Електропривод

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления электродвигателями переменного тока (асинхронными и синхронными). Известен электропривод, содержащий двигатель переменного тока, подключенный фазными обмотками к автономному инвертору напряжения, датчик фазных токов электродвигателя переменного тока, выходы которого через блок линейного преобразователя фазных токов подключены к первым входам блока сравнения, вторые входы которого присоединены к выходам блока задания, а выходы подключены к входам блока вычисления линейных комбинаций токовых ошибок, выходы которого присоединены через блок определения знаков токовых ошибок к первым входам блока формирования знаков управляющих воздействий, вторые входы которого подключены к выходам указанного блока через последовательно соединенные блок определения знаков напряжений и измеритель компонент вектора эквивалентного напряжения, а выходы блока формирования знаков управляющих воздействий подключены к управляющим входам автономного инвертора напряжения (Кашканов В.В. Управление силовым преобразователем в замкнутом токовом контуре. - В кн. Силовые вентильные преобразователи. - Новосибирск, 1984. - С.82 - 89). Алгоритм регулирования фазовых токов электродвигателя переменного тока, организованный в вышеупомянутом электроприводе, построен на дополнительном анализе вспомогательных величин линейных комбинаций токовых ошибок и компонент вектора эквивалентного напряжения статора. Недостатком известного электропривода является непосредственное исключение выходов блока формирования знаков управляющих воздействий к входам управления силовыми ключами автономного инвертора напряжения. Блок формирования знаков управляющих воздействий имеет девять входов, на три из которых подаются сигналы, являющиеся функциями основных регулир уемых переменных - фазных токов электродвигателя. Изменение знака хотя бы на одном из этих тре х входов должно приводить к переключению силовых элементов автономного инвертора напряжения, которые подаются на остальные шесть входов, являются справочными, определяющими в совокупности с первыми тремя сигналами, какие именно силовые элементы автономного инвертора напряжения и в какое состояние должны переключиться при изменении первых трех переменных. Изменение знаков только вспомогательных переменных не должно вызывать переключения силовых ключей автономного инвертора. Структура блока формирования знаков управляющих воздействий такова, что изменение знака хотя бы на одном из его девяти входов вызывает изменение знаков управляющих воздействий на выходах. При непосредственном подключении выходов блока формирования знаков управляющих воздействий к входам управления автономного инвертора напряжения в пространство регулирования включаются не только основные регулируемые переменные - токовые ошибки фаз электродвигателя переменного тока, но и вспомогательные величины - линейные комбинации токовых ошибок и компоненты вектора эквивалентного напряжения статора. Такое построение регулятора приводит к появлению избыточных коммутаций силовых ключей автономного инвертора напряжения, и, как следствие, к увеличению средней частоты коммутаций. При этом ухудшается тепловой режим работы силовых элементов автономного инвертора, снижается их надежность и долговечность. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому и принятому за прототип является электропровод, содержащий электродвигатель переменного тока, подключенный фазными обмотками к автономному инвертору напряжения, датчик фазных токов электродвигателя переменного тока, выходы которого подключены к первым входам блока сравнения, вторые входы которого присоединены к выходам блока задания, блок вычисления линейных комбинаций токовых ошибок, входы которого подключены к выходам блока сравнения, а первые и вторые выходы соединены с соответствующими первыми и вторыми входами блока определения знаков токовых ошибок, блок формирования знаков управляющих воздействий, первые входы которого присоединены к выходам блока определения знаков токовых ошибок, а вторые входы подключены к выходам измерителя компонент вектора эквивалентного измерения с тремя входами (А.с. СССР №1354380, кл. H02P7/42, 1985). В устройстве-прототипе из-за отсутствия вспомогательных цепей управления, как и в аналоге, в пространство регулирования фазных токов оказываются включенными вспомогательные переменные линейные комбинации токовых ошибок и компоненты вектора эквивалентного напряжения, так как при изменении знака хотя бы одной вспомогательных переменных на входе блока формирования управляющих воздействий изменяются знаки на выходах указанного блока, что приводит к коммутациям силовых ключей автономного инвертора напряжения. Таким образом, отсутствие дополнительных цепей управления автономным инвертором приводит к коммутациям его силовых элементов при изменении знаков не только основных регулируемых переменных - токовых ошибок фаз электродвигателя переменного тока, но и вспомогательных, необходимых, лишь для обеспечения функционирования блока формирования знаков управляющих воздействий, что приводит к появлению избыточных коммутаций силовых элементов автономного инвертора напряжения, при этом возрастает средняя частота коммутаций этих элементов, ухудшается их тепловой режим работы, снижается надежность и долговечность. В основу изобретения поставлена задача создания такого электропривода, в котором путем введения дополнительной цепи управления, состоящей из нового блока формирования команд переключения и элемента