Электропривод переменного тока

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в оборудовании по переработке пластмасс , по намотке в рулоны, бухты, на бобины, в судовых следящих лебедках. Целью изобретения является улучшение динамических показателей электропровода путем повьшения быстродействия при регулироваггии момента. Указанная цель достигается тем, что в электропривод переменного тока введен управляемый вентильный преобразователь (УПВ) 7.Катодная и анодная группы вентилей УПВ 7 соединены соответственно с анодной и катодной группами мостового выпрямителя 4. Выходы УПВ подключены к сети переменного тока. В результате обеспечивается снижение потребле)1ия реактивной мощности пропорционально росту момента нагрузки на валу двигателя 1. Это приводит к росту напряжения }ia статорных обмотках двигателя 1 , росту его магнитного потока и крутя- Diero момента, что способствует стабилизации частоты вращения, уменьшает динамическое ее отклонение от заданного значения. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

9933 А 2 (19) (11) (ч) 4 Н 02 P 7/62

5, %5 ! и Ф.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

RO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 1272463 (21) 4068404/24-07 (22) 19.05.86 (46) 07.03.88. Вюл. М 9 (71) Институт электродинамики АН УССР

Украинский научно-исследовательский и конструкторский институт укрН1)Ппластмаш и Киевский политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революпии

t (72) В.П.Аркушин, И,В.ВоJIKoB>

Г.Г.Восканян, H.Н.Исаков, А.В.Ковальчук, А.П.Плугатapb, A 31.Радченко и В.П.Стяжкин (53) 62!.34,57(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1272463, кл. Н 02 Р 7/62, !985. (54) ЭЛЕКТРОПРИВОД ПЕРЕМЕННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в оборудовании по переработке пластмасс, по намотке в рулоны, бухты, на у 2 бобины, в судовых следящих лебедках.

Цепью изобретения является улучшение динамических показателей злектропровода путем повышения быстродействия при регулировании момента. Указанная цель достигается тем, что н злектролринод переменного тока введен управляемый нентильный преобразователь (У1П5) 7.Катодная и анодная группы вентилей УПВ 7 соединены соответственно с анодной и катодн группами неитилей мостоного выпрямителя 4.

Выходы УПВ подкл)очены к сети переменного тока, В результате обеспечивается снижение потребления реактиньой мощности пропорционально росту момента нагрузки на валу двигателя

1. 3то приводит к росту напряжения на статорных обмотках дчпгателя 1, росту его магнитного потока и крутящего момента, что способствует стабилизации частоты вращения, уменьшает ьинамическое ее отклонение от заданного значения. ) э.п. ф-лы, 4 ил.

1379933

Изобретение относится к электротехнике, может быть использовано в системах стабилизации скорости вращения и момента рабочих органов, например в оборудовании по переработке

5 пластмасс, в системах косвенного по крутящему моменту регулирования натяжения материала (полимерных пленок, труб и др.) при намотке в рулоны, бухты, на бобины, в судовых следящих лебедках для стабилизации усилий в канатах, в других объектах техники, требующих регулирования момента или скорости электропривода и является усовершенствованием изобретения по авт. св. 1р 1272463.

Цель изобретения — улучшение динамических показателей электропривода путем повышения быстродействия при регулировании момента и увеличе20 ние перегрузочной способности.

На фиг. 1 представлена функциональная схема электропривода переменного тока; на фиг. 2 — замкнутая двухконтурная система подчиненного регулирования угловой скорости ротора с внутренним контуром регулирования крутящего момента; на фиг.3— механические характеристики элект30 ропривода; на фиг ° 4 — график расчетных зависимостей потребления электроприводом реактивной мощности в функции момента °

Электропривод переменного тока (Фиг. 1) содержит асинхронный двига- 35 тель 1 с фазным ротором, обмотки статора которого предназначены для подключения к сети 2 переменного тока, выводы обмоток ротора подключены к входу первого мостового выпря- 40 мителя 3, катодная группа вентилей которого соединена с анодной группой вентилей второго мостового выпрямителя 4. Трехфазный вход второго мостового выпрямителя 4 связан с 45 выводами обмоток статора через параметрический стабилизатор 5 переменного тока. Электропривод содержит также ведомый сетью инвертор 6, трехфазный выход которого соединен с выводами обмоток статора, анодная группа вентилей инвертора 6 соединена с катодной группой вентилей второго мостового выпрямителя 4, а катодная группа вентилей инвертора 6 — с анод- 55 ной группой вентилей первого мостового выпрямителя 3 °

В электропривод переменного тока введен управляемый вентильный преобразователь 7, катодная группа вентилей которого соединена с анодной группой вентилей второго мостового выпрямителя 4. Анодная группа вентилей управляемого вентильного преобразователя 7 соединена с катодной группой вентилей второго мостового выпрямителя 4, трехфазный выход управляемого вентильного преобразователя

7 предназначен для подключения к сети 2 переменного тока.

