Электропривод переменного тока

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в горно-металлургической проьышлен fem .uf. fliof. ности. Целью изобретения является повьавекие надежности и качества переходшлх процессов эа счет исключения перенапряжений в цепях ротора при переходе от нерегулируемого к регулируемому режиму работы электропривода . Указанная цель достигается введением в электропривод переменного тока контактора 24, блока 25 резисторов , сумматора 26 в форьдарователе 10 сигналов задания активного и реактивного токов ротора и узла 27 переключений режимов работы в блоке 16 пуска. Входы сумматора 26 соединены с выхода14И регулятора 12 реактивного тока статора и источника 20 постоянного сигнала блока 16. Узел 27 входами связан с датчиками 8 и 9 тока и напряжения, а выходами - с упр авлянмдами входами ключей 17, 18 и 19 и контактора 24, обеспечивающего S l33uz,J

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСН ИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 Н 02 Р 7/42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 4063934/24-07 (62 ) 4022034/07 (22) 30.04. 86 (23) 11.02.84 (46) 29.02.88. Бюл. У 8 (71) Научно-исследовательский электротехнический институт Производственного объединения "ХЭИЗ" (72 ) В.А.Ерухимович, Ю.Л.Шинднес и И.И.Эпштейн (53) 621. 313. 333 (088. 8 ) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1037405, кл. Н 02 Р 7/42, 1980.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1185528, кл. Н 02 P 7/42, 1984. (54 ) ЭЛЕКТРОПРИВОД ПЕРЕИЕННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к злектротехнике и может быть ислользовано в горно-металлургической промпплен„„SU„„137 004 А 1 ности. Целью изобретения является повьамние надежности и качества переходных процессов за счет исключения перенапряжений в цепях ротора при переходе от нерегулируемого к регулируемому режиму работы электропривода, Укаэанная цель достигается введением в злектропривод переменного тока контактора 24, блока 25 резисторов, сумматора 26 в форьырователе

10 сигналов задания активного и реактивного токов ротора и узла 27 переключений режимов работы в блоке 16 пуска. Входы сумматора 26 соединены с выходами регулятора 12 реактивного тока статора и источника 20 постоянного сигнала блока 16. Узел 27 входами связан с датчиками 8 и 9 тока и напряжения, а выходами — с управляющими входами ключей 17, 18 и

19 и контактора 24, обеспечивающего

1378004 подключение блока 25 к ротору асин- лю 1 ориентировать определенным обхронного двигателя 1. В результате разом вектор выходного напряжения

L помощью указанных блоков появляет преобразователя частоты 5 относителься возможность в момент подключения но вектора ЭДС ротора, исключая пепреобразователя частоты 5 к двигате- ренапряжения, 4 ил.

Изобретение относится к электротекнике, а именно к электроприводу переменного тока на базе машины

"двойного питания" с непосредствен5 ным преобразователем частоты в цепи ротора, и может быть использовано в механизмах, требующих высоких динамических свойств и повышенной надежности, например в горно-металлурги-,jp .ческой промышленности при регулировании числа оборотов ротора относительно синхронной скорости питающего поля.

Целью изобретения является повышение надежности и качества переходных процессов за счет исключения перенапряжений в цепях ротора при переходе от нерегулируемого к регулируемому режиму работы электропривода. 2р

На фиг.1 представлена функциональная схема электропривода переменного тока; на фиг.2 — схема узла переключений режимов работы, на фиг.3схема датчика биений; на фиг.4 - 25 схема второго варианта датчика биений.

