PL167837B1 - Sposób i układ sterowania częstotliwościowego napędu elektrycznego - Google Patents

Abstract

Sposób sterowania częstotliwościowego napędu elektrycznego realizujący zmiany napięcia lub prądu oraz częstotliwości przemiennika, którą kształtuje się w regulatorze w zależności od różnicy sygnału proporcjonalnego do składowej czynnej strumienia magnetycznego maszyny i sygnału wyjściowego z proporcjonalno-całkującego regulatora wielkości nadrzędnej, który uprzednio ogranicza się sygnałem wypracowanym w bloku ograniczeń w zależności od wartości zadanego lub mierzonego strumienia magnetycznego maszyny bądź zadanego lub mierzonego prądu przekształtnika, znamienny tym, ze równocześnie z ograniczaniem maksymalnego poziomu sygnału wyjściowego z proporcjonalno-całkującego regulatora (8) wielkości nadrzędnej za pomocą sygnału wypracowanego uprzednio znanym sposobem w bloku ograniczeń (3), ogranicza się szybkość zmian sygnału wyjściowego tego regulatora (8), przy czym ograniczanie szybkości zmian sygnału wyjściowego regulatora (8) realizuje się za pomocą układu kontrolno-ograniczającego (15) w taki sposób, ze kontroluje się wartość napięcia na rezystorze (R) pętli sprzężenia zwrotnego RC wzmacniacza (W) regulatora (8), a gdy wartość kontrolowanego napięcia narasta do ustalonej wartości progowej, korzystnie równej połowie bezwzględnej wartości napięcia pomiędzy dodatnią a ujemną wartością ograniczenia maksymalnego poziomu sygnału wyjściowego tego regulatora (8), wówczas ogranicza się wartość prądu płynącego przez rezystor (R) albo przez rezystor (R) i kondensator (C) pętli sprzężenia zwrotnego RC wzmacniacza (W) do wartości określonej ilorazem ustalonej wartości progowej napięcia na rezystorze (R) i wartości jego rezystancji, a uzyskany na wyjściu regulatora (8) wielkości nadrzędnej sygnał o ograniczonej odpowiednio tylko składowej proporcjonalnej albo składowej proporcjonalnej i równocześnie szybkości narastania składowej całkowej stanowi sygnał zadawany do regulatora (12) strumienia czynnego.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i układ sterowania częstotliwościowego napędu elektrycznego, znajdujący zastosowanie w układach automatyki napędu asynchronicznego.

Znany z polskiego opisu patentowego nr 144 010 sposób polega na tym, że realizuje zmiany napięcia lub prądu wyjściowego oraz częstotliwości przemiennika, którą kształtuje się w proporcjonalno-całkującym regulatorze w zależności od różnicy sygnału napięcia zadanego z regulatora częstotliwości i sygnału proporcjonalnego do składowej czynnej strumienia magnetycznego maszyny, bądź sygnału proporcjonalnego do wartości kąta fazowego między strumieniem maszyny a prądem przemiennika. Sygnał wyjściowy z regulatora częstotliwości ogranicza się sygnałem warunkującym powstanie momentu elektromagnetycznego maszyny, którym jest sygnał strumienia rzeczywistego maszyny lub sygnał będący sumą sygnałów strumienia rzeczywistego i błędu strumienia albo sygnał będący sumą sygnałów prądu rzeczywistego i błędu strumienia, bądź sygnał będący sumą sygnału stałego i sygnału błędu strumienia, a także sygnał będący sumą sygnału prądu rzeczywistego i sygnał strumienia rzeczywistego.

Inny znany z polskiego opisu patentowego nr 163 430 sposób sterowania częstotliwościowego napędu elektrycznego, realizujący zmiany napięcia lub prądu oraz częstotliwości przemiennika, polega na tym, że częstotliwość kształtuje się w regulatorze w zależności od różnicy sygnału proporcjonalnego do składowej czynnej strumienia magnetycznego maszyny i sygnału wyjściowego z regulatora wielkości nadrzędnej, który ogranicza się uprzednio sygnałem będącym sumą sygnałów strumienia rzeczywistego i błędu strumienia. Równocześnie kontroluje się wartość prądu przekształtnika zadanego lub rzeczywistego, a po przekroczeniu przez kontrolowany prąd wartości progowej równej korzystnie 90% jej ustalonej wartości maksymalnej, zmniejsza się wartość sygnału ograniczenia proporcjonalnie do wartości kontrolowanego prądu, korzystnie do wartości równej 50% jego wartości początkowej, przy wartości prądu przekształtnika równej jego ustalonej wartości maksymalnej.

