RU2073307C1 - Frequency controlled induction motor - Google Patents

Abstract

FIELD: deck machinery: load, cable, automatic, mooring winches, windlasses. SUBSTANCE: frequency controlled induction electric drive is added with torque-computing circuit 33, pulse counter 20, permanent memories 25 to 27, digital-to-analog converters 22 to 24, conditioner 34 of no-current signal in load phases, 34-NOT logic circuits, RS-triggers 41-40, pulse shapers 31, 44-49, comparator 30, comparator unit 32, ring scaler 28 and multiplexer 29. These units provide for changing the shape of sections of sinusoidal control voltages in the torque function thus excluding irregular rotation of induction motor in the zone of low frequencies. EFFECT: improved energetic and dynamic characteristics of electric drive due to reduced braking torques when changing from one rotational speed to another. 4 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах судовых палубных механизмов грузовых, кабельных, автоматических, гвартовных, брашпильных лебедок. The invention relates to electrical engineering and can be used in electric drives of ship deck mechanisms of cargo, cable, automatic, mooring, windlass winches.

Известен непосредственный преобразователь частоты (НПЧ) для асинхронного электропривода [1] в котором в момент включения двигателя задают фиксированную величину сдвига переднего фронта сигнала на включение выпрямительной группы относительно переднего фронта модулирующей функции напряжения управления преобразователем, равную углу фазового сдвига основных гармоник напряжения и тока асинхронного двигателя при неподвижном роторе, которую сохраняют неизменной на время, определяемое задержкой измерения угла фазового сдвига основных гармоник напряжения и тока. A direct frequency converter (NFC) for an asynchronous electric drive is known [1] in which at the moment of turning on the motor a fixed value of the shift of the leading edge of the signal to turn on the rectifier group relative to the leading edge of the modulating function of the converter control voltage is set equal to the phase angle angle of the main harmonics of the voltage and current of the induction motor with a stationary rotor, which is kept unchanged for a time determined by the delay in measuring the angle of the phase shift of the main hectares rmonik of voltage and current.

Основным недостатком данного преобразователя частоты для асинхронного электропривода является ограниченное время программного задания фазового сдвига переднего фронта модулирующей функции на время пуска двигателя. The main disadvantage of this frequency converter for an asynchronous electric drive is the limited time for programming the phase shift of the leading edge of the modulating function for the time the motor starts.

Наиболее близким к изобретению является асинхронный частотно-регулируемый электропривод [2] содержащий двигатель с трехфазной обмоткой статора, непосредственный преобразователь частоты, составленный из трех групп тиристоров, соединенных в каждой группе по трехфазной мостовой схеме, с выводами для подключения к сети, а выводы по постоянному току мостовых схем образуют выходы непосредственного преобразователя частоты, к которым подключены выводы фаз обмотки статора электродвигателя, а управляющие электроды тиристоров подключены к выходам блоков управления, задающий генератор плавно изменяемой частоты, командоаппарат, первый выход которого подключен к вторым входам блоков управления, а второй выход соединен с входом задающего генератора плавно изменяемой частоты, выход которого подключен к блоку задания закона соответствия напряжения частоте, датчики токов и напряжений обмоток статора двигателя, выходы которых соединены со входами вычислителя мгновенных значений фазных ЭДС двигателя, соединенного выходом с входом блока формирования сигнала модуля э.д.с. блок сравнения, подключенный входами к выходам блоков задания и формирования сигнала модуля ЭДС, а выходом к входу регулятора модуля ЭДС. Closest to the invention is an asynchronous frequency-controlled electric drive [2] containing a motor with a three-phase stator winding, a direct frequency converter, composed of three groups of thyristors connected in each group by a three-phase bridge circuit, with leads for connection to the network, and conclusions for constant the current of the bridge circuits is formed by the outputs of the direct frequency converter, to which the terminals of the phases of the stator winding of the electric motor are connected, and the control electrodes of the thyristors are connected to the outputs odes of control units, a master oscillator of continuously variable frequency, a command device, the first output of which is connected to the second inputs of the control units, and the second output is connected to the input of the master oscillator of a continuously variable frequency, the output of which is connected to the unit for setting the law of correspondence of voltage to frequency, current and voltage sensors stator of the motor, the outputs of which are connected to the inputs of the calculator of instantaneous values of the phase EMF of the motor, connected by the output to the input of the signal forming unit of the emf module a comparison unit connected by inputs to the outputs of the units of the job and generating a signal of the EMF module, and an output to the input of the regulator of the EMF module.