Электропривод переменного тока содержит асинхронный двигатель 1 (фиг.)) с фазным ротором, подключенным к выходам регулируемого источника 2 тока, выполненного с последовательно соединенными блоком 3 импульсно-фазового управления, управляемым ключом 4 и преобразователем 5 часто- 35 ты с непосредственной связью, блок 6 прямого преобразования координат, подключенный выходами к управляющим входам регулируемого источника 2 тока, блок 7 обратного преобразования 40 координат, подключенный входами к выходам датчиков фазных токов 8 и напряжений 9 статора, формирователь

10 сигналов задания активного и реактивного токов ротора с регулято- 45 ром !I частоты вращения ротора и регулятором !2 реактивного тока статора, фазовый дискриминатор !3 с пропорционапьно-интегральным регулятором 14 частоты скольжения на выходе, формирователь 15 гармонических функций, вход которого соединен с выходом фазового дискриминатора 13 а выходы подключены к опорным входам блока 6 прямого преобразования координат, блок 16 пуска, снабженный управляемыми ключами !7, !8, !9, источником 20 постоянного сигнала, ограничителем 21 уровня сигнала, определителем 22 начального скольжения, Нри этом управляющий вход управляемого ключа 4, образующий вход пуска регулируемого источника 2 тока, соединен с управляющим входом первого управляемого ключа 7 блока пуска, образующего первый вход блока 16 пуска, и с выходом 23 для сигнала пуска, выходы управляемого ключа, образующие первый и второй выходы блока !6 пуска, подключены к входу и выходу пропорционально-интегрального регулятора 14 частоты скольжения и к выходам ограничителя 21 уровня сигнала, первый вход которого подключен к выходу определителя

22 начального скольжения, а второй вход соединен с управляющим входом второго управляемого ключа !8 блока пуска, подключенного выходами, образующими третий и четвертый выходы блока 16 пуска, к входу и выходу регулятора 11 частоты вращения ротора, Выходы третьего управляемого ключа

l9, образующие пятый и шестой выходы блока 16 пуска, подключены к входу и выходу регулятора 12 реактивного тока статора, первый и второй входы фазового дискриминатора 13 подключены к одноименным выходам блока 7 обратного преобразования координат, а третий вход фазового дискриминатора

1378004

13 и первый управляющий вход блока

6 прямого преобразования координат подключены к первому выходу формирователя 10 сигналов задания активного и реактивного токов. ротора, второй выход которого подключен к второму управляющему входу блока 6 прямого преобразования координат. Первый, второй, третий и четвертый входы формирователя 10 сигналов задания активного и реактивного токов ротора подключены соответственно к третьему выходу блока 7 обратного преобразования координат, к выходу фазового 15 дискриниминатора 13 и к выходам датчиков фазных токов 8 и напряжений 9 статора.

В электропривод переменного тока введены трехфазный контактор 24, блок 25 резисторов, причем формирователь 10 сигналов задания активного и реактивного токов ротора снабжен сумматором 26, блок 16 пуска снабжен седьмым выходом, образованным выхо- 25 дом источника 20 постоянного сигнала, и узлом 27 переключений режимов работы, Входы блока 3 импульсно-фазового управления в регулируемом источнике 30

2 тока подключены к выходу регулятора 28 фаэных токов и к выходу блока

29 компенсации. На входе регулятора

28 фазных токов включен элемент 30 сравнения, первый вход которого обра- 3 зует управляющий вход регулируемого источника 2 тока, а второй подключен к выходу датчика 31 фазных токов ротора, На вход регулятора 11 частоты вра- 10 щения ротора подключен элемент 32 сравнения, а на вход регулятора 12 реактивного тока статора — элемент

33 сравнения, К выходу регулятора 11 частоты вращения ротора подключен блок 34 деления, другой вход которого соединен с выходом определителя

35 потокосцепления, Входы обратной связи элементов сравнения 33, 32 и входы определителя 35 потокосцепле-. ния образуют соответственно первый, 50 второй, третий и четвертый входы формирователя 10 сигналов задания активного и реактивного токов ротора, первый и второй выходы которого образованы выходом блока 34 деления и выходом сумматора 26.

