УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ АВТОНОМНОГО ИНВЕРТОРА ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использован для управления автономным инвертором напряжения в частотно-регулируемых электроприводах переменного тока.
Современные технологические процессы требуют разработки электроприводов, имеющих повышенное быстродействие, точность и способность к быстрой адаптации при изменении режимов работы, внешних условий и параметров самого электропривода. В большинстве частотно-регулируемых электроприводов переменного тока для управления током статора двигателя используются преобразователи частоты или автономные инверторы, напряжение которых изменяется по тем или иным законам, например, по закону широтно-импульсной модуляции, закону векторного управления и др.
6
Известен электропривод с векторной системой регулирования частоты вращения ротора, в котором плавность регулирования скорости достигается тем, что электропривод (заявка на изобретение №94011333(13) RU, МКИ6Н02 37/36 от 1996.08.20) содержит асинхронный электродвигатель, подключенный статорными обмотками к инвертору напряжения, датчик токов статора, блок сравнения, блок задания, формирователь управляющих воздействий, определитель сектора эквивалентного напряжения, измеритель вектора эквивалентного напряжения и определитель нулевого вектора напряжения.
Недостатком устройства является наличие статической ошибки регулирования и низкие показатели качества при изменении момента на валу двигателя
6
Известно также устройство управления преобразователя частоты (патент РФ №2339154, МКИ Н02Р 27/06, Н02М 7/53846. Опубл. 20.11.08, Бюл. №32), состоящее из внешнего контура скорости и внутреннего контура тока, задатчика частоты вращения электропривода, задатчика конструктивных параметров электропривода, датчика переменного тока инвертора, датчика выпрямленного напряжения, датчика измеренной частоты вращения электропривода, где внутренний контур тока содержит компаратор вектора тока и блок выбора вектора напряжения, а внешний контур скорости содержит устройство рассогласования, регулятор скорости, блока преобразований вектора тока статора, модуль расчета оптимального скольжения и модуль расчета вектора тока статора.
Недостатком данного устройства является большое количество замкнутых контуров регулирования, способных привести к неустойчивости всей системы управления электроприводом в целом, а также низкие показатели точности и качества регулирования при изменении конструктивных параметров двигателя или внешних условий.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является устройство формирования выходного напряжения автономного инвертора для управления асинхронным двигателем (патент РФ №2240594, G 05F 1/247, Н02М 7/48, Н02Р 21/00. Опубл. 20.11.04, Бюл. №32), которое содержит блок начальной установки, тактовый генератор, генератор несущей частоты, генератор управление напряжением, блок выборки значений, блок реализации состояния и блок выдержки времени, причем блок выборки значений содержит счетчик точек внутри сектора и постоянно запоминающее устройство (ПЗУ) времен включения транзисторов инвертора, а блок реализации состояния содержит счетчик интервалов счетчик секторов и ПЗУ состояний инвертора.
Несмотря на то, что в прототипе значительно уменьшена статическая ошибка напряжения, подаваемого с инвертора на двигатель, недостатком данного устройства является отсутствие каких-либо регуляторов частоты вращения двигателя, учитывающих изменении конструктивных параметров двигателя, внешних условий и момента на валу двигателя, а также обеспечивающих качество регулирования и устойчивость всей системы.
Техническим результатом предлагаемой модели является формирование выходного напряжения автономного инвертора напряжения для питания асинхронного двигателя при заданной частоте вращения и моменте на валу с учетом изменения как внутренних, так и внешних факторов, влияющих на двигатель при сохранении устойчивости, точности и качества регулирования частоты вращения.
