Каскадный электропривод

 

Изобретение относится к электротехнике , в частности к автоматизированному электроприводу, и может быть использовано в асинхронных каскадах с управляемой роторной группой вентилей (роторный преобразователь частоты с промежуточной цепью постоянного тока). Целью изобретения является улучшение эксплуатационных показателей путем ограничения тепловой загрузки асинхронного электродвигателя с фазным ротором. Указанная цель достигается тем, что введены управляемый блок 11 ограничения и блок 14 нелинейности, реализующий зависимость среднего выпрямленного тока от угла управления преобразователем 2 ЭДС ротора, подключенного зажимами переменного тока к ротору асинхронного электродвигателя 1, а шинами постоянного тока через датчик 12 тока - к соответствующим шинам источника 3 добавочной ЭДС, зажимы переменного тока которого объединены со статором. При этом обеспечивается управление с высокой точностью главного параметра, например угловой скорости, во всем диапазоне возможных нагрузок, а при недогрузках электропривода (активной мощностью) - оптимизация по потреблению реактивной мощности, при которой суммарные тепловые потери в двигателе не превышают номинальных 3 ил f Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)s Н 02 P 7/74

ГОСУДАРСТВЕ1НЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

>+. 72 7 (21) 4472128/07 (22) 09,08.88 (46) 23.06.91. 6юл. М 23 (71) Северо-Кавказский горно-металлургический институт (72) В.Г.Осипов (53) 621.316.718.5 (088,8) (56) Сандлер А.С„Тарасенко Л.M. Динамика каскадных асинхронных электроприводов.

М.: Энергия, 1977, с. 174, рис. 6-14.

Авторское свидетельство СССР

N 877765, кл. Н 02 P 05/408, 1980, (54) КАСКАДНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД (57) Изобретение относится к электротехнике. в частности к автоматизированному электроприводу, и может быть использовано в асинхронных каскадах с управляемой роторной группой вентилей (роторный преобразователь частоты с промежуточной цепью постоянного тока). Целью изобретения является улучшение эксплуатационных показателей путем ограничения тепловой

„„Я2 „„1658362 А1 загрузки асинхронного электродвигателя с фазным ротором. Указанная цельдостигается тем, что введены управляемый блок 11 ограничения и блок 14 нелинейности, реализующий зависимость среднего выпрямленного тока от угла управления преобразователем 2 ЭДС ротора, подключенного зажимами переменного тока к ротору асинхронного электродвигателя 1, а шинами постоянного тока через датчик 12 тока — к соответствующим шинам источника

3 добавочной ЭДС, зажимы переменного тока которого объединены со статором. При этом обеспечивается управление с высокой точностью главного параметра, например угловой скорости, во всем диапазоне возможных нагрузок, а при недогрузках электропривода (активной мощностью) оптимизация по потреблению реактивной мощности, при которой суммарные тепловые потери в двигателе не превышают номинальных. 3 ил.

1658362 симость среднего выпрямленного. тока от 20 угла управления преобразователя ЭДС ротора, соответствующая номинальным сум25

35

50

Изобретение относится к электротехнике, в частности к автоматизированному электооприводу, и может быть использовано в асинхронных каскадах с управляемой роторной группой вентилей (роторный преобразователь частоты с промежуточной цепью постоянного тока), например для шахтных вентиляторов, насосов водоотливных установок.

Цель изобретения — улучшение эксплуатационных показателей каскадного электропривода путем ограничения тепловой загрузки асинхронного электродвигателя с фазным ротором.

На фиг. 1 представлена функциональная схема каскадного электропривода; на фиг. 2 — схема замещения асинхронного электродвигателя с преобразователем ЭДС ротора в цепи его ротора; на фиг. 3 — завимарным тепловым потерям в асинхронном электродвигателе.

Каскадный электропривод содержит асинхронный электродвигатель 1 (фиг.1) с фазным ротором, подключенным к зажимам переменного тока преобразователя 2 ЭДС ротора, выполненного в виде управляемого преобразователя постоянного тока, шины постоянного тока которого соединены с шинами постоянного тока источника 3 добаночной ЭДС, причем источник 3 добавочной

ЭДС выполнен в виде управляемого преобразователя постоянного тока. В состав электропривода входит датчик 4 главного параметра управления (например, датчик угловой скорости), выход которого соединен с входом первого сумматора 5, второй вход которого подключен к выходу задатчика 6 главного параметра управления, а выход— к входу регулятора 7 главного параметра управления. Выход регулятора 7 подключен к управляющему входу источника 3 добавочной ЭДС.

Зажимы переменного тока источника 3 добавочной ЭДС пофазно соединены с обмотками статора асинхронного двигателя 1 и в эту объединенную цепь включен датчик

8 реактивной мощности, выход которого соединен с входом второго сумматора 9, три других входа которого подключены к выходам эадатчика 10 реактивной мощности управляемого блока 11 ограничения и датчика

12 тока, включенного в цепь постоянного тока. Вход управляемого блока 11 ограничения соединен с выходом датчика 12 тока.