В замкнутой по скорости системе (фиг, 2) электропривод переменного тока содержит систему 8 импульснофазового управления, подключенную выходом к управляющему входу управляемого вентильного преобразователя

7, а входом — к выходу регулятора 9 тока, Вход регулятора 9 тока подсоединен к выходу сумматора 1О токов, инвертирующий вход которого соединен с выходом датчика ll вынрямлеиного тока ротора, а неинвертирующий — с выходом регулятора !2 скорости вращения. Датчик ll тока своим входом по выпрямленному току подсоединен между катодной группой вентилей первого мостового выпрямителя 3 и катодной группой вентилей управляемого вентильного преобразователя 7, а регулятор 12 скорости вращения своим входом присоединен к выходу сумматора 13 скоростей, неинвертирующий вход которого предназначен для задания скорости, а инвертирующий подключен к выходу датчика !4 скорости.

Электропривод переменного тока работает следующим образом.

1lри отсутствии сигнала задания скорости (ч, =О) выходной сигнал регулятора 12 (фиг. 2) равен нулю.Ðåгулятор 9 тока с помощью системы 8 импульсно-фазового управления устанавливает такой угол управления вентилями управляемого преобразователя

7, работающего в инверторном режиме, при котором ток Хрцинвертора 7 равен выпрямленному току I стабилизатора

5 тока. Выпрямленный ток I>=I -I о Рм при этом равен нулю, а значит, и крутящий момент двигателя 1 равен нулю, а ротор двигателя 1 не вращается. Ток в обмотках ротора двигателя I и крутящий момент определяются током I, который коммутируется вентилями мостового выпрямителя 3 и протекает в обмотках ротора двигателя l.

1379933 д « чц

40 (4) Q=Qpu+ЯмцПри появлении сигнала задания скорости (Б ф0) выходной сигнал регулятора 12 скорости изменяется (увеличивается). При этом регулятор 9 тока посредством системы 8 импульсно-фазового управления изменяет (уменьшает) угол опережения /3 имP пульсов управления инвертором 7 ° Ток

Т „ уменьшается, ток I увеличивается и, следовательно, увеличивается ток в обмотках ротора двигателя 1, растет крутящий момент и ротор двигателя 1 разгоняется по заданной скорости, контролируемой датчиком 14 скорости.

При работе двигателя 1 на установившейся скорости выпрямленный ток

I ротора пропорционален моменту нагрузки на валу двигателя 1.Изменение момента нагрузки при работе электропривода приводит к автоматическому изменению благодаря двухконтурной системе подчиненного регулирования угловой скорости ротора электродвигателя 1 с внутренним контуром регулирования крутящего момента (тока I ротора), тока I ц регулируемого инвертора 7, к изменению тока Х,1, тока в обмотках ротора и крутящего момента двигателя 1 и, следовательно, к стабилизации скорости вращения ротора двигателя 1 на заданном уровне.

При этом в плоскости координат Н9М (S — скольжение, М вЂ” момент) получают спектр скоростных механических характеристик электропривода (фиг.3) для диапазона изменения момента нагрузки от 0 до М„ „ где U — текущее значение сигнала задания скорости вращения, i 1,2 3

В режиме идеального холостого хода двигателя 1, когда момент нагрузки на валу двигателя 1 равен нулю, сигнал задания на входе регулятора

9 тока (выходе регулятора 12 скорости) также равен нулю прн любой скорости (скольжении) ротора электродвигателя 1. Ток I« ðåãóëèðóåìoão инвертора 7 регулятором 9 автоматически устанавливается равным стабилизированному току 1 . Ток Х =Т -Х

=О, следовательно, переменный ток в обмотках ротора двигателя l, а также развиваемый двигателем 1 крутящий момент н полезная мощность, отдаваемая им в нагрузку, равны нулю.