Znany z polskiego opisu patentowego nr 163 430 układ sterowania częstotliwościowego napędu zawiera blok sterowania przekształtnika połączony z regulatorem strumienia rzeczywistego poprzez regulator prądu, do którego podłączony jest człon pomiarowy prądu przekształtnika. Jedno wejście regulatora strumienia rzeczywistego jest połączone równocześnie z blokiem pomiaru strumienia rzeczywistego, z jednym wejściem bloku wypracowania ograniczeń oraz z jednym wejściem bloku obliczania błędu strumienia, a drugie wejście jest połączone z zadajnikiem strumienia rzeczywistego i drugim wejściem bloku obliczania błędu strumienia, którego wyjście połączone jest z drugim wejściem bloku wypracowania ograniczeń. Wyjście bloku wypracowania ograniczeń jest połączone z jednym wejściem ograniczeń regulatora wielkości nadrzędnej bezpośrednio, a z drugim poprzez inwerter, zaś wejścia regulatora wielkości nadrzędnej są połączone odpowiednio: jedno z zadajnikiem wielkości nadrzędnej, a drugie z członem pomiarowym wielkości nadrzędnej, natomiast jego wyjście jest połączone z jednym wejściem regulatora strumienia czynnego, którego drugie wejście jest połączone z blokiem pomiaru strumienia czynnego, a wyjściejest połączone z układem sterowania falownika. Ponadto układ zawiera nieliniowy układ kontrolny, którego wyjście jest połączone z kolejnym wejściem bloku wypracowania ograniczeń, a wejście poprzez filtr dolnoprzepustowy jest połączone ze znanym członem pomiarowym rzeczywistego prądu przekształtnika albo z wyjściem regulatora strumienia rzeczywistego.

Stosowane w układach sterowania częstotliwościowego asynchronicznego napędu elektrycznego zadajniki wielkości nadrzędnej lub częstotliwości wyposażone są w potencjometr zadający połączony z członem zadającym zwanym także regulatorem przyspieszenia. Regulator przyspieszenia służy w tych układach przede wszystkim do ograniczania, ze względów technologicznych, szybkości narastania prędkości silnika zasilanego z przemiennika częstotliwości do wartości zadanej wejściowym sygnałem skokowym z potencjometru zadającego.

Znany z literatury (Praca zbiorowa - W.Grzybowski i inni Projektowanie przekształtników tyrystorowych, WNT W-wa 1974) regulator przyspieszenia zawiera dwa wzmacniacze operacyjne. Wejście odwracające pierwszego wzmacniacza połączonego jako wzmacniacz proporcjonalny jest połączone poprzez pierwszy rezystor z zaciskiem wejściowym regulatora przyspieszenia. Wyjście tego wzmacniacza jest przyłączone poprzez dwie gałęzie równoległe do odwracającego wejścia drugiego wzmacniacza połączonego jako wzmacniacz całkujący, przy

167 837 czym każda z gałęzi zawiera potencjometr, którego jeden koniec jest połączony z masą, a suwak jest połączony poprzez diodę z rezystorem. Wyjście drugiego wzmacniacza stanowiące wyjście regulatoraprzyspieszeniajest połączone równocześnie z wejściem nieodwracającym pierwszego wzmacniacza.

Niedogodnością znanych rozwiązań jest to, że w przypadku napędów o dobrych własnościach dynamicznych, nadmierne zwiększenie sygnału zadawanego do regulatora wielkości nadrzędnej powoduje awaryjny wzrost wartości prądu w obwodzie pośredniczącym przemiennika, szczególnie w stanach przechodzenia maszyny z pracy silnikowej do pracy generatorowej.

