Система электропитания и управления группами гистерезисных электродвигателей

 

Изобретение относится к электротехнике , позволяет повысить надежность и экономичность системы электропитания и управления гистерезисными электродвигателями за счет того, что последняя состоит из основного источника питания с блоком управления частотой и напряжением, подключенного выходом к магистральным шинам питания,- соединенным через ключи с индивидуальными шинами питания (ИШП), к которым подключены через компенсирующие конденсаторы группы гистерезисных электродвигателей (ГЭ). На каждую группу ГЭ приходится блок импульсного намагничивания (вин) с блоком управления (БУ), блок задания частоты импульсов. На каждую группу ГЭ, кроме первой, имеется блок задержки, причем ВИН первым и вторым выходами включен в разрыв .одной из фаз ИОШП, а третьим выходом и первым входом подключен к другой фазе ИШП между компенсирующими конденсаторами и группой ГЭ, а вторым входом - к выходу БУ, первый и второй входы которого соединены с ЙШ11, а третий - с выходом блока задания частоты импульсов этой же группы. Вход блока задания частоты импульсов для первой группы ГЭ соединен с блоком управления частотой и напряжением основного источника питания, а блоки задания частоты импульсов всех последующих групп соединены с блоком задания частоты импульсов первой группы ГЭ через блоки задержки . 1 з.п. флы , 9 ил. i (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И) А1 (51) 4 Н 02 P 7/74

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2.1 ) 3727858/24-07 (22) 20.02.84 (46) 30.06.86. Бюл. № 24 (71) Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетический институт и Всесоюзный электротехнический институт им. В. И. Ленина (72) . С. В. Прудников, В. Н. Тарасов, И. Н. Орлов, П. Н. Абакумов, Ф. И. Ковалев, :Ф.К.Реут и В.А.Чванов

; (53) 621. 313. 392 (088. 8)

{56) Заявка ФРГ № 2244757, кл. Н 02 P 7/62, 1976.

Мастяев Н.З., Орлов И.Н. Гистерезисные электродвигатели. Часть 1.

Вопросы теории и применения. M,:

Энергия, 1963.

Делекторский Б.А., Тарасов В.Н.

Импульсные возбудители для микромаII шин с магнитным возбуждением. Элек тричество",. ¹ 6, 1978.

Авторское свидетельство СССР № 534015, кл. Н .02 Р 1/10, Н 02 P 7/42, 1976.

Орлов И.Н., Прудников С,В., Тара- . сов В.Н. Возможности гистерезисного электродвигателя в многодвигательном электроприводе, 1.982, вып. 562, с. 48-53.

Заявка ФРГ № 2726534, кл. Н 02 P 7/76, 1977. (54) СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ И УПРАВ"ЛЕНИЯ ГРУППАМИ ГИСТЕРЕЗИСНЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ (57) Изобретение относится к электротехнике, позволяет повысить надежность и экономичность системы электропитания и управления гистерезисными электродвигателями за счет того, что последняя состоит из основного источника питания с блоком управления частотой и напряжением, подключенного выходом к магистральным шинам питания, соединенным через ключи с индивидуальными шинами питания (ИШП), к которым подключены через компенсирующие конденсаторы группы гистерезисных электродвигателей (ГЭ). На каждую группу ГЭ приходится блок импульсного намагничивания (БИН) с блоком управления (БУ), блок задания частоты импульсов. На каждую группу ГЭ, кроме первой, имеется блок задержки, причем БИН первым и вторым выходами включен в разрыв .одной из фаз ИШП, а третьим выходом и первым входом подключен к другой фазе ИШП между компенсирующими конденсаторами и группой ГЭ, а вторым входом — к выходу БУ, первый и второй входы которого соединены с ИШП, а третий — с выходом блока задания частоты импульсов этой же группы.

Вход блока задания частоты импульсов для первой группы ГЭ соединен с блоком управления частотой и напряжением основного источника питания, а блоки задания частоты импульсов всех последующих групп соединены с блоком задания частоты импульсов первой группы ГЭ через блоки. задержки . 1 з.п. ф- лы

9 ил.

