Устройство для реверса асинхронного частотно-регулируемого электродвигателя

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1418881 А1 51) Н 02 P 7/42

ВСЕЮВЗЮН

13, 13

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

БЕЫМОТЕМА

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3681607/24-07 (22) 29.12.83 (46) 23.08.88. Бюл. У 3) (71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно=конструкторский и технологический институт силовых полупроводниковых устройств (72) А.В.Волков (53) 62-83.621.313.33Э.072.9(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 741399, кл. Н 02 P 7/42, 1978, Авторское свидетельство СССР

В 970620, кл. Н 02 P 7/42, 1978. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕВЕРСА АСИНХРОННОГО ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ, содержащее статический преобразователь частоты с системой управления частотой с тремя входами и системой управления напряжением, последовательно соединенные узел задания, блок задания полярности, задатчик интенсивности и блок регуляторов, первым Ыыходом соединенный с входом системы управления напряжением, сумматор, соединенный одним входом с вторым выходом блока регуляторов, а выходом — с входом задающего генератора, элемент совпадения, один вход которого подключен к выходу датчика нулевой частоты вращения электродвигателя, а выход — к стробирующему входу первого синхронного триггера, соединенного одним входом через компаратор с выходом узла задания, а двумя выходами — с входами формирователя импульсов, датчик коммутации, подключенный к выходу системы управления частотой, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью сокращения времени реверса при снижении установленной мощности преобразователя частоты, введены делитель частоты, асинхронный триггер, второй синхронный триггер и две логические схемы типа И-НЕ, одна из которых включена между выходом компаратора и вторым входом первого синхронного триггера, подключенного двумя выходами к двум входам второго синхронного триггера, два выхода которого соединены с вторым и третьим входами системы управления частотой и с вторым входом блока задания полярности, при этом делитель частоты включен между выходом задающего генератора и первым входом системы управления частотой и входом вваа соединен с другим входом элемента совпадения, второй синхронный триг- р гер стробирующим входом подключен к (1б выходу датчика коммутации, к одному входу асинхронного триггера и к одно- (". му входу второй логической схемы И-НЕ, соединенной другим входом с выходом формирователя импульсов, а выходом— с другим входом асинхронного триггера, выход которого подключен к другому входу сумматора.

1418881

Изобретение относится к электротехнике, в частности к частотно-управляемым электроприводам, и может быть использовано в различных отраслях промьппленности: химической, горнодобывающей, металлургической и других.

Целью изобретения является сокращение времени реверса электродвигате- 10 ля при снижении установленной мощности преобразователя частоты.

На фиг.1 приведена функциональная схема устройства для реверса асинхронного частотно-регулируемого элек- 15 тродвигателя; на фиг. 2 — принципиальная схема блока задания полярности; на фиг.3 - временные диаграммы работы устройства.

Устройство для реверса асинхронного частотно-регулируемого электро20 двигателя 1 содержит статический преобрвзователь 2 частоты с системой 3 управления частотой с тремя входами и системой 4 управления напряжением, узел 5 задания, последовательно соединенные блок 6 задания полярности, 25 входом подключенный к выходу узла задания задатчик 7 интенсивности, блок

8 регуляторов, первый выход которого соединен с входом системы 4 управле30 ния напряжением, сумматор 9, соединенный одним входом со вторым выходом блока 8 регуляторов и связанный выходом с входом задающего генератора

10, элемент 11 совпадения, пдин вход которого подключен к выходу датчика

12 нулевой частоты вращения электро35 двигателя, а выход — к стробирующему входу первого синхронного триггера

13, связанного одним входом через компаратор 14 с выходом узла 5 задания, а двумя выходами — c входами формирователя 15 импульсов, датчик

16 коммутации, подключенный к выходу 45 системы 3 управления частотой, делитель 17 частоты, асинхронный триггер

18, второй синхронный триггер 19 и логические схемы И-НЕ 20 и 21. Первая схема И-НЕ 20 включена между выходом компаратора 14 и вторым входом

50 первого синхронного триггера 13. Второй синхронный триггер 19 соединен двумя входами с двумя выходами первого триггера 13, а двумя выходами — с вторым и третьим входами системы 3

55 управления частотой и с вторым входом блока 6 задания полярности. Делитель 17 частоты включен между выходом задающего генератора 10 и входом схемы 11 совпадения. Второй синхронный триггер 19 стробирующим входом подключен к выходу датчика 16 коммутации, к одному входу асинхронного триггера 18 и к одному входу второй логической схемы И-НЕ 21, связанной другим входом с выходом формирователя 15 импульсов, а выходом - с вторым входом асинхронного триггера 18, подсоединенного выходом к второму входу сумматора 9.

