SU1164851A1 - Способ управлени асинхронным электроприводом и устройство дл его осуществлени (его варианты) - Google Patents

Abstract

1. Способ управлени  асинхронным электроприводом, при .котором измер ю-р мгновенную частоту вращени  ротора, сравнивают ее с заданным значением, по результату сравнени  в сумме с измеренной частотой вращени  ротора регулируют частоту тока статора, измер ют активную и реактивную составл ющие тока статора, сравнивают их с соответствующими задани ми; по результату этого сравнени  регулируют активную и реактивную составл ющие тока статора, отличающийс  тем, что, с целью повышени  надежности и улучшени  энергетических показателей путем рекуперации энергии стопорени , фиксируют момент стопорени  ротора, после чего измен ют на противоположное направление активной составл ющей тока статора. 2. Устройство дл  управлени  асинхронным электроприводом, содержащее электродвигатель с короткозамкнутым .ротором, подключенный к выходу преобразовател  частоты с управл ющим входом, подключенным к трехфазно1 1у выходу блока преобразовани  коорди- , нат, трехфазный вход которого соединен с выходом датчика фазных токов , три пропорционально-интегральных регул тора с компараторами на входах, генератор опорных синусоидальных колебаний, соединенный вы (Л ходами с опорными входами блока преобразовани  координат, информационные ВЫХОДБ1 которого соединены с информационными входами .первого и второго компараторов, выходы которых соответственно через первый и второй пропорционально-интегральные регул 05 торы соединены с управл ющими входами блока преобразовани  координат, 4 задающий вход второго компаратора со-00 единен с выходом источника задани  сд тока намагничивани , задающий и информационный входы третьего компаратора соединены соответственно с выходами задатчика и датчика скорости вращени  ротора, а выход третьего компаратора через третий пропорционально-интегральный регул тор св зан с задающим входом первого компаратора , отличающеес  тем, что, с целью повьш1ени  надежности за счет рекуперации энергии стопорени  ротора в сеть, введены управл емый коммутатор, два порого

Description

вых элемента, логический элемент И-НЕ с двум  входами и блок суммировани  частот, выход которого соединен с входом генератора опорных синусоидальных колебаний, первый вход - с выходом датчика скорости вращени  ротора, второй вход соединен с задающим входом первого компаратора , св занным с выходом управл емого коммутатора, коммутационные входы которого соединены с пр мым и инверсным выходами третьего пропорционально-интегрального регул тора, а управл ющий вход управл емого 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 вращени  ротора .

3. Устройство дл  управлени  асинхронным электроприводом,.содержащее электродвигатель с короткозамкнутым ротором, подключенный к выходу преобразовател  частоты с управл ющим входом, подключенным к трехфазному выходу блока преобразовани  координат , трехфазный вход которого соединен с выходом датчика фазных токов , три пропорционально-интеграллных регул тора с компараторами на входах, генератор опорных синусоидальных колебаний, соединенный выходами с опорными входами блока преобразовани  координат, информационные выходы которого соединены с информационными входами первого

и второго компараторов, выходы кото рых соответственно через первый и второй пропорционально-интегральные регул торы соединены с управл ющими входами блока преобразовани  координат , задающий вход второго компаратора соединен с выходом источника задани  тока намагничивани , задающий и информационный входы третьего компаратора соединены соответственн с выходами задатчика и датчика скорости вращени  ротора, а выход третьего компаратора через третий пропорционально-интегральный регул тор св зан с задающим входом первго компаратора, отличающеес   тем, что, с целью повышени  надежности путем рекуперации энергии стопорени  ротора в сеть, введены управл емый коммутатор, два пороговых элемента, логический элемент И-НЕ и четвертый пропорционально-интегральный регул тор, выход которого соединен с входом генератора опорных синусоидальных колебаний, а вход соединен с задающим входом первого компаратора, св занным с выходом управл емого коммутатора. Коммутационные входы которого соединены с пр мым и инверсным выходами третьего пропорционально-интегрального регул тора, а управл ющий вход управл емого 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 вращени  ротора.

1

Изобретение относитс  к электротехнике , а именно к электроприводу переменного тока с частотно-управл емым асинхронньм двигателем, и может быть применено в установках со стопорным характером нагрузки на валу вплоть до заклинивани  рабочего органа, как плавном, так и скачкообразном, например, в горнопроходческих , очистных, буровых,

стругово-скреперных и других машинах .

