Частотно-регулируемый электропривод

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах механизмов. Цель изобретения - повышение точности стабилизации частоты при колебаниях напряжения сети. Электропривод содержит асинхронный двигатель (АД)1, формирователь 2 статорного тока, датчик 6 частоты, датчик ЭДС 7, узел 8 заданий управляющих сигналов, регулятор 1 частоты, узел 12 двухзонного регулирования , сумматор 13. Введение датчика 14 напряжения, фильтра 15 и блока 16 ограничения и снабжение узла 8 заданий управляющих сигналов дополнительным выходом 17 обеспечивает более высокую степень стабилизации частоты во всем диапазоне ее изменения. Стабилизация частоты, а следовательно, момента, тока и скорости вращения АД 1 обеспечивает увеличение производительности рабочих механизмов. 4 ил. & сл 75 П L I ) 4;ib О5 00 ю

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

kg 4 Н 02 P 7/42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Фиг. 7

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3778983/24-07 (22) 02.08.84 (46) 23.07.86. Бюл. № 27 (7! ) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт силовых и полупроводниковых устройств «В НИ Ипреобразовател ь» (72) А. В. Волков и П. Д. Андриенко (53) 621.313.333.072.9 (088.8) (56) Волков A. В., Андриенко П. Д. Асинхронный частотно-регулируемый электропривод. — В сб.: Электротехническая промышленность. Сер. Электропривод, 1983, вып. 9(119), с. 18 — 19, рис. 2.

Авторское свидетельство СССР № 879724, кл. Н 02 P 7/42, 1979.

ÄÄSUÄÄ 1246321 (54) ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИ ВОД (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах механизмов. Цель изобретения— повышение точности стабилизации частоты при колебаниях напряжения сети. Электропривод содержит асинхронный двигатель (A3) 1, формирователь 2 статорного тока, датчик 6 частоты, датчик ЭДС 7, узел 8 заданий управляющих сигналов, регулятор

11 частоты, узел 12 двухзонного регулирования, сумматор 13. Введение датчика

14 напряжения, фильтра 15 и блока 16 ограничения и снабжение узла 8 заданий управляющих сигналов дополнительным выходом 17 обеспечивает более высокую степень стабилизации частоты во всем диапазоне ее изменения. Стабилизация частоты, а следовательно, момента, тока и скорости вращения АД 1 обеспечивает увеличение производительности рабочих механизмов.

4 ил.

1246321

1

Изобретение относится к электротехнике, в частности к частотно-управляемым электроприводам, и может быть использовано в различных отраслях промьпцлеHHocTH: химической, горно-добывающей, металлургической и других.

Цель изобретения — повышение точности стабилизации частоты при колебаниях напряжения сети.

На фиг. 1 представлена функциональная схема частотно-регулируемого электропривода; на фиг. 2 — принципиальная схема блока ограничения; на фиг. 3 — принципиальная схема узла двухзонного регулирования и сумматора; на фиг. 4 — схема замещения главной цепи электропривода.

Частотно-регулируемый электропривод содержит асинхронный двигатель 1 (фиг. 1), обмотки которого подключены к выходам формирователя 2 статорного тока, снабженного первым и вторым управляющими входами 3 и 4 соответственно, и клеммами 5 для подключения питающей сети. Датчик

6 частоты и датчик 7 ЭДС связаны с асинхронным двигателем 1. Частотно-регулируемый электропривод содержит, кроме того, узел 8 заданий управляющих сигналов с первым и вторым выходами 9 и 10 соответственно, регулятор ll частоты, подключенный управляющим входом к первому выходу 9 узла заданий управля1ощих сигналов, входом обратной связи — — к выходу датчика 6 частоты, а выходом — к первому управляющему входу 3 формирователя 2 статорного тока, узел 12 двухзонпого регулирования, подключенный входом обратной связи к выходу датчика 7 ЭДС, а выходом — к одному из входов сумматора

13, другой вход которого соединен с вторым выходом 10 узла 8 заданий управляющих сигналов, выход сумматор 13 подключен к второму управляющему входу 4 формирователя 2 статорного тока.