При максимальной нагрузке на валу двигателя 1 (М=М„ „) регулятор 12 скорости устанавливает на входе регулятора 9 тока такое значение сигнала, при котором ток I» регулируемого ин5 нертора 7 станет равным нулю (Т =0), Ток I достигает своего максималь-! ного значения (I>=I ). Переменный ток в обмотках ротора и крутящий момент стают максимальными. Если скорость вращения ротора будет при этом номинальна, мощность, отдаваемая двигателем 1 в нагрузку, также достигает максимального значения.

Сумма выпрямленного напряжения

Ug мостового выпрямителя тока ротора

3 и напряжения U мостового выпрямителя 4 тока параметрического стабилизатора 5 тока равна напряжению

Б„ц на входе нерегулируемого инвертора 6 и постоянна по величине

Напряжение U „на входе регулируемого инвертора 7 равно U«, тогда (1) принимает вид (2)

С учетом синусоидальности токов на входе стабилизатора 5 и в обмотках двигателя 1 стабилизатор 5

30 тока (индуктивно-емкостной преобразователь) генерирует в сеть неизменную по величине реактивную мощность, а схема и параметры его выбраны такими, что генерируемая стабилиэато35 ром 5 тока реактивная мощность Ц, равна по величине реактивной мощности намагничивания Ц,, потребляемой из сети двигателем 1

/ (3)

При условии (3) потребляемая из сети электроприводом реактивная мощность Ц определяется только суммой реактивных мощностей Q „н Q„„, по45 требляемых регулируемым 7 и нерегулируемым 6 инверторами соответственно

Максимальные напряжения U „и U „ регулируемого 7 и нерегулируемого 6 инверторов, выраженные через базовое напряжение !!1„, равное напряжению на выходе мостового выпрямителя тока

РОтОра 3 при непОдвижном РОтОре (Б=

=l) двигателя 1, примут вид

Гзи (s) (6) Q= I, U ((-т ) (14) (iS) =1((->)) + м i,slnP (16) 13,1 =S. (l 7) 25 (10) 5 137993 где, oc — постоянные коэффициенты приведения (К 1, — 1).

Установленное напряжение Ц„ нерегулируемого инвертора 6 определяется через угол „ опережения инвертора

5 выражением

1.1„„ =Ц„ cosP ыУ „ cosР (7)

Текущее значение напряжения на входе регулируемого инвертора 7 из (2) и (7) определяется выражением

Б „=ой!,1 соя/3„Ug = )UgH cos/3 . (8)

Реактивная мощность, потребляемая нерегулируемым инвертором 6, равна нц Т нн s nPí (9)

Реактивная мощность, потребляемая регулируемым инвертором 7, равна

Q. =plÄ,! „в1п/3 =у?Р„П „ -сов Ъ = (Ндн !

4Л СОБР -Ud

=Р U. 1 (— — — — — ). (} Г" дн

Выпрямленный ток I стабилизатора

5, выраженный через базовый ток Х 30

3н равный выпрямленному току ротора,при котором крутящий момент, развиваемый двигателем, номинальный, определяется выражением

Х.=(I„, 35 где Š— постоянный коэффициент приведения (q = 1).

Ток регулируемого инвертора 7 равен разности токов Х и I< и с учетом (11) определяется выражением

Х =(Ig„-Х =Т „((-Ig), (12) где I =I> /I<Ä - относительное значение выпрямленного тока ротора двигателя 1.

С учетом (12) выражение (fO) примет вид

Q = Т U, ((-т, ) (13) где О =U„/U — относительное значение 1н напряжения на выходе выпрямителя тока ротора 3.

Реактивная мощность, потребляемая 55 электроприводом из сети, согласно выражению (4) и с учетом (9) и (13) равна

+gI> U> „ sing„°

Учитывая базовые значения реактивной мощности, потребляемой электроприводом иэ сети, мощность н=4н дь иэ (14) и (15) выражение для удельной реактивной мощности (Q=Q/Ян), потребляемой электроприводом из сети, принимает вид

Относительное значение напряжения Н выпрямителя тока ротора 3 равно скольжению S

Так как момент двигателя l определяется током Ig

М с,?а ° где с — постоянный коэффициент;

9, — магнитный поток поля статора двигателя 1, постоянный по величине, относительное значение тока Id равно относительному значению момента М

=M/M„, где MÄ=cV,Т,1„

I =M. (18)

Полагая, что скольжение ротора двигателя i изменяется от 0 до l а момент нагрузки не превышает номинального, (равно 1, Полагая, что (Зн =0 (возможно лишь теоретически), ф.также равно 1, а следовательно,и

|F= l .