41339 2 телей 7, а вторым входом — к выходу блока 9 управления, первый.и второй входы которого соединены с индивидуальными шинами 5 питания, а третий — с выходом блока 10 задания частоты импульсов этой же группы, вход блока 10 задания частоты импульсов для первой гру-ппы гистерезисных электродвигателей 7 соединен

10 с блоком 2 управления частотой и напряжением основного источника 1 питания, а блоки 10 задания частоты импульсов всех последующих групп 7 соединены с блоком 10 задания

15 частоты импульсов первой груп— пы гистерезисных электродвига— телей 7 через блоки ll задерж12

На фиг.1 изображена структурная схема системы электропитания и управления (п.1); на фиг.2 — структурная схема системы электропитания и управления (п.2); на фиг.3 — структурная схема варианта выполнения блока импульсного намагничивания и блока его управления; на фиг.4 и 5 варианты структурного выполнения блока импульсного намагничивания; на фиг.6 и 7 — принципиальные схемы выполнения блока импульсного намагничивания по фиг.4 и фиг.5 соответственно; на фиг.8 — структурная схема выполнения блока формирования частоты и фазы импульсов; на фиг.,9 временные диаграммы, поясняющие прин30 цип задания параметров импульсов.

Система электропитания и управления группами гистерезисных элект. родвигателейй (фиг. 1) содержит основной источник 1 питания с блоком 2 управления частотой и напряжением. К выходам основного источника 1 питания подключены магистральные шины 3 питания, соединенные через ключи 4 с индивидуальными шинами 5 питания, к которым подключены через компенсирующие конденсаторы 6 группы гистерезисных электродвигателей

7.Система содержит также на каждую группу гистерезисных электродвигателей 7 блок 8 импульсного намагничивания с блоком 9 управления, блок 10 задания частоты импульсов и на каждую группу гистерезисных электродвигателей 7, кроме первой, — блок 11 задержки. При этом блок 8 импульсно-, 1 го намагничивания первым и вторым своими выходами включен в разрыв одной из фаз индивидуальных шин 5 питания, а третьим выходом и первым входом подключен к другой фазе индивидуальных шин 5 питания, между компенсирующими конденсаторами 6 и группой гистерезисных электродвигаки

Изобретение относится к электротехнике,, а именно к системам электропитания и управления гистерезисными двигателями многодвигательного электропривода технологических линий.

Цель изобретения — повышение экономичности за счет увеличения КПД и надежности,. обеспечение устойчивости, надежного ввода в синхронизм всех групп электродвигателей, защиты источника питания.

Система электропитания и управления группами гистерезисных электроцвигателей (фиг.2) содержит также блок 12 выбора pemma управления с четырьмя выходами для каждой группы гистерезисных электродвигателей 7 и на каждую группу электродвигате.лей 7 — блок 13 задания параметров работы группь:: гистерезисных электродвигателей 7, блок 14 сравнения, блок 15 измерения параметров работы группы гистерезисных злектродвигате.лей 7, измерительные входы которых подключены к индивидуальным. шинам 5 питания, логическую схему ИЛИ 16, логическую схему И 17, элемент 18, имеющий зону нечувствительности.При этом для каждой группы электродвигателей 7 соответствующие выходы блока 12 выбора режима управления сое-. ,цинены с входами блока 15 измерения параметров работы группы гистерезисных электродвигателей 7, блока 13 задания параметров работы этой группы электродвигателей 7, элемента 18, имеющего зону нечувствительности, и логической схемы ИЛИ 16, выходом подключенной к одному из входов логической схемы И 17, второй вход кото— рой соединен с выходом блока 10 за,цания частоты импульсов, а выход— с входом блока 9 управления блока 8 импульсного намагничивания. Выход блока 15 измерения параметров рабо— ты гругпы гистерезисных электродвигателей 7 подключен к соответствующим входам блока 14 сравнения, выход которого через элемент 18 связан с вторым входом логического элемента

ИЛИ 16.

1241339

Каждый блок 8 импульсного намагничивания- (фиг. 3) содержит трансформа— тор 19 тока, замыкающий ключ 20, раз— рядный ключ 21, конденсатор 22, зарядный блок 23 ° Блок 9 управления (фиг.3) состоит из блока 24 формирования частоты и фазы импульсов, блока,25 формирования длительности импульсов и логического элемента

НЕ 26. При этом трансформатор 19 то- 10 ка первичной обмоткой включен в одну из фаз индивидуальных шин 5 питания, вторичная обмотка зашунтирована замыкающим ключом 20 и через разрядный ключ 21 подключена к конденсатору 22, Управляющие входы разрядного ключа 21 непосредственно, а замыкающего ключа 20 через логический элемент НЕ 26 соединены с выходом блока 25 формирования длительности импульсов, вход которого соединен с выходом блока 24 формирования частоты и фазы импульсов. Входы последнего являются входами блоков 9 управленйя, Конденсатор 22 подключен к за- д рядному блоку 23, входы которого подключены к индивидуальным шинам 5 питания.