запоминания (регистра), обуславливается коммутация силовых элементов автономного инвертора напряжения только при изменении знаков рассогласований основных регулируемых переменных - фазных токов электродвигателя, при этом обеспечивается минимизация средней частоты коммутаций силовых элементов автономного инвертора напряжения при заданной трубке допустимых отклонений фазных токов, что улучшает и х тепловой режим работы, увеличивает надежность и долговечность. Поставленная задача решается тем, что в электроприводе, содержащем электродвигатель переменного тока, подключенный фазными обмотками к автономному инвертору напряжения, датчик фазных токов электродвигателя переменного тока, выходы которого подключены к первым входам блока сравнения, вторые входы которого присоединены к выходам блока задания, блок вычисления линейных комбинаций токовых ошибок, входы которого подключены к выходам блока сравнения, а первые и вторые выходы соединены с соответствующими первыми и вторыми входами блока определения знаков токовых ошибок, блок формирования знаков управляющих воздействий, первые входы которого присоединены к выходам измерителя компонент вектора эквивалентного напряжения с тремя входами, согласно изобретению он снабжен регистром и блоком формирования команд переключения, входы которого подключены к первым выходам блока вычисления линейных комбинаций токовых ошибок, а выход - к входу записи регистра, информационные входы которого подключены к выходам блока формирования знаков управляющих воздействий, а выходы - к трем входам измерителя компонент вектора эквивалентного напряжения и к управляющим входам автономного инвертора напряжения, при этом блок формирования команд переключения содержит три компаратора с гистерезисом, три элемента задержки, три логических элемента 2 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и логический элемент 3 ИЛИ-НЕ, причем первые входы первого, второго и третьего логических элементов 2 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ присоединены соответственно к выходам первого, второго и третьего компараторов с гистерезисом непосредственно, а вторые входы первого, второго и третьего логических элементов 2 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подключены к соответствующим выходам первого, второго и третьего компараторов через соответствующие элементы задержки, а выходы первого, второго и третьего логических элементов 2 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ присоединены к входам логического элемента 3 ИЛИ-НЕ, выход которого подключен к входу записи регистра. Введение дополнительной цепи, состоящей из блока формирования команд переключения и регистра, установленного на входе автономного инвертора напряжения, позволяет из всех существующи х управлений, выдаваемых блоком формирования знаков управляющих воздействий, пропускать на управляющие входы автономного инвертора напряжения только те управления, которые необходимы для регулирования фазных токов электродвигателя переменного тока. Таким образом, вся приведенная в формуле изобретения совокупность признаков с приведенными новыми элементами позволяет реализовать следующий алгоритм управления фазными токами электродвигателя переменного тока, а именно: при превышении отклонения тока в фазах A, B или C от заданных на определенную величину на выходе блока формирования команд переключения появляется импульс записи отрицательной полярности. По спаду импульса происходит запись в регистр нового управления силовыми ключами автономного инвертора напряжения, и это управление сохраняется до следующего импульса записи. Следовательно, в пространство регулирования оказываются включенными только основные регулируемые переменные - рассогласования токов фазы электродвигателя. Вспомогательные переменные - линейные комбинации токовых ошибок и компоненты вектора эквивалентного напряжения статора при этом носят лишь справочный характер и необходимы для обеспечения функционирования блока формирования знаков управляющих воздействий. Это позволяет минимизировать среднюю частоту коммутаций силовых элементов автономного инвертора напряжения при заданной трубке допустимых отклонений, что позволяет улучшить тепловой режим работы, увеличить долговечность. На фиг.1 показана функциональная схема электропривода; на фиг.2 - функциональная схема блока формирования команд переключения. Электропривод содержит электродвигатель переменного тока 1, подключенный фазовыми обмотками к автономному инвертору напряжения 2, датчик 3 фазовых токов электродвигателя переменного тока 1, выходы которого подключены к первым входам блока 4 сравнения, вторые входы которого подсоединены к выходам блока 5 задания, блок 6 вычисления линейных комбинаций токовых ошибок, входы которого подключены к выходам блока 4 сравнения, а первые выходы блока 6 вычисления линейных комбинаций токовых ошибок присоединены к входам блока 7 формирования команд переключения и к первым входам блока 8 определения знаков токовых ошибок, вторые входы которого подключены ко вторым выходам блока 6 вычисления линейных комбинаций токовых ошибок, блок 9 формирования знаков управляющих воздействий, первые входы которого присоединены к выходам блока 8 определения знаков токовых ошибок, а вторые входы подключены к выходам измерителя 10 компонент вектора эквивалентного напряжения с тремя входами, а выходы присоединены к информационным входам регистра 11, управляющий вход которого подключены к выходу блока 7 формирования команд переключения, а выходы регистра 11 