Блок 8 регуляторов выполнен в виде последовательно подключенных регуляторов ЭДС 22 и тока 23, связанных другими входами с датчиками ЭДС 24 и тока 25 соответственно. Формирователь 15 импульсов составлен из двух форсирующих RC-цепей, подсоединенных к диодной схеме выпрямлении, а асинхронный триггер 18 собран на двух логических схемах И-HE 26 и 27.

Блок 6 задания полярности содержит два последовательно подключенных пропорциональных усилителя 28 и 29 (фиг.2). Усилитель 29 содержит две цепочки входных резисторов, одна из которых состоит иэ двух последовательно подключенных резисторов, общая точка соединения которых через управляемый ключ 30 соединена с общей точкой питания, при этом общая точка соединения входных резисторов усилителей, управляющий вход ключа 30 и выход усилителя 29 являются соответственно первым и вторым входами и выходом блока 6 задания полярности.

На временных диаграммах работы устройства (фиг.3) обозначены: О), Е соответственно скорость и ЭДС электродвигателя; U, U и U> — выходные сигналы соответственно узла 5 задания, блока 6 задания полярности и эадатчйка 7 интенсивности; Uö, U„ и U выходные сигналы соответственно сумматора 9, элемента 11 совпадения и датчика 12 нулевой частоты вращения электродвигателя П,, П м и П ходные сигналы соответственно первого синхронного триггера 13, компаратора 14 и формирователя 15 импульсов;

U fg y U () H U 9 — вводные сигналы со ответственно датчика l6 коммутации, асинхронного триггера 18 и второго синхронного триггера 19; U« Ug — выходные сигналы соответственно первой и второй логических схем И iiE 20 и 21; +А „+В, +-С и -А, -В, -С вЂ” им3 1418 пульсы управления основ ньяи тиристорами фаз А, В и С трехфазного автономного инвертора напряжения соответственно анодной и катодной групп.

Устройство работает следующим образом.

В установившемся режиме работы в направлении Вперед" (т.е. прямым чередованием фаз статорного напряжения электродвигателя 1) с выхода узла 5 задания сигнал U положительной по5 лярности амплитудой, пропорциональной заданию ЭДС электродвигателя, поступает на первый вход блока 6 задания полярности. Режим "Вперед" определяет закрытое состояние ключа 30 в блоке 6 задания полярности, вследствие чего передаточный коэффициент бло ка 6 от первого входа к выходному сигналу равен +I. Задатчик 7 интенсивности формирует на своем выходе сигнал U задания ЭДС электродвигателя, поступающий на вход блока S регуляторов. Посредством блока 8 регуляторов, выполненного в соответствии с принципами подчиненного регулирования двухконтурным (с регуляторами тока

23 и ЭДС 22, датчиками тока 25 и ЭДС

24), осуществляется стабилизация на заданном уровне величины ЭДС Е электродвигателя 1 (путем воздействия блока 8 регуляторов на вход системы

4 управления напряжением) и стабилизация частоты f статора и потокосцепления электродвигателя (путем воздействия блока 8 регуляторов через последовательно соединенные сумматор 9, задающий генератор 10 и делитель 17 частоты на вход системы 3 управления частотой). При этом следует учитывать, что при наличии нулевого сигнала на втором входе сумматора 9 в устройстве осуществляется управление электродвигателем 1 при постоянстве магнитного потокосцепления (E/f const). Установившемуся режиму работы "Вперед" соответствуют следующие логические сигналы на выходах элементов устройства: компаратор 14—

"1"; логическая схема И-НЕ 20 — "0", датчик 12 нулевой частоты вращения—

"0"; элемент 11 совпадения типа ИНŠ— "1"; первый синхронный триггер

13 - "1", "0"; формирователь 15 импульсов — "0"; логическая схема И-НЕ

21 — "1"; асинхронный триггер 18"0", второй синхронный триггер 19—

"1" "0" передаточный коэффициент

881 4 блока 6, задания полярности равен

+1, кгпоч 30 (фиг.2) закрыт.

