Устройство для задания темпа изменения частоты и напряжения частотного электропривода

 

СОЮЗ. СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„„Я0„„1265962

А1 (511 4 Н 02 Р 7/42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3867123/24-07 (22) 09.01.85 (46) .23.10.86. Бюл. 1!i 39 (72) !0.Н. Стулов (53) 621.313.2(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 922983, кл. Н 02 P 7/42, 1982.

Авторское свидетельство СССР

9 646807, кл. H 02 P 7/42, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАДАНИЯ ТЕМПА

ИЗМЕНЕНИЯ ЧАСТОТЫ И НАПРЯЖЕНИЯ ЧАСТОТНОГО ЗЛЕКТРОПРИВОДА (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в автоматизированных электроприводах переменного тока. Целью изобретения является упрощение и повышение надежности устройства. Устройство при простоте реализации и высокой надежности функционирования позволяет обеспечить предельно возможное быстродействие электропривода в режимах частотного пуска и торможения при наложенных ограничениях на максимальные значения тока и напряжения в силовой цепи преобразователя. Оно содержит последовательно соединенные управляемый выпрямитель 1, фильтр 2, датчик 10 тока, инвертор 3 напряжения, к выходу которого подключены фазные обмотки электродвигателя 4, задатчик 9 интенсивности, выполненный в виде двух управляемых генераторов 14, 15 тока, двух диодов 16, 17 и интегрирующего конденсатора 18, датчик 7 напряжения, связанный выходом через регулятор 5 напряжения с; управляемым выпрямителем 1 и непосредственно с первым входом первого порогового элемента 6, выход которого через диод 12 подключен к входу управляемого генератора 15 тока, а второй вход порогового элемента 6 соединен с выходом задатчика 9 интенсивности, вторым входом регулятора 5 напряжения и через регулятор 8 частоты — с управляющим входом инвертора

3 напряжения, датчик !О тока через второй пороговый элемент 13 и диод

11 соединен с входом управляемого генератора !4 тока.

1265962

15

35

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в автоматизированных электроприводах переменного тока.

Целью изобретения является упрощение и повыиение надежности устройства

На фиг, 1 представлена функциональная схема устройства для задания темпа изменения частоты и напряжения частотного электропривода; на фиг.2пример выполнения управляемых генераторов тока эадатчика интенсивности; на фиг . 3 — временные диаграммы работы устройства.

Устройство содержит (фиг. 1) последовательно соединенные управляемый выпрямитель 1, фильтр 2 и инвертор 3 напряжения, снабженный зажимами для подключения фаэных обмоток электродвигателя 4, регулятор 5 напряжения, выход которого подключен к управляющему входу управляемого выпрямителя

1. Первый вход регулятора 5 напряжения связан с первым входом первого порогового элемента 6 и с выходом датчика 7 напряжения, вход которого подключен к силовому входу инвертора

3 напряжения, а второй вход регулятора 5 напряжения связан со входом регулятора 8 частоты, вторым входом первого порогового элемента 6 и выходом задатчика 9 интенсивности, вход которого предназначен для подачи сигнала задания. Выход регулятора 8 частоты подключен к управляющему входу инвертора 3 напряжения. В состав устройства также входят датчик

10 входного тока инвертора 3 напряжения, два диода 11 и 12, второй пороговый элемент 13.

Задатчик 9 интенсивности выполнен .в виде двух диодов 16 и 17 и интегрирующего конденсатора 18. При этом вход второго порогового элемента 13 подключен к выходу датчика 10 входного тока инвертора 3 напряжения, а выход второго порогового элемента 13 через первый диод 11 подключен ко входу первого управляемого генератора 14 тока. Вход второго управляемого генератора 15 тока подключен через второй диод 12 к выходу первого порогового элемента 6. Выход первого управляемого генератора !4 тока подключен к аноду первого диода 16 задатчика 9 интенсивности, катод которого образует вход задатчика интенсивности 9. Анод первого диода 16 задатчика

9 интенсивности подключен к аноду второго диода 17 эадатчика 9 интенсивности, катод которого связан с выходом второго управляемого генератора

5 15 тока с. одной обкладкой интегрирующего конденсатора 18 и образует выход задатчика 9 интенсивности. Вторая обкладка интегрирующего конденсатора

18 подключена к общей точке устройства.

На фиг. 2а:показан пример выполнения управляемого генератора 14 тока, собранного по схеме с общей базой на транзисторе 19 р-и-р типа и трех резисторах 20-22. Переменным резистором 20 устанавливается требуемое значение выходного тока генератора. Управляемый генератор 15 собран по аналогичной схеме на транзисторе 23 пр-и типа и резисторах 2426 (фиг. 2б).

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии напряжение задания П а =О, диоды 16 и 17 задатчика 9 интенсивности открыты. Выходное напряжение задатчика 9 интенсивности, равное в этом режиме разности падений напряжения на диодах 16 и

l7 близко к нулю.

