Электропривод переменного тока

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в горно-обогатительной, нефтяной, химической и других отраслях промьппленности. Целью изобретения является расширение диапазона регулирования частоты вращения и улучшение пусковых характеристик. Устройство для регулирования электропривода переменного тока содержит асинхронный двигатель (АД) 1 с фазным ротором. В цепь статора АД1 включены датчик 6 тока и датчик 7 напряжения, а в цепь ротора АД1 - датчик 8 напряжения. На валу АД1 установлен датчик 4 положеS (Л С

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (ц 4 Н 02 Р 7/46, 9/14

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3851491/24-07 (22) 05.02,85 (46) 07,03.87. Бюл. ¹ 9 (71) Центральное проектно-конструкторское и технологическое бюро крупных электрических машин (72) Г.С. Васильев и A,А. Круглый (53) 621 ° 316.717(088,8) (54) ЭЛЕКТРОПРИВОД ПЕРЕИЕННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в горно-обогатительной, нефтяной, хи,.SU„, 12ЫЖЩ А1 мической и других отраслях промышленности, Целью изобретения является расширение диапазона регулирования частоты вращения и улучшение пусковых характеристик, Устройство для ре" гулирования электропривода переменного тока содержит асинхронный двигатель (АД) 1 с фазным ротором. В цепь статора АД1 включены датчик 6 тока и датчик 7 напряжения, а в цепь ротора АД1 — датчик 8 напряжения. На валу АД1 установлен датчик 4 положе129549 ния ротора, Выходы датчиков 6, 4, 7 подключены к входам регулятора 10 возбуждения, выход которого соединен с коммутирующим входом 12 управляемого коммутатора (УК) ll, Коммутирующие входы 13, 14 УК 11 подключены соответственно к выходам задатчика 22 режима пуска и формирователя 25 сигнала инвертирования, вход которого соединен с выходом формирователя 5 частоты вращения и входом блока 29 выбора режима. Вход формирователя 5 подключен к выходу датчика 4. Управляющий вход 15 УК ll связан с одним выходом блока 29, а управляющие выходы 16, 17 УК 11 — с выходами блока 26 управления, Вход сброса блока

26 подключен к управляющему входу

15 УК ll а установочный вход блока

26 — к выходу блока 9 сравнения.

Один вход блока 9 соединен с датчиком 8, а другой вход — через УК 18 с

9 выходами эадатчика 22 режима пуска и.задатчика 23 режима регулирования, Управляющий вход 21 УК 18 подключен к второму выходу блока 29, Выходы УК

ll соединены с блоком 3 управления возбудителя 2, подключенного к роторной обмотке АД1, АД1 с фазным ротором подключается статором к промьпчленной сети, а ротором — к регулируемому тиристорному возбудителю. В устройстве осуществляется переключение режимов работы возбудителя 2 с использованием измеренной информации о напряжении статора и ротора и угловом положении ротора, что дает возможность обеспечить работу АД! как в режиме машины двойного питания, так и в режиме асинхронно-вентильного каскада, В устройстве обеспечивается также безреостатный пуск с подключенным возбудителем при пониженном пусковом токе иповьппенном моментепуска . 5 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к управляемому электроприводу, построенному на базе асинхронного двигателя с фазным ротором, и может быть использовано для регулирования частоты вращения нагрузки, например в горно-обогатительной, нефтяной, химической и других отраслях промьппленности.

Цель изобретения — расширение диапазона регулирования частоты вращения и улучшение пусковых характеристик.

На фиг,l представлена функциональ" ная схема устройства для регулирования электропривода переменного тока; на фиг,2 — примеры выполнения блока сравнения и блока управления коммутатором; на фиг, 3 и 4 — диаграммы, поясняющие работу устройства; на фиг,5 - алгоритмы функционирования отдельных элементов, Устройство для регулирования электропривода переменного тока содержит асинхронный двигатель 1 (фиг.1) с фаэным ротором, подключенным к выходу возбудителя 2, блок 3 управления возбудителем, датчик, 4 углового поло2 жения ротора, подключенный выходом к входу формирователя 5 частоты вращения, датчик 6 тока статора, датчик 7 напряжения статора, датчик 8 напряжения ротора, подключенный выходом к одному из входов блока 9 сравнения, регулятор 10 возбуждения, подключенный входами к выходам датчика 4 углового положения ротора, датчик 6 то1О ка статора и датчика 7 напряжения статора.