Каждый блок 8 импульсного намагничивания (фиг,4) содержит разделительный ключ 27 и разрядный ключ 21, конденсатор 22, подключенный к зарядному блоку 23, При этом конденсатор 22 и разрядный ключ 21 соединены после- 35 довательно и включены в разрыв одной из индивидуальных шин 5 питания и шунтированы разделительным ключом 27.

В блоке 8 импульсного намагничивания (фиг.5) конденсатор 22, подклю- 40 ченный к зарядному блоку 23, и разрядный ключ 21 соединены последовательно и включены параллельно индивидуальнымшинам 5 питания. Разделительный ключ 27 включен в разрыв одной 45 из индивидуальных шин 5 питания между точкой соединения цепочки конденсатор 22 — разрядный ключ 21 и компенсирующими конденсаторами 6.

Блок 24 формирования частоты и 50 фазы импульсов (фиг,8) состоит из блока 28 синхронизации, регулято.— ра 29 фазы и триггера 30. При этом один вход триггера 30 через регулятор 29 фазы, блок 28 синхронизации 55 подключен к индивидуальным шинам 5 питания, второй — к блоку 10 задания частоты импульсов. Выход триггера 30 является входом блока 25 формирования длительности импульсов.

Система электропитания и управ— ления группами гистерезисных электродвигателей (фиг. 1) работает следующим образом, Группа гистерезисных электродвигателей 7 .подключена к индивидуальным шинам 5 питания, которые червз ключи 4 соединены с магистральными шинами 3 питания. Магистральные шины 3 питания подключены к основному источнику 1 питания, имеющему блок 2 управления частотой и напряжением. По команде блока 10, определяющего частоту следования импульсов, через блок 9, задающий фазу и длительность импульсов, блок 8 импульсного намагничивания формирует импульс тока по индивидуальным шинам 5 питания, Для исключения пульсаций тока в магистральных шинах 3 питания и защиты источника 1 питания в устройство введены блоки 11 задержки, обеспечивающие несинфазное импульсное намагничивание различных групп электродвигателей 7.

В многодвигательном гистерезисном электроприводе с целью компенсации реактивной мощности, потребляемой группой электродвигателей 7, на индивидуальные шины 5 питания подключаются конденсаторы 6. В этом случае блок 8 импульсного намагничивания включается в разрыв одной из фаз индивидуальньж шин 5 питания между компенсирующими конденсаторами 6 и группой гистерезисных электродвигателей 7, Это позволяет обеспечить разряд конденсатора блока 8 импульсного намагничивания на фазы статоров группы электродвигателей 7.

В режиме запуска группы гистерезисных электродвигателей 7 наличие намагничивающих импульсов деформирует механическую характеристику гистерезисного электродвигателя. В области малых скольжений ротора электромагнитный момент, развиваемый электродвигателем, увеличивается.

Это происходит вследствие малого поворота намагниченности ротора относительно поля статора в интервале времени между двумя последующими импульсами.

Благодаря этому эффекту повышается надежность ввода в синхронизм всех групп гистерезисных электродвисистемы управления.

% 12413 гателей 7, Напряжение питания электродвигателей, установленных в конце магистральных шин 3 питания, вследствие падения напряжения из-за потерь в проводах в предсинхронной области буцет с пониженным электромагнитным моментом. Наличие блока импульсного намагничивания позволяет ввести в синхронизм и эту группу гистерезисных электродвигателей 7. 10

Импульсное намагничивание гистерезисных электродвигателей 7 в синхронном режиме работы позволяет повы. сить и стабилизировать энергетические 15 характеристики, эффективно демпфировать качания роторов, Намагничивающие импульсы могут следовать периодически с частотой, превышающей частоту собственных качаний роторов электродвигателей, но меньше частоты основного источника питания. Однако подобный режим работы в некоторых случаях недостаточно рационален, 25

Устройство (фиг,2) работает следующим образом.

Блок 12 выбора режима управления является вычислительным устройством, выходные сигналы которого представляют собой цифровые коды, каждому из которых соответствует .определенный . режим управления. Простейший код логической "1" и логического "0" подается на первый вход логической схе,мы H 17. При подаче сигнала логической "1" на первый вход логической схемы И 17 осуществляется режим периодического следования намагничивающих импульсов. При подаче сигналов логического "0" — режим, задаваемый блоком 12, Блок 15 измерения параметров представляет собой сочетание датчиков напряжения и тока, а также схем вычисления, позволяющих получить такие

45 параметры работы группы гистерезисных электродвигателей, как, например, ток, активная и реактивная мощности. Блок 3 задания параметров содержит ряд потенциометров по числу управляемых параметров, Блок 14 сравнения является типовым и может быть выполнен на основе усилителя постоянного тока (компаратора). Элемент 18, имеющий зону нечувствительности, пред- 55 ставляет собой сочетание потенциометров и компаратора, на первый вход которого подается выходной сигнал

39 . Ф бгока 14 сравнения. а на второй вхоц сигнал с соответствующего .потенцио— метра, определяющий MHHHMHlII>HG „10 пустимый уровень изменения регулируемого параметра, Даннь.й узел в режиме цемпфирования качаний роторов электродвигателей рабстает слегующим образом.

