Устройство для регулирования асинхронного двигателя

(51)4 Н 02 Р 7 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ СВИДЕТЕЛЬСТВ К ОРСК 51/27-07 ОЗА й киб 2.9(088 етельст Р 7/42,огран ления по.ток ющим связан 8.нный с. 13 АНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО,ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТИ(71) Отдел энергетическо ернетики АН МССР(56) Авторское свид во СССРВ 838997, кл. Н 02 19Эпштейн И.И.Автоматизироваэлектропривод переменного тока.М.: Энергоатомиздат, 1982, 6,рис. 5.22,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ.(57) Изобретение позволяет повысить точность регулирования скорости и уменьшить электромагнитныепотери асинхронного двигателя.Устройство для регулирования асинхронного двигателя содержит последовательно соединенные регулируемый выпрямитель, дроссель, инвертор, датчик тока и асинхронный дви 801202006 гатель, последовательно соединенные задатчик скорости, усилитель- ограничитель, интегратор задатчика частоты и блок управления инвертором. Кроме того, содержит блок управления выпрямителем, связанный с датчиком тока и с усилителемичителем, задатчик потокосцепсоединекный через регулятор осцепления (РПС) с моделирублоком (МБ), входы которогоы с датчиком тока и через датчик ЭДС - с датчиком напряжения, Входы интегратора задатчика частоты связаны с выходом РПС иРвыходом МБ, Положительный. эффект ф достигается за счет того, что МБ формирует .мгновенные расчетные значения скольжения, скорости и проек- С ции вектора потокосцепления ротора, которые в РПС сравниваются с задан- Я ными, и полученным сигналом через интегратор задатчика частоты изме- фр няет параметры вращения двигателя. 3 илеЮИзобретение относится к управлению электрическими машинами иможет быть использовано. для частотного управления асинхронных двигателей, в которых по условиям эксплуатации невозможна установкадатчиков магнитного потока и частоты вращения двигателя.Цель изобретения - повышениеточности регулирования скоростивращения асинхронного двигателя иуменьшение электромагнитных потерь.На фиг. 1 изображена блок-схемаустройства для регулированияасинхронного двигателя, на фиг,2 регулятор потокосцепления, нафиг. 3 - функциональная схемамоделирующего блока,Устройство для регулированияасинхронного двигателя содержитпоследовательно соединенные регулируемый выпрямитель 1, дроссель 2и автономный инвертор 3 тока, выход которого подсоединен к двигателю 4, последовательно соединенныезадатчик 5 скорости, усилитель-огра ничитель 6, имеющий второй вход 7,интегратор 8 задатчика частоты стремя входами 9, 10 и 11 и блок 12управления автономным инвертором,выход которого подключен к управляющему входу автономного инвертора3, блок 13 управления выпрямителемс двумя входами 14 и 15, первыйвход 15 которого соединен с датчиком 16 тока, датчик напряжения,выход 17 которого и выход датчика16 тока соединены с датчиком 18 ЗДС,задатчик 9 потокосцепления, выполненный в виде двух функциональных преобразователей 20, 21 первыйиз которых реализует симметричнуюфункцию типа насыщения, а второй2 - функцию типа арктангенс, и ониобразуют первый 22 и второй 23 выходы задатчика потокосцепления, ре-гулятор 24 потокосцепления имеетчетыре входа 25, 26, 27, 28 и выход29, первый вход 25 связан с первымвыходом 22 задатчика 19 потокосцеп,ления.Задатчик 19 потокосцепления(фиг. 2) выполнен на базе двух сравнивающих усилителей 30, 31 и сумматоре 32, входы первого сравнивающего усилителя 30 образуют первый25 и второй 27 входы регулятора потокосцеплеиия, входы второго усилителя 31 в . соответственно третий 26 и четвертый 28 входы регулятора потокосцепления, выходы усилителей 30 и 31 подключены к сумматору 32, выход которого 22 подключен к второму входу 10 интегратора 8.