Частотно-регулируемый электропривод

 

ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД, содержащий асинхронный цвигатепь, поспецоватепьно включенные управп яемый выпрямитель, автономный инвертор. .тока, выходом пСЬключенный к асинхронному двигателю , датчики тока и скорости, вы ходы которых соединены с первыми входами соответственно регулятора тока и р&гупятора скорости, и сумматор, выход регулятора скорости подключен к второму входу регулятора тока через BcnoMtv гательный выпрямитель, а выход регу лятора тока - к управляемому входу выпрямителя, отличающийся тем,, что, с целью упрощения и повышения точности поддержания режима работы асинхронного двигателя в зоне минимума потерь, в него ввеаен интех. ратор с однопопярным выходом и иньв(тирующим и неинвертирующим входамя.упра)ляемый перекпючатель,нупь-орган и блок отно шения напряжения и частоты,а сумматор выполнен с инвертирующим и неинвертирующим входами, причем вход блока отношения напряжения и частоты со динен с выходом автономного инверторного тока, к управляющему входу которого подключен однопопярный выхоц (Л интегратора, а инвертирующий и неинвертирующий входы указанного интеграт ч а соединены с выходами управляемого переключателя, основной вход которого соединен с выходом сумматора, к неинвертирующему входу которого подключен выход блока отношения напряжения о : и частоты, а к инвертирующему - выход датчика тока, выход регулятора скорости соединен с входом нуль-органа, выход 4;ib которого подключен к управляющему о вхоцу переключателя. О)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) эив Н 02 P 7/42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н AhTOPCHOMV СВИДДТЕЛЬСТБУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2 1) 3415102/24-07 (22) 01.0 4.82 (46) 23.08.83. Бюл. Ия 31 (72) С. Г. Забровский, Г. Б. Лазарев и В. M. Череланин (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт электроэнергетики (53) 62-83:621.3.066.63 (088.8) (56) 1. Горцюшкин С. И. и др, Мощные преобразователи для асинхронной машины 3500 кВт. "ЭП", сер. "Преобразовательная техника", вып. 10, 1981, с. 193.

2. Берштейн A. Я. и др. Тиристорные преобразователи частоты в электроприводе. N., "Энергия", 1980, с. 191. (54) (57) ЧАСТОТНО -РЕГУЛИРУЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД, содержащий асинхронный двигатель, последовательно включенные управляемый выпрямитель, автономный инвертор..тока, выходом пбЬключенный к асинхронному двигателю, датчики тока и скорости,выходы которых соединены с первыми входами соответственно регулятора тока и регулятора скорости, и сумматор, выход регулятора скорости подключен к второму входу регулятора тока через вслома гательный выпрямитель, а выход регулятора тока - к управляемому входу выпрямителя, отличающийся тем,.что, с цепью упрощения и повышения точности поддержания режима работы асинхронного двигателя в зоне минимума потерь, в него введен интег ратор с однополярным выходом и инвертирующим и неинвертирующим входами, управляемый переключатель, нуль-орган и блох отно щения напряжения и частоты,а сумматор вы» полнен с инвертирующим и неинвертирующим входами, причем вход блока отношения напряжения и частоты соединен с выходом автономного инверторного тока, к управляющему входу которого подключен однополярный выход интегратора, а инвертирующий и неинвертирующий входы укаэанного интегратора соединены с выходами управляемого переключателя, основной вход которого соединен с выходом сумматора, к неинвертирующему входу которого подключен выход блока отношения налряжения и частоты, а к ннвертирующему - выход датчика тока, выход регулятора скорости соединен с входом нуль-органа, выход которого подключен к управляющему входу переключателя.

0,05 - 0,08, что технически трудно осуществимо и требует применения специальных спожных цифровых устройств.

Укаэанное обстоятельство практически искпючает возможность применения известного асинхронного эпектропривоца с час-, тотно-токовым управпением при мошн<юти 1000 кВт и выше.

Uem изобретения - упрощение и повышение точности поццержания режима работы двигателя в зоне минимума потерь.

Поставпенная цепь достигается тем, что в частотно-регупируемый зпектропривод,содержаший асинхронный цвигатепь, поспецоватепьно вкпюченные управляемый выпрямитель, автономный инвертор тока, выхоцом поцключенный к асинхронному двигателю, цатчики тока и скорости, выкоцы которых соецинены с первыми входами соответственйо регулятора тока и скорости, сумматор, выход которого связан с управляющим вхоцом автономного инвертора тока, причем выход регупятора скорости поцкпючен к второму входу регупятора тока через вспомогательный выпрямитепь, а выхоц регулятора тока - к управляющему вхоцу управляемого вырямитепя, дополнительно снабжен интегратором с оцнопопярным выхоцом, инвертируюшим и неинвертирующим входами, управляемым переключателем, куль-органом н блоком отношения напряжения и частоты, при этом сумматор выполнен с инвертируюшим и неинвертирующим входами, вхоц блока отношения напряжения и частоты соединен с выкоцом автономного инвертора тока, к управляющему входу которого поцкпючен выход интегратора с оцнополярным выхоцом, а инвертирующий и неинвертирующий его вхоцы соецинены с выхоцами управляемого переключатепя, основной вхоц которого соецинен с выходом сумматора, к неинвертируюшему sxogy которого поцкпючен выход бпока отношения напряжения и частоты, а к инвертирующему - выкоц цатчика тока, выход регулятора скорости соецинен с входом нуль-органа, выхоц которого поцкпючен к управляющему вхоцу перекпючатепя.

