Многодвигательный электропривод

 

1. МНОГОДВИГАТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД , содержащий N гистерезисных электродвигателей, преобразователь частоты, составленный из регуляторов частоты и напряжения и усилителя мощности , В.ХОДЫ которого связаны с выходами регуляторов частоты и напряжения соответственно, а выход - с гистерезисными электродвигателями, блок задания тока и датчик тока, блок задания напряжения и датчик напряжения, блок задания частоты и два блока сравнения, отличающийся тем, что, с целью повьшения КПД путем снижения потерь в пусковом и рабочем режимах, один из N гистерезисных электродвигателей снабжен датчиком частоты вращения и в цепи питания указанного электродвигателя установлен датчик тока, а датчик напряжения включен в цепь питания И -1 гистерезисных электродвигателей, и введены блок выделения низкой частоты вращения с двумя входами, блок регулирования скольжения и сумматор частот с двумя входами, причем выход датчика тока связан с первым входом первого блока сравнения, а выход датчика напряжения - с первым входом второго блока сравнения, второй вход которого подключен к блоку задания напряж,ения , а выход через блок задания тока связан с вторым входом первого блока сравнения, выходом соединенного с регулятором напряжения, один вход сумматора частот подключен к выходу тахогенератора, второй вход сумматора частот связан с выходом блока регулирования скольжения, входом соединенного с выходом тахогенератора, выход сумматора частот подключен к одному входу блока выделения низкой частоты вращения, второй вход которого соединен с блоком задания частоты вращения, а выход - с входом регулятора частоты. 2.Электропривод по п. 1, о т л ичающийся тем, что, с целью повышения устойчивости, в него введены блок суммирования с двумя входами , включенный по первому входу и выходу между блоком регулирования скольжения и вторым входом сумматора частот, и последовательно соединенные между собой второй датчик тока, установленный в цепь питания М -1 гистерезисных электродвигателей, фильтр низких частот, фазосдвигающий блок, выходом соединенный с вторым входом блока суммирования. 3.Электропривод по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

COUN

РЕСПУБЛИК А..SU„„

З.,Я1 Н 02 Р 5/46

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

Н АВТОРСНОМЪ СВИДЕТЮЪСТВУ (21) 3600601/24-07 (22) 06.06.83 (46) 23.09.84. Бюл. 11 35 (72) С.В. Прудников, В.Н. Тарасов, А.Г. Гарганеев, И.Н. Орлов, В.А. Чванов и Ф.К. Реут (71) Иосковский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетический институт и Всесоюзный электротехнический институт им. В.И. Ленина (53) 62-83: 62 1. 316. 718. 5(088.8) (56) 1. Патент ФРГ 11 - 2726534, кл. Н 02 Р 7/76, 1976.

2. Bagemiel Peter, Golde Ernst, Maap Karl. Umrichter fur Zentrifugenantriebe zur Urananreicherung. — "Techn.

Mitt AEC — Telefunken", 1977, У 1, с. 30-34. (54)(57) 1. ИНОГОДВИГАТЕЛЬНЫИ ЭЛЕКТРОПРИВОД, содержащий м гистерезисных электродвигателей, преобразователь частоты, составленный из регуляторов частоты и напряжения и усилителя мощности, входы которого связаны с выходами регуляторов частоты и напряжения соответственно, а выход — с гистерезисными электродвигателями, блок задания тока и датчик тока, блок задания напряжения и датчик напряжения, блок задания частоты вращения и два блока сравнения, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повьипения КПД путем снижения. потерь в пусковом и рабочем режимах, один из и гистерезисных электродвигателей снабжен датчиком частоты вращения и в цепи питания указанного электродвигателя установлен датчик тока, а датчик напряжения включен в цепь питания ь1 -1 гистерезисных электродвигателей, и введены блок выделения низкой частоты вращения с двумя входами, блок регулирования скольжения и сумматор частот с двумя .входами, причем выход датчика тока связан с первым входом первого блока сравнения, а выход датчика напряжения — с первым входом второго блока сравнения, второй вход которого подключен к блоку задания напряжения, а выход через блок задания тока связан с вторь.м входом первого блока сравнения, выходом соединенного с регулятором напряжения, один вход сумматора частот подключен к выходу тахогенератора, второй вход сумматора частот связан с выходом блока ре- Я гулирования скольжения, входом соединенного с выходом тахогенератора, выход сумматора частот подключен к одному входу блока выделения низкой частоты вращения, второй вход которого соединен с блоком задания частоты вращения, а выход — с входом регулятора частоты.