В известном асинхронном электроприводе для грузоподъемного механизма, в котором с помощью вычислителя внутренней ЭДС двигателя, сумматоров, усилителей, выпрямителей фазных ЭДС и выпрямителей линейных ЭДС обеспечивается отрицательная обратная связь по модулю ЭДС. Сигнал по модулю ЭДС формируется на выходе одного сумматора и сравнивается в другом сумматоре с сигналом блока задания закона соответствия напряжения частоте. Рассогласование с выхода последнего сумматора поступает на вход регулятора. Напряжения управления для широтно-импульсной модуляции выходного напряжения НПЧ формируются как суммы выходного напряжения регулятора и сигналов, пропорциональным фазным ЭДС двигателя. In the well-known asynchronous electric drive for a hoisting mechanism, in which negative feedback is generated by the EMF module using an internal motor EMF calculator, adders, amplifiers, phase EMF rectifiers and linear EMF rectifiers. A signal modulo the EMF is generated at the output of one adder and compared in another adder with the signal of the unit for setting the law of correspondence of voltage to frequency. Mismatch from the output of the last adder is fed to the input of the controller. The control voltages for pulse-width modulation of the output voltage of the NPC are formed as the sum of the output voltage of the controller and the signals proportional to the phase EMF of the motor.

Недостатком указанного электропривода является существенное отличие формы вычисляемой внутренней ЭДС от теоретической синусоидальной формы, положенной в основу реализации устройств управления известным электроприводом. The disadvantage of this drive is a significant difference between the form of the calculated internal EMF from the theoretical sinusoidal form, which is the basis for the implementation of control devices of the known electric drive.

Изобретения направлено на улучшение энергетических и динамических показателей электропривода путем уменьшения тормозных моментов при переходе с одной частоты вращения двигателя на другую, на повышение качества формирования токов в обмотках статора и повышения перегрузочной способности двигателя. The invention is aimed at improving the energy and dynamic performance of the electric drive by reducing braking moments when switching from one engine speed to another, to improve the quality of current formation in the stator windings and increase the overload capacity of the motor.

