SU866679A1

SU866679A1 - Frequency-controllable electric drive

Info

Publication number: SU866679A1
Application number: SU792816523A
Authority: SU
Inventors: Игорь Александрович Альтшулер; Исаак Израилевич Эпштейн
Original assignee: Предприятие П/Я Г-4485
Priority date: 1979-08-27
Filing date: 1979-08-27
Publication date: 1981-09-23

Description

Изобретение относится к электротехнике, может быть использовано в управляемых электроприводах с тиристорными преобразователями частоту на основе автономных инверторов напряжения и асинхронными короткозамкнутыми двигателями и предназна^· чено для регулирования скорости нагрузки.The invention relates to electrical engineering, can be used in controlled electric drives with thyristor frequency converters based on autonomous voltage inverters and asynchronous squirrel-cage motors and is intended for controlling the load speed.

Известен частотно-регулируемый электропривод, содержащий асинхронный двигатель, тахогенератор, преобразователь частоты с автономным инвертором напряжения, регулятор частоты вращения.Known frequency-controlled electric drive containing an induction motor, a tachogenerator, a frequency converter with an autonomous voltage inverter, a speed controller.

В функции выходного сигнала регулятора частоты вращения формируется сигнал частоты скольжения, который суммируется с сигналом тахогенератора Результат используется для формирования задания частоты и амплитуды выходного напряжения преобразователя частоты ПЗ ·In the function of the output signal of the speed controller, a slip frequency signal is generated, which is added to the tachogenerator signal. The result is used to formulate the frequency and amplitude of the output voltage of the frequency converter

Однако указанный привод не обеспечивает постоянства потокосцепления двигателя, что приводит к неоднозначности его регулировочных характеристик на разных частотах, а также име⁵ ет низкие динамические показатели, поскольку не учитываются динамические особенности асинхронного двигателя. Наиболее близким техническим ре- ’ шением к предлагаемому изобретению является частотно-регулируемый электропривод, который содержит асинхронный двигатель с тахогенератором на валу, преобразователь частоты на основе автономного инвертора с замк¹⁵ нутой системой регулирования тока, к которому подсоединен двигатель, регуляторы частоты вращения, ток^, момента и потокосцепления, блоки преобразования координат и ориентации, датчики тока статора и блоки суммирования Г2 J.However, this drive does not ensure the constant flux linkage of the motor, which leads to the ambiguity of its adjustment characteristics at different frequencies, and also has ⁵ low dynamic performance, since the dynamic features of an induction motor are not taken into account. The closest technical solution to the present invention is a frequency-controlled electric drive, which contains an induction motor with a tachogenerator on the shaft, a frequency converter based on a stand-alone inverter with a locked ¹⁵ current control system to which the motor is connected, speed controllers, current ^ , torque and flux linkage, coordinate and orientation transformation blocks, stator current sensors and summation blocks Г2 J.

Недостатком известного электропривода является большая сложность сис3 статора и исориентации по упрощение частемд регулирования, связанная с отработкой заданий активной и реактивной составляющих тока пользованием принципа потоку ротора.A disadvantage of the known electric drive is the great complexity of the system and the orientation to simplify frequent regulation associated with working out the tasks of the active and reactive components of the current using the principle of rotor flow.

Цель изобретения тотно-регулируемого электропривода при сохранении высоких динамических характеристик.The purpose of the invention Totno-adjustable electric drive while maintaining high dynamic characteristics.