Технический результат достигается тем, что устройство формирования выходного напряжения автономного инвертора для управления асинхронным двигателем, содержащее блок начальной установки, тактовый генератор, генератор несущей частоты, генератор управления напряжением, блок выборки значений, блок реализации состояния, блок выдержки времени, причем блок выборки значений содержит счетчик точек внутри сектора и постоянно запоминающее устройство времен включения транзисторов инвертора, а блок реализации состояния содержит счетчик интервалов, счетчик секторов и постоянно запоминающее устройство состояний инвертора, причем выход блока начальной установки подключен к первому входу счетчика точек внутри сектора, к первому входу постоянно запоминающее устройство времен включения транзисторов инвертора, к первому входу счетчика интервалов и к первому входу счетчика секторов, выход тактового генератора подключен ко второму входу счетчика точек внутри сектора, выход генератора несущей частоты подключен ко второму входу счетчика интервалов, выход генератора управления напряжением подключен к первому входу блока выдержки времени, первый выход счетчика точек внутри сектора соединен со вторым входом постоянно запоминающее устройство времен включения транзисторов инвертора, второй выход счетчика точек внутри сектора соединен со вторым входом счетчика секторов, выход постоянно запоминающее устройство состояний автономного инвертора соединен со вторым входом блока выдержки времени, выход блока выдержки времени подключен к третьему входу счетчика интервалов, выход счетчика интервалов подключен с первым входом постоянно запоминающее устройство состояния инвертора, выход счетчика секторов подключен со вторым входом постоянно запоминающее устройство состояний инвертора, согласно полезной модели содержит автономный инвертор напряжения, датчик частоты вращения ротора асинхронного двигателя, датчик момента на валу асинхронного двигателя, нечеткий регулятор, сумматор, устройство управления и блок пресчета, причем выход постоянно запоминающее устройство состояний инвертора соединен с автономным инвертором напряжения, выход датчика частоты вращения ротора асинхронного двигателя соединен с первым входом нечеткого регулятора, выход датчика момента на валу асинхронного двигателя соединен со вторым входом нечеткого регулятора, выход нечеткого регулятора соединен с первым входом сумматора, выход сумматора соединен со входом блока пересчета, первый выход блока пересчета соединен со входом генератора управления напряжением, второй выход блока пересчета соединен с первым входом тактового генератора, первый выход устройства управления соединен со вторым входом тактового генератора, втрой выход устройства управления соединен со вторым входом сумматора.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется схемой, представленной на фиг.
Устройство формирования выходного напряжения автономного инвертора для управления асинхронным двигателем, содержащее блок начальной установки 1, тактовый генератор 2, генератор несущей частоты 3, генератор управления напряжением 4, блок выборки значений 5, блок реализации состояния 6, блок выдержки времени 7, причем блок выборки значений 5 содержит счетчик точек внутри сектора 8 и постоянно запоминающее устройство (ПЗУ) времен включения транзисторов инвертора 9, а блок реализации состояния 6 содержит счетчик интервалов 10, счетчик секторов 11 и ПЗУ состояний инвертора 12, причем выход блока начальной установки 1 подключен к первому входу счетчика точек внутри сектора 8, к первому входу ПЗУ времен включения транзисторов инвертора 9, к первому входу счетчика интервалов 10 и к первому входу счетчика секторов 11, выход тактового генератора 2 подключен ко второму входу счетчика точек внутри сектора 8, выход генератора несущей частоты 3 подключен ко второму входу счетчика интервалов 10, выход генератора управления напряжением 4 подключен к первому входу блока выдержки времени 7, первый выход счетчика точек внутри сектора 8 соединен со вторым входом ПЗУ времен включения транзисторов инвертора 9, второй выход счетчика точек внутри сектора 8 соединен со вторым входом счетчика секторов 11, выход ПЗУ состояний автономного инвертора 9 соединен со вторым входом блока выдержки времени 7, выход блока выдержки времени 7 подключен к третьему входу счетчика интервалов 10, выход счетчика интервалов 10 подключен с первым входом ПЗУ состояния инвертора 12, выход счетчика секторов 11 подключен со вторым входом ПЗУ состояний инвертора 12. В устройство дополнительно введены автономный инвертор напряжения 13, датчик частоты вращения ротора асинхронного двигателя 14, датчик момента на валу асинхронного двигателя 15, нечеткий регулятор 16, сумматор 17, устройство управления 18 и блок пересчета 19, причем выход ПЗУ состояний инвертора 12 соединен с автономным инвертором напряжения 13, выход датчика частоты вращения ротора асинхронного двигателя 14 соединен с первым входом нечеткого регулятора 16, выход датчика момента на валу асинхронного двигателя 15 соединен со вторым входом нечеткого регулятора 16, выход нечеткого регулятора 16 соединен с первым входом сумматора 17, выход сумматора 17 соединен со входом блока пересчета 19, первый выход блока пересчета 19 соединен со входом генератора управления напряжением 4, второй выход блока пересчета 19 соединен с первым входом тактового генератора 2, первый выход устройства управления 18 соединен со вторым входом тактового генератора 2, второй выход устройства управления 18 соединен со вторым входом сумматора 17.