На выходе первого порогового устройства 6 присутствует напряжение положительной полярности, на выходе второго порогового устройства 13— напряжение отрицательной полярности.

Амплитуда этих напряжений близка к значению напряжений питания, поэтому диоды 1! и 12 находятся в закрытом состоянии и не оказывают влияния на работу управляемых генераторов 14 и

15 тока.

При подаче на вход задатчика 9 интенсивности скачка напряжения !! аа (момент времени t, на фиг. 3) диод

16 задатчика интенсивности закрывается, диод 17 задатчика интенсивности остается в открытом состоянии,диоды 11 и 12 — в закрытом состоянии., Начинается заряд интегрирующего конденсатора 18. При этом выходное напряжение задатчика 9 интенсивности, равное напряжению на обкладках интегрирующего конденсатора 18, линейно нарастает в соответствии с выражением

1265962

4 жения иннертора Э. Скольжение двигателя 4 и входной ток инвертора 3 напряжения при этом также уменьшаются.

В момент времени С„ входной тока инвертора 3 напряжения уменьшается до значения, при ° котором пороговое устройство 13 возвращается в исходное состояние. Диод ll закрывается, блокировка с управляемого генератора

10 14 тока снимается и выходное напряжение задатчика 9 интенсивности вновь начинает линейно нарастать в соответгде Т. н (— токи управляемых ге а нераторов 14 H 15 тока, равные соответственно коллекторным то кам транзисторов 19 и 23 (Аиг. 2).

I =I — 1 — ток заряда конденсато аа 15 ра 18.

Для нормальной работы задатчика интенсивности должно выполняться условие I >I

1р 15

Процесс увеличения выходного напр яжения з адатчик а 9 интенсивности приводит к соответствующим изменениям частоты и амплитуды выходного напр я-. 1 5 жения ин вер тор а Э и частотному запу ску асинхронного двигателя 4 .

Значение тока заряда I, конден с атора 1 8 выбирается такой величины, чтобы темп изменения выходного напря- 20 жения з адатчика 9 интенсивности при работе элек тр опривода в режиме р а з г она был заведомо больше предельно допу с тимого (о бо знач ен штриховой линией на фиг. 3) . Значение тока I, вы- 25 бирается, исходя из обеспечения предельно допустимого темпа изменения выходного напряжения задатчика интенсивности при работе электропривода в режимах торможения.. 30

В момент времени С входной ток инвертора Э напряжения, измеряемый датчиком 10 тока, достигает значения тока отсечки. Пороговое устройство

13 переключается, и полярность на35 пряжения íà его выходе изменяется с отрицательной на положительную. Диод

11 открывается, что приводит к закрыванию транзистора 19 в управляемом. генераторе 14 тока. При этом выход- 40 ное напряжение задатчика 9 интен"ивности, равное напряжению на интегрирующем конденсаторе 18, начинает уменьшаться в соответствии с выражением

I 45

U =U (t )- — г С, (2)

Вых Ч Swx Ч

1в где U (С ) — выходное напряжение

&ь

Темп уменьшения напряжения U 8»

В»Ч как это следует из выражения (2), определяется значением тока I,5 управляемого генератора 15 тока.

Уменьшение выходного напряжения за- 55 датчика 9 интенсивности. сопровождается соответствующим уменьшением амплитуды и частоты выходного напряствии с выра> .ением

U =U (t, )+ t, (3)

Вых Ч &Ь " Ч 3 L (в где U (t ) — выходное напряжение

ЬыхЧ 3 задатчика 9 интенсивности в момент вреСэ

В момент времени t входной ток инвертора 3 вновь достигает значения тока отсечки, что вызывает срабатывание порогового устройства 13, блокировку управляемого генератора 14 тока и уменьшение выходного напряжения задатчика 9 напряжения.

Такие последовательно сменяющие друг друга процессы линейного нарастания и уменьшения выходного напряже( ния задатчика 9 интенсивности продол-! жаются до момента времени Сz,, начиная с которого входной ток инвертора

Э напряжения в процессе разгона двигателя остается меньше тока отсечки.

Разгон заканчивается в момент времени t,, когда выходное напряжение загг датчика 9 интенсивности достигает заданного значения.

При скачкообразном уменьшении на пряжения U g (момент времени С ) диод 17 задатчика 9 интенсивности закрывается, диоды ll и 12 находятся в закрытом состоянии и не оказывают влияния на работу задатчика 9 интенсивности.

Начинается разряд конденсатора 18 выходным током I управляемого гене>5 ратора 15. При этом выходное напряжение эадатчика 9 интенсивности уменьшается в соответствии с выражением

1в

Уменьшение выходного напряжения задатчика 9 интенсивности сопровождается соответствующим уменьшением частоты выходного напряжения инвертора 3. Ротор же двигателя 4 в силу присущего ему момента инерции не может быстро изменить частоту вращения

1265962

20

S и в промежутке времени t, -t, и про23 Я4 должает вращаться практически с прежней скоростью, поэтому скольжение двигателя 4 и входной ток инвертора

3 напряжения при уменьшении частоты

его выходного напряжения также уменьшаются °

По мере уменьшения частоты выход.ного напряжения скольжение двигателя сначала уменьшается до нуля (режим идеального холостого хода двигателя), затем меняет знак — двигатель переходит в генераторный режим работы.