Моделирующий блок 33 имеет три входа 34, 35, 36 и четыре выхода 37, 38, 39, 40. Первый вход 35 моделирующего блока соединен с выходом датчика 18 ЭДС, второй вход 34 - с выходом датчика тока,третий 36 - с выходом интегратора 8 задатчика частоты 51 О15 дам шестого 47 и четвертого 44сумматоров, выход последнего соединен с входом второго 46 сумматора,третий вход 36 моделирующего блокасоединен с третьим сумматором 49,выход которого подключен к третьему 40 45 50 выходу 39 моделирующего блока и квыходам третьего 53 и четвертого52 множителей, выходы которых соединены соответственно с входами второго 46 и шестого 47 сумматоров, выход первого 45 сумматора подключен к входам четвертого 44 и пятого 48 сумматоров, выход третьего 43 интегратора соединен с четвертым 40 выходом моделирующего блока, с входами первого 50 и четвертого 52 множителей и пятого сумматора 48, выход последнего подключен к входам третьего 43 иньМоделирующий блок (фиг. 3) выполнен в виде модели роторной цепи,включающей три интегратора 41, 42и 43, шесть сумматоров 44-49, 20четыре множителя 50-53 и двуполярный релейный элемент 54. При этомпервый вход 35 моделирующегоблока соединен с последовательной цепью - первый 45 и второй 46сумматоры, релейный элемент 54 ипервый интегратор 42, выход которого подключен к второму 38 выходумоделирующего блока, к входу третьего 49 сумматора и к входам первого 50 и второго 51 множителей,выходы которых соединены соответственно с входами четвертого 44.и пятого 48 сумматоров, второй 34вход моделирующего блока последовательно соединен с четвертым 44 сумматором и вторым 41 интегратором,выход которого подключен к первому37 выходу моделирующего блока, квходу второго множителя 51, к вхо.где ТГ постоянная времени роторной цепи,коэффициент связи роторной цепи,омическое сопротивление ротора,коэффициенты обратной связиотклонение реальной ЭДС,от расчетной величиныопределяемой формулой КРг УгйЗДС Р,СУмматор 44 и интегратор 41 реализуют формулу (3), а сумматор 48 и интегратор 43 - Формулу (4) . На вход сумматора 44 поступают сигналот входной клеммы 34, сигнал отклонения 3 ц от сумматора 45, сигналлс выхода интегратора 41 и сиглнал произведенияР, вычисленный множителем 50. На выходе интегратора 41 формируется сигнал, пропорциональный проекции потокосцепленияР,1. На вход сумматора 48 по" ступают сигнал отклонеания ц от сумматора 45, сигнал (Р с выхода интегратора 43 и сигнал произведения р у с выхода множителя0 б51. На выходе интегратора 43 получается сигнал, пропорциональный проекции потокосцепленияМножитель 52 формирует произл л л ведение у Р,1 из сигнала 1 Р, поступающего с выхода интегратора 43.Сумматор 47 вычисляет расчетное значение ЗДС 1 ц в соответствии с формулой 5). Йа вход сумматора 47 5 1Моделирующий блок 33 (фиг. 3) представляет собой модель роторной цепи и формирует расчетные мгновенл ные величины скольжения р., частоты вращения М, проекций векторал а потокосцепления ротора ,1. и у в системе координат, связаннойс векторами тока .статора.алВеличины Ра 1 и . , вычислЯютсЯ на основе управлений звена потокосцепления асинхронного двигателя, которые представлены следующими уравнениями:202006 50 10 15 20 25 30 35 40 45 поступают сигнал произведения 4,ли сигнал у Р,1 с выхода интегратора41. Расчетный сигнал по частотевращения определяется по формуле6) которая реализуется на сумматоре 49, где происходит вычитание сигнала управления частотой вращения двигателя, поступающего с входнойа клеммы 36, и расчетного сигнала 3 по скольжению, поступающего с выхода интегратора 42.лРасчетный сигнал р по скольжению.формируется на выходе интегратора 42 и вводится в модель роторной цепи в виде переменной, соответствующей реальному скольжению.лЕсли сигналсоответствует реальному скольжению, то и расчетные сигналы, пропорциональные проекциямл л потокосцепления ротора у 1 и,у будут равны действительнйм значениям ,1 и, Тогда отклонение по ЭДС 1 на выходе сумматора 45 будет равно нулю, и сигнал р на выходе интегратора 42 не будет изменяться, т.