Указанный технический результат достигается тем, что в асинхронный частотно-регулируемый электропривод, содержащий двигатель с трехфазной обмоткой статора, непосредственный преобразователь частоты, составленный из трех групп тиристоров, соединенных в каждой группе по трехфазной мостовой схеме, с выводами для подключения к сети, а выводы по постоянному току мостовых схем образуют выходы непосредственного преобразователя частоты, к которым подключены выводы фаз обмотки статора электродвигателя, а управляющие электроды тиристоров подключены к выходам блоков управления, задающий генератор плавного изменения частоты, командоаппарат, первый выход которого подключен к вторым входом управления, а второй выход соединен с входом задающего генератора плавно изменяемой частоты, выход которого подключен к блоку задания закона соответствия напряжения частоте, датчики токов и напряжений обмоток статора двигателя, выходы которых соединены с входами вычислителя мгновенных значений фазных ЭДС двигателя, соединенного выходом с входом блока формирования сигнала модуля ЭДС, блок сравнения, подключенный входами к выходам блоков задания и формирования сигнала модуля ЭДС, а выходом к входу регулятора модуля ЭДС, электропривод дополнительно снабжен вычислителем момента двигателя, счетчиком импульсов, тремя постоянными запоминающими устройствами, тремя цифроаналоговыми преобразователями, формирователем сигналов отсутствия тока в фазах нагрузки, шестью логическими элементами 3И-НЕ, тремя RS-триггерами, семью формирователями импульсов, компаратором, блоком компараторов, кольцевой пересчетной схемой и мультиплексором, причем входы вычислителя момента соединены с выходами датчиков тока и напряжения соответствующих обмоток статора двигателя, а выход подключен к входам блока компараторов, выходы которых подсоединены к управляющим входам мультиплексора, входы которого подсоединены к выходам кольцевой пересчетной схемы, выход упомянутого задающего генератора подсоединен к входу счетчика импульсов, S выходов которого подключены к входам каждого постоянного запоминающего устройства, а один из S выходов соединен с первым входом кольцевой пересчетной схемы, m выходов первого, второго, третьего постоянных запоминающих устройств подключены соответственно к входам первого, второго и третьего цифроаналоговых преобразователей, к m+1 входам которых подключен выход регулятора модуля ЭДС, выход первого цифроаналогового преобразователя подсоединен к первому входу первого из упомянутых блоков системы управления и к входу компаратора, выход которого соединен с входом первого формирователя импульсов, подключенного выходом ко второму входу кольцевой пересчетной схемы, выходы второго и третьего цифроаналогового преобразователей подключены к первым входам второго и третьего блоков управления, третьи и четвертые входы блоков управления соединены с выходами второго, третьего, четвертого, пятого, шестого и седьмого формирователей импульсов, входы которых попарно подключены к выходам трех RS-триггеров соответственно, входы которых подсоединены к выходам соответствующих шести логических элементов 3И-НЕ, первые входы каждого из которых соединены соответственно с выходами мультиплексора, вторые входы с выходами второго, третьего, четвертого, пятого, шестого и седьмого формирователей импульсов, а третьи входы с соответствующими выходами формирователя сигналов отсутствия тока в фазах нагрузки, входы которого соединены с выходами датчиков тока. The specified technical result is achieved by the fact that in an asynchronous frequency-controlled electric drive containing a motor with a three-phase stator winding, a direct frequency converter, composed of three groups of thyristors connected in each group by a three-phase bridge circuit, with conclusions for connecting to the network, and the conclusions on direct current bridge circuits form the outputs of the direct frequency converter, to which the leads of the phases of the stator winding of the electric motor are connected, and the control electrodes of the thyristors under are connected to the outputs of the control units, a master oscillator of smooth change of frequency, a command device, the first output of which is connected to the second control input, and the second output is connected to the input of the master oscillator of continuously variable frequency, the output of which is connected to the unit for setting the law of correspondence of voltage to frequency, current and voltage sensors stator windings of the motor, the outputs of which are connected to the inputs of the calculator of instantaneous values of the phase EMF of the motor, connected by the output to the input of the signal conditioning unit of the EMF module, block of comparison, connected by the inputs to the outputs of the reference blocks and generating the signal of the EMF module, and by the output to the input of the regulator of the EMF module, the electric drive is additionally equipped with a motor torque calculator, a pulse counter, three read-only memory devices, three digital-to-analog converters, a signal imaging driver with no current in the load phases, six 3I-NOT logic elements, three RS-flip-flops, seven pulse shapers, comparator, comparator unit, ring recalculation circuit and multiplex rum, and the inputs of the torque calculator are connected to the outputs of the current and voltage sensors of the corresponding windings of the motor stator, and the output is connected to the inputs of the comparator unit, the outputs of which are connected to the control inputs of the multiplexer, the inputs of which are connected to the outputs of the ring conversion circuit, the output of the said master oscillator is connected to the input a pulse counter, the S outputs of which are connected to the inputs of each read-only memory device, and one of the S outputs is connected to the first input of the ring recalculation circuits, m outputs of the first, second, third permanent memory devices are connected respectively to the inputs of the first, second and third digital-to-analog converters, to the m + 1 inputs of which the output of the regulator of the EMF module is connected, the output of the first digital-to-analog converter is connected to the first input of the first of the mentioned control system units and to the input of the comparator, the output of which is connected to the input of the first pulse shaper, connected by the output to the second input of the ring recalculation circuit, the outputs of the second and third digital-to-analog converters are connected to the first inputs of the second and third control units, the third and fourth inputs of the control units are connected to the outputs of the second, third, fourth, fifth, sixth and seventh pulse shapers, the inputs of which are connected in pairs to the outputs of three RS-flip-flops, respectively, whose inputs connected to the outputs of the corresponding six logical elements 3I-NOT, the first inputs of each of which are connected respectively to the outputs of the multiplexer, the second inputs with the outputs of the second, third, the fourth, fifth, sixth and seventh pulse shapers, and the third inputs with the corresponding outputs of the signal shaper of the absence of current in the load phases, the inputs of which are connected to the outputs of the current sensors.

На фиг. 1 изображен асинхронный частотно-регулируемый электропривод; на фиг. 2 схема блока управления и мостовая схема группы тиристоров силовой части, формирующей напряжение одной из выходных фаз преобразователя (в частности фазы "а"); на фиг. 3, 4 временные диаграммы, поясняющие принцип формирования управляющих выходных сигналов блока системы управления. In FIG. 1 shows an asynchronous variable frequency drive; in FIG. 2 is a diagram of a control unit and a bridge circuit of a group of thyristors of a power unit forming a voltage of one of the output phases of the converter (in particular, phase “a”); in FIG. 3, 4 timing diagrams explaining the principle of forming the control output signals of the control system unit.

Электропривод содержит непосредственный преобразователь 1 частоты (фиг. 1), составленный из трех мостовых схем 2,3,4 тиристоров с блоками 5,6,7 управления. Выводы постоянного тока мостовых схем образуют выходы непосредственного преобразователя 1 частоты, к которым подключены выводы обмотки статора асинхронного двигателя 8. The electric drive contains a direct frequency converter 1 (Fig. 1), composed of three bridge circuits of 2,3,4 thyristors with blocks of 5,6,7 control. The DC terminals of the bridge circuits form the outputs of the direct frequency converter 1, to which the stator winding leads of the induction motor 8 are connected.