С блска 12 выбора режима управления в. соответствующем коде управляющие сигналы подаются на блок 15 измерения параметров, блок 13 задания параме". ров и элемент 18, имеющий зону нечувс TBHTEJIhFIocти. При этом в блоке 1 5 измерения пар аметров включаются датчики напряжения и тока, схемы вычисления и фильтры, в результате чего на выхсде появляется сигнал, пропорциональный переменной составляющей изменения активной мощности, потребляемой группой гистерезисных электродвигателей 7, который подается на второй вход блока 14 сравнения. С блока 13 по команде блока 12 выбора режима управления в этом случае на первый вход блока 14 сравнения подается сигнал нулевого потенциала. В элементе 18:".а второй вход компаратора подается сигнал, соответствуюший минимально допустимому уровню качаний, На выходе элемента 18 появляется сигнал логической "-I которыи подается на первый вход логической схемы И 17, Таким образом, сигнал с выхода блока

10 задания частоты импульсов посту— пает на индивидуальный блок 9 управления, и на обмотки статоров электродвигателей подаются намагничивающие импульсы, Наличие элемента 18 с зоной нечувствительности необходимо цля ис>! >! ключения возможности режима Звонка

В.качестве регулируемых параметров могут быть выбраны cosy„ потребляемая электродвигателями активная мощность Р„, ток двигателя Т и т,д.

На фиг.3 представлен вариант выполнения блока 8 импульсного намагничивания и блока 9 его управления, Сигнал, определяющий частоту следования импульсов, поступает с блока 10 непосредственно, либо через логическую схему И 17 и логическую схему

ИЛИ 16. В случае работы системы электропитания в режиме контроля параметров сигнал поступает через логическую схему ИЛИ 16 с выхода эле1241339

Конденсатор 22 (фиг. 5) последовательно с разрядным ключом 21 включен между фазами индивидуальных шин 5 питания. В одну из этих фаз включен 40 разделительный ключ 27. Схема работает аналогично.

На фиг.8 представлен вариант выполнения блока 24 формирования частоты и фазы импульсов, Вход блока 28 4 синхронизации подключен к фазам индивидуальных шин 5.питания. В бло.ке 28 синусоидальное напряжение питания группы электродвигателей 7 греобразуется в серию импульсов. Таким образом, выходной сигнал f блока 28 несет в себе информацию о фазе основного напряжения питания (фиг..9), Этот сигнал подается на регулятор 29 фазы намагничивающих импульсов ° В зависимости от величины управляющего сигнала, подаваемого на второй вход регулятора 29, осуществляется фамента 18. После блока 24 формирования частоты и фазы импульсов сигнал поступает на блок 25 формирования длительности импульсов. Таким образом, выходной сигнал блока 25 содер- 5 жит всю информацию о параметрах импульса. При йоявлении сигнала на выходе блока 25 разрядный ключ 21 за-. мыкается, а замыкающий ключ 20 размыкается, Это обеспечивает разряд конденсатора 22 на первичную обмотку трансформатора 19 тока, что приводит к созданию импульса тока в цепях статоров группы гистерезисных электродвигателей 7. После исчезнове- 15 ния сигнала на выходе блока 25 ключ 20 замыкается, а ключ 21 размыкается и конденсатор 22 заряжается от блока 23, подключенного к индивидуальным шинам 5 питания, На фиг,4 показан другой вариант построения блока 8 импульсного намагничивания. Здесь конденсатор 22 включен в одну из фаз индивидуальных шин 5 питания и шунтирован разделительным ключом 27. Последовательно с конденсатором 22 в ту же фазу включен разрядный ключ 21. Конденсатор 22 подключен также к зарядному блоку 23.