К входу пропорционально-интегрального регулятора 14 частоты скольжения в фазовом дискриминаторе 13 подключен блок 36 деления, соединенный входом с выходом элемента 37 сравнения. Один из входов элемента

37 сравнения и другой вход блока 36 деления образуют первый и второй входы фазового дискриминатора 13. Другой вход элемента 37 сравнения образует третий вход фазового дискриминатора 13.

Узел 27 переключений режимов работы выполнен с первым и вторым триггерами 38, 39 (фиг.2), элементом И 40, элементом 41 задержки, и датчиком 42 биений.

Объединенные между собой первые входы первого и второго триггеров

38, 39 образуют первый вход узла 27 переключений режимов работы, соединенный с управляющим входом управляемого ключа 17. Входы датчика 42 биений, образующие второй и третий входы узла 27 переключений режимов работы, подключены соответственно к выходам датчиков фазных токов 8 и напряжений 9 статора. Выход датчика 42 биений подключен к второму входу первого триггера 38 и к первому входу элемента И 40, второй вход которого соединен с выходом элемента 41 задержки ° Выход элемента И 40 соединен с вторым входом второго триггера 39.

Выход первого триггера 38 соединен с входом элемента 41 задержки и образует первый выход узла 27 переключений режимов работы, подключенный к управляющим входам управляемых ключей 18, 19 блока 16 пуска. Выход второго триггера 39, образующий второй выход узла 27 переключений режимов работы, подключен к управляющему входу трехфазного контактора 24, под- . ключенного первым входом к обмоткам ротора двигателя 1, а вторым входом— к блоку резисторов 25.

Сумматор 26 формирователя 10 сигналов задания активного и реактивного токов ротора подключен первым входом с выходом регулятора 12 реактивного тока статора и вторым выходом упомянутого формирователя 10, а вторым входом сумматор 26 подключен к выходу источника 20 постоянного сигнала в блоке 16 пуска.

Датчик 42 биений может содержать индикатор знака 43 (фиг.3), беспороговый выпрямитель 44, счетчики 45, 1378004

46, элемент 47 задержки, триггер 48, .управляемые ключи 49, 50, 51, эле1 ,.менты 52, 53 памяти, узел 54 сравнения и формирователь 55 узких импуль5 сов. Входы индикатора знака 43 и беспорогоного выпрямителя 44 образуют входы датчика 42 биений. Выход индикатора знака 43 подключен к вхо,ду счетчика 45 и к другому входу 10 беспорогового выпрямителя 44, выход которого через соответствующие управ ляемые ключи 49, 50 подключен к входам элементов 52, 53 памяти. Выходы элементов 52, 53 памяти соединены с входами узла 54 сравнения, соединенного выходом через управляемый ключ

51 с входом счетчика 46. Управляющие входы ключей 49, 50 подключены к выходам триггера 48, соединенного входом через элемент 47 задержки с выходом счетчика 45. Управляющий .вход ключа 51 через формирователь 55 узких импульсов соединен с выходом счетчика 45. Выход счетчика 46 обра- 25 зует выход датчика 42 биений.

Датчик 42 биений в другом выполнении может содержать квадраторы 56, 57, 58 (фиг..4), фильтры 59, *60, 61, выпрямитель 62 и индикатор нуля 63.

Входы квадраторов 56, 57, 58 образуют входы датчика диений, подключенные в рассматриваемом варианте только к выходам датчиков фаэных то" ков. Выходы квадраторов 56, 57, 58 через соответствующие фильтры 59, 60, 6l подключены к входам выпрямителя

62, соединенного выходом с входом индикатора нуля 63, выход которого образует выход датчика 42 биений.

Электропринод переменного тока работает следующим образом.

Для качественного подключения преобразователя 5 частоты с непосредственной связью к вращающемуся асинхронному двигателю I с фазным ротором необходимо, чтобы в момент подключения вектор выходного напряжения преобразователя бып сориентирован определенным образом относительно вектора ЭДС ротора. В противном случае при случайной ориентации указанного вектора возможны недопустимо большие броски тока в момент подключения преобразователя частоты с непосредственной связью к ротору.