Поставленная цель достигается тем, что в частотно-регулируемый электропривод, содержащий асинхронный короткозамкнутый двигатель с тахогенератором на валу, преобразователь частоты на основе автономного инвертора напряжения, выход которого подсоединён к указанному двигателю, а управляющие входа соединены с блоком преобразования i. координат, блоки суммирования и сравнения, выход тахогенератора подсоединен к входу блока сравнения и одному входу первого блока суммирования, второй вход блока сравнения подключен к блоку задания частоты вращения, а выход - к блоку регулирования частоты вращения, второй вход первого блока суммирования подсоединен к входу блока задания абсолютного скольжения, вход которого соединен с выходом блока регулирования частоты вращения, а выход первого блока суммирования - к первому входу блока преобразования координат и одному входу второго блока суммирования, другой вход которого соединен с выходом блока регулирования частоты Еращения, а выход - с вто-рым входом блока Преобразования координат, третий блок суммирования соединен первым входом с блоком задания потокосцепления статора, а -быходом с третьим входом блока преобразования координат, введены последовательно соединенные нелинейный блок и апериодическое звено, а блок задания абсолютного скольжения выполнен в виде дифференцирующего звена, выход которого дополнительно соединен с входом нелинейного блока, а выход апериодического звена подсоединен к второму входу третьего блока суммирования.This goal is achieved by the fact that in a frequency-controlled electric drive containing an asynchronous squirrel-cage motor with a tachogenerator on the shaft, a frequency converter based on an autonomous voltage inverter, the output of which is connected to the specified motor, and the control inputs are connected to the conversion unit i. coordinates, summing and comparing units, the output of the tachogenerator is connected to the input of the comparing unit and one input of the first summing unit, the second input of the comparing unit is connected to the speed setting unit, and the output is connected to the speed control unit, the second input of the first summing unit is connected to the input of the unit setting absolute slip, the input of which is connected to the output of the speed control unit, and the output of the first summing unit to the first input of the coordinate transformation unit and one input of the second summing lok, the other input of which is connected to the output of the Rotational frequency control unit, and the output is connected to the second input of the Coordinate transformation unit, the third summation unit is connected by the first input to the stator flux linking unit, and by the output to the third input of the coordinate conversion unit, the nonlinear block and the aperiodic link are connected, and the absolute slip setting block is made in the form of a differentiating link, the output of which is additionally connected to the input of the nonlinear block, and the aperture output odic link connected to the second input of the third summing block.

На фиг.1 приведена структурная схема электропривода; на фиг.2 - схема динамического звена.Figure 1 shows the structural diagram of the electric drive; figure 2 is a diagram of a dynamic link.

Электропривод содержит преобразователь 1 частоты, который подключен к зажимам статора асинхронного короткозамкнутого двигателя 2, на валуThe electric drive contains a frequency converter 1, which is connected to the stator terminals of the asynchronous squirrel-cage motor 2, on the shaft

866679 4 которого установлен тахогенератор 3. Выход тахогенератора 3 подключен по цепи отрицательной обратной связи к входу регулятора 4 частоты вращения. Выход последнего подключен через блок 5 задания абсолютного скольжения к входу блока 6 суммирования, второй вход которого подключен к выходу тахогенератора 3, а выход блока - к входу сигнала блока 7 преобразования координат и к входу блока 8 суммирования. Второй вход блока 8 подключен к выходу регулятора 4, а выход - к входу сигнала и^блока 7. Выход блока 5 подключен также через последовательно включенные нелинейный блок 9.апериодическое звено ’0и блок 11 суммирования к входу сигнала блока 7. Второй вход блока 11 подключен к источнику задания потокосцепления 4% статора.866679 4 of which a tachogenerator 3 is installed. The output of the tachogenerator 3 is connected via a negative feedback circuit to the input of the speed controller 4. The output of the latter is connected through the absolute slip setting unit 5 to the input of the summing unit 6, the second input of which is connected to the output of the tachogenerator 3, and the output of the unit is connected to the signal input of the coordinate transformation unit 7 and to the input of the summing unit 8. The second input of block 8 is connected to the output of controller 4, and the output is connected to the signal input and ^ of block 7. The output of block 5 is also connected via series-connected non-linear block 9. the periodic link '0 and block 11 of summation to the signal input of block 7. Second input of block 11 connected to the source of the job link flux linkage 4% of the stator.

В блоке 7 преобразования координат входы сигналов и Ц^подключены к входам элемента 12 деления, выход которого подключен через последовательно включенные функциональный элемент 13 с характеристикой arctg и конденсатор 14 к блоку 15 суммирования, второй вход которого подключен к входу сигнала ,а . выход блока 15 служит выходом сигнала задания частоты преобразователя 1. Входы сигналов и подключены также через квадраторы 16 и 17 и блок 18 суммирования к элементу 19 извлечения корня квадратного. Выход элемента 19 служит выходом сигнала Щ задания амплитуды напряжения преобразователя 1.In block 7 coordinate conversion, the inputs of the signals and C ^ are connected to the inputs of the division element 12, the output of which is connected through a series-connected functional element 13 with characteristic arctg and capacitor 14 to the summing block 15, the second input of which is connected to the signal input, and. the output of block 15 serves as the output of the signal for setting the frequency of the converter 1. The signal inputs are also connected through squares 16 and 17 and the summing unit 18 to the square root extracting element 19. The output of the element 19 serves as the output of the signal Щ for setting the voltage amplitude of the converter 1.