2. Электропривод по и. 1, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения устойчивости, в него введены блок суммирования с двумя входами, включенный по первому входу и выходу между блоком регулирования скольжения и вторым входом сумматора частот, и последовательно соединенные между собой второй датчик тока, установленный в цепь питания Ы -1 гистерезисных электродвигателей, фильтр низких частот, фазосдвигающий блок, выходом соединенный с вторым входом блока суммирования.

3. Электропривод по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что

1115192 блок выделения низкой частоты вращения снабжен дополнительным выходом, блок задания напряжения выполнен с переменной уставкой и снабжен управляющим входом и введены блок вьдержки времени с двумя выходами,. и переключатель с управляющим входом и двумя информационными входами, связанными соответственно с датчиком напряжения и первым из упомянутых

Изобретение относится к электро.технике и может быть использовано в многодвигательных установках с общим числом электродвигателей от двух до десяти тысяч и более, например, в инерционном приводе центрифуг, гироскопов и т,д.

Известен многодвигательный электропривод, содержащий гистерезисные электродвигатели, подключенные к

10 преобразователю частоты, состоящему из инвертора напряжения и выпрямителя напряжения сети, которые соединены между собой LC-фильтром. Для компенсации реактивной энергии на выход преобразователя частоты подключены конденсаторы. Схема управления содер. жит блоки регулирования напряжения и частоты, датчики. напряжения, при этом выход последних через измеритель 20 ный выпрямитель и пороговый элемент .соединен с блоком регулирования напряжения. Выход измерительного выпря-. мителя через блок задания формы напряжения соединен с сумматором, второй вход которого соединен с задатчиком частоты, а выход сумматора связан с блоком регулирования частоты преобразователя Li|.

Наиболее близким к изобретению является многодвигательный электропривод, содержащий N гистерезисных электродвигателей, преобразователь частоты составленный из регуляторов частоты 35 и напряжения и усилителя мощности, входы которого соединены соответственно с выходами регуляторов частоты и напряжения, а выход усилителя мощнос.ти подключен к М -1 гистерезисным 40 датчиков тока, выход переключателя соединен с первым входом первого блока сравнения, а управляющий вход переключателя — с первым выходом блока вьдержки времени, входом подключенного к дополнительному выходу блока вьделения низкой частоты вращения, а второй выход блока вьдержки времени соединен с управляющим входом блока задания напряжения.

2 электродвигателям. Регулятор напряжения выполнен в виде выпрямителя, а регулятор частоты — в виде инвертора, выполняющего функцию и усилителя мощности, Выпрямитель и инвертор соединены между собой через RC-фильтр. Дополнительно к выходу инвертора напряжения подключены конденсаторы для компенсации реактивной мощности. Электропривод содержит блок задания тока и датчик тока, блок задания напряжения и датчик напряжения, три блока сравнения и блок задания частоты вращения, причем выходы датчиков тока и напряжения, установленные на выходе инвертора, через блок умножения и нелинейный блок связаны с соответствующим входом первого блока сравнения, к другому входу которого подключен задатчик напряжения, выход первого блока сравнения через первый пропорциональный регулятор, второй блок сравнения, второй пропорциональный регулятор, третий блок сравнения и третий пропорциональный регулятор соединен с выпрямителем. Вторые входы второго и третьего блоков сравнения соединены соответственно с датчиком напряжения, установленным на вы-. ходе LC-фильтра, и датчиком тока, включенным в цепь питания выпрямителя. Электропривод содержит также блок управления частотой, в состав которого входит блок задания частоты вращения, и обеспечивает ступенчатое регулирование частоты и напряжения, осуществляя тем самым частотно-регулируемый запуск, а в рабочем режиме стабилизацию основных параметров злектI 1 родвигателей 1.2 .

Однако в известных устройствах дискретность регулирования частоты и напряжения не позволяет осуществлять запуск с минимумом потерь скольжения в электродвигателях, увеличивается время запуска, поскольку переход с одной ступени частоты вращения на другую сопровождается большой выдержкой времени, необходимой для синхронизации отстающих электродвигателей, что 10 снижает КПД электропривода.

Компенсация энергии на зажимах инвертора не исключает циркуляции больших реактивных токов в цепях электродвигатель — компенсатор, что вызывает потери энергии, компенсируемые за счет потребления активной энергии из сети, поэтому КПД рабочего режима также мал.