Известен способ управлени  асинхронным электроприводом, при котором в случае возникновени  стопорного момента на валу или заклинивани  рабочего органа производ т торможение вала электропривода с последующим отключением или реверсом 1 3.

3

Недостатком известного технического решени   вл етс  низка  надежность , так как энерги  стопорени  вала электродвигател  расходуетс  на износ механизма вплоть до разрушени  а также на нагрев электродвигател .

Известно устройство дл  управле ,ни  асинхронным электроприводом, содержащее электродвигатель с короткозамкнутым ротором, подключенный к выходу преобразовател  частоты с управл ющим входом и силовой блок торможени  в цепи статора, соединенный управл ющим входом с датчиком тока статора, а выходом - с управл ющим входом преобразовател  частоты 1 J.

Недостаток известного устройстванизка  надежность, так- как энерги  стопорени  вала электродвигател  ра ходуетс  на износ механизма и на нагрев электродвигател .

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению  вл етс  способ управлени  асинхронным электроприводом, при котором измер ют мгновенную частоту вращени  ротора, сравнивают ее с заданным значением, по результату сравнени  в сумме с измеренной частотой вращени  ротора регулируют частоту тока статора, измер ют активную и реактивную составл ющие тока статора, сравнивают их с сЬответствующими задани ми, по результату этого сравнени  регулируют активную и реактивную составл ющие тока статора L2J.

Недостаток известного способа управлени  асинхронным электропри ,водом заключаетс  в низкой надежности в -режимах стопорени , так как способ не пред-усматривает отвода от электродвигател , рабочего органа и трансмиссии энергии удара при возникновении стопорного момента нагрузки на валу, например, при заклинивании .

Наиболее, близким по технической сущности к изобретению  вл етс  устройство дл  управлени  асинхронным электройриводом, содержащее электродвигатель с короткозамкнутьм ротором, подключенный к выходу преобразователь частоты, управл ющий вход которого подключен к трехфазному выхог блока преобразовани  ко648514

ординат, трехфазный вход которого соединен с выходом датчика фазных токов, три пропорционально интегральных регул тора с компараторами на 5 - входах, генератор опорных синусоидальных колебаний, соединенный с опорными входами блока преобразовани  координат, информационные выходы которого соединены с информационJO ными входами первого и второго комп араторов , выходы которых через первый и второй пропорционально-интегральные регул торы соединены с управл ющими входами блока преобразовани  коорди|г нат, задающий вход второго компаратора соединен с выходом источника задани  тока намагничивани , задающий и .информационный входы третьего компаратора соединены соответственно с

2Q задатчиком и датчиком скорости вращени  ротора, а выход третьего компаратора через третий пропорционально-интегральный регул тор св зан с задающим входом первого компарато25 Р ГЗ-.

Недостаток известного устройства низка  надежно.сть при возникновении стопорных нагрузок на валу, прикладываемых как скачком (в виде удара), так и постепенно, поскольку энерги  стопорени  затрачиваетс  на разрушение трансмиссии машины.

Целью изобретени   вл етс  повышение надежности и улучшение энергетических показателей за счет обеспечени  рекуперации энергии стопорени  ротора в сеть путем перевода электропривода в генераторный рекуперативный режим. I

Указанна  цель достигаетс  тем, что согласно способу управлени  асинхронным электроприводом, при котором измер ют мгновенную частоту