В частотно-регулируемый электропривод введены последовательно соединенные датчик 14 напряжения, фильтр 15 и блок 16 ограничения, а узел 8 заданий управляющих сигналов снабжен дополнительным выходом 17, подключенным к друггому входу блока

16 ограничения, при этом входы датчика

14 напряжения подключены к клеммам 5 для подключения питающей сети, а выход блока

16 ограничения соединен с управляющим входом узла 12 двухзон ного регулирования. Датчик 14 напряжения снабжен трехфазным трансформатором 18 и выпрямителем 19. Блрок 16 ограничения содер>кит пропорциональный усилитель 20 (фиг. 2), параллельно которому подкл1очен транзистор

2!.

Узел 12 двухзонного регулирования с сумматором !3 снабжен регулятором 22 напряжения (фиг. 3), параллельно которому подключены звенья максимального и минимального ограничений выходного напряжени: регулятора, выполненные, соответственно, на компараторе 23, диоде 24 и компараторе . ?5, диоде 26, переменном резисторе 27, llpH этом входы регулятора 22 напряжения образуют входы узла !2 двухзонного регулирования, выход регулятора 22 напряжения образует выход сумматора 13, а вход компаратора 23 образует один из

BxogoI3 cyv MH ropa 13.

На схеме замещения главной цепи электропривода (фиг. 4), формирователь статорного тока выполнен на основе преобразователя частоты с промежуточным звеном постоянного тока, приняты следующие обозначения: с.и — ЭДС управляемого выпрямителя; е„— — ЭДС инвертора;i i,i„,1, — — токи, cooTI3cTcTI3LI1но, на выходе выпрямителя, входе

HIiвс ртор;-: и через ем костной фил ьтр; I dr, С -- параметры схемы замещеHIIH, соответственно, эквивалентные индуктивность и активное сопротивление глав1юй цепи электропривода, емкость cHëoI3oãо фильтра.

Частотно-регулируемый э IOHTpliopHHoд работает следуioll(HM обра 3ом.

1 ., Вь! хо.IH 0 уз. I а 8 зад1! ни Й уil p3 Br! яlощих сигналов на один из входов сумматора 13 поступает сигнал задания с„и намагни1ивак1щей составляющей статорногo тока асинхронного lâèãà i åëH 1, величина котороi.î соответствует номинальному магнитному потокосцеплению фи, С выхода 9 узла 8 заданий управляющих сигналов на уllpHBëÿþцгий вход регулятора 11 частоты поступает сигнал задания частоты ы", а с выхода 17 на один из входов блока 16 ограничения поступает сигнал задания номинального значения

ЭДС F"

Еи= — Ь и, (1) где U -- номинальное напряжение сети.

Регулятор 11 частоты, на входах которого сравниваются сигнал задания со и фактического значения»> . частоты асинхрон1юго двигателя 1, поступающий с выхода датчика 6 частоты, формирует на своем выходе сигнал 1„задания активной составляющей статорного тока асинхронного двигателя 1. При этом под намагничивающей

H активной 1„составляю1дими статорного "îêà следует принимать проекции обобщен1юго вектора статорного тока двигателя на ортогональные оси системы координат, связанной вещественной осью р с обобщенным вектором потокосцепления двигателя.

Рассмотрим работу частотно-регулируемого электропривода при напряжении сети, равном Hoминальному значению U». На входе блока 16 ограничения поступает с выхода датчика 14 напряжения через фильтр 15 сигнал Ul;,=U» а с выхода 17 узла 8 заданий упрHI3ляlolii,их сигналов -- сигнал Еи задания номинальной ЭДС двигателя. Блок 16 огранпчеIIHB срормирует на сво M выходе сигнал Е" задания ЭДС, пропорциональный номинальному значению (уи.При этом при раI 2 !6321 (6) где К =- — — коэффициент, характеризуюU

Uы гций относительное изменеботс электропривода с выходными lao оТами ь» ниже номинального значения «>>,, сигнал F. датчика 7 ЭДС, равен

Е= о>» - ф > (2) где ч)> — потокосцепление двигателя, и не превышает номинального значения ЭДС, т. е.