Sposób sterowania częstotliwościowego napędu elektrycznego, według wynalazku, realizujący zmiany napięcia lub prądu oraz częstotliwości przemiennika, którą kształtuje się w regulatorze w zależności od różnicy sygnału proporcjonalnego do składowej czynnej strumienia magnetycznego maszyny i sygnału wyjściowego z proporcjonalno-całkującego regulatora wielkości nadrzędnej, który uprzednio ogranicza się sygnałem wypracowanym w bloku ograniczeń w zależności od wartości zadanego lub mierzonego strumienia magnetycznego maszyny bądź zadanego lub mierzonego prądu przekształtnika charakteryzuje się tym, że równocześnie z ograniczaniem maksymalnego poziomu sygnału wyjściowego z proporcjonalno-całkującego regulatora wielkości nadrzędnej za pomocą sygnału wypracowanego uprzednio znanym sposobem w bloku ograniczeń, ogranicza się szybkość zmian sygnału wyjściowego tego regulatora, przy czym ograniczanie szybkości zmian sygnału wyjściowego regulatora wielkości nadrzędnej realizuje się za pomocą układu kontrolno-ograniczającego w taki sposób, że kontroluje się wartość napięcia na rezystorze pętli sprzężenia zwrotnego RC wzmacniacza tego regulatora, a gdy wartość kontrolowanego napięcia narasta do ustalonej wartości progowej, korzystnie równej połowie bezwzględnej wartości napięcia pomiędzy dodatnią a ujemną wartością ograniczenia maksymalnego poziomu sygnału wyjściowego tego regulatora, wówczas ogranicza się wartość prądu płynącego przez rezystor albo przez rezystor i kondensator pętli sprzężenia zwrotnego RC wzmacniacza do wartości określonej ilorazem ustalonej wartości progowej napięcia na rezystorze do wartości jego rezystancji, a uzyskany na wyjściu regulatora wielkości nadrzędnej sygnał o ograniczonej odpowiednio tylko składowej proporcjonalnej albo składowej proporcjonalnej i równocześnie szybkości narastania składowej całkowitej stanowi sygnał zadawany do regulatora strumienia czynnego.

Układ, według wynalazku, zawierający blok sterowania przekształtnika połączony z regulatorem strumienia rzeczywistego poprzez regulator prądu, do którego podłączony jest człon pomiarowy prądu przekształtnika, a jedno wejście regulatora strumienia rzeczywistego jest połączone równocześnie z blokiem pomiaru strumienia rzeczywistego i z jednym wejściem bloku ograniczeń, zaś drugie jego wejście jest połączone z zadajnikiem strumienia rzeczywistego i drugim wejściem bloku ograniczeń, którego wyjście jest połączone z jednym wejściem ograniczeń poziomu sygnału wyjściowego proporcjonalno-całkującego regulatora wielkości nadrzędnej bezpośrednio, a z drugim jego wejściem ograniczeń poziomu sygnału wyjściowego poprzez inwerter, zaś wejścia proporcjonalno-całkującego regulatora wielkości nadrzędnej są połączone odpowiednio: jedno z zadajnikiem wielkości nadrzędnej, a drugie z członem pomiarowym wielkości nadrzędnej, natomiast jego wyjście jest połączone z jednym wejściem regulatora strumienia czynnego, którego drugie wejście jest połączone z blokiem pomiaru strumienia czynnego, a wyjście jest połączone z układem sterowania falownika, przy czym proporcjonalno-całkujący regulator wielkości nadrzędnej jest wyposażony we wzmacniacz operacyjny objęty pętlą ujemnego sprzężenia zwrotnego zawierającą rezystor połączony szeregowo z kondensatorem przyłączonym do wyjścia tego wzmacniacza charakteryzuje się tym, że ma układ kontrolno-ograniczający, który jest podłączony równolegle do rezystora pętli sprzężenia zwrotnego RC wzmacniacza regulatora wielkości nadrzędnej.

Ponadto układ kontrolno-ograniczający jest połączony dodatkowo z wyjściem wzmacniacza regulatora wielkości nadrzędnej albo z dodatnim i ujemnym biegunem źródła napięcia.