Один выход командоаппарата 9 соединен с входом задающего генератора 10 плавно изменяющейся частоты, другой выход командоаппарата 9 подключен к вторым входам блоков 5-7 управления. One output of the command device 9 is connected to the input of the master oscillator 10 of a continuously variable frequency, the other output of the command device 9 is connected to the second inputs of the control units 5-7.

В цепи фаз обмотки статора асинхронного двигателя 8 включены датчики 11-13 напряжений и датчики 14-16 токов. Выходы датчиков подключены к входам вычислителя 17 фазных ЭДС двигателя 8, выход которого соединен со входом блока 13 формирования сигнала модуля ЭДС. In the phase circuit of the stator winding of the induction motor 8, voltage sensors 11-13 and sensors 14-16 currents are included. The outputs of the sensors are connected to the inputs of the calculator 17 phase EMF of the engine 8, the output of which is connected to the input of the signal generation unit 13 of the EMF module.

Выход задающего генератора 10 плавно изменяющейся частоты соединен с входом блока 19 задания закона соответствия напряжения частоте и входом счетчика 20 импульсов. The output of the master oscillator 10 of a smoothly varying frequency is connected to the input of the block 19 for setting the law of correspondence of voltage to frequency and the input of the pulse counter 20.

Регулятор 21 модуля ЭДС двигателя 8 соединен с объединенными m+1 входами цифроаналоговых преобразователей (ЦАП) 22-24. The controller 21 of the EMF module of the engine 8 is connected to the combined m + 1 inputs of digital-to-analog converters (DAC) 22-24.

Выходы счетчика 20 импульсов подключены к входам постоянных запоминающих устройств (ПЗУ) 25-27, выходы которых подсоединены к m входам ЦАП 22-24, где m число ступеней аппроксимации, укладывающихся в период синусоидального управляющего напряжения, формируемого на выходе ЦАП 22 (23, 24). Один из S по разрядных выходов счетчика 20 импульсов подключен к первому входу кольцевой пересчетной схемы (КПС) 28. Выходы КПС 28 соединены с входами мультиплексора 29 (многоканальный коммутатор с несколькими управляющими входами). The outputs of the 20 pulse counter are connected to the inputs of read-only memory devices (ROM) 25-27, the outputs of which are connected to the m inputs of the DAC 22-24, where m is the number of approximation steps that fit into the period of the sinusoidal control voltage generated at the output of the DAC 22 (23, 24 ) One of the S on the bit outputs of the pulse counter 20 is connected to the first input of the ring conversion circuit (KPS) 28. The outputs of the KPS 28 are connected to the inputs of the multiplexer 29 (multi-channel switch with several control inputs).

Выход ЦАП 22 через компаратор 30 и формирователь 31 импульсов соединен с вторым входом КПС 28. The output of the DAC 22 through the comparator 30 and the pulse shaper 31 is connected to the second input of the KPS 28.

Управляющие входы мультиплексора 29 соединены с выходами блока 32 компараторов, а входы блока 32 компараторов соединены с выходом вычислителя 33 момента двигателя 8. The control inputs of the multiplexer 29 are connected to the outputs of the block 32 of the comparators, and the inputs of the block 32 of the comparators are connected to the output of the calculator 33 of the torque of the engine 8.

Выходы датчиков 14-16 тока подключены к входам формирователя 34 сигнала отсутствия тока в фазах нагрузки. Выходы элементов ЗИ-НЕ 35-40 соединены с соответствующими входами RS-триггеров 41-43. Выходы формирователей 44-49 импульсов, мультиплексора 29, формирователя 34 сигнала отсутствия тока в фазах нагрузки подключены к входам элементов 3И-НЕ 35-40. The outputs of the current sensors 14-16 are connected to the inputs of the driver 34 of the absence of current in the phases of the load. The outputs of the elements ZI-NOT 35-40 are connected to the corresponding inputs of the RS-flip-flops 41-43. The outputs of the shapers 44-49 pulses, the multiplexer 29, the shaper 34 of the lack of current signal in the phases of the load are connected to the inputs of the elements 3I-NOT 35-40.

Выходы блока 18 формирования сигнала модуля ЭДС закона соответствия напряжения частоте соединены со входами сумматора 50, выход которого подключен к входу регулятора 21 модуля ЭДС. The outputs of the signal generating unit 18 of the EMF module of the law of matching voltage to the frequency are connected to the inputs of the adder 50, the output of which is connected to the input of the controller 21 of the EMF module.