е. в установившемся режиме сигнал я на выходе интегратора 42 можно принять за мгновенное значение скольжения, Если о 1 клонение 1 ц по ЭДС на,выходе сумматора 45 не равно нулю, то схема идентификатора, рассчитанная из условия устойчивости, обеспечивает стремление отклонения бак нулю.С точки зрения динамики схема моделирующего блока может быть представлена последовательным соединением колебательного и интегрирующего звеньев. Поэтому. при линейной коррекции по отклонению процесс установления скольжения характеризуется колебательностью. Для устранения колебательности вводится релейный элемент 54. На его вход поступает величина 8 е - функция переключения, определяемая по Формуле3 л е5 еЮц+РеЬ(7) где С =сопзС - коэффициент пропорциональности, Величина дбо /И определяется по формуле- Е = - 8 и. - Ви,3 й й д7 1 Подставляя в формулу (8) значение3 ц по формуле (5) получимд- д 13 л с 3 л л- 6 ц= - 6 У-ко -- У,1-Кц - ц , (9)а з т,з е БбчУчитывая,что величины 31,изменяются значительно медленнее, чем про цесс в моделирующем блоке 33, допустимо считать их постоянными, тогда Формула (7) с подстановкой величины 33/ Й примет следующий вид:Длл)л/Д с вхора интегратора 43, произведение Э 3 у/о 1 1 с выхода множителя53, причем величина 3111/Й получается на входе интегратора.Релейный элемент при поступлении на его вход величины бе положительного знака формирует иа выходеПОЛОжИтЕЛЬНЫЙ СИГНад О =+ л 1 О, ПрИ 5 Еотрицательном на выходе формируетсяотрицательный сигнал О =- О,Данное устройство, несмотря наотсутствие датчика частоты враще;ния двигателя, косвенно определяетс помощью моделирующего блока мгновенные значения скольжения и частоты вращения двигателя, а также проекции вектора потокосцепления ротора, и регулирует эти параметры.При этом образованный в регуляторескольжения сигнал Ж управления с уче.том корректирующего воздействия,которое определяется по заданными расчетным проекциям вектора потокосцепления ротора и сигналу ЭО,позволяет регулировать частоту вращения, скольжение двигателя и величину и направление вектора потокосцепления ротора.Рассмотренное устройство для регулирования асинхронного двигателяобеспечивает по сравнению с известным высокую точность регулирования частоты вращения двигателя приизменении момента нагрузки и регулирование величины и направления век тора потокосцепления ротора при переходном процессе, которое путемустранения колебательности процесса установления потокосцеплеиияуменьшает электромагнитные потерив двигателе, Погрешность по частоте вращения составляет не более202006 8 30 35 Устройство. для регулированияасинхронного двигателя, содержащее последовательно соединенные регули руемый выпрямитель, дроссель и автономный инвертор тока, выход которого предназначен для подключения к асинхронному двигателю, последовательно соединенные задатчик ско рости, усилитель-ограничитель с двумя входами, интегратор задатчикаастоты с тремя входами и блок упавления автономным инвертором тока,511 55 5 О 15 20 25 0,57, а в известном при изменении момента нагрузки - до 103.Дополнительные электромагнитные потери, возникающие в двигателе прототипа вследствие колебания магнитного потока в переходном ,процессе составляют приблизительно 407, от номинальных электромагнитных потерь, которые составляют 57 от мощности двигателя. Для двигателя мощностью 100 кВт номинальные электромагнитные потери составят 5 кВт. Тогда дополни 15тельные потери равны 407=6 кВт, ,Учитывая, что двигатель, работаю:щий в пуско-тормозном режиме, допус ( кает до 3600 изменений частоты вращения в час и переходный процесс в звене потокосцепления длится ориентировочно 1 с. При этом дополнительные потери за 1 ч, считая, что двигатель находится в состоянии переходного процесса в среднем 1800 с, составят 3 кВт.