Zaletą rozwiązania, według wynalazku, jest to, że zmniejsza awaryjność pracy układu napędowego. Zastosowanie ograniczenia szybkości zmian sygnału wyjściowego regulatora wielkości nadrzędnej zapobiega bowiem skokowym jego zmianom z wartości ujemnego pozio167 837 mu ograniczenia do wartości dodatniego poziomu ustalonego parametrami ruchowymi napędu, które to zmiany powodują zazwyczaj awaryjne wyłączenie napędu.

Przedmiot wynalazku uwidoczniony jest w przykładowym wykonaniu na rysunku, który przedstawia schemat ideowo-blokowy układu.

Sposób sterowania, według wynalazku, polega na tym, że prąd przemiennika kształtuje się w regulatorze prądu 5 w zależności od prądu rzeczywistego przekształtnika nie uwidocznionego na rysunku, i sygnału prądu zadanego wypracowanego w regulatorze 1 strumienia rzeczywistego maszyny jako różnica sygnału strumienia rzeczywistego i zadanego. Częstotliwość przemiennika kształtuje się w regulatorze 12 strumienia czynnego w zależności od różnicy sygnału proporcjonalnego do składowej czynnej strumienia magnetycznego maszyny mierzonej za pomocą bloku pomiarowego 13 i sygnału wyjściowego z proporcjonalno-całkującego regulatora 8 wielkości nadrzędnej. Maksymalny poziom sygnału wyjściowego z regulatora 8 wielkości nadrzędnej ogranicza się uprzednio sygnałem wypracowanym w bloku ograniczeń 3. Równocześnie z ograniczeniem maksymalnego poziomu sygnału wyjściowego z regulatora 8 wielkości nadrzędnej ogranicza się szybkość zmian sygnału wyjściowego tego regulatora 8, przy czym ograniczanie szybkości zmian sygnału wyjściowego regulatora 8 realizuje się za pomocą układu kontrolno-ograniczającego 15 w taki sposób, że kontroluje się wartość napięcia na rezystorze R pętli sprzężenia zwrotnego RC wzmacniacza W regulatora 8. Gdy wartość kontrolowanego napięcia na rezystorze R narasta do ustalonej wartości progowej, korzystnie równej połowie bezwzględnej wartości napięcia pomiędzy dodatnią a ujemną wartością ograniczenia maksymalnego poziomu sygnału wyjściowego tego regulatora 8, wówczas ogranicza się wartość prądu płynącego przez rezystor R albo przez rezystor R i kondensator C pętli sprzężenia zwrotnego rC wzmacniacza W do wartości określonej ilorazem ustalonej wartości progowej napięcia na rezystorze R i wartości jego rezystancji, a uzyskany na wyjściu regulatora 8 wielkości nadrzędnej sygnał o ograniczonej odpowiednio tylko składowej proporcjonalnej albo składowej proporcjonalnej i równocześnie szybkości narastania składowej całkowej stanowi sygnał zadawany do regulatora 12 strumienia czynnego.

Układ, według wynalazku, zawiera regulator strumienia rzeczywistego 1, którego jedno wejście jest połączone równocześnie z blokiem 2 pomiaru strumienia rzeczywistego i z jednym wejściem bloku ograniczeń 3, zaś drugie jego wejście jest połączone z zadajnikiem strumienia rzeczywistego 4 i drugim wejściem bloku ograniczeń 3. Wyjście regulatora strumienia rzeczywistego 1 połączone jest jednym wejściem regulatora prądu 5, którego wyjście poprzez blok sterowania 6 jest połączone z przekształtnikiem nie uwidocznionym na rysunku. Drugie wejście regulatora prądu 5 połączone jest z członem pomiarowym prądu 7. Wyjście bloku ograniczeń 3 jest połączone z jednym wejściem ograniczającym poziom sygnału wyjściowego proporcjonalno-całkującego regulatora 8 wielkości nadrzędnej bezpośrednio, a z drugim jego wejściem ograniczającym poziom sygnału wyjściowego poprzez inwerter 9. Wejścia regulatora 8 wielkości nadrzędnej połączone są odpowiednio z zadajnikiem 10 i z członem pomiarowym 11 wielkości nadrzędnej.Wyjście regulatora 8 jest połączone z jednym wejściem regulatora strumienia czynnego 12, którego drugie wejście jest połączone z blokiem pomiarowym strumienia czynnego 13, a wyjście poprzez układ sterowania 14 z nieuwidocznionym na rysunku falownikiem. Regulator 8 wielkości nadrzędnej wyposażony jest we wzmacniacz operacyjny W objęty pętlą sprzężenia zwrotnego RC zawierającą rezystor R, który jest połączony szeregowo z kondensatorem C podłączonym do wyjścia wzmacniacza W. Ponadto układ zawiera układ kontrolno-ograniczający 15 podłączony równolegle do rezystora R pętli sprzężenia zwrotnego RC wzmacniacza W regulatora 8.