Выход второго сумматора 9 подключен к входу регулятора 13 реактивной мощности, выход которого подключен к управляющему

15 входу преобразователя ЭДС ротора и через блок 14 нелинейности, реализующий зависимость среднего выпрямленного тока от угла управления преобразователя 2 ЭДС ротора, соответствующую номинальным тепловым потерям в асинхронном электродвигателе 1 с фазным ротором, к управляющему входу блока 11 ограничения. Первый сумматор 5, датчик 4 и регулятор 7 главного параметра управления образуют контур 15 регулирования главного параметра управления, замкнутый на источник 3 добавочной

ЭДС, а второй сумматор 9, регулятор 13 и датчик 8 образуют контур 16 регулирования реактивной мощности, замкнутый на преобразователь 2 ЭДС ротора.

На фиг. 2 обозначено; 17 — активное сопротивление фазы статора асинхронного электродвигателя 1 («) 18 — индуктивное сопротивление фазы статора асинхронного электродвигателя 1 (Х1); 19 — активное сопротивление фазы ротора асинхронного электродвигателя 1, приведенное к статору (rz ); 20 — индуктивное сопротивление фазы

1, ротора асинхронного электродвигателя 1, приведенное к статору (Х2 ); 21 — активное

1. сопротивление ветви намагничивания асинхронного двигателя 1 (rm); 22 — индуктивное сопротивление ветви намагничивания асинхронного двигателя 1 (Xm); 23 — сопротивление-эквивалент механической мощности асинхронного двигателя 1 (гр - ) .

1 — S

Электропривод работает следующим образом.

Регулирование главного параметра управления производится при помощи контура 15. В первом сумматоре 5 сравниваются заданное и текущее значения главного параметра управления (например, угловой скорости), поступающие соответственно от задатчика 6 и датчика 4 угловой скорости.

Результирующий разностный сигнал поступает на вход регулятора 7, который вырабатывает управляющий сигнал непосредственно для источника 3 добавочной ЭДС. При увеличении нагрузки на валу асинхронного электродвигателя 1 (при снижении нагрузки процесс пойдет в обратном направлении) снизится угловая скорость двигателя 1, а это приведет к увеличению выходного сигнала сумматора 5, а следовательно, к изменению выходного сигнала регулятора 7 и после изменения ЭДС источника 3 добавочнои ЭДС к увеличению среднего выпрямленного тока 1, вызывающего увеличение момента двигателя 1 и восстановление первоначальной скорости.

Увеличение среднего выпрямленного тока!д кроме этого приведет к изменению

1658362 реактивной мощности, потребляемой приводом, а это приведет к тому, что контур 16 реактивной мощности выйдет из равновесия. На выходе второго сумматора 9 появится разностный сигнал, который вызовет изменение выходного напряжения регулятора 13 и уменьшение угла управления преобразователя 2 ЭДС ротора, что позволит восстановить заданное значение реактивной мощности.

Но в связи с тем, что момент асинхронного двигателя пропорционален произведению

M = К 1д cos а2, (1) где а2 — угол управления преобразователя

2 ЭДС ротора, произойдет некоторое снижение момента двигателя 1, что вновь приведет к снижению скорости, возрастанию тока и восстановлению момента.

Эти процессы в контурах 15 и 16 регулирования будут продолжаться до тех пор, пока . привод, в целом не придет к установившемуся состоянию при новой более высокой нагрузке на валу асинхронного двигателя 1.

В связи с тем, что электромагнитная мощность асинхронного двигателя 1 ограничена, при увеличении его нагрузки наступит момент, когда угол управления преобразователя 2 ЭДС. ротора станет равным нулю, В этом случае возможности контура 16 регулирования реактивной мощности окажутся исчерпанными для поддержания реактивной мощности на заданном уровне без перегрузки двигателя по току, При этом на третьем и четвертом входах второго сумматора 9 появится корректирующий раэностный сигнал, пропорциональный превышению током !д значения, соответствующего номинальным суммарным тепловым потерям в асинхронном двигателе 1.

У= авка управляемого блока 11 ограничения соответствует суммарным тепловым потер; ч в двигателе 1, равным номинальным. Поэтому до тех пор, пока укаэанный ток меньше номинального, выходные сигналы управляемого блока 11 ограничения и датчика 12 тока равны и корректирующий разносгный сигнал равен нулю.

Такая коррекция задания реактивной мощности ведет к ограничению регулировочных свойств по этому каналу, которые при дальнейшем росте нагрузки на валу асинхронного двигателя 1 вообще исчезнут, Для суммарных тепловых потерь в двигателе 1, равных номинальным, существует однозначная зависимость среднего выпрямленного тока от угла управления пре5 образователя 2 ЭДС ротора. Поэтому предусмотрена нелинейная коррекция установки управляемого блока 11 Ограничения через блок 14 нелинейности. Причем блок

14 нелинейности моделирует указанную за10 висимость, которая может быть выражена аналитически на основании Т-образной схемы замещения асинхронного двигателя 1, показанной на фиг.2.