При поступлении сигнала с блока 9 управления на ключи 21 и 27 разделительный ключ 27 размыкается, а разрядный ключ 21 замыкается, обеспечивая разряд конденсатора 22 на фазы статоров группы гистерезисных элект35 родвигателей 7, зовый сдвиг сигнала f< на выходе регулятора 29, по отношению к сигналу на его входе с

Выходной сигнал регулятора 29 фазы подается на первый вход триггера 30, на второй вход которого поступает сигнал f - с блоPLI ка 10 задания частоты импульсов, По сигналу, с блока 10 триггер 30 взводится, а по сигналу с регулятора 29 сбрасывается (временная диаграмма А на фиг ° 9). Выходной сигнал триггера 30, содержащий информацию о фазе и частоте следования импульсов (временная диаграмма В на фиг.9), подается на вход блока 25 формирования длительности импульсов. Выходной сигнал блока 25 несет информацию о дли-. тельности, фазе и частоте намагничивающих импульсов. Амплитуда импульсов определяется напряжением, до которого заряжается конденсатор 22 от зарядного блока 23.

Таким образом данная система обладает рядом преимуществ. Использование блока импульсного намагничивания при разном фазовом сдвиге между намагничивающими импульсами различных групп гистерезисных электродвигателей позволяет значительно повысить их энергетические характеристики (КПД, соя ) и устойчивость системы. За счет снижения потерь в меди статора, потерь в сети и преобразователе для

6 технологической линии в 10 электродвигателей достигается значительный экономический эффект. Повышение КПД и cos P позволяет снизить ток в шинах питания, а следовательно, умень! шить установленную мощность источника питания. При сохранении мощности источника питания использование изобретения позволяет подключить к магистральным шинам питания дополнительные группы электродвигателей, Для перевозбужденного гистерезисного электродвигателя характерны также меньшие поля рассеяния статора и ротора,что, в свою очередь, снижает тормозной момент и потери от взаимодействия двигателя с элементами конструкции.

Формула изобретения

1, Система электропитания и управления группами гистерезисных электродвигателей, содержащая основной источник питания с блоком уп- равления частотой и напряжением, подключенный выходом к магистральным! 241339 шинам питания, соединенным через ключи с индивидуальными шинами питания, к которым подключены через компенсирующие конденсаторы группы гистерезисных электродвиг ателей, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения экономичности и надежности„ в нее введены на каждую группу гистерезисных электродвигателей блок импульсного намагничива- 10 ния с блоком управления, блок задания частоты импульсов и на каждую группу .гистерезисных электродвигате, лей, кроме первой, — блок задержки, при этом блок импульсного намагничи — 15 вания первым и вторым своими выходами включен в разрыв одной из фаз индивидуальных шин питания, а третьим выходом и первым входом подключен к другой фазе индйвидуальных шин пи- 20 тания между компенсирующими конденсаторами и группой гистерезисных элект„родвигателей, а вторым входом — к выходу блока управления, первый и второй входы которого соединены с индивидуальными шинами питания, а третий — с выходом блока задания частоты импульсов этой же группы, вход блока задания частоты импульсов для первой группы гистерезисных элект. родвигателей соединен с блоком управления частотой и напряжением основного источника питания, а блоки задания частоты импульсов всех последующих групп соединены с блоком задания частоты импульсов первой группы гистерезисных электродвигателей через, блоки задержки, 2. Система по п.1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что введены блок вы— бора режима управления с четырьмя выходами для каждой группы гистерезисных электродвигателей и на каждую группу электродвигателей — блок задания параметров работы группы гистерезисных электродвигателей, блок сравнения, блок измерения параметров работы группы гистерезисных электродвигателей, измерительные входы которых подключены к индивидуальным ши- . нам питания, логическая схема ИЛИ, логическая схема И, элемент, имеющий зону нечувствительности, при этом для каждой группы электродвигателей соответствующие вьгходыблока выборарежима управления соединены с входами блока измерения параметров работы группы гистерезисных электродвигателей, блока задания параметров pagoòû этой группы, элемента, имеющего зону нечувствительности, и логической схемы

ИЛИ, выходом подключенной к одному из входов логической схемы И, второй вход которой соединен с выходом блока задания частоты импульсов, а выход — с входом блока управления блока импульсного намагничивания, выход бхгока задания и измерения параметров работьг группы гистерезисных электродвигателей подключен к соответствуюшдм входам блока сравнения, выход которого через элемент, имеющий зону нечувствительности, связан с вторым входом логического элемента

ИЛИ.

124i339

1241339

Составитель N.Кряхтунова

Техред О.Сопко Корректор 0.11уговая

Редактор И.Касарда

Заказ 3606/49 Тираж 631 Подписное

ВНИИИИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производствеино-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул. Проектная, 4