Фазный блок (фиг. 2) управления содержит кольцевой сдвигающий регистр 51, инвертирующий усилитель 52, систему 53 импульсно-фазового управления (СИФУ), элементы 3И 54-59, усилители-формирователи 60-65. The phase control unit (Fig. 2) contains an annular shift register 51, an inverting amplifier 52, a pulse-phase control system 53 (SIFU), elements 3I 54-59, amplifier shapers 60-65.

Вход а (+) инвертирующего усилителя 52 объединен с вторым входом СИФУ 53, первый вход которого соединен с выходом инвертирующего усилителя 52. Выходы СИФУ 53 соединены с вторыми входами элемента 3И 54-59, на первые входы которых подаются сигналы с выходов кольцевого сдвигающего регистра 51. The input a (+) of the inverting amplifier 52 is combined with the second input of the SIFU 53, the first input of which is connected to the output of the inverting amplifier 52. The outputs of the SIFU 53 are connected to the second inputs of the element 3I 54-59, the first inputs of which are fed from the outputs of the ring shift register 51 .

На третьи входы элементов 3И 54-56, подаются сигналы 1а+, поступающие с выходов формирователя импульсов 48, а на третьи входы элементов 3И 55, 57 и 59 подаются сигналы 1а с выходов формирователя импульсов 49. Выходы элементов 3И 54-59 соединены с входами усилителей-формирователей 60-65, выходы аА(+) аС(-) которых соединены с управляющими электродами тиристоров, формирующих выходное напряжение фазы а. At the third inputs of elements 3I 54-56, signals 1a + are supplied from the outputs of the pulse shaper 48, and at the third inputs of elements 3I 55, 57 and 59 signals 1a are sent from the outputs of the pulse shaper 49. The outputs of 3I 54-59 are connected to the inputs amplifier shapers 60-65, the outputs aA (+) aC (-) which are connected to the control electrodes of the thyristors, forming the output voltage of phase a.

На фиг. 1-4 обозначены: А.В.С фазы питающей сети; а.в.с фазы нагрузки, а+, а- напряжения управления соответственно анодной и катодной групп тиристоров выходной фазы а; 1а+, 1а- сигналы, разрешающие единичным уровнем работу тиристоров анодной или катодной группы выходной фазы а; f з.г. частота выходного сигнала кольцевой пересчетной схемы 28, равная nfвых. где n коэффициент деления КПС; И_29-5, И_29-6 выходные импульсы пятого и шестого выходов мультиплексора 29; аА+, Аа- сигналы включения анодной и катодной групп тиристоров выходной фазы а.In FIG. 1-4 are indicated: A.V. C of the mains phase; AVC of the load phase, a +, a- control voltage, respectively, of the anode and cathode groups of the thyristors of the output phase a; 1a +, 1a signals allowing a single level operation of the thyristors of the anode or cathode group of the output phase a; f zg the frequency of the output signal of the ring recalculation circuit 28, equal to nfout. where n is the division coefficient of the KPS; And _29-5 , And _{29-6 the} output pulses of the fifth and sixth outputs of the multiplexer 29; aA +, Aa - turn-on signals of the anode and cathode groups of thyristors of the output phase a.

Электропривод работает следующим образом. The electric drive operates as follows.

В электроприводе обеспечивается однозонное регулирование частоты вращения асинхронного двигателя (вниз от номинального значения частоты вращения). The electric drive provides single-zone speed control of an induction motor (down from the nominal speed value).

Номинальная частота вращения двигателя достигается при его работе на частоте питающей сети, при этом в каждой из мостовых схем 2-4 включается одна пара встречно-параллельных тиристоров, подключенных к различным фазам питающей сети. Команда на работу электропривода в указанном режиме (режим коммутатора) подается из командоаппарата 9. The rated engine speed is achieved when it is running at the frequency of the supply network, while in each of the bridge circuits 2-4, one pair of counter-parallel thyristors connected to different phases of the supply network is switched on. The command to operate the electric drive in the specified mode (switch mode) is supplied from the command device 9.

При работе преобразователя в режиме преобразования частоты выходные сигналы кольцевого сдвигающего регистра 51 (фиг. 2) блокируются. When the converter is in frequency conversion mode, the output signals of the annular shift register 51 (Fig. 2) are blocked.