Система уравнений, описывающая эту

15 зависимость, имеет вид

01 = Z11 11 + Z >2 12, (2)

1m=1! 12 (3)

12 е = — у —.1д.е . (4)

1 -РР 1 11 2 — 1а2

К113

20 ЛРк =3(1 .r1+1m гп+ (12 ) г2 ), (5)

Z = г1+ rm + j(X1+ Xm), 212 = -(гп, + jXm), где U> — напряжение статора асинхронного двигателя 1;

11.. 12, 1m — соответственно комплексы

25 тока статора, приведенного к статору, тока

- ротора и тока ветви намагничивания;

Ki — коэффициент трансформации ЭДС асинхронного двигателя; г22 — угол управления преобразователя

30 2 ЭДС ротора;

pz — фаза приведенного тока ротора (в рассматриваемом случае pz = );

Л Р вЂ” суммарные тепловые потери в асинхронном двигателе 1.

Если потребовать, чтобы суммарные тепловые потери были равны номинальным, то уравнения (2) — (5) образуют систему уравнений, выражающую искомую зависимость среднего выпрямленного тока от угла управ40 ления преобразователя 2 ЭДС ротбра.

Такая зависимость, рассчитанная, например, для двигателя ИТМ 613-10 при любых теоретически возможных углах управления преобразователя 2 ЭДС ротора, 45 показ „, фи

Поскольку блок 14 нелинейности моделирует эту зависимость,. то его входное напряжение про.порционально углу управления к

50 0вхи = К« а2 (6) где ʄ— коээфициент пропорциональности, а выходное — среднему выпрямленному току

1д, соответствующему номинальным тепловым потерям в асинхронном двигателе 1

Овых14 = Kl 1d, (7) где К вЂ” коэффициент пропорциональности.

Таким образом, введение в электропривод управляемого блока ограничения и блока нелинейности, реализующего зависи1658362 юг. 2 мость среднего выпрямленного тока от угла управления преобразователем ЭДС ротора, подключенного зажимами переменного тока к ротору асинхронного электродвигателя, а шинами постоянного тока — к соответствующим шинам источника добавочной ЭДС, обеспечивает управление с высокой точностью главного параметра, например угловой скорости, во всем диапазоне возможных нагрузок, а при недогрузках электропривода активной мощностью — оптимизацию по потреблению реактивной мощности, при которой примерные тепловые потери в двигателе не превышают номинальных, что в сравнении с известным решением улучшает эксплуатационные показатели, Формула изобретения

Каскадный электропривод, содержащий асинхронный электродвигатель с фазным ротором, подключенным к выходам преобразователя частоты, датчик тока, датчик и задатчик главного параметра управления, подключенные выходами к входам первого сумматора, выход которого соединен с входом регулятора главного параметра управления, звдвтчик и датчик реактивной мощности, подключенные выходами к входам второго сумматора, выход которого соединен с входом регулятора реактивной мощности, о т л и ч в ю шийся тем, что, с целью улучшения эксплуатационных показателей каскадного электропривода путем ограничения тепловой загрузки асинхронного электродвигателя с фазным ротором, введены управляемый блок ограничения и блок нелинейности, а преобразователь частоты снабжен преобразователем

5 ЭДС ротора и источником добавочной ЭДС, выполненными в виде управляемых преобразователей постоянного тока, причем зажимы переменного тока преобразователя

ЭДС ротора подключены к ротору асинхрон10 ного электродвигателя, зажимы переменного тока источника добавочной ЭДС вЂ” к статору, а шины постоянного тока через датчик тока соединены между собой, управляющий вход источника добавочной ЭДС

15 соединен с выходом регулятора главного параметра управления, выход регулятора реактивной мощности — с управляющим входом преобразователя ЭДС ротора и входом блока нелинейности, реализующего за20 висимость среднего выпрямленного тока от угла управления преобразователя ЭДС ротора, соответствующую номинальным тепловым потеряМ в асинхронном электродвигателе с фазным ротором, выход

25 датчика тока подключен к входу управляемого блока ограничения и первому дополнительному входу второго сумматора, второй . дополнительный вход которого подключен к выходу управляемого блока ограничения, 30 управляющий вход которого подключен к выходу названного блока нелинейности, а датчик реактивной мощности включен в общую цепь статора асинхронного двигателя с фазным ротором и источника добавочной

35 ЭДС.

1658362

ФОс! Я

Составитель А. Жилин

Редактор В. Данко Техред М.Моргентал Корректор Т. Малец

Заказ 1721 Тираж 356 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101