EKE» = ®н я (3)

Таким образом, в первой зоне работы для частот о (ь> выходной сигнал Ai узла 12 двухзонного регулирования равен нулю, на вход 4 формирователя 2 статорного тока с выхода сумматора 13 поступает сигнал задания „номинальной намаг— ничнвающей составляющей статорного тока двигателя. В соответствии с указанным сигналом намагничивающей составляющей i 5 тока н сигналом задания i,, активной составляюьцей статорного тока, поступающим с выхода регулятора 11 частоты, с помощью формирователя 2 статорного тока в двигателе 1 создаются номинальное потокосценление !>„и активная составляющая статор20 ная тока /„а значит создается электромагнитный момент, равный ц= — ф„, и направленный на сведение к нулю ошибки между заданным и и фактическим ы» значениями частоты. 25

Во второй зоне работы для частот выше номинального значения О>,)(0p, на входе узла 12 двухзонного регулирования наруLllaется неравенство (3) вследствие появившегося рассогласования ХЕ=E : — E(0. При этом на его выходе формируется сигнал Лс, умень- 30 шается выходной сигнал ср — — t>„— Ai> сумматора 13, уменьшается намагничивающая составляющая, а значит и потокосцепленне ф двигателя 1 до величины, при которой поддерживается выполнение равенства

Г; >=Е=к ф (4) З5

Следовательно, во второй зоне работы в электроприводе осуществляется работа асинхронного двигателя 1 при постоянстве ЭДС

Е, равной номинальному значению Ен При этом потокосцепления изменяется обратнопропорционально выходной частоте, т. е.

Е1» (5)

Рассмотрим работу частотно-регулируемого электропривода при напряжении сети ниже номинального значения U,((l (для пре- 45 образовательных устройств согласно стандарта СЭВ допускается просадка напряжения питающей сети до 0,85 U.) . .В этом случае уменьшается пропорционально напря>кению сети выходной сигнал датчика

14 напряжения, поступающий через фильтр 15 на вход блока 16 ограничения, вследствие чего на выходе блока 16 ограничения формируется сигнал Е7 задания

ЭД(, равный

Е-1= К2Ен 55 ние напряжения сети (К (1при уменьшении напряжения сети от номинального значения!.

При этом первая зона работы электропривода (с номинальным значением потокосцепления ф„осуществляется до уровня сигнала ЭДС Er, заданного формулой (6), в диапазоне изменения частоты (0» (=А2< >н. (7) К Ей н

Во второй зоне работы при частотах со)К>u> в электроприводе . осуществляется стабилизация ЭДС двигателя на новом уровне E=Er, а потокосцепление двигателя изменяется в функции частоты по закону

КЕ." (8)

М».

Таким образом, несмотря на уменьшение пропорционально напряжению питающей сети максимального значения ЭДС Oa yriравляемого выпрямителя (фиг. 3) преобразователя частоты, содержащегося в составе формирователя 2 статорного тока, осуществляется стабилизация ЭДС Е двигателя 1 за счет создания режима ослабления магнитного поля двигателя при частотах выше

Кв». То есть, при уменьшении максимальной ЗДС е> выпрямителя (из-за снижения напряжения питающей сети) в устройстве изменяется (уменьшается пропорционально) уставка ЭДС F" для второй зоны работы. При этом уменьшается максимальное значение противо-ЭДС инвертора e„— = К>Е, следовательно остается неизменной разница

Ле=е> — e„, необходимая для создания paGoчего тока l,g в звене постоянного тока преобразователя, независимо от колебания напряжения питающей сети.

Рассмотрим работу частотно-регулируемого электропривода при напряжении сети выше номинального значения U,)U>r (для преобразовательных устройств согласно стандарту СЭВ допускается превышение напряжения сети до 1,1 Ы.!. В этом случае, несмотря на пропорциональное увеличение выходного сигнала датчика 14 напряжения, поступающего через фильтр 15 на вход блока

16 ограничения, посредством транзистора 21 (фи г. 2) на выходе блока 16 ограничения поддерживается сигнал задания ЭДС E равный номинальному значению Е ЭДС двигателя. Работа электропривода далее и математические соотношения аналогичны приведенным для случая работы при номинальном значении напряжения питающей сети

Uc С/н.

При работе электропривода во второй зоне (при постоянстве ЭДС двигателя) при снижении величины потокосцепления уменьшается жесткость механической характеристики и перегрузочная способность по моменту двигателя. Для исключения черезмерного ослабления магнитного потокосцеп1246321 ном номинальном потокосцеплении и постоянной ЭДС двигателя, независимо от колебаний напряжения питающей сети осуществляется режим стабилизации частоты на заданном уровне и ЭДС на уровне уставки, пропорциональной напряжению сети. В результате указанного управления достигается наилучшее использование (исходя из текущего значения напряжения сети) преобразователя частоты — по напряжению, а двигателя — по перегрузочной способности по