6
6
Для пояснения принципа действия устройства необходимо заметить следующее. Применяемые в настоящее время в электроприводах регуляторы частоты вращения являются сложными многоконтурными системами (патент РФ №2339154, МКИ Н02Р 27/06, Н02М 7/53846. Опубл. 20.11.08, Бюл. №32). Кроме того, система формирования выходного напряжения автономного инвертора, питающего асинхронный двигатель в электроприводе (патент РФ №2339154, МКИ Н 02Р 27/06, Н02М 7/53846. Опубл. 20.11.08, Бюл. №32) не отличается существенной простотой. В связи с чем, регулируемый электропривод является сложной, многоконтурной, нелинейной системой с перекрестными связями, изменение одного из параметров (например, сопротивления статора асинхронного двигателя под влиянием рабочей температуры) или момента нагрузки и т.д. может привести в лучшем случае к увеличению статический ошибки регулирования скорости и пониженным показателям качества переходных процессов в системе, в худшем - к нарушению устойчивости всей системы. Определить контур или элемент системы, из-за которого произошел сбой и вновь настроить систему - задача весьма трудоемкая и в промышленных условиях практически невозможная.
Поэтому введение в устройство формирования выходного напряжения автономного инвертора для управления асинхронным двигателем нечеткого регулятора становится не только оправданным, но и вполне актуальным.
Нечеткий регулятор 16 работает следующим образом: в качестве исходных данных в него поступают всего два сигнала - сигнал с датчика частоты вращения ротора асинхронного двигателя 14 и датчика момента на валу асинхронного двигателя 15. Это позволяет построить нечеткий регулятор с минимальным количеством вычислительных операций. При этом принятое количество лингвистических термов достаточно для того, чтобы поддерживать систему электропривода в устойчивом состоянии.
Предварительная настройка и обучение нечеткого регулятора состоит в определении добавочного напряжения AU. Это добавочное напряжение предназначено для компенсации негативного влияния перечисленных возмущающих факторов на асинхронный двигатель и поддержания его частоты вращения на заданном уровне.
В момент включения системы сигнал с блока начальной установки 1 приводит счетчик точек внутри сектора 8, счетчик интервалов 10, счетчик секторов 11 и ПЗУ времен включений транзисторов инвертора 9 в начальное положение, после чего счетчик точек внутри сектора 8 начинает отсчет положений позиционирующего вектора (отсчет точек внутри сектора), а счетчик секторов 11, в свою очередь отсчет секторов.
Устройство управления 18 задает исходное напряжение питание асинхронного двигателя, который поступает на сумматор 17, кроме того устройство управления 18 задает сигнал исходной частоты питания асинхронного двигателя поступающий на тактовый генератор 2.
ПЗУ времен включений транзисторов инвертора 9 содержит информацию о временах включения транзисторов, которые располагаются внутри периода несущей частоты и составляют его, реализуя тем самым промежуточный вектор, который располагается между двумя базовыми. Сигнал с ПЗУ времен включений транзисторов инвертора 9 поступает в блок выдержки времени 7, где происходит подсчет времени интервалов, после чего сигнал подают в счетчик интервалов 10. Генератор несущей частоты 3, задает частоту счетчику интервалов 10, который, в свою очередь, наряду со счетчиком секторов 11, выдает сигнал в ПЗУ состояний инвертора 12, где после обработки полученной информации создается управляющий автономным инвертором сигнал.
Если момент нагрузки или другие возмущающие факторы изменяются, то изменяются входные сигналы на нечеткого регулятора 16 и изменяется его выходной AU, который суммируется с сигналом исходного напряжения, изменяет выходной сигнал, поступающий в блок пересчета 19 далее на генератор управляющий напряжением 2. В блоке пересчета определяется сигнал корректирующей частоты, поступающий в тактовый генератор 2. В результате чего выходные параметры электропривода остаются постоянной.
Таким образом, предлагаемое устройство, благодаря введенному нечеткому регулятору, формирует выходное напряжение автономного инвертора для питания асинхронного двигателя при заданной частоте вращения с учетом изменения, как момента нагрузки, так и внутренних конструктивных параметров, изменяющихся из-за внешних факторов, при сохранении устойчивости, точности и качества регулирования частоты вращения.