Частотно-регулируемый электропривод

 

Изобретение относится к электротехнике . Целью изобретения является упрощение схемы электропривода и повышение быстродействия при-статической механической нагрузке вида (j 0,. Электропривод содержит асинхронный электродвигатель (АД) 1, к которому подключен выход инвертора (И) 4, преобразователя 2 частоты (ПЧ). Выпрямитель 3 ПЧ 2, соединенный последовательно с И 4, подключен к сети. Выход блока 5 задания частоты подключен к блоку 8 управления выпрямителем через функциональньгй преобразователь (ФП) 7, а к блоку 6 управлениянепосредственно. ФП 7 реализует зависимость вида у К К, 0 Я cL - относительная частота питания; X. Хо X,, X(j - индуктивные сопротивления К СЛ Фыг.1

СОНИ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (192 (И2 (12 Н 02 Р 7/42

ГОСУДА СТВЕННЫй HOMMTET CCCP

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3941037/24-07 (22) 13.08.85 (46) 07.02.87, Бюл. № 5. (71) Московский энергетический институт (72) Д.Д.Богаченко, А.О.Горнов, A.A.Hèêoëüñêèé, А.Г.Никифоров и Ю.В.Рожанковский (53) 62-83-52:621,313.333.2(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 746855, кл. Н .02 P 7/36, 1977.

Заявка ФРГ № 3004924, кл. Н 02 Р 7/42, 1980.

Авторское свидетельство СССР № 860257, кл. Н 02 P 7/36, 1981. (54) ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД (57) Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является упрощение схемы электропривода и повышение быстродействия при статической механической нагрузке вида

= Ы.. Электропривод содержит асинхронный электродвигатель (АД) 1, к которому подключен выход инвертора (И) 4, преобразователя 2 частоты (ПЧ). Выпрямитель 3 ПЧ 2, соединенный последовательно с И 4, подключен к сети.

Выход блока 5 задания частоты подключен к блоку 8 управления выпрямителем через функциональный преобразователь (ФП) 7, а к блоку 6 управления— непосредственно. ФП 7 реализует зависимость вида t =Ки 1К,e" "+P„rge относительная частота питания;

К = e P„r / U, ø !-f><), e=le -, o

Х,, Х вЂ” индуктивные сопротивления е

Х, и

12888 электродвигателя; в — приведенное сопротивление ротора; Р„ — номинальная мощность электродвигателя; U„ номинальное фазное напряжение электродвигателя; m — число фаз; номинальное абсолютное скольжение; — абсолютное скольжение, при котором р-==О, К,=p P m = 1 +

+ — О а и с 4. Блок 3 подает ynpan." и

2 ляющий сигнал, пропорциональный частоте вращения ЭД 1, в ПЧ 2 посредством блока 6. Одновременно посИзобретение относится к электротехнике, а именно к частотно-регулируемым электроприводам, и может быть использовано в приводах с экстремальным управлением, минимизирующим потребляемый двигателем ток.

Цель изобретения — упрощение электропривода и повышение быстродейст-. вия при статической механической нагрузке вида (= ".

На фиг.1 представлена блок-схема частотно-регулируемого электропривора на фиг.2 — график зависимости; на фиг,3 и 4 — схемы функционального преобразователя.

Электропривод содержит асинхронный электродвигатель 1, преобразователь 2 частоты, выполненный в виде последоват епьно соединенных выпрямителя 3, предназначенного для подключения к сети, и инвертора 4, выходы которого подключены к асинхронному электродвигателю 1. Злектропривод содержит также блок 5 задания частоты, выходом соединенного с блоком 6 управления инвертором, и функциональный преобразователь 7, подключенный к блоку 8 управления выпрямителем. . Функциональный преобразователь по существу является экстремальным регулятором минимизации тока статора и реализует зависимость вида (—. Ko! / к a" Щ, 35 где — относительное напряжение двигателя;

87 редством ФП 7 управляющий сигнал подается в блок 8. С выхода ФП 7 снимается сигнал, пропорциональный оптимальному напряжению ЭД 1, при котором ток статора принимает минимально возможное значение при данной нагрузке, связанной с относительной частотой вращения зависимостью ш

Изобретение позволяет экономить электроэнергию за счет реализации экстремального способа управления, минимизирующего ток статора при вентиляторной нагрузке. 4 ил.

K — относительная частота питания; е ГР„г, /U„4m, {1 /,);

1 + Х1/х,j

Х вЂ” индуктивные сопротивления двигателя;

r — приведенное сопротивле1 ние ротора;

P — номинальная мощность двигателя; номинальное фазное напряжение двигателя:

m, — число фаз; номинальное абсолютное скольжение, при котором

Р =О; К,=P„, -Ð,;, = и — + — - О (nc4

Электропривод работает следующим образом.

Управляющее напряжение с выхода задатчика 5 частоты поступает на вход блока 6 управления частотой инвертора

4. Его величина пропорциональна частоте напряжения питания электродвигателя 1. Так как относительный момент двигателя / связан с относительной частотой питающего напряжения соотношением p =g, то появляется воз,0 можность регулировать напряжение электродвигателя так, чтобы его ток был минимальным во всем диапазоне регулирования угловой скорости. Для этого управляющий сигнал с выхода блока 5 задания частоты подается также

3 1288887 на вход функционального преобразователя 7, выходной сигнал которого пропорционален оптимальному относительному напряжению статора двигателя при данной нагрузке p . Таким образом, при частотном регулировании угловой скорости двигателя в широком диапазоне напряжение питания регулируется так, что при данной нагрузке ток имеет минимальное значение.