В электропривод переменного тока введены управляемый коммутатор ll изменения режима с тремя коммутируемыми входами 12-14, тремя управляющими входами 15 - 17 и двумя выходами, управляемый коммутатор 18 напряжения уставки с двумя коммутируемыми входами 19 и 20 и одним управляющим входом 21 задатчик 22 режима пуска, задатчик 23 режима регулирования, задатчик 24 запрета включения тирис25 торов, задатчик 25 сигнала инвертирования, блок 26 управЪ ления коммутатором с установочным входом 27, входом 28 сброса и двумя выходами и блок 29 выбора режима.

Для тиристоров одной фазы ротора имеются две управляющие цепи с выхода блока 3, Датчик 7 напряжения статора и датчик 8 напряжения ротора выполняются в виде трансформаторов, Блок 29 выбора режима может быть выполнен в виде двух пороговых элементов (например, триггеров Шмидта), Пороги сбрасывания указанных элементов соответствуют разным значениям частоты вращения ротора, В формирователе 5 частоты вращения производится измерение периода импульсов, поступающих с датчика 4 углового положения ротора, который может быть выполнен в виде электромеханического устройства либо вычис30 лительного блока использующего инФ формацию о параметрах статора и ротора.

Задатчик 22 режима пуска, задатчик 23 режима регулирования, задатчик 24 запрета включения тиристоров

35 могут быть выполнены в виде источников постоянного напряжения, например, на стабилитронах.

Питающие входы возбудителя 2 подключены к трансформатору 30 напряжения, связанному с питающей сетью. В цепи питания статора установлен выключатель 31, Управляемый коммутатор ll измене= ния режима выполнен на переключателях 32 — 34, а управляемый переключатель 18 напряжения уставки выполнен на переключателе 35. Ha фиг.5 а представлены значения сигналов на установочном входе 27 блока 26 управления коммутатором в зависимости от соотношения сигналов

U и L поступающих на входы блока

9 сравнения.

На фиг.5 б представлено состояние сигналов Q Q на выходах блока 26 управления коммутатором при однолинейном входе S,,ðåàãèðóþùåì. на три состояния. На фиг,5 в представлено состояние входа S блока 26 управления коммутатором при двоичном коде и его соответствие троичному коду.

Блок 29 выбора режима функционирует в соответствии с фиг.5 r где ш, 1 — коэффициенты.

Управляемый коммутатор изменения режима 11 функционирует в соответствии с фиг.5 д, а управляемый коммутатор 18 напряжения уставки — в со40

55!

Блок 9 сравнения может быть выполнен на операционных усилителях 36 и

37 (фиг.2а), а блок 26 управления коммутатором — на операционных усилителях 38 и 39 с положительной обратной связью.

Блок 9 сравнения может быть выпал" нен на компараторах 40 и 41 (фиг,2б), а блок 26 управления коммутатором— на P-триггерах 42 и 43, при этом установочный вход 27 представляет собой двухразрядную шину.

3,1295499 4

Вход блока 29 выбора режима подк- Возбудитель 2 выполнен на ключах лючен к выходу формирователя 5 час- с встречно-параллельным включением тоты вращения. Первый выход блока 29 тиристоров, Блок 3 управления возбувыбора режима подключен к управляю- дителем выполнен по принципу фаэоимщему входу 21 управляемого коммута- 5 пульсной системы с вертикальным уптора напряжения уставки 18. Второй равлением и наличием одной управляювыход блока 29 выбора режима подклю- щей цепи для каждой группы тиристочен к объединенным между собой перво- ров возбудителя 2 (группу образуют му управляющему входу 15 управляемо- тиристоры возбудителя, проводящие

ro коммутатора 11 изменения режима -10 ток фазы ротора в одном направлении). и входу 28 сброса блока 26 управления коммутатором, подключенного выходами соответственно к второму и третьему управляющим входам 16 и 17 управляемого коммутатора 11 изменения режима, первый, второй и третий коммутируемые входы 12 — 14 которого подключены соответственно к выходу регулятора 10 возбуждения, к выходу задатчика 24 запрета включения тиристоров и к выходу задатчика 25 сигнала инвертирования. Выход задатчика 22 режима пуска и выход задатчика 23 режима регулирования подключены к соответствующим коммутируемым входам

19 и 20 управляемого коммутатора 18 напряжения уставки, выход которого подключен к другому входу блока 9 сравнения, соединенного выходом с установочным входом 27 блока управления коммутатором, Выходы управляемого коммутатора ll изменения режима подключены к соответствующим управляющим входам блока 3 управления возбудителем, 5 1295499 ответствии с фиг.5 е (П,Р— значения выходов эадатчика 22 пуска и эадатчика 23 регулирования).