В этом режиме продолжительность работы катодных и анодных групп тиристоров преобразователя определяется (фиг. 2, 3, 4) синусоидальными модулирующими сигналами, поступающими с выходов ЦАП 22-24 на входы СИФУ 54 в блоках 5-7, а также выходными сигналами 1а+, 1а-, 1в+, 1в-, 1с+, 1с- - формирователей 48-49. Выходная частота преобразователя определяется задающим генератором 10, управляемым от командоаппарата 9. In this mode, the duration of the cathode and anode groups of the thyristors of the converter is determined (Fig. 2, 3, 4) by sinusoidal modulating signals coming from the outputs of the DAC 22-24 to the inputs of the SIFU 54 in blocks 5-7, as well as the output signals 1a +, 1a -, 1v +, 1v-, 1s +, 1s- - formers 48-49. The output frequency of the Converter is determined by the master oscillator 10, controlled from the command device 9.

С выхода задающего генератора 10 последовательность импульсов (фиг. 3, 4) поступает на счетчик 20 импульсов с параллельными поразрядными выходами для развертывания сигналов задания во времени, к выходам счетчика 20 импульсов подключены ПЗУ 25-27 с запрограммированными ступенчатой аппроксимацией синусоидами со сдвигом по фазам на 120^o эл. Значения синусоидальных управляющих напряжений, определяющих амплитуды напряжений на выходе преобразователя частоты, регулируются выходным сигналом регулятора 21 модуля ЭДС, поступающим на m+1 входы цифроаналоговых преобразователей 22-24.From the output of the master oscillator 10, a pulse sequence (Figs. 3, 4) is supplied to a pulse counter 20 with parallel bit outputs for deploying the reference signals in time; ROM 25-27 with programmed stepwise approximation of sinusoids with phase shift by 120 ^o email The values of the sinusoidal control voltages, which determine the amplitudes of the voltages at the output of the frequency converter, are regulated by the output signal of the regulator 21 of the EMF module, supplied to m + 1 inputs of digital-to-analog converters 22-24.

Момент асинхронного двигателя формируется в результате взаимодействия тока в обмотке статора с магнитным потоком, связанным с данной обмоткой. The moment of the induction motor is formed as a result of the interaction of the current in the stator winding with the magnetic flux associated with this winding.

Магнитный поток, как более инерционную величину, ограниченную сверху условиями насыщения магнитной системы, в процессе работы поддерживают неизменным или изменяют по сравнению с током в значительно более узких пределах, причем не для регулирования момента, а для улучшения использования силового оборудования электропривода (двигателя и преобразователя). The magnetic flux, as a more inertial quantity, limited above by the saturation conditions of the magnetic system, is maintained constant during operation or changed compared to the current within much narrower limits, not to control the torque, but to improve the use of power equipment of the electric drive (motor and converter) .

Этой цели служит введение отрицательной обратной связи по модулю ЭДС. Сигналы с датчиков 14-16 тока и датчиков 11-13 напряжений поступают на вычислитель 17 фазных ЭДС двигателя. На выходе блока 18 формируется сигнал модуля ЭДС, который затем суммируется с задающим управляющим напряжением в сумматоре 52 и поступает на регулятор 21. Однако в системе асинхронного электропривода с отрицательной обратной связью по модулю ЭДС двигателя в диапазоне частот до 10 Гц необходимо увеличивать значения токов холостого хода двигателя практически до I х.х. ≈I ном. для обеспечения работы электропривода при номинальном моменте нагрузки. The introduction of negative feedback modulo the EMF serves this purpose. The signals from the current sensors 14-16 and voltage sensors 11-13 are fed to the computer 17 phase emf of the engine. At the output of block 18, an EMF module signal is generated, which is then added to the control voltage in the adder 52 and fed to controller 21. However, in an asynchronous electric drive system with negative feedback modulating the motor EMF in the frequency range up to 10 Hz, it is necessary to increase the values of idling currents engine almost to I h.kh. ≈I nom. to ensure the operation of the electric drive at a rated load moment.