Передаточная функция скольжения блока 5 обратна передаточной функции момента /<?(₽) двигателя по каналу скольжения, т.е. может быть представлена как ft” (Р) . δ общем случае передаточная функция (Л&(₽)(!) может быть смоделирована нелинейным апериодическим звеном, • *The sliding transfer function of block 5 is the inverse of the transfer function of the moment / <? (₽) of the engine along the slip channel, i.e. can be represented as ft ”(P). δ in the general case, the transfer function (Л & (₽) (!) can be modeled by a nonlinear aperiodic link, • *

В большинстве практических слу50 чаев достаточно высокие динамические характеристики привода обеспечиваются при использовании линейной модели двигателя. В этом случае блок 5 представляет собой звено с передаточ₅₅ ной функцией, обратной апериодическому, т.е. представляет собой дифференцирующее звено, выполненное на операционном усилителе 20 (фиг.2),In most practical cases, sufficiently high dynamic characteristics of the drive are ensured by using a linear motor model. In this case, block 5 is a link with a transfer function ₅₅ inverse to the aperiodic, i.e. represents a differentiating element made on the operational amplifier 20 (figure 2),

Нелинейный блок 9 имеет характе· ристику _α к=—-Ъ—-Non-linear block 9 has the characteristic _α к = —- b—-

Он может быть выполнен по принципу кусочно-линейной аппроксимации криволинейных зависимостей.It can be performed according to the principle of piecewise linear approximation of curvilinear dependencies.

Апериодические звено 10 имеет характеристику частотно-зависимого сомножителя и реализуется операционным усилителем, шунтированным по цепи обратной связи параллельно включенными конденсатором и резистором.Aperiodic link 10 has the characteristic of a frequency-dependent factor and is implemented by an operational amplifier shunted through a feedback circuit with a capacitor and a resistor connected in parallel.

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

В установившемся режиме сигнал oL на выходе сумматора 6 определяет частоту преобразователя 1 (dL^=dl) ,а поскольку на входы сумматора 6 поступают сигнал V с выхода тахогенератора и выходной сигнал блока 5, то последний является абсолютным скольжением β . Блок 5 реализует зависимость скольжения от момента двигателя, следовательно, на выходе регулятора 4 частоты вращения имеем сигнал момента μ пользуется *ΐ ςζ ходе блокаIn the steady state, the signal oL at the output of adder 6 determines the frequency of converter 1 (dL ^ = dl), and since the inputs V of the output of the tachogenerator and the output signal of unit 5 are fed to the inputs of adder 6, the latter is an absolute slip β. Block 5 implements the dependence of the slip on the engine torque, therefore, at the output of the speed controller 4, we have a moment signal μ uses * ΐ ςζ during the block

Сигнал 'зованный нелинейным блоком 9 и апериодическим звеном 10, складывается в блоке 11 суммирования с сигналом, пропорциональным заданию потокосцепления ψ статора двигателя. На выходе блока суммирования формируется . сигнал На выходе блока 7 преобразования координат получаем сигналы задания амплитуды и частоты напряжения преобразователя частоты в соответствии с заданным потокосцепг пением 4½ . 'The signal, called the nonlinear block 9 and the aperiodic link 10, is added to the summing block 11 with a signal proportional to the flux linkage ψ of the motor stator. At the output of the summation block is formed. signal At the output of the coordinate transformation unit 7, we obtain signals for setting the amplitude and frequency of the voltage of the frequency converter in accordance with a predetermined flow coupling of 4½. ''

Этот сигнал исках сигнал проекции тока (фиг.З) для формирования на вы8 суммирования сигнала скольжения р> , преобра30This signal suits the current projection signal (FIG. 3) to generate the slip signal p> at 8, transforming

В переходном процессе, например при посадке частоты вращения 1) , регулятор 4 увеличивает задание момента. Звено 5 увеличивает скольжение (5 , увеличивается cL , соответственно увеличиваются сигналы про· екций и U^. На выходе блока 7 получаем увеличенные сЦ и U₄ . При этом за счет изменения соотношения между а и И, по каналу элементовIn the transient process, for example, when setting the speed 1), controller 4 increases the torque reference. Link 5 increases the slip (5, cL increases, respectively, the projection signals and U ^ increase. At the output of block 7, we get increased ss and U _4. Moreover, due to a change in the ratio between a and I, along the channel of elements