5 ления двигателя (например, для ограничения потокосцепления на уровне 0,5ф ) целесообразно включение в состав узла 12 двухзонного регулирования ограничителя максимального выходного сигнала hi, выполняющего роль ограничителя минимального значения нама гничивающей составляющей г„статорного тока асинхронного двигателя 1. В первой зоне работы на входе регулятора 22 напряжения (фиг. 3) существует рассогласование AE=E" — Е)0, вследствие чего сигнал 10 на его выходе является постоянным по величине и стабилизируется посредством звена максимального ограничения, выполненного на компараторе 23, диоде 24, на уровне г" ;„, Во второй зоне работы при рассогласовании AE(0 — выходной сигнал регулятора 22 напряжения изменяется в пределах г,";,„;,(г„(ф - При этом минимальное допустимое значение i,",„;„íàìàãíè÷èâàþùåé составляющей статорного тока двигателя задается переменным резистором 27 и поддерживается равным заданному с помощ! ю звена минимального ограничения, выполненного на компараторе 25 и диоде 26.

В частотно-регулируемом электроприводе обеспечивается повышение точности стабилизации частоты за счет устойчивого регу- 2S лирования намагничивающей и активной составляющих статорного тока двигателя независимо от колебаний напряжения питающей сети, что осуществляется путем автоматического изменения в функции величины напряжения питающей сети заданного значе- З0 ния уставки ЭДС для второй зоны работы двигателя. 3а счет указанного, «следящего» за сетью, изменения уровня уставки

ЭДС двигателя в зависимости от величины напряжения питающей сети регулируется максимальное значение противо-ЭДС инвертора так, что независимо от изменения Величины напряжения питающей сети, а значит и максимальной ЭДС выпрямителя, входя!цего в состав преобразователя частоты, удается устойчивое регулирование тока в 40 главной цепи электропривода, а значит и рег улирование намагничивающей и активной составляющих статорного тока двигателя. Очевидно, в обеспечиваемых электроприводом двух зонах работы: при постоянмоменту. Достигается также устойчивая стабилизация частоты, момента и тока двигателя, так как выпрямитель преобразователя частоты находится в режиме стабилизации.

Таким образом. введение в частотнорегулируемый электропривод датчика напряжения, фильтра и олока ограничения позволяет,обеспечить более высокую точность стабилизации частоты (не хуже 0,5Я) во всем рабо гем диапазоне ее изменения нри допустимых для промышленных сетей колебаний питающего напряжения (от 0,85 до 1,10 от номи. гала) В сравнении с известным техническим решением. Стабилизация частоты, а следовательно, момента, тока и скорости вращения асинхронного двигателя в конечном счете обеспечивает увеличение производительности рабочих механизмов (без увеличен!;я установл! нной мощности электропривода) и улучшение качества продукции (например, химического волокна, прокатываемого металла H,д р.), Форму,га изобретения г(астотно-регулируемый leI I poll()III)uд, содержа!ций асинхронный двигатель, обмотки которгн-о подключены к Выходам формирователя статорного тока, снабженного nepBhIм н вторым управляющим входами н клем мами для подкгночения питающей сети, )BTчик частоты и датчик ЭДС, связанные с асинхронным .!Вигатслем, узел заданий управляюц;их сигналов с первым н вторым

В ы xо 1,d M и p(г y . 1 я то р ч а ст ОТ ы, п Од кл 10ч е i I! I ы и управля!Ощим входом к первому выходу узла заданий управл!!ющих сигналов, Входом

Обр:-ггной связи — к Выходу датчика частоты, а выходом — к первому унравляюгцег!) входу формирователя от

)т гичаюгг(ийс)г тем, что, с нельк) повышения точности ста . ил из а ни и частоты 11ри колебаниях напряжения сети, в него введены последовательно соединенные датчик напряжения, фильтр и блок ограничения, а узел заданий управляющих сигналов имеет дополнительный выход, подклк)ченный к другому

Входу блока ограничения, при этом входы

flàT÷èêÿ напряжения подключены к клеммам для подключения питающей сети, а выход блока ограничения соединен с управляющим входом узла двухзонного регулирования.

1246321

Составитель А. Жилин

Редактор Н. Бобкова Тсхред И. Верес Корректор И.Муска

Заказ 40! 8/53 Тираж 631 Г!одписнос

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий! l 3035, Москва, Ж вЂ” 35, Рау шская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4