Układ kontrolno-ograniczający 15 połączony jest dodatkowo z wyjściem wzmacniacza W regulatora 8.

Działanie układu jest następujące. Napodstawie sygnału zadanego z zadajnika4 strumienia rzeczywistego oraz sygnału z zadajnika 10 wielkości nadrzędnej układ wypracowuje w znany sposób sygnał prądu dla przekształtnika i sygnał częstotliwości dla falownika przemiennika częstotliwości zasilającego napęd elektryczny, przy czym sygnał wyjściowy z regulatora 8 wielkości nadrzędnej jest ograniczany sygnałem poziomu ograniczenia wypracowanym w bloku ograniczeń 3. Równocześnie z ograniczaniem poziomu sygnału wyjściowego z regulatora 8

167 837 ograniczanajest szybkość zmian tego sygnału. Za pomocą układu kontrolno-ograniczającego 15 kontrolowana jest wartość napięcia na rezystorze R wzmacniacza W regulatora 8, a gdy osiągnie ono ustaloną wartość progową, korzystnie równą połowie bezwzględnej wartości napięcia pomiędzy dodatnią a ujemną wartością ograniczenia maksymalnego poziomu sygnału wyjściowego tego regulatora 8, wówczas ograniczona zostaje wartość prądu płynącego przez rezystor R do wartości ilorazu ustalonej wartości progowej napięcia na rezystorze R i wartości jego rezystancji. Prąd gałęzi sprzężenia zwrotnego RC pomniejszony o prąd o ograniczonej wartości płynący przez rezystor R przepływa przez uk^^ti - kontrolno-ograniczający 15. Ograniczenie napięcia na rezystorze R wzmacniacza W i prądu płynącego przez ten rezystor R do ustalonej wartości powoduje ograniczenie wartości tylko składowej proporcjonalnej sygnału wyjściowego regulatora 8. Natomiast ograniczenie napięcia na rezystorze R pętli sprzężenia zwrotnego RC wzmacniacza W oraz prądu płynącego przez rezystor R i kondensator C pętli sprzężenia zwrotnego RC tego wzmacniacza W powoduje ograniczenie obydwu składowych sygnału wyjściowego regulatora 8, a więc składowej proporcjonalnej i szybkości narastania składowej całkowej tego sygnału.

Ograniczenie składowej proporcjonalnej oraz szybkości narastania składowej całkowej sygnału wyjściowego regulatora 8 uzyskuje się również przez podłączenie układu 15 do biegunów pomocniczych źródła napięcia +U_Z i -U_z. W momencie gdy kontrolowane napięcie na rezystorze R osiągnie wartość progową, do wejścia wzmacniacza W zostaje wprowadzony prąd, który powoduje, że kontrolowane napięcie na rezystorze R nie przekracza ustalonej wartości progowej.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 1,50 zł