Устойчивость системы во многом оп- щ ределяется соотношениями реактивных сопротивлений .в системе компенсатор— группа электродвигателей. Изменение эквивалентных реактивных сопротивлений в пуске по мере разгона разных 25 электродвигателей при неизменных параметрах конденсаторов снижает устойчивость системы. Аналогичное явление имеет место при выключении части электродвигателей в рабочем режиме или при изменении режима их работы и т.д.

Цель изобретения — повышение КПД путем снижения потерь в пусковом и рабочем режимах и повышение устойчивости

Поставленная цель достигается тем, что в многодвигательном электроприводе, содержащем N гистерезисных электродвигателей, преобразователь частоты, составленный из регуляторов частоты и напряжения и усилителя мощности, входы которого связаны с выходами регуляторов частоты и напряжения соответственно, а выход— 45 с гистерезисными электродвигателями, блок задания тока и датчик тока, блок задания напряжения и датчик напряжения, блок задания частоты вращения и два блока сравнения, один 50 из ь1 гистерезистых электродвигателей снабжен патчиком частоты вращения и в цепи питания укаэанного гистерезистого электродвигателя установлен датчик тока, а датчик напряже- 55 ния включен в цепи питания N --1 гистерезисных электродвигателей, и введены блок выделения низкой часто192 ты вращения с двумя входами, блок регулирования скольжения и сумматор частот с двумя входами, причем выход датчика тока связан с первым входом первого блока сравнения, а выход датчика напряжения — с первым входом второго блока сравнения, второй вход которого подключен к блоку задания напряжения, а выход через блок задания тока связан с вторым входом первого блока сравнения, выходом соединенного с регулятором напряжения, один вход сумматора частот подключе к выходу тахогенерзтора, второй вход сумматора частот связан с выходом блока регулирования скольжения, входом соединенного с выходом тахогенератора, выход сумматора частот подключен к одному входу блока выделения низкой частоты вращения, второй вход которого соединен с блоком задания частоты вращения, а выход— с входом регулятора частоты.

Кроме того, введены блок суммирования с двумя входами, включенный по первому входу и выходу между блоком регулирования скольжения и вторым входом сумматора частот, и последовательно соединенные между собой второй датчик тока, установленный в цепи питания N --1 гистерезисных электродвигателей, фильтр низких частот, фазосдвигающий блок, выходом соединенный с вторым входом блока суммирования.

Блок выделения низкой частоты вращения снабжен дополнительным выходом, блок задания напряжения выполнен с переменной уставкой и снабжен управляющим входом и введены блок выдержки времени с двумя входами, и переключатель с управляющим входом и двумя информационными входами, связанными соответственно с датчиком напряжения и первым из упомянутых датчиков тока, выход перекаючателя соединен с первым входом первого блока сравнения, а управляющий вход переключателя — с первым выходом блока выдержки времени, входом подключенного к дополнительному выходу блока выделения низкой частоты вращения, а второй выход блока выдержки времени соединен с управляющим входом блока задания напряжения.

На фиг. 1 представлена блок-схема многодвигательного электропривода; на фиг. 2 и 3 — варианты выполнения многодвигательного электропривода.

1115192

Многодвигательиый электропривод содержит М гистерезисных электродвигателей 1, преобразователь 2 частоты, составленный из регулятора 3 частоты, регулятора 4 напряжения и усилителя 5 5 мощности, входы которого соединены с выходами регуляторов частоты и напряжения, а выход — с гистерезиснымн электродвигателями. Гистерезисный электродвигатель 6 снабжен тахогенератором 7 и в электропривод введены сумматор 8 частот с двумя входами, блок 9 регулирования скольжения и блок 10 выделения низкой частоты вращения с двумя входами. В цепи питания гистерезисного электродвигателя

6 установлен датчик 11 тока, в цепь питания гистерезисиых электродвигателей 1 включен датчик 12 напряжения.

Выход датчика 11 тока связан с первым входом первого блока 13 сравнения, а выход датчика 12 напряжения— с первым входом второго блока 14 сравнения, второй вход которого подключен к блоку 15 задания напряжения. 5

Выход второго блока 14 сравнения через блок 16 задания тока связан с вторым входом первого блока 13 сравнения, выходом соединенного с регулятором 4 напряжения, Один вход сумма- 30 тора 8 частот подключен к выходу тахогенератора 7, второй вход связан с вьгходом блока 9 регулирования скольжения, входом соединенного с выходом тахогенератора 7, а выход подклЬчен через делитель 17 частоты к одному входу блока 10 выделения низкой частоты вращения, второй вход которого соединен с блоком 18 задания частоты вращения, а выход — с входом регуля- дб тора 3 частоты.