12-14 блока 7 в функции производной „ этого соотношения формируется коор— рёктирующее воздействие в частоту,12-14 of block 7, as a function of the derivative of this relation, a coordinating effect is formed into frequency,

866679 6 которое обеспечивает поддерживание = const в переходном процессе. Блок 5 обеспечивает форсировку скольжения при изменений задания момента. Благодаря этому достигается безынерционная отработка момента, т.е. выходной сигнал регулятора 4 частоты вращения пропорционален фактическому моменту двигателя.866679 6 which provides = const support in transient. Block 5 provides forcing slip when changing the task of the moment. Thanks to this, inertialess momentum development, i.e. the output of the speed controller 4 is proportional to the actual motor torque.

Изобретение позволяет получить высокие динамические показатели за счет поддержания режима постоянного потокосцепления двигателя и компенсации его инерционности при отработке момента в функции скольжения в этом режиме При этом достигается существенное упрощение электропривода в сравнении с известным.The invention allows to obtain high dynamic performance by maintaining a constant engine flux linkage mode and compensating for its inertia when working out the torque as a slip function in this mode. At the same time, a significant simplification of the electric drive is achieved in comparison with the known one.

Claims

The invention relates to electrical engineering, can be used in controlled electric drives with thyristor frequency converters based on autonomous voltage inverters and asynchronous short-circuited motors and designed to regulate the loading speed. A variable-frequency electric drive containing an asi-hichon motor, a tachogenerator, a frequency converter with an autonomous voltage inverter, a frequency regulator, is known. In the function of the output signal of the frequency regulator, a slip frequency signal is generated, which is combined with the tachogeneration signal. Shaping the frequency and amplitude of the output voltage of the transducer frequency G0. However, this drive does not provide a constant engine flux linkage, which leads to many things; the extent of its adjustment characteristics at different frequencies and also has low dynamic performance, since the dynamic features of the asynchronous motor are not taken into account. The closest technical solution to the present invention is a variable-frequency electrically-driven drive, which contains an asynchronous motor with a tachogenerator on the shaft, a frequency converter based on an autonomous inverter with a closed current control system to which the motor is connected. ment and flux linking, coordinate and orientation conversion units, stator current sensors and G23 summation blocks. The disadvantage of the known electric drive is the great complexity of control associated with working off the active and reactive components of the stator current and using the principle of orientation along the rotor flow. The purpose of the invention is to simplify the frequency-controlled electric drive while maintaining high dynamic characteristics. Set goal Achieved by the fact that in a variable frequency drive containing an asynchronous short-circuited motor with a tachogenerator on the shaft, the frequency converter is based on an autonomous voltage inverter whose output is connected to the specified motor, and the control inputs are connected to the conversion unit i. coordinates, summation and comparison units, tachogenerator output is connected to the input of the comparison unit and one input of the first summation unit, the second input of the comparison unit is connected to the speed setting unit, and the output is connected to the frequency control unit, the second input of the first summation unit is connected to the input the absolute slip setting unit, the input of which is connected to the output of the rotational speed control unit, and the output of the first summation unit to the first input of the coordinate conversion unit and one input to the second About the summation unit, the other input of which is connected to the output of the rotational frequency control unit, and the output to the second input of the coordinate conversion unit, the third summation unit is connected to the stator flux linkage unit by the first input, and the output to the third input of the coordinate conversion unit , a series-connected nonlinear block and aperiodic link are entered, and the block for setting the absolute glide is executed as a differentiating link, the output of which is additionally connected to the input of the non-linear block, and the output The aperiodic link is connected to the second input of the third summation unit. Fig, given structurally; electric drive circuit; Fig 2 is a dynamic link diagram. The electric drive contains a frequency converter 1, which is connected to the stator terminals of an asynchronous short-circuited motor 2, on whose shaft 94 a tachogenerator 3 is installed. The tachogenerator 3 output is connected via a negative feedback circuit to the input of speed regulator 4. The output of the latter is connected via the absolute slip setting unit 5 to the input of the summation unit 6, the second input of which is connected to the output of the tachogenerator 3, and the output of the unit to the input of the signal of the coordinate conversion unit 7 and to the input of the summation unit 8. The second input of block 8 is connected to