На чертеже прецставпена схема прецпагаемого частотно-регулируемого эпектроприво.

Вхоц управляемого выпрямителя 1 прецназначен цпя подключения к питающей

4 1037406 2

Изобретение относится к эцектротех» нике, s частности к эпектропривоцу с асинхронными двигатепями.

Извеотек частотиорегулируемый эпектропривод, содержащий ущавпяемый выпрямитепь, автономный инвертор тока, асинхронный цвигатепь, датчики то ка, напряжения и скорости, а также регулятор тока с бпоком токоограничь1 ния и регулятор скорости (1 . !О

В цанном эпектропривоце реапизуется закон частотного управпения асинхрои ным двигателемО(%=СОи91 с помощью положитепьной обратной связи межцу налряжением цвигатепя и частотой ин 1 вертора (выкоц цатчика напряжения подключен к управпяющему входу авто ! иомного инвертора тока), Нецостатками этого эпектропривоца явпяются неоптимапьный при переменной 20 нагрузке закон частотного управпения и невозможность рекуперативного тормо женин, так как наличие указанной попс житепьной обратной связи межцу напряжением цвигатепя и частотой инверто 25 ра привоцит к неустойчивости привода при перекоце цвигатепя в генераторный режим.

Наибопее близким к преццагаемо му по технической сушности и достигае < мому резупьтату является асинхронный эпектропривоц с частотно»токовым управ пением, соцержащий асинкронный цвигатепь и поспецоватепьно соединенные управпяемый выпрямитепь, автономный инвертор 2 тока, выходоМ подключенный к асинхронному цвигатепю, датчики тока и скорости, функционапьный преобразоватепь, а также регуляторы тока и скорости $2 ) .

49

Регулятор скорости прецставпяет собой усилитель-ограничитепь, который через вспомогательный выпрямитель соединен с вхоцом регупятора тока, воздействующего на управляемый выпря- 45 митепь, Частота инвертора опрецепяеъся как сумма сигнапов цатчика скорости и выхоцного сигнала усилителя-ограни» чителя.

Нецостаток такого привода - низкая 5О точность подцержания режима цвигателя в зоне минимума потерь, особенно при мошностях от 1000 кВт и выше.

Это обусловлено относитепьно мапыми значениями скольжения мощных цвигателей (0,5 -. 0,8%), вслецствие чего усилитепь-ограничитепь, функциона и ный преобразоватепь и цатчик скорости должны обладать точностью не ниже

3 10 электросети, при этом выпрямитель 1 выполняет ропь регулируемого источника цпя автономного инвертора 2 тока, послецоватепьно соединенного с выпря. митепем, à BbIKQQOM поцкпюченного к асинхронному двигателю 3. Эпектропри воц имеет цатчик 4 тока, датчик 5 скс рости и бпок 6 отношения напряжения и частоты, выполненный, например, в вице послецоватепьно соециненных интегратора 7 и неуправпяемого выпрямителя 8, а также соцержит регулятор 9 тока с блоком токоограничения и регупя-. тор 10 скорости„связанные с управляюшим вхоцом выпрямителя 1, причем выхоц регупятора 10 скорости соецинен с вхоцом регулятора 9 тока через вспомогательный выпрямитепь 11. Управ пяющий вхоц инверторв 2 (вхоц зацаюшего генератора его системы управления) цоцключен к выходу интеграто-ра 12 с оцнопопярным выхоцом, инвертирующий и неинвертирующий вхоцы которого соецинены с выхоцом управпяемого перекпючателя 13. Осиовной вхоц перекпючатепя 13 поцсоецинен к выходу сумматора 14, неинвертирующий вхоц которого соединен с выхоцом бпока. 6 отношения напряжения и частоты, а инвертируюший вхоц- с выхоцом датчика 4 тока. Выхоц регулятора 10 ско» рости через нуль-орган 15 соецинен с управпяющим вхоцом переключатепя 13. . Электропривоц работает следующим образом.

При поцаче силового напряжения на вхоц выпрямитепя 1 и сигнапа зацания скорости Оэ 70на первый вход регулятора 10 скорости в системе управ ляемый выпрямитель 1-автономный инвертор 2 - асинхронный цвигатепь 3 устанавливается ток на уровне токоограничения регулятора тока. Поц дейст вием положительного знака рассогласо вания на выхоце регулятора 10 скорости нуль-орган 15 срабатывает и устанав ливает перекпючатепь -13 в положение, при котором выхоц сумматора 14 поцкпючается к неинвертирующему вхоцу интегратора 12.