В многодвигательный электропривод могут быть введены последовательно соединенные между собой второй датчик

19 тока (фиг. 2), установленный в цепи питания гистерезисных электродвигателей 1, фильтр 20 низких частот и фазосдвигающий блок 21, выход которого подключен к второму входу блока 22 суммирования, включенному по о первому входу и выходу между блоком

9 регулирования скольжения и вторым входом сумматора 8 частот.

Кроме того в электроприводе блок 10 выделения низкой частоты вращения может быть снабжен дополнительным выходом, блок 15 задания напряжения выполнен с перемен ой уставкой и снабжен управляющим входом, и введены блок 23 выдержки времени (фиг. 3) и переключатель 24 с управляющим входом и двумя информационными входами, один из которых связан с датчиком 12 напряжения, другой — с датчиком 11 тока. Выход переключателя соединен с первым входом первого блока 13 сравнения, а управляющий вход переключателя — с выходом блока 23 выдержки времени, входом подключенного к дополнительному выходу блока 10 выделения низкой частоты вращения.

Второй выход блока 23 выдержки времени подключен к управляющему входу блока 15 задания напряжения.

Выполнение отдельных элементов схемы может быть различно. Сумматор 8 частот может быть аналоговым или импульсным в зависимости от тока тахогенератора 7. В последнем случае при следовании импульсов произвольной частоты возникает проблема обеспечения равномерности. Она достигается путем повышения собственной частоты тахогенератора 7, блока 9 регулирования скольжения с последующим деление» в делителе 17 частоты„ а также применением специальных схем сдвига последовательностей импульсов. При аналоговом выполнении сумматор частот должен содержать преобразователь напряжение — частота.

Блок 9 регулирования скольжения в простейшем случае обеспечивает неизменную величину скольжения, а в более сложной реализации — сложную функцию, учитывающую изменение механической характеристики гистерезистого электродвигателя на разной частоте питания.

Блок 16 .задания тока имеет ограничение по максимуму и пропорциональное снижение задания тока при приближении .напряжения на зажимах гистерезисныж электродвигателей 1 к предельному значению на данной частоте вращения.

Блок 10 выделения низкой частоты вращения осуществляет управление регулятором 3 частоты от сумматора 8 частот и стабильного блока 18 задания частоты вращения. если период импульсов, задаваемь1х сумматором 8 частот, становится меньше периода импульсов блока 18 задания частоты вращения.

Устройство работает следующим образом.

1115192

В начальный момент запуска, когда отсутствует вращение гистерезисных электродвигателей 1 и 6, исходную частоту коммутации преобразователя

2 частоты задает блок 9 регулирования скольжения. Величина абсолютного скольжения Ъ невелика и составляет обычно не более 50 Гц (зависит от особенностей механической характеристики электродвигателей 1 и 6). Блок 1О

16 задания тока задает ток на уровне максимально допустимого значения для электродвигателя 6. За счет наличия обратной связи по цепи питания электродвигателя 6 на выходе преобраэова- 15 теля 2 частоты устанавливается напряжение, соответствующее этому предельному току.

Электродвигатели 1 и 6 однотипны, при этом момент инерции ротора элект- 2О родвигателя 6 равен или несколько больше момента инерции любого из электродвигателей 1. В электромагнитном отношении электродвигатель 6 не должен иметь соотношение электромаг- 75 нитный момент — ток выше, чем любой средний по этому показателю электродвигатель 1. В этих условиях уровень задаваемого на выходе преобразователя 2 частоты напряжения обеспечи.вает пусковой момент каждого из элект. . Родвигателей 1 на уровне пускового момента электродвигателя 6.

По мере увеличения частоты вращения электродвигателя 6 увеличивается З5 сигнал тахогенератора 7 и растет частота f на выходе сумматора.8 частот, котоРаЯ Равна fg = К„ вр + З Кд.

Делитель 17 частоты и блоки управления регулятором 3 частоты выбираются 4О из условия получения частоты на выходе преобразователя 2 частоты, равной f = †; — + Й при уровне

Юьо. о

2 ной частоты f +> . (Г з — абсолютная

45 частота скольжения; uo„> — частота вращения электродвигателя 6). В результате образуется положительная обратная связь по скорости при сохранении постоянства скольжения ведущего электродвигателя 6. Отрицательная обратная связь по току обеспечивает его стабилизацию за счет изменения (роста) напряжения при изменении (росте) частоты вращения. 55

Постоянство тока и скольжения обеспечивает регулирование практически с неизменным уровнем потока.