Для устранения указанного недостатка в электроприводе введена отрицательная обратная связь по моменту двигателя. На вход вычислителя 33 момента подаются сигналы с датчиков 14-16 тока и датчиков 11-13 напряжений. Выходной сигнал вычислителя 33 момента, проходя через блок 32 компараторов на управляющие входы мультиплексора 29, определяет режим его работы. Выходные сигналы КПС 28 соответствуют частоте, синусоидальных модулирующих сигналов. Синхронизация работы КПС 28 осуществляется по входному сигналу а(+) ЦАП 22 через компаратор 30 и формирователь 31 импульсов. В соответствии с управляющими сигналами от блока компараторов 32 мультиплексор 29 производит выборку выходных сигналов КПС-28, сдвигая выходные импульсы КПС 28 относительно синусоидальных модулирующих напряжений на фиксированный угол, который соответствует величине момента. To eliminate this drawback in the electric drive, negative feedback on the engine torque is introduced. The input of the calculator 33 of the moment signals from the sensors 14-16 current and sensors 11-13 voltage. The output signal of the calculator 33 of the moment, passing through the block 32 of the comparators to the control inputs of the multiplexer 29, determines the mode of its operation. The output signals of the KPS 28 correspond to the frequency of the sinusoidal modulating signals. The operation of the KPS 28 is synchronized by the input signal a (+) of the DAC 22 through the comparator 30 and the pulse shaper 31. In accordance with the control signals from the block of comparators 32, the multiplexer 29 selects the output signals of the KPS-28, shifting the output pulses of the KPS 28 relative to the sinusoidal modulating voltage by a fixed angle, which corresponds to the value of the moment.

Одновременно с каналом раздельного управления групп тиристоров, состоящим из формирователя 34 сигналов отсутствия тока в фазах нагрузки, элементов 3И-НЕ 35-40, RS-триггеров 41-43 и формирователей 44-49 импульсов, выходные сигналы мультиплексора 29 определяют совместно с синусоидальными модулирующими напряжениями величину и форму выходного напряжения преобразователя. Simultaneously with the channel for separate control of the groups of thyristors, consisting of a driver 34 of the absence of current signals in the phases of the load, elements 3I-NOT 35-40, RS flip-flops 41-43 and pulse shapers 44-49, the output signals of the multiplexer 29 are determined together with sinusoidal modulating voltages the magnitude and shape of the output voltage of the converter.

На фиг. 3, 4 приведены диаграммы состояний элементов схемы с различными углами сдвига модулирующих сигналов а+, а- относительно выходных сигналов мультиплексора И₂₉.In FIG. Figures 3 and 4 show state diagrams of circuit elements with different shift angles of the modulating signals a +, a- relative to the output signals of the And ₂₉ multiplexer.

Изменение формы отрезков синусоидальных управляющих напряжений в функции момента двигателя позволяет автоматически регулировать соотношение выпрямленного и инверторного режимов работы катодных и анодных групп тиристоров в преобразователе в течение полупериода выходной частоты. За счет уменьшения длительности работы групп тиристоров в выпрямительном режиме на холостом ходу и при малых нагрузки ограничиваются значения токов х.х. двигателя на уровне I х.х.0,2-0,4 I ном. что повышает энергетические показатели электропривода и исключает "шаговый" эффект при работе асинхронного двигателя в зоне низких частот. Changing the shape of the segments of the sinusoidal control voltages as a function of the motor torque allows you to automatically adjust the ratio of the rectified and inverter operation modes of the cathode and anode groups of thyristors in the converter during the half-period of the output frequency. By reducing the duration of the operation of the groups of thyristors in the rectifier mode at idle and at low loads, the values of the currents x.x. engine level I х.х.0,2-0,4 I nom. which increases the energy performance of the electric drive and eliminates the "step" effect when the asynchronous motor operates in the low-frequency zone.

Claims (1)