Двигатепь 3 при поцаче силового напряжения не вращается, поэтому напряжение на его зажимах мало. Бпизко к нулю также и напряжение на вы» хоце блока 6 отношения напряжения и частоты. Действие выходного сигнала цатчика 4 тока, поцкпюченного к инвер тирующему входу сумматора 14, оказы37406 вается опредещпощим по сравнению с возцействием сигнала от бпока 6, поцклю ченного к неинвертирующему вхоцу сум матора 14. Поэтому напряжение на выходе интегратора 12 равно. нулю, так как данный интегратор не может иметь отрицатепьных выхоцных напряжений. Частота работы инверторв в этом случае определяется начальной (пуско

30 вой) частотой задающего генератора, . вхоцящего в систему упрввпения инвер тора 2. Еспи момент цвкгатепя 3, рвэ виваемый им на пусковой частоте и то ке на уровне токоограничения, превы

15 шает момент сопротивпения нагрузки, 1 частота вращения цвигвтепя 3 начнет увеличиваться. При этом умеиьшвэтсв скольжение и увепичивается напряжение на статоре двигатепя 3 и нв выхоце

20 бпока 6 отношения налряжения и часто тые

При некотором значений скопьжения выхоцное напряжение бпока 6 оказывает» ся. равным, а затем превышающим выхоц

25 ной сигнал датчика 4 тока. На выходе интегратора 12 и, спецоввтепьно, нв управляюшем входе инверторв 2 появись ся нарастающее попожитепьное напряжение и частота инвертора 2 начнет

3О увеличиваться. Разгон цвигатепя в цапь нейшем происхоцит при . непрерывном увепичении частоты цо значения; опрецепяемого зацанием регуйяторв скорости, Значение тока поц цействием регупятора 10 eHbII5lTcSI, ВТо приведет: K . уменьшению электромагнитного момента цвигатепя 3.

В установившемся режиме сигнапы нв вхоце интегратора 12 и выхоце сум

4С матора 14 равны нупю, т.е. выхоцные сигналы цатчика 4 тока и бпокв 6 от ношения напряжения и частоты компенси руют цруг друга. Такое состояние ха рактеризуется соотношением, 45 0

В

"1 K2.— (1) гце j, ц, f - ток, фазное нацря жение и частота ствтора цвигатепя 3.

50 - коэффициенты сумми рования выходных сигнапов датчика 4 тока и блока 6 cmношения напряжения

55 и частоты.

Таким образом, в установившемся режиме обеспечивается стабилизация соотношения

1037 о

= — = соп т.

%1 к (2)

Лпя асинхронного двигатепя 3 поццержание постоянным соотношения (2) 5 соответствует стабилизации абсапютного скопьжения. Это вытекает из слецуюшего. Эквивалентное сопротМвпение цвигатепя, опрецепяемое как 2. - 0 !1 практически пропорционально частоте статора (без учета влияния активного сопротивления его обмоток,), т,е, может быть прецставпено в вице.

z» — ". = 4®, (3) 15 гце в -функция, зависящая от вепнчины абсолютного скольжения.

Из выражений (2) и (3) спецует, что — -%(ig=- — = ЧОиИ, U ki

20 2 (4) т.е. стабилизация соотношения (2) обеопечивает режим работы цвигателя 3 с постоянным абсопютным сколь жением. Н еобхоцимая, величина скопьже ия, соответствующая, 25 например, минимуму потерь, определяется выбором коэффициентов суммирования К и Кд.

При перехоце к рекуперативному тор- 30 можению, например, снижением зацания скорости, знак peccoIlIBcoBBHHII на выходе регупятора 10 скорости становит»

406 d ся отрицательным, нупь орган 15 перек. лючается, и под цействием его выхоц ного напряжения происхоцит изменение положения контактов перекпючатепя 13.

Это обеспечивает необхоцимые попяр ности знаков приращений частоты и нап» ряжения> соответствующие устойчивому генераторному режиму, цвигатепя (увепичению напряжения должно соответствовать уменьшение частоты, .т.е. увеличение генераторндго моменте).

Таким образом, данный эпектропривоц обеспечивает устойчивую работу двигателя в цвигатепьном и генераторном режимах, плавный частотный пуск и рекуперативное частотное торможение при подцержании режима работы цвигатепя.в зоне минимума потерь. Поспецнее достигается без применения пр цизионных цатчиков частоты и скорости, поскопьку экономичный режим работы цвигателя обеспечивается безнепосрецственного измерения скольжения и осуществляется путем стабилизации эквивалентного сопротивпения двигателя с помощью цатчика тока и блока отношу»ния напряжения и частоты. При этом высокая точность поццержания экономичного режима становится возможной цля машин пюбой мощности, включая цвигатепи свыше 1000 кВт, имеющие относительно малые значения скольжеР! ! !!!П!! Заказ 03 /58 Тираж 687 Попон. но>

Финно.1 Г!!:!! "Патоаг", о. Ужгород, in. Проектнал, !