Входной ток инвертора 3 напряжения при этом также сначала уменьшается до нуля, затем изменяет направление и начинает плавно нарастать. Начинается подзаряд конденсаторов фильтра 2. Входное напряжение инвертора

3 и соответственно выходное напряжение датчика 7 напряжения увеличивается.

В момент времени t „ это напряжение достигает значения, при котором срабатывает пороговый элемент 6, осуществляющий сравнение напряжений задания и обратной связи, пропорционального входному напряжению инвертора 3. Полярность выходного напряжения порогового элемента 6 при этом изменяется с положительной на отрицательную. Диод 12 открывается; что приводит к закрыванию транзистора 23 в управляемом генераторе 15 тока.

Процесс уменьшения выходного напряже35 ния задатчика 9 интенсивности и пропорциональной ему частоты выходного напряжения инвертора 3 прекращается.

Частота же вращения двигателя 4 продолжает уменьшаться, так как на ро40 тор действует тормозной момент. По мере уменьшения скольжения двигателя

4 входной ток инвертора 3 также уменьшается. Процесс увеличения напряжения на конденсаторах фильтра 2 сначала

45 замедляется, затем это напряжение начинает уменьшаться под действием тока нагрузки. В момент времени t 2 5 оно достигает значения,при котором пороговое устройство 6 возвращается в исходное состояние. Полярность его выходного напряжения становится положительной, и диод 12 закрывается.

При этом транзистор 23 в управляемом генераторе 15 тока открывается, и выходное напряжение задатчика 9 интенсивности вновь начинает линейно уменьшаться, а выходное напряжение

Ь инвертора 3 увеличивается, т.е. идет процесс, аналогичный описанному для интервала времени t

g4 Фб

Такие последовательно сменяющие друг друга процессы линейного уменьшения и стабилизации выходного напряжения задатчика 9 интенсивности будут протекать в течение всего времени торможения двигателя 4. В результате этого темп частотного торможения двигателя 4 будет автоматически поддерживаться на уровне, максимально допустимом для данного момента инерции электропривода, приведенного к валу двигателя, и при наложенных ограничениях на величину перенапряжений в промежуточном звене постоянного тока. Чем меньше момент инерции электропривода, тем ближе выбранный устройством темп торможения к предельно допустимому (обозначен штриховой линией на фиг. 3), устанавливаемому при предварительной настройке задатчика 9 интенсивности, Таким образом, устройство при простоте реализации и высокой надежности функционирования обеспечивает получение предельно возможного быстродействия электропривода в режимах частотного пуска и торможения при наложенных ограничениях на максимальные значения тока и напряжения в силовой цепи преобразователя.

Формула изобретения

Устройство для задания темпа изменения частоты и напряжения частотного электропривода, содержащее последовательно соединенные управляемый выпрямитель, фильтр и инвертор напряжения, снабженный зажимами для подключения фазных обмоток электродвигателя, регулятор напряжения, выход которого подключен к управляющему входу управляемого выпрямителя, первый вход регулятора напряжения связан с первым входом первого порогового элемента и с выходом датчика напряжения, вход которого подключен к силовому входу инвертора напряжения, а второй гход регулятора напряжения связан с входом регулятора частоты, вторым входом первого порогового элемента и выходом задатчика интенсивности, вход которого предназначен для подачи сигнала задания, выход регулятора частоты подключен к

1265962

Юха7 управ. югам улра6. Ь хаР а дюход д

Фиг.2 управляющему входу инвертора напряжения, отличающееся тем, что, с целью упрощения и повышения надевности, в него введены датчик входного тока инвертора напряжения, два диода, второй пороговый элемент, а эадатчик интенсивности выполнен в виде двух управляемых генераторов тока, двух диодов и интегрирующего конденсатора, вход второго порогового элемента подключен к выходу датчика входного тока инвертора напряаения, а выход второго порогового элемента через первый диод подключен к входу первого управляемого генератора тока, вход второго управляемого генератора тока подключен через второй диод к выходу первого порогового элемента, выход первого управляемого генератора тока подключен к аноду

5 первого диода задатчика интенсивности, катод которого образует вход эадатчика интенсивности, анод первого диода задатчика интенсивности подключен к аноду второго диода задатчика

1р интенсивности, катод которого связан с выходом второго управляемого генератора тока и с одной обкладкой интегрирующего конденсатора и образует выход задатчика интенсивности, вторая обкладка интегрирующего конденсатора подключена к общей точке устройства.

1265962

Узад Рык 10 вша

Мых 7 дых.6

Ized 4п ю

Óèã. 5

4 о ties 6а

Составитель С. Поэднухов

Редактор Н. Егорова Техред М.Ходанич Корректор H. Муска

Заказ 5679/56 Тираж 631 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4