вращени  ротора сравнивают ее с за-, данным значением, по результату сравнени  в сумме с измеренной частотой вращени  ротора регулируют частоту тока статора, измер ют активную и реактивную составл ю1цие тока статора, сравнивают их с соответствующими задани ми, по результату этого сравнечи  регулируют активную и реактивную составл ющие тока , фиксируют момент стопорени  ротора, после чего измен ют на противоположное направление активной составл ющей тока статора. Указанна  цель по первому варианту устройства достигаетс  тем, что в устройство дл  управлени  асинхрон ным электроприводом, содержащее элек тродвигатель с короткозамкнутым ротором , подключенный к выходу преобра зовател  частоты, управл ющий вход которого подключен к трехфазному выходу блока преобразовани  координат , трехфазный вход которого соединен с выходом датчика фазных токов, три пропорционально-интегральных регул тора с компараторами на входах генератор опорных синусоидальных Колебаний, соединенный выходами с опорными входами блока преобразовани  координат, информационные выходы которого соединены с информационными входами первого и второго компараторов , выходы которых соответственно через первый и второй пропорционально-интегральные регул торы соединены с управл ющими входами блока преобразовани  координат, задающий вход второго компаратора соединен с выходом источника задани  тока намагни чивани , задающий и информационный входы третьего компаратора соединены соответственно с выходами задатчика и датчика скорости вращени  ротора, а выход третьего компаратора через третий пропорционально-интегральный регул тор св зан с задающим входом первого компаратора, введены управл емьй коммутатор, два пороговых элемента, логический элемент И-ИЕ с двум  входами и блок суммировани  частот, выход которого соединен с входом генератора опорных синусоидальных колебаний, первый вход - с выходами датчика скорости вращени  ротора, а второй вход соединен с задающим входом первого компаратора, св занным с выходом управл емого ко мутатора, коммутационные входы кото рого соединены с пр мым и инверсным выходами третьего пропорциональноинтегрального регул тора скорости, а управл ющий вход управл емого ком мутатора соединен с выходом логичес кого элемента И-НЕ, входы которого соединены с выходами пороговых элементов , при этом входы первого и второго пороговых элементов подключен соответственно к выходам датчика и зад чика скорости вращени  рочора. По второму варианту в устройство введены управл емый коммутатор, два пороговых элемента, логический элемент И-НЕ и четвертый пропорционально-интерральный ре гул тор, выход которого соединен с входом генератора опорных синусоидальных колебаний, а вход соединен с задающим входом первого компаратора, св занным с выходом управл емого коммутатора, коммутационные входы которого соединены с пр мым и инверсным выходами третьего пропорционально-интегрального регул тора , а управл ющий вход управл емого 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 задатМика скорости вращени  ротора. На фиг.1 и 2 представлены вариан- . ты устройства дл  управлени  асинхронным электроприводом, на фиг.З моментна  характеристика электропривода . Согласно первому варианту (фиг.1) устройство дл  управлени  асинхронным электроприводом содержит электродвигатель с короткозамкнутым ротором 1, подключенный к выходу преобразоватегл  частоты 2 с управл ющим входом, подключенным к трехфазному выходу 3 блока преобразовани  координат 4, трехфазный вход 5 которого соединен с выходом датчика фазных токов 6, пропорционально-интегральные регул торы 7-9 с компараторами 10-12 на входах, генератор опорных синусоидальных колебаний 13, соединенных выходами с опорными входами 14 блока преобразовани  координат 4. Информационные выходы 15 и 16 блока преобразовани  координат 4 соединены с информационными входами первого и второго компараторов 10 и 11, выходы которых соответственно через пропорционально-интегргшьные регул торы 7 и 8 соединены с управл ющими входами 17 и 18 блока преобразовани  координат 4. , Задающий вход компаратора 11 соединен с выходом источника задани  тока намагничивани  19. Задающий и информационный входы третьего компаратора 12 соединены соответственно с выходами задатчика 20 и датчика 21 скорости вращени  ротора. Выход третьего компаратора 12 через пропорционально-интегральный регул тор св  зан с-задающим входом первого компаратора 10. В устройство дл  управлени  асинхронным электроприводом введены управл емый коммутатор 22, два пороговых элемента 23 и 24, логический элемент 25 И-НЕ с двум  входами и блок суммировани  частот 26, выход которого соединен с входом генератора опорных синусоидальных колебаний 13, первый вход - с вьпсодом датчика скорости вращени  ротора 21, а второ вход объединен с задающим входом .первого компаратора 10 и подключен коммутационные входы которого coединены с пр мым и инверстным го соединены с пр мым и инверсным выходами третьего пропорциональноинтегрального регул тора 9. Управл ющий вход управл емого коммутатора 22 соединен с выходом логического элемента 25 И-НЕ, входы которого соединены с выходами пороговых элементов 23 и 24. Вход порогового элемента 23 подключен к выходу датчика ско рости вращени  ротора 21, а вход порогового элемента 24 - к выходу задатчика скорости вращени  ротора 20.

Согласно второму варианту (фиг.2) устройство дл  управлени  асинхронным электроприводом дополнительно содержит четвертый пропорционально-интегральный регул тор 27, выход которого соединен с входом генератора опорных синусоидальных колебаний 13, а вход объединен с задающим входом первого компаратора 10 и подключен к выходу управл емого коммутатора 22.