Данное изобретение позволяет свести дополнительные электромагнитные потери при переходном процессе практически к нулю. Таким образом, изобретение позволяет значительно уменьшить электромагнитные потери в двигателе и получить экономию электроэнергии. Формула изобретения выход которого подключен к управляю"щему входу автономного инверторатока, блок управления выпрямителемс двумя входами, первый вход которого соединен с датчиком тока, датчик напряжения, выход которого ивыход датчика тока подключены к вхо1Дам Датчика ЭДС, задатчик потокосцепления, первый выход которого соединен с первым входом регулятора по9 120 токосцепления, моделирующий. блок с тремя входами и одним выходом, первый вход которого соединен с выходом датчика ЭДС, второй вход - с выходом датчика тока, третий - с выходом интегратора задатчика частоты, а выход соединен с вторым входом регулятора потокосцепления, содержащего первый сравнивающий усилитель, входыкоторого образуют первый и второй входы регулятора потокосцепления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности регулирования скорости и уменьшения электромагнитных потерь, задатчик потокосцепления снаб жен вторым выходом и выполнен на двух функциональных преобразователях, первый из которых реализует симметричную функцию типа насыщения, а второй - функцию типа арктангенс, в регулятор потокосцепления введены второй сравнивающий усилитель и сумматор, входы которого соединены с выходами первого и второго сравнивающих усилителей, а его выход является выходом регулятора потокосцепления, входы второго сравнивающего усилителя образуют третий и четвертый входы регулятора потокосцепления,моделирующий блок имеет три дополнительных выхода и выполнен в виде модели роторной цепи, включающей три интегратора, четыре множителя, шесть сумматоров и двуполярный релейный элемент, при этом первый вход моделирующего блока соединен с последовательной цепью - первый и второй сумматоры, релейный элемент и первый интегратор, выход которого подключен к второму выходу моделирующего блока, к входу третьего сумматора и к входам первого и второго множителей выходы кото 200610рых соединены соответственно с вход;ми четвертого и пятого сумматоров,второй вход моделирующего блокапоследовательно соединен с четвертым сумматором и вторым интегратором, выход которого подключен кпервому выходу моделирующего блока, к входу второго множителя, квходам шестого и четвертого сумма О торов. выход последнего соединен свходом второго сумматора, третийвход моделирующего блока соединенс третьим сумматором, выход которого подключен к третьему выходу мо делирующего блока и к входам третьего и четвертого множителей, выходы которых соединены соответственно с входами второго и шестогосумматоров, выход первого суммато ра подключен к входам четвертого ипятого сумматоров, выход третьегоинтегратора соединен с четвертымвыходом моделирующего блока, с входами первого и четвертого множи телей и пятого сумматора, выходпоследнего подключен к входам третьего интегратора и третьего множителя, при этом выход усилителяограничителя подключен к входам 30 задатчика потокосцепления и к второму входу блока управления выпрямителем, третий и четвертый входырегулятора потокосцепления соединены соответственно с вторым выходом задатчика потокосцепления ис четвертым выходом моделирующегоблока, выход регулятора потокосцепления соединен с вторым входом интегратора задатчика частоты, выходымоделирующего блока подключены: второй - к третьему входу интеграторазадатчика частоты, третий - к второму входу усилителя - ограничителя.120200 б в Корректор М. Самборск Составит Техред 3 ь В.ТПалий аж 645 дарствени изобретен Ж, РаушТир ВНИИПИ Гос по делам 3035, Москва, Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектна Редактор М.БандурЗаказ 8103/58 Подписного комитета СССРй и открытийскан наб., д, 4/5