Электропривод переменного тока работает следующим образом, 5

В исходном состоянии статор асинхронного двигателя 1 отключен от питающей сети выключателем 31, а трансформатор 30 напряжения включен, При этом тнристоры 2 возбудителя имеют анодное напряжение, но нет импульсов управления, так как на управляющие входы блока 3 управления поступает сигнал запрета, При неподвижном двигателе сигналы и<,,,и на выходах

15 блока 29 выбора режима равны нулю.

Сигналы Q<, g на выходах блока 26 управления коммутатором также равны нулю, на установочном входе 27— нуль °

При включении включателя 31 на роторе асинхронного двигателя 1 появ, ляется напряжение, Напряжение U измеряемое датчиком 8 напряжения ротора, поступает на один иэ входов блока 9 сравнения, где сравнивается с напряжением U соответствующим амплитуде напряжения, снимаемого с вторичной обмотки трансформатора 30 напряжения, При этом U формируется с помощью эадатчика 2? пуска (сигнал и, = О). На фиг,З а показана схема одной фазы асинхронного двигателя 1, обмотка ротора через тиристоры соединена с вторичными обмотками трансформатора 30 напряжения. К тиристорам с одной стороны приложено напряжение .ротора, с другой — три напряжения вторичных обмоток {фиг,Зб).

Ток в цепи отсутствует, двигатель по-прежнему неподвижен, Когда напряжение ротора U, достигнет амплитуды вторичного йапряжения U трансформатора 30 напряжения, можно включить, один иэ тиристоров а,в,с, Ток будет протекать под действием разности напряжений (U> — U > ) и двигатель 1 начнет разгоняться, а величина пускового тока регулируемого двигателя составляет: дог "Р г

Указанная величина меньше, чем пусковой ток короткоэамкнутого двига- 55 теля Хикъ д>т лкь рот если включается тиристор, анодное напряжение которого противоположно напряжению ротора и имеет в момент включения наибольшее значение.

Момент двигателя при пуске определяется:

Ьрд гр г что, как правило, больше номинального момента М „, Включение одного из тиристоров 2 возбудителя осуществляется в момент достижения напряжением /11/ значения

Uö, Выходной сигнал блока 9 сравнения обеспечивает при этом прохождение сигнала с выхода эадатчика 25 сигнала инвертирования на соответствующий вход блока 3 управления возбудителем, Напряжение U ротора снижается и становится меньше 110, Управляемый коммутатор 11 изменения режима сохраняет укаэанное состояние до момента, когда ток ротора меняет знак, При этом работавшая группа тиристоров отключается и напряжение U ротора нарастает в противоположную сторону. При /U/) U0 переключатели .33 и 34 управляемого коммутатора 11 изменения режима изменяют свое состояние и сигнал инвертирования с выхода задатчика 25 поступает на тиристор противоположной группы рассматриваемой фазы ротора.

По мере разгона напряжение ротора снижается, достигая значения, равного U . Как видно из фиг.3 в, включение тиристора на максимальное напряжение трансформатора невозможно иэза отсутствия тока н цепи ротора при равенстве Б цг = U, Сигнал и< на выходе блока 29 выбора режима становится равным п, = 1. Управляемый коммутатор 18 напряжения уставки переключается, обеспечивая поступление пониженного значения с выхода задатчика 23 регулирования. Переключение блоков 9, 26, 15 становится возможным при малых напряжениях ротора.

Среднее значение напряжения инвертирования на выходе возбудителя 2 устанавливается более низким с помощью задатчика 25, который может быть связан с выходом формирователя 5 часто" ты вращения или работать независимо и двигатель 1 может разгоняться дальше, либо устанавливаться на некоторой выбранной частоте вращения.