Для нахождения зависимости,„

=f(N), реализуемой функциональным преобразователем 7, можно воспользоваться методикой, согласно которой

Кк" опт

-!К,. (, + P, 1

3опт ц где P — номинальная мощность двиган теля;

m, — число фаз; „- номинальное абсолютное скольжение;

U — номинальное фазное напряжеh ние;

r — приведенное сопротивление

I г ротора, Х,и Х вЂ” индуктивные сопротивления двигателя.

Оптимальное абсолютное скольжение / „ = f (p) определяется путем графоаналитнческого решения уравнения

2 d(p (1+27 )

К--=2

lU dV q3

Х2 ° г гдеК=Т /I r= — g=i „o оН гн! г Х .0

0 относительный поток двигателя; i относительный ток намагничивания;

У вЂ” приведенное индуктивное сопротивление ротора; I<>„ номинальный ! ток намагничивания; Егя- номинальный приведенный ток ротора.

Задаваясь рядом значений, находим в точках пересечения кривых

3

К вЂ” — и 2(1+27 ) (л /(g значения со-! н dq

2 ответствующих оптимальных потоков (p „ и далее, используя равенство

=,fU j q>„,, находим зависимость P,„„, = =f(p), которую используем для расчета характеристики функционального преобразователя 7.

В общем случае зависимость p0„

f(p) линейная на участке 0,1 < p 1 и аппроксимируется формулой

Таким образом, в случае нагрузки на валу двигателя, изменяющейся по

П .!О закону = М, осуществляется беспоисковое экстремальное регулирование по минимум тока статора двигателя.

Система электропривода позволяет отказаться от множительного элемента, блок сравнения и сложного датчика тока, основным требованием к которому является однозначность его выходной характеристики при глубоком частотном регулировании угловой скорости

5р двигателя.

Кроме этого, отсутствие двух контуров регулирования позволяет исключить из системы инерционное звено, что значительно повышает ее быстро55 деиствие °

Класс механизмов со статической механической характеристиКой вида р = достаточно широк. Так, значение n=2 соответствует вентилятор ". = (-1.)

Тогда, учитывая, что !!! =, нахои дим е где К,=f, -Pî K = г „p„);

5 и

P, — параметр аппроксимации, при ко1 и тором !ц =О; m 1+-; О с n (4.

Для закона изменения нагрузки, р выраженного, например, соотношением — зависимость /О„ =й(К) для асинхронного двигателя имеет вид, изображенный на фиг.2. Как видно,данную кривую можно легко практически реализовать с помощью, например, простого функционального преобразователя, принципиальная схема которого приведена на фиг.3.

Функциональный преобразователь выполнен на операционном усилителе 9, в цепь обратной связи которого вклю— чен резистор 10. На входе операционного усилителя включены резисторы 1125

13. Последовательно с резисторами 12 и 13 включены стабилитроны 14 и 15.

Функциональный преобразователь, кроме того, может быть выполнен и по другой схеме, а именно в виде последовательно соединенных между собой резисторов 16-18 и резистора 19. Резисторы 16 и !7 шунтированы стабилитронами 20 и 21. Реальная зависимость

=f(Z) аппроксимируется здесь трехзвенной ломаной с достаточной

35 степенью точности, совпадающей с исходной кривой. ного к асинхронному электродвигателю, блок задания частоты, выходом соединенный с блоком управления инвертором, и функциональный преобразователь, вход которого соединен с выходом блока задания частоты, а выход— с входом блока управления выпрямителем, отличающийся тем, что, с целью упрощения электропривода и повышения быстродействия при статической механической нагрузке вида 1ц =с, функциональный преобразователь выполнен реализующим зависи3 масть вида / = ки / K,ì + / д где гв относительное напряжение двигателя;

g — относительная частота питания; к= вар„т /п„1т (l — /t,>; е--1+Х, /X

Х и Х

Н

08.

02 44 Об 08 фиа2

5 12888 ной нагрузке, n=1 нагрузке, обусловленной вязким трением, и т.д.

Использование предлагаемого устройства в частотно-регулируемом электроприводе существенно упростит и 5 удешевит реализацию беспоискового режима экстремального управления, минимизирующего санаторный ток двигателя, придающего энергосберегающие свойства всей системе, которые выра1О жаются в повышении КПД и коэффициента мощности двигателя с неполной загрузкой двигателя, Экономический эффект от внедрения системы электропривода достигается за счет экономии электроэнергии при экстремальном регулировании по минимум тока.статора в сравнении с традиционными законами регулирования, нац 20 пример по закону — = const. Кроме

f этого, простота практической реализа,ции системы позволит уменьшить срок ее оиупаемости за счет уменьшения капиталовложений.

Формула изобретения

Частотно-регулируемый электронрнвод, содержащий асинхронный электродвигатель, преобразователь частоты, выполненный в виде последовательно соединенных между собой выпрямителя, предназначенного для подключения к сети, и инвертора, выходом подключен- З5 индуктивные сопротивления двигателя; приведенное сопротивление ротора; минимальная мощность двигателя1 номинальное фазное напряжение двигателя; число фаз; номинальное абсолютное скольжение; абсолютное скольжение, нри котором р =О; К,= 3, о и

1+ — 0<п 4.

1288887

tr8õЫ 18

17

@02. 4

Составитель В.Тарасов

Редактор А.Козориз Техред И.Верес Корректор Е.Сирохман:

Заказ 7821/57 . Тираж 683. 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