Асинхронный частотно-регулируемый электропривод, содержащий двигатель с трехфазной обмоткой статора, непосредственный преобразователь частоты, составленный из трех групп тиристоров, соединенных в каждой группе по трехфазной мостовой схеме, с выводами для подключения к сети, выводы по постоянному току мостовых схем образуют выходы непосредственного преобразователя частоты, к которым подключены выводы фаз обмотки статора электродвигателя, а управляющие электроды тиристоров подключены к выходам блоков управления, задающий генератор плавно изменяемой частоты, командоаппарат, первый выход которого подключен к вторым входам блоков управления, а второй выход соединен с входом задающего генератора плавно изменяемой частоты, выход которого подключен к блоку задания закона соответствия напряжения частоте, датчики токов и напряжений обмоток статора двигателя, выходы которых соединены с входами вычислителя мгновенных значений фазных ЭДС двигателя, соединенного выходом с входом блока формирования сигнала модуля ЭДС, блок сравнения, подключенный входами к выходам блоков задания и формирования сигнала модуля ЭДС, а выходом-к входу регулятора модуля ЭДС, отличающийся тем, что электропривод дополнительно снабжен вычислителем момента двигателя, счетчиком импульсов, тремя постоянными запоминающими устройствами, тремя цифроаналоговыми преобразователями, формирователем сигналов отсутствия тока в фазах нагрузки, шестью логическими элементами ЗИ-НЕ, тремя RS-триггерами, семью формирователями импульсов, компаратором, блоком компараторов, кольцевой пересчетной схемой и мультиплексором, причем входы вычислителя момента соединены с входами датчиков тока и напряжения соответствующих фаз обмоток статора двигателя, а выход подключен к входам блока компараторов, выходы которых подсоединены к управляющим входам мультиплексора, входы которого подсоединены к выходам кольцевой пересчетной схемы, выходы упомянутого задающего генератора подсоединен с входу счетчика импульсов, S выходов которого подключены к входам каждого постоянного запоминающего устройства, а один из S выходов соединен с первым входом кольцевой персчетной схемы, m выходов первого, второго, третьего постоянных запоминающих устройств подключены соответственно к входам первого, второго, третьего цифроаналоговых преобразователей, к m+1 входам которых подключен выход регулятора модуля ЭДС, выход первого цифроаналогового преобразователя подсоединен к первому входу первого из упомянутых блоков управления и к входу компаратора, выход которого соединен с входом первого формирователя импульсов, подключенного выходом к второму входу кольцевой пересчетной схемы, выходы второго и третьего цифроаналоговых преобразователей подключены к первым входам второго и третьего блоков управления, третьи и четвертые входы блоков управления соединены с выходами второго, третьего, четвертого, пятого, шестого и седьмого формирователей импульсов, входы которых попарно подключены к выходам трех RS-триггеров соответственно, входы которых подсоединены к выходам соответствующих шести логических элементов ЗИ-НЕ, первые входы каждого из которых соединены соответственно с выходами мультиплексора, вторые входы с выходами второго, третьего, четвертого, пятого, шестого и седьмого формирователей импульсов, а третьи входы с соответствующими выходами формирователя сигналов отсутствия тока в фазах нагрузки, входы которого соединены с выходами датчиков тока. An asynchronous frequency-controlled electric drive containing a motor with a three-phase stator winding, a direct frequency converter, made up of three groups of thyristors connected in each group by a three-phase bridge circuit, with conclusions for connecting to the network, the direct current outputs of the bridge circuits form the outputs of the direct frequency converter to which the stator winding phases of the electric motor are connected, and the control electrodes of the thyristors are connected to the outputs of the control units, the master oscillator a variable frequency, a command device, the first output of which is connected to the second inputs of the control units, and the second output is connected to the input of the master variable-frequency generator, the output of which is connected to the unit for setting the law of correspondence of voltage to frequency, current and voltage sensors of the motor stator windings, the outputs of which are connected with the inputs of the calculator of instantaneous values of the phase EMF of the engine, connected by the output to the input of the signal conditioning unit of the EMF module, a comparison unit connected by the inputs to the outputs of the blocks input and signal formation of the EMF module, and the output to the input of the regulator of the EMF module, characterized in that the electric drive is additionally equipped with a motor torque calculator, a pulse counter, three read-only memory devices, three digital-to-analog converters, a signal imaging driver with no current in the load phases, six logical elements ZI-NOT, three RS-flip-flops, seven pulse shapers, a comparator, a block of comparators, a ring conversion circuit and a multiplexer, and the inputs of the calculator moment are connected to the inputs of the current and voltage sensors of the corresponding phases of the stator windings of the motor, and the output is connected to the inputs of the comparator unit, the outputs of which are connected to the control inputs of the multiplexer, the inputs of which are connected to the outputs of the ring recalculation circuit, the outputs of the said master oscillator are connected to the input of the pulse counter, S the outputs of which are connected to the inputs of each read-only memory device, and one of the S outputs is connected to the first input of the ring counting circuit, m outputs of the first of the third, permanent storage devices are connected respectively to the inputs of the first, second, third digital-to-analog converters, to the m + 1 inputs of which the output of the EMF module regulator is connected, the output of the first digital-to-analog converter is connected to the first input of the first of the mentioned control units and to the input of the comparator, the output of which connected to the input of the first pulse shaper, connected to the second input of the ring conversion circuit, the outputs of the second and third digital-to-analog converters connected to the first inputs of the second and third control units, the third and fourth inputs of the control units are connected to the outputs of the second, third, fourth, fifth, sixth and seventh pulse shapers, the inputs of which are connected in pairs to the outputs of three RS-triggers, respectively, whose inputs are connected to the outputs the corresponding six logical elements ZI-NOT, the first inputs of each of which are connected respectively to the outputs of the multiplexer, the second inputs with the outputs of the second, third, fourth, fifth, sixth and seventh about pulse shapers, and the third inputs with the corresponding outputs of the signal shaper of the absence of current in the phases of the load, the inputs of which are connected to the outputs of the current sensors.

Images