобразователя частоты с управляющим входом, подключенным к трехфазному выходу блока преобразования координат, трехфазный вход которого соединен с выходом датчика фазных токов, три пропорционально-интеграл", - ных регулятора с компараторами на входах, генератор опорных синусоидальных колебаний, соединенный выходами с опорными входами блока преобразования координат, информационные выходы которого соединены с информационными входами первого 1Изобретение относится к электротехнике, а именно к электроприводу переменного тока с частотно-управляемым асинхронным двигателем, и моает быть применено в установках со стопорным характером нагрузки на валу вплоть до заклинивания рабочего органа, как плавном, так и скачкообразном, например, в горнопроходческих, очистных, буровых,и второго компараторов, выходы которых соответственно через первый ивторой пропорционально-интегральныерегуляторы соединены с управляющимивходами блока преобразования координат, задающий вход второго компаратора соединен с выходом источниказадания тока намагничивания, задающий и информационный входы третьегокомпаратора соединены соответственнос выходами задатчика и датчика скороети вращения ротора, а выходтретьего компаратора через третийпропорционально-интегральный регулятор связан с задающим входом первого компаратора, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения надежности путем рекуперации энергиистопорения ротора в сеть, введеныуправляемый коммутатор, два пороговых элемента, логический элементИ-НЕ и четвертый пропорционально-интегральный регулятор, выход которого соединен с входом генератораопорных синусоидальных колебаний, авход соединен с задающим входомпервого компаратора, связанным свыходом управляемого коммутатора,коммутационные входы которого соединены с прямым и инверсным выходамитретьего пропорционально-интегрального регулятора, а управляющий входуправляемого коммутатора соединен свыходом логического элемента И-НЕ,входы которого соединены с выходамипороговых элементов, при этом входыпервого и второго пороговых элементов подключены соответственно к выходам датчика и задатчика скорости вращения ротора. 2стругово-скреперных и других машинах,Известен способ управления асинхронным электроприводом, при .котором в случае возникновения стопорного момента на валу или заклинивания рабочего органа производят торможение вала электропривода с последующим 10 отключением или реверсом 13,3 1164Недостатком известного. технического решения является низкая надежность, так как энергия стопорения вала электродвигателя расходуется на износ механизма вплоть до разрушения, а также на нагрев электро- двигателя.Известно устройство для управле,ния асинхронным электроприводом, со. держащее электродвигатель с коротко О замкнутым ротором, подключенный к выходу преобразователя частоты с управляющим входом и силовой блок торможения в цепи статора, соединенный управляющим входом с датчиком тока статора, а выходом - с управляющим входом преобразователя частоты 1 .Недостаток известного устройстванизкая надежность, так как энергиястопорения вала электродвигателя расходуется на износ механизма и на нагрев электродвигателя,Наиболее близким по техническойсущности и достигаемому результату25к изобретению является способ управления асинхронным электроприводом,при котором измеряют мгновенную частоту вращения ротора, сравниваютее с заданным значением, по результату сравнения в сумме с измереннойчастотой вращения ротора регулируют частоту тока статора, измеряютактивную и реактивную составляющиетока статора, сравнивают их с соответствующими заданиями, по результату этого сравнения регулируют активную и реактивную составляющиетока статора 21.Недостаток известного способауправления асинхронным электропри, водом заключается в низкой надежности в режимах стопорения, так какспособ не предусматривает отвода отэлектродвигателя, рабочего органаи трансмиссии энергии удара при возникновении стопорного момента на-грузки на валу, например, при заклинивании.Наиболее. близким по техническойсущности к изобретению являетсяустройство для управления асинхронным электроириводом, содержащееэлектродвигатель с короткозамкнутымротором, подключенный к выходу преобразователь частоты, управляющийвход которого подключен к трехфазному выходблока преобразования ко 851 4ординат, трехфазный вход которого соединен с выходом датчика фаэных токов, три пропорционально интегральных регулятора с компараторами на . входах, генератор опорных синусоидальных колебаний, соединенный с опорными входами блока преобразования координат, информационные выходы которого соединены с информационными входами первого и второго компараторов, выходы которых через первый и второй пропорционально-интегральные регуляторы соединены с управляющими входами блока преобразования коорди" нат, задающий вход второго компаратора соединен с выходом источника задания тока намагничивания, задающий и информационный входЫ третьего компаратора соединены соответственно с задатчиком и датчиком скорости вращения ротора, а выход третьего компаратора через третий пропорционально-интегральный регулятор связан с задающим входом первого компаратора 31.