Режим реверса электродвигателя осуществляется в устройстве в два этапа (с интервалами времени и t --г. ). Командой на реверс служит изменение на отрицательную поляр» ность выходного сигнала U узла 5 эа10 дания (момент времени t1,) . В течение интервала времени t,-t > после поступления указанной команды изменяются состояния (по отношению к исходному ) только двух элементов: компаратора 14

15 и логической схемы И-НЕ 20, выходные сигналы которых устанавливаются равными соответственно "0" и "1". Вследствие ступенчатого изменения (в отрицательную полярность) входного сиг20 нала задатчика 7 интенсивности на выходе последнего происходит линейное уменьшение сигнала U, до нулевого значения. Вследствие этого посредством блока 8 регуляторов линейно умень25 шаются до нуля амплитуды выходного напряжения (ЭДС) и частоты преобразователя 2, а значит, электродвигатель 1 тормозится с направлением вращения "Вперед" до нулевой скорости.

При достижении скоростью (либо

ЭДС) электродвигателя 1 значения, близкого к нулевому, начинается первая ступень реверсива (момент времени t ), в течение которой датчик 16 нулевой частоты вращения формирует

35 на своем выходе сигнал 1 . При пос11 И туплении указанного сигнала датчика

16 на один из входов элемента 11 совпадения (момент времени t>) и в мо40 мент поступления на ее другой вход импульса "1" с выхода задающего генератора 10 на выходе элемента 11 сови и падения формируется сигнал 0, после появления которого начинается вто45 рая ступень реверса (момент времени

t3). На интервале времени реверса

t -t изменяется состояние выходных сигналов первого синхронного триггера

13 на "0" и "1", формируются узкие импульсы "1" на выходе формирователя

15 импульсов, при отсутствии разрешения на коммутацию (выходной сигнал датчика 16 коммутации равен "1") изменяют свое состояние вторая логическая схема И-HE 21 на "0" и асин55 хронный триггер 18, выходной сигнал

"1" которого поступает на второй вход сумматора 9 и осуществляет формирование выходной частоты преобразователя

881 6

5 1418

2 до уровня номинального значения частоты.

При поступлении с выхода датчика

16 коммутации сигнала "0" (разрешение реверса) происходит собственно реверс

Г> электродвигателя (момент времени t ) .

На этом интервале изменяются состояния выходных сигналов второго синхронного триггера 19 на "0" и "1" и

10 ключа 30 (фиг.2) н блоке 6 задания полярности на Открыт" и состояние выходного сигнала асинхронного триггера 18 на "0". Таким образом, в соответствии с изменением логических сиг- 1 5 налов на втором и третьем входах системы 3 управления частотой осуществляется реверс кольцевого распределителя (либо фаз управляющих импульсов систем 3), а значит, реверс фаз выходного напряжения преобразователя частоты. При этом прекращается форсирование частоты (до уровня номинального значения) и частота устанавливается равной начальной (пусковой) час- 25 тоте 1,0-1,5 Гц. Изменяется передаточный коэффициент (на -1) блока 6 задания полярности, вследствие чего иа вход зад >тчика 7 интенсивности поступает положительный сигнал U 30 а выходной сигнал Б эадатчика 7 ли" нейно увеличивается по амплитуде; блоком 8 регуляторов формируется вы". ходное напряжение преобразователя 2 частоты с линейно возрастающей амплитудой и частотой, благодаря чему электродвигатель 1 разгоняется в направлении "Назад", реверс завершается.

С момента времени t (фиг. 3) устанавливается обратное чередование импуль- 40 сов управления: +А, +В, +С и -А, -В, -С тиристорами преобразования частоты.