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób sterowania częstotliwościowego napędu elektrycznego realizujący zmiany napięcia lub prądu oraz częstotliwości przemiennika, którą kształtuje się w regulatorze w zależności od różnicy sygnału proporcjonalnego do składowej czynnej strumienia magnetycznego maszyny i sygnału wyjściowego z proporcjonalno-całkującego regulatora wielkości nadrzędnej, który uprzednio ogranicza się sygnałem wypracowanym w bloku ograniczeń w zależności od wartości zadanego lub mierzonego strumienia magnetycznego maszyny bądź zadanego lub mierzonego prądu przekształtnika, znamienny tym, że równocześnie z ograniczaniem maksymalnego poziomu sygnału wyjściowego z proporcjonalno-całkującego regulatora (8) wielkości nadrzędnej za pomocą sygnału wypracowanego uprzednio znanym sposobem w bloku ograniczeń (3), ogranicza się szybkość zmian sygnału wyjściowego tego regulatora (8), przy czym ograniczanie szybkości zmian sygnału wyjściowego regulatora (8) realizuje się za pomocą układu kontrolno-ograniczającego (15) w taki sposób, że kontroluje się wartość napięcia na rezystorze (R) pętli sprzężenia zwrotnego RC wzmacniacza (W) regulatora (8), a gdy wartość kontrolowanego napięcia narasta do ustalonej wartości progowej, korzystnie równej połowie bezwzględnej wartości napięcia pomiędzy dodatnią a ujemną wartością ograniczenia maksymalnego poziomu sygnału wyjściowego tego regulatora (8), wówczas ogranicza się wartość prądu płynącego przez rezystor (R) albo przez rezystoT (R) i kondensator (C) pętli sprzężenia zwrotnego RC wzmacniacza (W) do wartości określonej ilorazem ustalonej wartości progowej napięcia na rezystorze (R) i wartości jego rezystancji, a uzyskany na wyjściu regulatora (8) wielkości nadrzędnej sygnał o ograniczonej odpowiednio tylko składowej proporcjonalnej albo składowej proporcjonalnej i równocześnie szybkości narastania składowej całkowej stanowi sygnał zadawany do regulatora (12) strumienia czynnego.
2. 2. Układ sterowania częstotliwościowego napędu elektrycznego zawierający blok sterowania przekształtnika połączony z regulatorem strumienia rzeczywistego poprzez regulator prądu, do którego podłączony jest człon pomiarowy prądu przekształtnika, a jedno wejście regulatora strumienia rzeczywistego jest połączone równocześnie z blokiem pomiaru strumienia rzeczywistego i z jednym wejściem bloku ograniczeń, zaś drugie jego wejście jest połączone z zadajnikiem strumienia rzeczywistego i drugim wejściem bloku ograniczeń, którego wyjście jest połączone z jednym wejściem ograniczeń poziomu sygnału wyjściowego proporcjonalno-całkującego regulatora wielkości nadrzędnej bezpośrednio, a z drugim jego wejściem ograniczeń poziomu sygnału wyjściowego poprzez inwerter, zaś wejścia proporcjonalno-całkującego regulatora wielkości nadrzędnej są połączone odpowiednio: jedno z zadajnikiem wielkości nadrzędnej, a drugie z członem pomiarowym wielkości nadrzędnej, natomiast jego wyjście jest połączone z jednym wejściem regulatora strumienia czynnego, którego drugie wejście jest połączone z blokiem pomiaru strumienia czynnego, a wyjście jest połączone z układem sterowania falownika przy czym proporcjonalno-całkujący regulator wielkości nadrzędnej jest wyposażony we wzmacniacz operacyjny objęty pętlą ujemnego sprzężenia zwrotnego zawierającą rezystor połączony szeregowo z kondensatorem przyłączonym do wyjścia tego wzmacniacza, znamienny tym, że ma układ kontrolno-ograniczający (15), który jest podłączony równolegle do rezystora (R) pętli sprzężenia zwrotnego RC wzmacniacza (W) regulatora (8) wielkości nadrzędnej.
3. 3. Układ według zastrz. 2, znamienny tym, że układ kontrolno-ograniczający (15) jest połączony dodatkowo z wyjściem wzmacniacza (W) regulatora (8) wielkości nadrzędnej.
4. 4. Układ według zastrz. 2, znamienny tym, że układ kontrolno-ograniczający (15) jest połączony z dodatnim i ujemnym biegunem źródła napięcia (+U_Z, - Uz).

   * * *

   167 837