Требование по ориентации векторов выполняется в электроприводе реализацией промежуточного синхронного режима работы днигатеЛя с последующим автоматическим переходом к регулируемому режиму работы. Для этого по сигналу пуска к ротору подключаются выходы преобразователя 5 частоты с непосредственной связью, и после раэмыкания контактора (не показан), saкорачивающего ротор в нерегулируемом режиме работы, формируется выходной ток преобразователя 5 частоты с непосредственной связью неизменной частоты и величины.

Данным током электродвигатель втягивается в синхронизм и векторы тока и ЭДС двигателя оказываются сориентированы необходимым образом.

Для того, чтобы не возникало перенапряжений в цепях ротора при раз" мыкании,конт актора, эакорачивающего ротор в нерегулируемом режиме работы, в электроприводе используется блок

25 резисторов, подключенный н нерегулируемом режиме через контактор 24 к ротору. Пока ротор закорочен кон» тактором, резисторы блока 25 в работе не участвуют, зато при размыкании контактора ток ротора поступает в резисторы блока 25, и перенапряжения не возникают, При втягивании днигателя в синхрониэм направление нектора выходного тока преобразователя 5 частоты с непосредственной связью становится согласным направлению вектора тока ротора. Теперь можно отключить от ротора резисторы блока 25 без каких-либо перенапряжений в це" пях ротора. Это осуществляется размыканием контактора 24 по сигналу, поступающему на его управляющий вход с выхода узла 27 переключений режимов работы. В состав узла 27 переключений режимов работы входит датчик 42 биений (фиг,2), фиксирующий момент втягивания электродвигателя в синхрониэм по исчезновению биений тока в цепях статора двигателя 1;

После перевода двигателя 1 иэ нерегулируемого в синхронный режим работы и втягивании его в синхрониэм по сигналу датчика 42 биений переключается триггер 38. Его выходной сигнал и является выходным сигналом узла 27 переключений режимов работы, поступающим на управляющий вход конт актор а 24.

Принцип работы датчика биений по фиг. 3, основан на том, что значения

1378004 8 составляющих тока статора меняются в режиме втягивания двигателя в синхрониэм с частотой биений, а с момента окончания втягивания двигателя в еинхронизм и до момента перехода двигателя к регулируемому режиму работы значения составляющих тока статора не меняются.

Сигналы напряжений статора преобразовываются индикатором знака 43 в логические сигналы, которым управляется беспороговый выпрямитель 44, выделяющий сигнал активной (или реактивной) составляющей тока из сигналов, соответствукицих фазным токам статора.

Текущее значение. сигнала составляющей тока статора сравнивается через одинаковые интервалы времени 4т, в узле 54 сравнения со значением, которое имел этот сигнал на ЬС раньше — в предыдущий момент сравнения.

Дпя запоминания сигнала используются элементы 52, 53 памяти, на входы которых данный сигнал поступает через поочередно замыкающиеся и размыкающиеся управляемые ключи 49, 50, Пока управляемый ключ 49 (или 50) замкнут, элемент 52 (или 53) памяти представляет собой повторитель, и с его выхода поступает текущее значение сигнала составляющей тока статора. Когда управляемый ключ 49 (или