На моментной характеристике

(фиг.З) обозначено: I

±Mj - электромагнитный момент, развиваемый асинхронным электродвигателем (+ соответствует двигательному, а - соответствует генераторному режимам работы)i

co-sio- частота вращени  (скорость)

ротораj.

1М - максимальные допустимые вели

atnniC

ЧИНЫ электромагнитного момента дл  двигательного и генераторного режимов работы соотвественно; iSu)- максимальные допустимые величины абсолютного скольжени  соответствующие .tMj.

Пунктирами показаны возможные настройки порогового элемента 23 по просадке скорости, вплоть до полного заклинивани  (стопррени ) рабочего органа, когда u).

Осуп1ествление предложенного способа управлени  асинхронным электроприводом заключаетс  в том, что измер ют .фазные токи статора и скорость вращени  ротора, преобразуют напр жени , пропорциональные фазным токам статора в напр жени  нулевой частоты смещенные между собой на 90 эл.град и пропорциональные соответственно активному 1 и реактивному ji токам статора, формируют два задаюпщх напр жени  it, и Jit, пропорциональных (Соответственно задани м активного -и реактивного тока статора, сравнивают указанные информационные и задающие напр жени , формируют опорные синусоидальные колебани  с частотой ш тока i статора, соординатно преобразуют полученные в результате сравнени  управл ющие двухфазные напр жени  в трехфазную систему управл ющих напр жений, пропорциональных згщани м i дц. трехфазного тока статора воздействуют сформированным управл ющим напр жением на ток i.g статора п прохождении его через преобразовател частоты, регулиру  скорость и развиваемый момент электродвигател , контролируют возникновение стопорени , .по измен ющемус  перепаду уровней скорости u)p ротора и ее задани  ю (скачкообразному или медленному), фиксируют момент наличи  стопорени  ротора или вала электропривода, после чего немедленно измен ют на противоположное направление активной составл ющей тока статора, в результате чего перевод т электропривод из двигательного в генераторный режим, например, путем изменени  на противоположные пол рностей задающих напр жений активной составл ющей тока статора и скольжени .

Устройство дл  управлени  асинхронным электроприводом по первому варианту (фиг.1) в процессе .осуществлени  предложенного способа функционирует следующим образом.

При нулевых напр жени х на задающих входах компараторов 10 и 12 измен ют напр жение на задающем входе компаратора 11, в результате чего.в зазоре двигател  1 возникает рабочий магнитный поток. После этого измен ют напр жение, например по линей ному закону, на задающем входе компаратора 12, в результате чего на задающем входе компаратора 10 етс  напр жение задани  активного тока (момента), а на втором входе сумматора частот 26 - напр жение, пропорциональное частоте скольжени , суммируемое с напр жением, поступающим на первый вход блока 26, пропорциональным скорости вращени  ротора После суммировани  напр жений в блоке 26, выполненном по аналогоцифровому или частотному принципу, сум марное напр жение w, соответствующе частоте тока статора поступает на вход генератора 13, с выхода которог синусоидальные колебани  поступают на опорные входы блока преобразовани  координат 4. При возникновении стопорного момента на валу, как удар ного так и упругого, происходит увеличение разности между скоростью вращени  ротора и ее заданием, преобразованными в пороговые воздействи  в блоках 23 и 24, которые настроены так, что указанного перепада величин достаточно дл  перехода элемента 25 И-НЕ в состо ние, при котором на его выходе возникает единичный импульс напр жени , перебрасывающий управл емый коммутатор 22 на инверсный вход, в результате чего измен ютс  знаки напр жени  за .Дани  активного тока статора и сколь жени  на соответствующие генераторFtoMy режиму. В результате этого энер ги  удара с вала ротора отдаетс  в сеть. Переход происходит практически мгновенно, в отличие от реверса по известному способу. При этом двигатель передает в сеть через себ  удар нагрузки, предотвраща  поломку трансмиссии и рабочего органа машины . Устройство дл  управлени  асинхронным электроприводом по второму варианту (фиг.2) в процессе осуществлени  предложенного способа функцио нирует следующим образом. При нулевых напр жени х на задающих входах компараторов 10 и 12 измен ют напр жение на задающем вх де компаратора 11, в результате чего в зазоре двигател  1 возникает рабочий магнитный поток. После этого измен ют напр жение, например по линейному закону, на задающем входе компаратора 12, в результате чего на задающем входе компаратора 10 из-, мен етс  напр жение задани  активного тока (момента), а на выходе введенного пропорционально-интегрального регул тора 27 возникает напр жение , пропорциональное частоте статора , подаваемое на вход генератора 13. В результате обеспечиваетс  нормаЛьньм установившийс  режим. При возникновении на валу не скачкообразного, а упругого стопорени  происходит увеличение .рассогласовани  между скоростью ротора и ее заданием, в результате чего элемент 25 И-НР переходит из нулевого в единичное состо ние. Под воздействием импульса напр жени  управл ющий коммутатор 22 перебрасываетс  на инверсный вход, что приводит к изменению активного тока и частоты скольжени  при застопоренном вале двигател  1 на соответствующие генераторному режиму, поэтому двигатель 1 переходит из двигательного в генераторный режим, передава  энергию стопорени  в сеть. Благодар  этому повышаетс  ресурс установки в при работе с упругими стопорными моментами нагрузки. Таким образом, предложенный способ обеспечивает такой режим работы электропривода, при котором энерги  стопорени  вала рекуперируетс  в питающую сеть, в отличие от известных технических решений. При этом повышаетс  надежность электропривода, сокра1цаетс  количество простоев и увеличиваетс  срок службы оборудовани . Предложенный способ управлени , пригоден дл  всех без исключени  типов электроприводов. 11ри этом контроль возникновени  стопорени  вала и перевод электропривода в генераторный рекуперативный режим осуществл етс  специфическими средствами, свойственными конкретному типу электродвигател  и управл емого преобразовател . Предложенное устройство дл  управлени  асинхронным электроприводом (его варианты) за счет введени  пороговых элементов, логического элемента И-НЕ,сумматора частот, пропорционально-интегрального регул тора имеет более высокую надежность в сравнении с известными техническими