Недостаток известного устройства низкая надежность при возникновении стопорных нагрузок на валу, прикладываемых как скачком (в виде удара), так и постепенно, поскольку энергия стопорения затрачивается на разрушение трансмиссии машины.Целью изобретения является повышение надежности и улучшение энергетических показателей за счет обеспечения рекуперации энергии стопорения ротора в сеть путем перевода электро- привода в генераторный рекуперативный режим,Указанная цель достигаетсятем, что согласно способу управления асинхронным электроприводом, при котором измеряют мгновенную частоту вращения ротора сравнивают ее с за-. данным значением, по результату сравнения в сумме с измеренной частотой вращения ротора регулируют частоту .тока статора, измеряют активную и реактивную составляющие тока статора, сравнивают их с соответствующими заданиями, по результату этого сравнечия регулируют активную и реактивную составляющие тока статора, фиксируют момент стопорения ротора, после чего изменяют на противоположное направление активной составляющей тока статора.Укаэанная цель по первому варианту устройства достигается тем, что в устройство для управления асинхронным электроприводом, содержащее элек тродвигатель с короткозамкнутым ротором, подключенный к выходу преобразователя частоты, управляющий вход которого подключен к трехфазному выходу блока преобразования координат, трехфазный вход которого соединен с выходом датчика фазных токов, трИ пропорционально-интегральных регулятора с компараторами на входах, . генератор опорных синусоидальных 15 колебаний, соединенный выходами с опорными входами блока преобразования координат, информационные выходы которого соединены с информационными входами первого и второго компараторов, выходы которых соответственно через первый и второй пропорционально-интегральные регуляторы соединены с управляющими входами блока преобразования координат, задающий вход 25 второго компаратора соединен с выходом источника задания тока намагничивания, задающий и информационный входы третьего компаратора соединены соответственно с выходами задатчика 30 и датчика скорости вращения ротора, а выход третьего компаратора через третий пропорционально-интегральный регулятор связан с задающим входом первого компаратора, введены управляемый коммутатор, два пороговых элемента, логический элемент И-НЕ с двумя входами и блок суммирования частот, выход которого соединен с входом генератора опорных синусои дальных колебаний, первый вход - с выходами датчика скорости вращения ротора, а второй вход соединен с задающим входом первого компаратора, связанным с выходом управляемого ком мутатора, коммутационные входы которого соединены с прямым и инверсным вЫходами третьего пропорционально- интегрального регулятора скорости, а управляющий вход управляемого ком мутатора соединен с выходом логического элемента И-НЕ, входы которого соединены с выходами пороговых элементов, при этом входы первого ивторого пороговых элементов подключены 55соответственно квыходам датчикаи задат чика скоростивращения ротора. По второму варианту в устройствовведены управляемый коммутатор, два пороговых элемента, логический элемент И-НЕ и четвертый пропорционально-интегральный регулятор, выход которого соединен с входом генератора опорных синусоидальных колебаний, а вход соединен с задающим входом первого компаратора, связанным с выходом управляемого коммутатора, коммутационные входы которого соединены с прямым и инверсным выходами третьего пропорционально-интегрального регулятора, а управляющий вход управляемого коммутатора соединен с выходом логического элемента И-НЕ, входы которого соединены с выходами пороговых элементов, при этом входы первого и второго пороговых элементов подключены соответственно к выходам датчика и задатчика скорости вращения ротора.