присоединены к управляющим входам автономного инвертора напряжения 2 и к входам измерителя 10 компонент вектора эквивалентного напряжения. Блок 7 формирования команд переключения (фиг.2) содержит три компаратора 12, 13, 14 с гистерезисом, три элемента задержки 15, 16, 17, три логических элемента 2 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 18, 19, 20, и логический элемент З ИЛИ-НЕ 21. Первые входы первого, второго и третьего логических элементов 2 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 18, 19, 20 присоединены соответственно к выходам первого, второго и третьего компараторов 12, 13, 14 с гистерезисом непосредственно, а вторые входы первого, второго и третьего логических элементов 2 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подключены к соответствующим выходам первого, второго и третьего компараторов через соответствующие элементы задержки 15, 16, 17, а выходы первого, второго и третьего логических элементов 2 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ присоединены к входам логического элемента 3 ИЛИ-НЕ 21, выходы которого подключены к входу записи регистра 11. Электропривод работает следующим образом. Датчик 3 фазных токов статора вырабатывает сигналы la, Ib, пропорциональные фазным токам электродвигателя переменного тока 1. Эти сигналы поступают на первые входы блока 4 сравнения, на вторые входы которого поступают сигналы Iaz, Ibz от блока 5 задания. Блок 4 сравнения формирует сигналы DIa, DIb по следующим управлениям С выхода блока 4 сравнения сигналы DIa, DI b поступают на входы блока 6 вычисления линейных комбинаций токовых ошибок, который формирует выходные сигналы DIa, DI b, DIc, DI a-c, DIb-c, DI b-a по уравнениям С выходов блока 6 вычисления линейных комбинаций токовых ошибок сигналы токовых ошибок фаз двигателя DIa , DI b, DIc, DI a-c, DIb-c, DIb- a поступают на входы блока 8 определения знаков токовых ошибок, который формирует сигналы sign(DIa), sign(DIb), sign(DIc), sign(DIb-c), sign(DIa-c), sign(DIb-a) по уравнениям где I - постоянная величина. Одновременно сигналы токовых ошибок фаз электродвигателя DIa, DI b, DIc подаются на блок 7 формирования команд переключения. С выхода блока 8 определения знаков токовых ошибок сигналы sign(DIa), sign(DIb), sign(DIc), sign(DIb-c), sign(DIa-c), sign(DIb-a) поступают на первые входы блока 9 формирования знаков управляющих воздействий, который формирует управляющие воздействия signUa, signU b, signU c в соответствии с табл.1. На вторые входы блока 9 формирования знаков управляющих воздействий с выходов измерителя 10 компонент вектора эквивалентного напряжения поступают сигналы sign(U^a), sign(U^b), sign(U^c), которые формируются в соответствии с табл.2. С выхода блока 9 формирования знаков управляющих воздействий знаки управляющих воздействий signUa, signUb, signU c поступают через регистр 11 на силовые ключи автономного инвертора напряжения 2. Регистр 11 позволяет сохранять знаки управляющих воздействий signUa, signUb, signUc до следующей команды переключения, которую выдает блок 7 формирования команд переключения. Блок 7 формирования команд переключения работает следующим образом: сигналы DIa, DI b, DIc с выхода блока 6 вычисления линейных комбинаций токовых ошибок подаются на входы трех компараторов 12, 13, 14 с гистерезисом, которые формируют сигналы sign(DIa), sign(DIb), sign(DIc) по уравнениям где I - постоянная величина; Dij(j = a, b, c) - производные токовых ошибок фаз; Ur - величина отклонения тока фазы от заданного, определяющая размерность трубки допустимых отклонений. С выходов компараторов 12, 13, 14 сигналы sign(DIa), sign(DIb), sign(DIc) поступают на первые входы логических элементов 18, 19, 20 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а на вторые входы эти х элементов подаются те же сигналы через элементы 15, 16, 17 задержки. При превышении значения токовой ошибки одной из фаз A, B или C на величину Ur происходит изменение знака на соответствующем первом входе одного из логических элементов 2 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а на втором входе этого элемента изменение знака задержится на время T, определяемое соответствующим блоком задержки. В результате на выходе соответствующего логического элемента 2 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ появится импульс положительной полярности, длительность которого равна T. Выходы логических элементов 2 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 18, 19, 20 подключены ко входам логического элемента 21 3 ИЛИ-НЕ, который суммирует эти импульсы, инвертирует их и подает на вход записи регистра 11. Запись в регистр происходит по спаду импульса отрицательной полярности. Длительность импульса определяется временем T, необходимым для завершения переходных процессов, протекающих в блоке 9 формирования знаков управляющих воздействий, возникающих при изменении знака на одном из его входов. Таким образом, алгоритм управления силовыми элементами автономного инвертора напряжения построен так, что команды на переключение поступают на автономный инвертор при выходе хотя бы одной из токовых ошибок DIa, DIb , DIc за пределы трубки допустимых отклонений, определяемой величиной гистерезиса Ur. Такое построение алгоритма управления позволяет обеспечить минимизацию средней частоты коммутаций силовых элементов автономного инвертора напряжения при заданной трубке допустимых отклонений фазовых токов электродвигателя переменного тока, что улучшает их тепловой режим работы, увеличивает надежность и долговечность.