Для исключения режима форсирования частоты до уровня номинального 4g значения в случае совпадения сигнала разрешения коммутации с моментом реверса состояния первого синхронного триггера 13 (когда нет необходимости в сокращении временного интервала dt<, поскольку dt<=Q) на время наличия разрешающего импульса "0" датчика 16 коммутации через логическую схему И-HE 21 асинхронный тригrep 18 удерживается в состоянии с выходным сигналом "0". 3а счет этого обеспечивается устойчивая работа асинхронного триггера 18, так как исключается режим одновременного присутствия нулевых сигналов на обоих

его входах.

Р>еличина времени реверса электродвигателя, обеспечннаемая устройством, t<= at,+ gt 30+3,3 (35 мс, (1) где

1 1 д,= -- --- =-30 мс (2)

16 интервал времени первой стадии реверса, определяющийся периодом импульсов задающего генератора 10 (с целью сокращения интервала 8 t увеличена частота задающего генератора 10, а для согласования повышенной частоты с системой 3 введен делитель 17 частоты; при коэффициентах деления кольценого распределителя системы 3 и делителя 17 частоты, равных K =K,=6, частота f, импульсов задающего генератора связана с выходной частотой реверса f = 1 Гц соотношением f ! о

=К1 . Кз f 36 f);

1 1

= 3 3 мс - (3)

6f „6 50 продолжительность второй стадии реверса, характеризующейся режимом форсирования частоты (f„ 50 Гц - номинальная частота; коэффициент 6 учитывает наличие шести разрешающих импульсов датчика коммутации в периоде выходного напряжения трехфазного преобразователя частоты на базе автономного иннертора).

Отличительной особенностью предлагаемого технического решения по отношению к известным устройствам является применение форсирования частоты без форсирования напряжения на статорных обмотках электродвигателя, причем форсирование частоты осуществляется в течение времени между коммутациями (до первой наступающей коммутации н силовой схеме преобразования частоты). Последнее обеспечивает поддержание неизменным по величине потокосцепления электродвигателя при реверсе, что позволяет получить sb!сокие значения пускового электромагнитного момента двигателя в обратном направлении вращения, а следовательно, уменьшить нремя реверса электродвигателя и улучшить динамику разгона электродвигателя после режима реверса.

Сокращение времени реверса скорости ..лектроднигателя достигается эа 1 4188 счет уменьшения времени реверса фаэ

I выходного напряжения преобразователя частоты при стабилизации магнитного потокосцепления электродвигателя. Уменьшение времени реверса

5 фаз выходного напряжения преобразователя частоты достигается за счет применения двухступенчатого процесса реверсирования и сокращения времени каждой иэ двух промежуточных слагаемых стадий реверса. Уменьшение времени первой стадии реверса, т.е. временной задержки между командами на реверс (от сигнала датчика нулевой 15 частоты вращения) и разрешения реверса (от сигнала задающего генератора), обеспечивается в устройстве путем повышения дискретности интервалов разрешения изменения состояния схемы р0 совпадения (вследствие использования задающего генератора повышенной частоты). Уменьшение времени второй стадии реверса, т.е. временной задержки между окончанием первой ста- 25 дии и собственно реверсом фаз выходного напряжения, достигается за счет использования форсирования частоты до номинального значения на период времени до первой наступающей комму- 30

81 8 тацит. Применение форсирования частоты на время до первой наступающей коммутации позволяет стабилизировать магнитное потокосцепленне двигателя при реверсе, а значит, увеличить пусковой электромагнитный момент двигателя при реверсе, сократить время реверса скорости двигателя.

Снижение установленной мощности преобразователя частоты в устройстве объясняется использованием при реверсе форсирования выходной частоты без форсирования выходного напряжения.

Стабилизация магнитного потокосцеп" ления двигателя достигается путем только форсирования выходной частоты, причем на период времени до первой наступающей коммутации, что не вызывает завышения преобразователя частоты по мощности.

Применение изобретения позволяет увеличить производительность рабочих механизмов, в частности, работающих в интенсивных реверсивных режимах, и улучшить технико-экономические и массо-габаритные показатели производственных установок с частотно-регулируемыми асинхронными электроприводами .

1418881

Составитель В.Тарасов

Редактор О.Юрковецкая Техред М. Ходанич Корректор В. Романенко

Заказ 4165/54

Тиразк 583 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Произв дственна-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4