Электродвигатели 1 изменяют свою частоту вращения под действием изменения частоты питания и напряжения на зажимах э зктродвигателей в усло виях постоянства потока на каждом иэ них, так как соотношение напряжение — частота задается и контролируется.электродвигателем 6. По отношению к источнику питания (преобразователь 2 частоты) группа электродвигателей 1 работает как от источника напряжения.

Блок сравнения контролирует напряжение на зажимах электродвигателей.

При достижении предельного значения, выбранного иэ условий работы либо преобразователя частоты, либо электродвигателей, автоматически уменьшается сигнал задания тока в блоке 16 задания тока и уменьшается ток. Наступает стабилизация напряжения, а разгон. электродвигателей продолжается в условиях стабилизации напряжения на предельном уровне.

По достижении частотой на выходе сумматора 8 частот величины, задаваемой блоком 8 задания частоты, осуществляется переключение канала регулирования частоты на режим стабилизации частоты. Все электродвигатели продолжают разгоняться, постепенно уменьшая свое скольжение, и входят в синхронизм.

В описанном запуске имеет место эффект "самовыравнивания" электродвигателей за счет индивидуального выбора электродвигателями величины абсолютного скольжения и тока нагрузки в зависимости от уровня текущего момента статической нагрузки на валу каждого из них и разброса электромагнитных соотношений. Это связано с тем, что гистерезисные электродвигатели в области низких скольжений имеют "падающую" механическую характеристику, подобную асинхронным электредвигателям. Выбором частоты скольжения электродвигателя 6 на среднем участке этой части механической характеристики обеспечивается режим нсамовыравнивания". Более нагруженные электродвигатели работают с несколько большим скольжением, но и с большим моментом (током), а менее нагруженные — наоборот. B результате все они успевают отследить темп изменения частоты, задаваемой электродвигателем 6.

9 11151

Наличие обратной связи по напряжению исключает черезмерное насыщение электродвигателей и ограничивает предельное значение тока в области больших частот вращения. Использование блока, 9 регулирования скольжения позволяет вводить коррекцию в величину скольжения в зависимости от особенностей механической характеристики электродвигателей. 1О

В электроприводе обеспечивается повышение устойчивости за счет ввода корректирующего сигнала по частоте скольжения в функции изменения общего тока электродвигателей 1. Для этого датчик 19 тока (фиг. 2) измеряет общий ток, фильтр.20 низких частот выделяет изменение этого тока, вызванное низкочастотными колебаниями момента, и через фазосдвигающий блок 2О

21 изменяет частоту задаваемого сколь- жения путем суммирования в блоке 22 суммирования сигналов блока 9 регулирования скольжения и фазосдвигающего блока 21. Низкочастотные колебания 25 тока (мощности), которые возникают в цепи преобразователь 2 частоты— электродвигатели 1, гасятся путем изменения величины скольжения, приводящего к соответствующему измене- . 3О нию момента и потребляемой мощности электродвигателей 1.

В многодвигательном электроприводе обеспечивается переход на рабочий режим с одновременным перевозбуждением электродвигателей, что обеспечивает высокий КПД рабочего режима. Для этого в момент перехода на режим стабилизации частоты блок 10 выделе- ния низкой частоты вращения формиру- 4О

92 10 ет сигнал, который через блок 23 выдержки времени изменяет режим работы регулятора напряжения. Выдержка времени необходима для ввода в синхронизм всех электродвигателей, поскольку в момент синхронизации частота их вращения отличалась от синхронной на частоту скольжения. Переключатель 24 обеспечивает перевод электропрнвода на режим стабилизации напряжения, а блок 15 задания напряжения понижает уровень задания напряжения. За счет этого обеспечивается перевозбуждение и повышается КПД электродвигателей в 1,2-3 раза в .зависимости от особенностей выполнения электродвигателей.

Таким образом, в электроприводе обеспечивается формирование идеальной механической характеристики с моментом, независящим от частоты для кажцого из М гистерезисных электродвигателей, что позволяет снизить время их разгона, при этом частота скольжения всех электродвигателей не превышает величину скольжения ведущего электродвигателя, что снижает потери скольжения и повышает

КЙД запуска.

Использование обратной связи по колебанию общего тока с воздействием на частоту, питания путем изменения частоты скольжения позволяет повысить устойчивость всей системы в пусковом режиме.

Понижение напряжения в рабочем режиме и изменение структуры обратной связи обеспечивает режим перевозбуждения гистерезисных электродвигателей с резким повышением КПД рабочего режима.

1115192

1115192

Фмляал ШВ. "Патект" ° г. Уи ород, ул. Провкткаа, 4.