the output of controller 4, and the output is connected to the signal input of block 7. block 5 is also connected via a series-connected nonlinear block 9, aperiodic link O and summation block 11 to the signal input U, g of block 7. Second input unit 11 is connected to a source of a flux linkage, stator. In coordinate conversion block 7, inputs of signals U and U are connected to inputs of division element 12, the output of which is connected through series-connected functional element 13 with arctg characteristic and capacitor 14 to block 15 ani, whose second input is connected to the signal input of d,, and. the output of block 15 serves as the output of the frequency setting signal; converter 1, Inputs of signals and and. (, are also connected via quadrants 16 and 17 and summation block 18 to extract element 19; square root. The output of element 19 serves as the output of signal U of setting the voltage amplitude of converter 1, Block transfer function 5 is the inverse of the torque transfer function (t) (t) of the engine along the slip channel, t, e, can be represented as). In the general case, the transfer function (a) (p) (1} can be modeled by a non-linear aperiodic link, in most practical cases, sufficiently high dynamic characteristics of the drive are provided using the linear model of the shifter. In this case, block 5 is a link with transfer function aperiodically, t, e, is a differentiating element implemented on the operational amplifier 20 (FIG. 2). The non-linear unit 9 has a characteristic. It can be customized by piecewise linear approximation. Curvilinear dependencies: Aperiodic link 10 has the characteristic of a frequency-dependent multiplier and is implemented by an operational amplifier shunted through a feedback circuit with a parallel-connected capacitor and a resistor. The drive operates as follows. 1 (), and since the signal V from the output of the tachogenerator and the output signal of block 5 are supplied to the inputs of the adder 6, the latter is an absolute slip fi. Block 5 realizes the dependence of the slip on the engine torque, therefore, at the output of the rotational speed controller, we have a torque signal / x. This signal is used as a current projection signal, fig. 3) to form at the output of block 8 a signal summation. The slip signal (b, transformed by a nonlinear block 9 and aperiodic link 10, is summed up in block 11 with a signal proportional to specifying the motor stator vv flow chain of the motor stator. At the output of the summation block, a signal U is generated. At the output of block 7, the coordinate conversion is given the amplitudes U and the frequency of the voltage of the frequency converter in accordance with the set flow V. In the transient process, for example, when the rotation frequency is set to L), the controller 4 increases the torque reference. Link 5 increases the slip (b, increases oL, respectively, increases the signals of projections and I. At the output of block 7, we get increased dL and C,. At the same time, by changing the ratio between the channel elements 12-14 of block 7 as a derivative of this ratio coordinating action to frequency 96 which provides support for -1 const in the transition process. Block 5 provides a slip force with changes in the torque setting. This results in torque-free time testing, i.e. speed controller 4 is proportional to the actual torque of the engine.The invention allows to obtain high dynamic performance by maintaining a constant flow coupling mode of the engine and compensating for its inertia when working off the moment in a slip function in this mode. This significantly simplifies the electric drive compared to limestatm. of the invention Frequency controlled electric drive containing asynchronous 1st short-circuit 1 {motor with tachogenerator on the shaft, converter frequency based on a standalone voltage inverter, the output of which is connected to the specified motor, and control inputs connected to the coordinate conversion unit, summation and comparison units, tacho generator output connected to the input of the comparison unit and the input of the first summation unit, the second input of the comparison unit is connected to the reference clock unit and the output to the frequency control unit, the other input of the first summation unit is connected to the input of the absolute flow slip task unit, the input of which is connected to the output the house of the rotational speed control unit, and the output of the first summation unit - to the first input of the coordinate conversion unit and to one input of the secondary summation unit, the other input of which is connected to the output of the rotational frequency control unit, and the output - to the second input of the coordinate conversion unit, the third summation unit connected by the first input to the stator flux linking unit, and the outlets, 9 from the third input of the coordinate conversion unit, characterized in that, for the sake of simplicity, nonlinear block and aperiodic link, and the task block is abso866679

The lute slip is made in the form of a differentiating link, the output of which is additionally connected to the input of the nonlinear block, and the output of the aperiodic Even is connected to the second 5 input of the third summation block.

eight

Sources of information taken into account in the examination

1 Элект Electrical Engineering, 1977, 7, C.32-J5.

2, USSR Copyright Certificate No. 656175, cl. H 02 R 7/42, 1976.