50) разомкнут, с выхода элемент 52 (ипи 53) памяти поступает сигнал, запомнившийся в момент раэмыкания соответствующего ключа Сигналы управления управляемыми ключами 49, 50 поступают с выходов триггера 48, на вход которого через элемент 47 задержки подается сигнал с выхода счетчика 45, соединенного входом с выходом индикатора знака 43. Счетчиком 45 задается длительность интервала gt,. Выходной сигнал счетчика 45 подается также на вход формирователя 55 узких импульсов, по выходному сигналу которого (на интервалах узкйх импуль сов) замыкается управляемый ключ 51. При этом .с вы хода узла 54 сравнения через управляемый ключ 51 на вход счетчика 46 поступает сигнап совпадения или несовпадения уровня текущего и предыдущего значений составляющей тока статора. Элемент 47 задержки необходим дпя того, чтобы перед переключением триггера 48 с выхода узла 54 сравнения поступил сигнал на вход счетчика 46. После втягивания двигателя в синхрониэм сравниваемые уров5 ни текущего и предыдущего значений контролируемого сигнала равны. Узел

54 сравнения выдает при этом сигнал совпадений уровней. При повторении сигнала совпадения и раз, что соответствует числу .счета счетчика 46, с выхода счетчика 46 поступает сигнал, информирующин о втягивании двигателя в синхронизм, В датчике 42 биения по фиг.4 сигналы фазных токов статора пропускают через квадраторы 56, 57, 58, в результате чего в составе каждого иэ сигналов появляется явно выраженная

20 низкочастотная гармоническая составляющая, соответствующая частоте биений, Низкочастотные составляющие выделяются с помощью фильтров 59, 60, 61, а выпрямителем 62 из них форми25 руется однополярный сигнал, уровень которого контролируется индикатором нуля 63. При втягивании двигателя в синхронизм биения исчезают, низкочас-, тотные составляющие становятся равными нулю, что и фиксируется индикатором нуля 63.

Отключение резисторов блока 25 от ротора приводит к изменению величины тока ротора, в результате чего возникают затухающие колебания тока ро35 тора, вызванные выпадением двигателя 1 из синхронизма, Колебания э атухают при повторном втягивании двигателя 1 в синхронизм, Для этого с вы40 хода преобразователя 5 частоты с непосредственной связью после отключения резисторов блока 25 от ротора продолжает поступать ток прежней частоты. Формирование выходного тока

45 данной частоты преобразователем 5 частоты с непосредственной связью осуществляется до появления сигнала с датчика 42 биений о повторном втягивании двигателя 1 в синхронизм.

Данный сигнал поступает через элемент И 40 (фиг,2) на вход триггера, 39 и переключает его. Выходной сигнал триггера 39 меняется и размыкает управляемые ключи 19, 18 и выходную цепь ограничителя 21 уровня сигнала.

Электропривод переходит в регулируемый режим работы. ЭЛемент 41 задержки с малым временем задержки необходим для того, чтобы после переключе-

1378004

I0 ния триггера 38 и до момента выпадания двигателя 1 из синхронизма не переключался триггер 39.

Благодаря введению сумматора 26 и закорачиванию в. синхронном режиме работы управляемым ключом 19 регулятора 12 реактивного тока статора можно задавать ток ротора в синхронном режиме независимо от уровня уставки 10 ограничения выходного сигнала регулятора 12 и менять при необходимости его величину в широких пределах.

Таким образом, введение в электропривод переменного тока трехфазного контактора, блока резисторов, сумматора в формирователе сигналов заданий активного и реактивного то,ков ротора, узла переключений режимов работы в блоке пуска обеспечива- 20 ет исключение перенапряжений в цепях ротора асинхронного двигателя при .переходе от нерегулируемого к регулируемому режиму работы, благодаря чему в сравнении с известным реше- 25 нием повышается качество переходных . процессов и надежность электропривода в целом.