На фиг.1 и 2 представлены варианты устройства для управления асинхронным электроприводом, на фиг.3 моментная характеристика электро- привода.1Согласно первому варианту (фиг.1) устройство для управления асинхронным электроприводом содержит электродвигатель с короткозамкнутым ротором 1, подключенный к выходу преобразователя частоты 2 с управляющим входом, подключенным к трехфазному выходу 3 блока преобразования координат 4, трехфазный вход 5 которого соединен с выходом датчика фазных токов 6, пропорционально-интегральные регуляторы 7-9 с компараторами 10-12 на входах, генератор опор. ных синусоидальных колебаний 13, соединенных выходами с опорными входами 14 блока преобразования координат 4. Информационные выходы 15 и 16 блока преобразования координат 4 соединены с информационными входами первого и второго компараторов 10 и 11, выходы которых соответственно через пропорционально-интегральные регуляторы 7 и 8 соединены с управляющими входами 17 и 18 блока преобразования координат 4.. Задающий вход компаратора 11 соединен с выходом источника задания тока намагничивания 19. Задающий и информационный входы третьего компаратора 12 соединены соответственно с выходами задатчика 20 и датчика 21 скорости вращения ротора. Выход третьего компаратора 12 через пропор7 11 б 4ционально-интегральный регулятор связан с задающим входом первого компаратора 10, В устройство для управления асинхронным электроприводом введены управляемый коммутатор 22, двапороговых элемента 23 и 24, логический элемент 25 И-НЕ с двумя входамии блок суммирования частот 26, выходкоторого соединен с входом генератора опорных синусоидальных колебаний 1013, первый вход - с выходом датчикаскорости вращения ротора 21, а второйвход объединен с задающим входомпервого компаратора 10 и подключенкоммутационные входы которого со-,15единены с. прямым и инверстнымго соединены с прямым и инверсиымвыходами третьего пропорциональноинтегрального регулятора 9, Управляющий вход управляемого коммутатора22 соединен с выходом логическогоэлемента 25 И-НЕ, входы которого соединены с выходами пороговых элементов 23 и 24. Вход порогового элемента 23 подключен к выходу датчика ско-р 5рости вращения ротора 21, а входпорогового элемента 24 - к выходузадатчика скорости вращения ротора20.Согласно второму варианту (фиг,2) Зоустройство для управления асинхронным электроприводом дополнительносодержит четвертый пропорционально-интегральный регулятор 27, выходкоторого соединен с входом генерато- З 5ра опорных синусоидальных колебаний13, а вход объединен с задающим входом первого компаратора 10 и подключен к выходу управляемого коммутатора 22.оНа моментной характеристике+М - электромагнитный момент, развиваемый асинхронным электродвигателем ("+" соответствует а 5двигательному, а "-" соответствует генераторному режимамработы);я-зж- частота вращения (скорость)ротора; 50+М - максимальные допустимые вели-зеакчины электромагнитного момента для двигательного и генераторного режимов работы соответственно; 55+ Бы - максимальные допустимые веливахчины абсолютного скольжения,соответствующиеМз,851, 8 Пунктирами показаны возможные настройки порогового элемента 23 по просадке скорости, вплоть до полного заклинивания (стопорения) рабочего органа, когда ы-Ыоу=О.Осуществление предложенного способа управления асинхронным электроприводом заключается в том, что измеряют,фазные токи статора и скорость вращения ротора, преобразуют напряжения, пропорциональные фазным токамстатора в напряжения нулевой частоты,смещенные между собой на 90 эл.гради пропорциональные соответственноактивному 1 и реактивному 11 токам статора, формируют два задающих напряжения 1 и 1+, пропорциональных,соответственно заданиям активного иреактивного тока статора, сравниваютуказанные информационные и задающиенапряжения, формируют опорные синусоидальные колебания с частотойо тока ; статора, координатно преобразуют полученные в результате сравнения управляющие двухфазные напряжения в трехфазную систему управляющих напряжений, пропорциональных заданиям 1 д трехфазного тока статора, воздействуют сформированным управляющим напряжением на ток 1 статора при прохождении его через преобразователь частоты, регулируя скорость и развиваемый момент электродвигателя, контролируют возникновение стопорения, по изменяющемуся перепаду уровнейскорости а ротора и ее задания щфо(скачкообразному или медленному),фиксируют момент наличия стопоренияротора или вала электропривода, после чего немедленно изменяют на проти.воположное направление активной составляющей тока статора, в результате чего переводят электропривод иэ двигательного в генераторный режим,например, путем изменения на противоположные полярностей задающих напряжений активной составляющей токастатора и скольжения. Устройство для управления асинхронным электроприводом по первому варианту (фиг, 1) в процессе .осуществления предложенного способа функционирует следующим образом.