С учетом принятых условий и выражений (16)-(1a) удельная реактивная мощность, потребляемая приводом из сети, определяется выражением

Q=(l-M) l-(1-8) =(I-м) (2-$)Б. Il91

Иэ выражения (19), следует, что электропривод при номинальной наl

И грузке (M=1), при любой скорости (скольжении) реактивной мощности из сети не потребляет, т.е. Q (М=1, Я=чаг)=0. При S=O электропривод при любой нагрузке также не потребляет реактивной мощности Я (M=var,S=O)=0, Q— = Q 1 при М=О и Б-"1. Расчетные зависимости 0 как функции момента М

1379933 для фиксированных значений скольжений в диапазоне от 0 до 1 представлены на фиг, 4.

Таким образом, при любом скольжении ротора рост момента нагрузки приводит к снижению потребления реактивной мощности электроприводом.

Кроме того, с ростом скорости вращения (уменьшением скольжения) достигают того же результата. Следовательно, при работе электропривода в номинальном (скорость и момент номинальны) и близком от номинального режимах потребление электроприводом реактивной мощности из сети незначительно (близко к нулю). Так как падение напряжения в питающей сети и на потребителях электроэнергии вызывается, в основном, реактивной составляющей

20 полной мощности нагрузки, то снижение потребляемой электроприводом реактивной мощности пропорционально росту момента нагрузки на валу электродвигателя (активной мощности) приводит к росту напряжения на статорных обмотках двигателя, росту его магнитного потока и крутящего момента, что дополнительно к воздействию системы регулирования на ток ротора способствует поддержанию заданной скорости вращения ротора, уменьшает динамическое ее отклонение от заданного значения.

Выполнение управляемого вентильного преобразователя реверсивным 35 позволяет повысить перегрузочную способность двигателя.

При необходимости увеличения (например, в пусковых режимах}момента двигателя выше номинального вентили 40 преобразователя 7, составляющие схему регулируемого инвертора и включенные согласно-параллельно мостовому выпрямителю тока 4 стабилизатора

5 тока, переводят в нерабочий режим 45 (инвертированне не происходит), а вентили преобразователя 7, включенные встречно-параллельно мостовому выпрямители 4 тока стабилизатора 5 тока и составляющие схему регулиру- 50 ющего выпрямителя, — в режим выпрямления. Выпрямленный ток I суммируется с током Т и протекает по цепи выпрямленного тока ротора Т . При 1 этом ток в роторных обмотках, а значит, момент двигателя 1 становятся более номинального значения. Ток при изменении угла управления к выпрямителя 7 может изменяться от I, при Ы =90 до 2Хо при < =0, а его полный диапазон изменения составляет от 0 до 2Х

Потребление реактивной мощности управляемым вентильным преобразователем 7 в режиме выпрямления Q рц остается равным ее потреблению в инверторном режиме (Qр =Q „ ), что следует иэ (10) и следующих выражений

Я =fI U singq

Its Id I (I.-Ig)=-Тр.

sing =sin <, 180 -P ) =-sinP

Таким образом, введение в предлагаемый электропривод переменного тока управляемого вентильного преобразователя обеспечивает в сравнении с известным более высокое быстродействие при регулировании момента и более высокую перегрузочную способность

Формула изобретения

l. Электропривод переменного тока по авт, св. У 1272463, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью улучшения динамических показателей путем повышения быстродействия при регулировании момента„ введен управляемый вентильный преобразователь, катодная и анодная группы вентилей которого соединены соответственно с анодной и катодной группами вентилей второго мостового выпрямителя, при этом трехфазный выход управляемого вентильного преобразователя снабжен выводами для подключения к сети переменного тока.

2. Электропривод по и. I, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью увеличения перегрузочной способности, управляемый вентильный преобразователь выполнен реверсивным.

1379933

1379933

gl

08 ог

02 0ф gE д/ 1

QluZ 4

Составитель А.Жилин

Техред М.Дидык Корректор Н.Король

Редактор А.Коэориэ

Закаэ 992/57

Тирах 583 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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

Проиэводственно-полиграфическое предприятие, r. Укгород, ул. Проектная, 4