Формула изобретения 30

Электропривод переменного тока, содержащий асинхронный двигатель с фаэным ротором, подключенным к выходам регулируемого источника тока, выполненного в виде последовательно соединенных блока импульсно-фаэового управления, управляемого ключа и преобразователя частоты с непосредственной связью, блок прямого преоб разования координат, подключенный выходами к управляющим входам регулируемого источника тока, блок обратного преобразования координат, подключенный входами к выходам датчиков фаэных токов и напряжений статора, формирователь сигналов задания активного и реактивного токов ротора с регулятором частоты вращения ротора и регулятором реактивного тока статора, фазовый дискриминатор с про50 порционально-интегральным регулятором частоты скольжения на выходе, формирователь гармонических функций, вход которого соединен с выходом фазового дискриминатора, а выходы подключены к опорным входам блока прямого преобразования координат, блок .пуска, снабженный тремя управляемцчи ключами, источником постоянного сигнала, ограничителем уровня сигнала, определителем начального скольжения, при этом управляющий вход управляемого ключа регулируемого источника тока, образующий вход пуска регулируемого источника тока, соединен с управляющим входом первого управляемого ключа блока пуска, образующего первый вход блока пуска, и с выходом для сигнала пуска, выходы первого управляемого ключа блока пуска, образующие первый и второй выходы блока пуска, подключены соответственно к выходу и входу пропорционально-интегрального регулятора частоты скольжения и к выходам ограничителя уровня сигнала, первый вход которого подключен к выходу опреде-. лителя начального скольжения, а второй вход соединен с управляющим входом второго управляемого ключа блока пуска, подключенного выходами, образующими третий и четвертый выходыблока пуска, к входу и выходу регулятора частоты вращения ротора, выходы третьего управляемого ключа блока пуска, образующие пятый и шестой выходы блока пуска, подключены к входу и выходу регулятора реактивного тока статора, первый и второй входы фазового дискриминатора подключены к одноименным выходам блока обратного преобразования координат, а третий вход фазового дискриминатора и первый управляющий вход блока прямого преобразования координат подключены к первому выходу формирователя сигналов задания активного и реактивного токов ротора, второй выход которого подключен к второму управляю,щему входу блока прямого преобразования координат, а первый, второй, третий и четвертый входы формирователя сигналов задания активного и реактивного токов ротора подключены соответственно к третьему выходу блока обратного преобразования координат, к выходу фазового дискриминатора и к выходам датчиков фазных токов и напряжений статора, о т л и ч а юш н и с я тем, что, с целью повышения надежности и качества переходных процессов за счет исключения перенапряжений в цепях ротора при переходе от нерегулируемого к регулируемому режиму работы, введены трехфазный контактор, блок резисто1378004

12 ров, формирователь сигналов заданий активного и реактивного токов ротора снабжен сумматором, а блок пуска снабжен седьмым выходом образованФ

5 ным выходом источника постоянного сигнала, и узлом переключений ре" жимов работы, выполненным с первым и вторым триггерами, элементом И, элементом задержки и датчиком бие- lg ний, при этом объединенные первые входы первого и второго триггеров образуют первый вход узла переклю- чений режимов работы, соединенный с управляющим входом первого управляе- 5 мого ключа, блока пуска, входы датчика биений, образующие второй и третий входы узла переключений режимов работы, подключены соответственно к выходам датчиков фазных токов и напряжений статора, выход датчика биений подключен к второму входу первого триггера и к первому входу элемента И, второй вход которого соединен с выходом элемента задержки, выход элемента И соединен с вторым входом второго триггера, выход первого триггера соединен с входом элемента задержки и образует первый вы-. ход узла переключений режимов работы, подключенный к управляющим входам второго и третьего управляемых ключей блока пуска, выход второго триггера, образующий второй выход ysла переключений режимов работы, подключен к управляющему входу трехфазного контактора, подключенного первым входом к обмоткам ротора, а вторым входом к блоку резисторов, сумматор в формирователе сигналов заданий активного и реактивного токов ротора подключен первым входом и выходом в разрыв связи между выходом регулятора реактивного тока статора и вторым выходом формирователя, а вторым входом сумматор подключен к седьмому выходу блока пуска.

1378004

Составитель А.Жилин

Техред Л.Сердюкова Корректор В. Бутяга

Редактор М. Бандура

Заказ 887/53

Тираж 583 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1!3035, Иосква, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

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