При нулевых напряжениях на задающих входах компараторов 10 и 12 изменяют напряжение на задающем входе компаратора 11, в результате чего в зазоре двигателя 1 возникает рабо51 9 11648чий магнитный поток, После этого изменяют напряжение, например по линейному закону, на задающем входе компаратора 12, в результате чего назадающем входе компаратора 10 из зня.ется напряжение задания активноготока (момента), а на втором нходесумматора частот 26 - напряжение,пропорциональное частоте скольжения,суммируемое с напряжением, поступающим на первый вход блока 26, пропорциональным скорости вращения ротора.После суммирования напряжений вблоке 26, выполненном по аналогоцифровому или частотному принципу, с уммаркое напряжение о), соответствующеечастоте тока статора поступает навход генератора 13, с выхода которогосинусоидальные колебания поступаютна опорные входы блока преобразования координат 4. При возникновениистопорного момента на валу, как ударного так и упругого, происходит увеличение разности межпу скоростьювращения ротора и ее заданием, преобразованными в пороговые воздействия в блоках 23 и 24, которые настроены так, что указанного перепадавеличин достаточно для перехода элемента 25 И-НЕ н состояние, при ко- З 0тором на его выходе возникает единичный импульс напряжения, перебрасывающий управляемый коммутатор 22на инверсный вход, в результатечего изменяются знаки напряжения за 35.дания активного тока статора и скольжения на соответствующие генераторному режиму. В результате этого энергия удара с вала ротора отдается всеть. Переход происходит практически мгновенно, в отличие от реверсапо известному способу. При этом двигатель передает н сеть через себяудар нагрузки, предотвращая поломкутрансмиссии и рабочего органа машины,Устройство для управления асинхронным электроприводом по второмуварианту (фиг.2) в процессе осуществления предложенного способа фуцкцио50нирует следующим образом,При нулевых напряжениях на задающих входах компараторов 10 и 12 изменяют напряжениена задающем входе компаратора 11, в результате чего 55 в зазоре двигателя 1 возникает рабочий магнитный поток. После этого изменяют напряжение, например по линейному закону, ца задающем входе компаратора 12, в результате чего на задающем входе компаратора 10 изменяется напряжение задания активного тока (момента), а на выходе введенного пропорционально-интегрального регулятора 27 возникает напряжение, пропорциональное частоте статора, подаваемое на вход генератора 13, В результате обеспечивается нормальцый установившийся режим. При возникновении на валу це скачкообразного, а упруго о стопорения происходит увеличение.рассогласования между скоростью ротора и ее заданием, в результате чего элемент 25 И-НЕ переходит из нулевого в единичное состояние.Под воздействием импульса напряжения управляющий коммутатор 22 перебрасывается на инверсный вход, что приводит к изменецию активного тока и частоты скольжения при застопоренцом вале двигателя 1 на соотнетствующие гецераторному режиму, поэтому двигатель 1 переходит иэ двигательного в гецераторный.режим, передавая энергию стопореция в сеть. Благодаря этому повышается ресурс установки в целом при работе с упругими стопорны. ми моментами нагрузки.Таким образом, предложенный способ обеспечивает такой режим работы электропривода, при котором энергия стопорения вала рекуперируется в питающую сеть, в отличие от известных технических решений. При этом повышается надежность электропривода, сокращается количество простоев и увеличивается срок службы оборудования. Предложенный способ управления пригоден для всех без исключения типов электроприводов. 11 ри этом контроль возникновений стопорения вала и перевод электропривода в генераторный рекуперативный режим осуществляется специфическими средствами, свойственными конкретному типу электродвигателя и управляемого преобразователя. Предложенное устройство для управления асинхронным электроприводрм (его варианты) за счет введения пороговых элементов, логического элемента И-НЕ,сумматора частот, пропорционально-интегрального регулятора имеет более высокую надежность в сравнении с известными техническими11 1164851 12решениями, так как энергия ударного . разрушения, а рекуперируется в элекили упругого стопорения не расходу-, тросеть или накопитель электроэнерется на механическое или тепловое гии.1164851 витель А,Жид Т,Дубичн Соедактор М,Циткина Те н рректор О. Тиго Филиал ППП"Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 акаэ 4 197/53 ВНИИПИ Госу по делам 113035, Москвараж 646 ственног обретениЖ, Рау Подписнокомитета СССРи открытийская наб д, 4/