111164851,2

решени ми, так как энерги  ударного . разрушени , а рекуперируетс  в элекили упругого стопорени  не расходу- . тросеть или накопитель электроэнеретс  на механическое или тепловое гии.

.и-1.1

Фиг.1

Claims (3)

1. Способ управления асинхронным электроприводом, при котором измеряют мгновенную частоту вращения ротора, сравнивают ее с заданным 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 сравнения регулируют активную и реактивную составляющие тока статора, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и улучшения энергетических показателей путем рекуперации энергии стопорения, фиксируют момент стопорения ротора, пос ле чего изменяют на противоположное направление активной составляющей тока статора.

2. Устройство для управления асинхронным электроприводом, содержащее электродвигатель с короткозамкнутым ротором, подключенный к выходу преобразователя частоты с управляющим входом, подключенным к трехфазнощу выходу блока преобразования коорди- . нат, трехфазный вход которого соединен с выходом датчика фазных токов, три пропорционально-интегральных 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 и второго компараторов, выходы которых соответственно через первый и второй пропорционально-интегральные регуляторы соединены с управляющими входами блока преобразования координат, задающий вход второго компаратора со— единен с выходом источника задания тока намагничивания, задающий и информационный входы третьего компаратора соединены соответственно с выходами задатчика и датчика скорости вращения ротора, а выход третьего компаратора через третий пропорционально-интегральный регулятор связан с задающим входом первого компаратора, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности за счет рекупераций энергии стопорения ротора в сеть, введены управляемый коммутатор, два порого- ismi i вых элемента, логический элемент И-НЕ с двумя входами и блок суммирования частот, выход которого соединен с входом генератора опорных синусоидальных колебаний, первый вход - с выходом датчика скорости вращения ротора, второй 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.

3. Устройство для управления асинхронным электроприводом, содержащее 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-интегральных 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 и второго компараторов,' выходы которых соответственно через первый и второй пропорционально-интегральные регуляторы соединены с управляющими входами блока преобразования координат, задающий вход второго компаратора соединен с выходом источника задания тока намагничивания, задающий и информационный входы третьего компаратора соединены соответственно с выходами задатчика и датчика скорости вращения ротора, а выход третьего компаратора через третий пропорционально-интегральный регулятор связан с задающим входом первого компаратора, отличающеес я тем, что, с целью повышения надежности путем рекуперации энергии стопорения ротора в сеть, введены 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.