95499 8

f5

Рассмотренное устройство характеризуется расширением диапазона регулирования в сравнении с .машиной двойного питания (ИДП) или асинхронновентильным каскадом (АВК). При одинаковом диапазоне регулирования снижается типовая мощность трансформатора 30 и возбудителя 2, Это объясняется тем, что в режиме ИДП выходное напряжение возбудителя меняется по гармоническому закону, При этом диапазон регулирования определяется действующим значением, а типовая мощность возбудителя — амплитудным. При переходе в режим регулирования инвертированием (аналогично АВК) напряжение возбудителя имеет вид прямоугольника: амплитудное и действующее значения совпадают, обеспечивая регулирование ниже предела МДП в режиме

АВК. Таким образом, для MfgI с диапа7 12

При достижении частоты вращения, соответствующей нижнему пределу режима двойного питания, на выходе блока 29 выбора режима устанавливается и = 1 и выход регулятора 10 возбуждения подключается к управляющим входам блока 3 управления возбудителем. При этом на выходе блока

26 управления коммутатором устанавливаются нули, а задатчик 25 сигнала инвертирования отключается, Асинхронный двигатель 1 функционирует теперь как машина двойного питания с автоматическим регулятором возбуждения °

На фиг.4 иллюстрируется принцип включения тиристора при пуске. На диаграмме (фиг.4а) показаны напряжения трансформатора 30, на диаграмме фиг,4 б . — образование пилообразного напряжения в блоке 3 управления при вертикальном управлении с линейной разверткой. На диаграмме фиг,4 в показано, что сигнал управления, изменяясь от уровня запрета (импульсы не возникают, так как сигнал управления не пересекается с пилообразным напряжением) до уровня инвертирования, в любой момент пересекает одну из "пил", формируя импульс включения тиристора, фаза которого соответствует максимальному напряжению инвертирования, Соответствующие участки выделены жирными линиями на диаграммах фиг.4а, в. Принятые обозначения

o(,и соответствуют углам управления и опережения.

55 зоном 1,25-0,75 синхронной частоты вращения (и ) устройство обеспечивас ет диапазон 1,25 — 0,25 n, а в сравнении с АВК, имеющим диапазон 1,0 "

0,5 и, предлагаемое устройство расширяет диапазон вверх до 1,25 пс

В предлагаемом устройстве обеспечивается также безреостатный пуск с подключенным возбудителем при пониженном пусковом токе и повышенном моменте пуска.

Таким обра зом вв еде ние в элек тропривод переменного тока управляемого коммутатора изменения режима, управляемого коммутатора напряжения уставки, задатчиков режима пуска и режима регулирования, задатчика запрета включения тиристоров, задатчика сигнала инвертирования, блока управления коммутатором и блока выбора режима обеспечивает расширение диапазона регулируемых частот вращения и улучшение пусковых характеристик, Формула изобретения

Электропривод переменного тока, содержащий асинхронный двигатель с фазным ротором, подключенным к выходу возбудителя с встречно-параллельно соединенными тиристорами, блок управления возбудителем, датчик углового положения ротора, подключенный выходом к входу формирователя частоты вращения, датчик тока и напряжения статора, датчик напряжения ротора, подключенный выходом к одному из входов блока сравнения, регулятор возбуждения, подключенный входами к выходам датчика углового положения ротора и датчиков тока и напряжения статора, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью расширения диапазона регулирования частоты вращения и улучшения пусковых характеристик, введены управляемый коммутатор изменения режима с тремя коммутируемыми входами, тремя управляющими входами и двумя выходами, управляемый коммутатор напряжения уставки с двумя коммутируемыми и одним управляющим входами, задатчик режима пуска, задатчик режима регулирования, задатчик запрета включения тиристоров, задатчик сигнала инвертирования, блок управления коммутатором с установочным входом, входом сброса и двумя

1295499

9 выходами и блок выбора режима, вход которого подключен к выходу формирователя частоты вращения, первый выход блока выбора режима подключен к управляющему входу управляемого коммутатора напряжения уставки, второй выход блока выбора режима подключен к объединенным между собой первому управляющему входу управляемого коммутатора изменения режима и входу сброса блока управления коммутатором, Подключенного выходами соответственно к второму и третьему управляющим входам управляемого коммутатора изме— нения режима, первый, второйи третий коммутируемые входы которого подключены соответственно к выходу регулято" ра возбуждения, к выходу задатчика запрета включения тиристоров и к выходу задатчика сигнала инвертирования, выход задатчика режима пуска и выход. задатчика режима регулирования подключены к соответствующим комму" тируемым входам управляемого коммутатора напряжения уставки, выход ко® торого подключен к другому входу блока сравнения, соединенного выходом с установочным входом блока управления коммутатором, а выходы управляемого коммутатора изменения режима подключены к соответствующим управляющим входам блока управления возбудителем.

1295499 упра&емию

Фжt

1295499

Составитель А. Жилин

Техред Л.Сердюкова Корректор И. Муска

Редактор С, Патрушева

Заказ 625/60 Тираж 66! 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. Проек ная, 4