Способ частотного регулирования скорости вращения двигателя переменного тока

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Соиетсммх

Соцматтмстмческмх

Респубпмк ()764083 (61) Дополнительное к авт. свил-ву— (22) Заявлено 14.07.78 (21) 2644856/24-07 с присоединением заявки №вЂ” (51) М. Кл.

Н 02 Р 7/42

Государственный комитет (23) Приоритет—

Опубликовано 15.09.80. Бюллетень № 34 (53) УДК 621.316. . 718 (088.8) но денем изобретений н открытий

Дата опубликования описания 23.09.80 (72) Авторы изобретения

В. А. Барков и Г. В. Булыгин

Ленинградский ордена Ленина политехнический институт им. М. И. Калинина (7l) Заявитель (54) СПОСОБ ЧАСТОТНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ

ВРАЩЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в станкостроении, приборостроении, химической промышленности и т. д.

При создании современных высококачественных систем электропривода с широким диапазоном регулирования скорости на базе двигателей переменного тока применяются частотные способы управления.

Известны два способа частотного регулирования скорости двигателя переменного тока: пропорционально-частотный 1! ) и разностно-частотный, осуществляемый с помогцью машины двойного питания 12).

При пропорционально-частотном способе регулирования обмотку статора (ротора) короткозамкнутого асинхронного двигателя подключают к преобразователю, выходную частоту которого изменяют от нуля до номинальной частоты сети f для регулирования скорости от нуля до номинальной.

При использовании современных тиристорных преобразователей частоты, выпускаемых промышленностью, диапазон регу. лирования скорости не превышает 1: 20.

Кроме того, при снижении скорости напряжение на двигателе уменьшается, что приводит к возрастанию угла регулирования и выпрямителя. При этом возрастает содержание высших гармонических в питающей сети, что вредно отражается на работе остальных потребителей, и увеличиваются пульсации выходного напряжения выпрямителя. Для обеспечения нормальной работы инвертора возникает необходимость применения громоздкого силового фильтра, увеличивающего вес и габариты всего устройства и снижающего быстродействие системы.

Кроме того, оптимальный режим работы двигателя при пропорционально-частотном управлении возможен только в пределах измерения частоты от номинальной до приблизительно (зависит от типа н мощности двигателя) половины ее номинального значения, т. е. в диапазоне регулирования 1: 2.

При далЬнейшем изменении частоты начинает оказывать влияние активное сопротивление статорной (роторной) обмотки, что приводит к возникновению колебательности и резкому ухудшению всех экеплуФгационных характеристик. Применение специальных режимов с использованием средств автоматического регулирования (режим постоянного абсолютного скольжения, постоянт

764083 . ство потока и т. д.) значительно усложняет систему и снижают надежность.

Ряд указанных недостатков устраняется при разностно-частотном способе управления. При этом обмотку статора (ротора) подключают к сети, а обмотку ротора (статора) — к преобразователю. Частоту на выходе преобразователя изменяют от частоты сети до нуля для регулирования скорости от нуля до синхронной. Затем, изменив порядок следования фаз напряжений возбуждения на обратный и отрегулировав частоту преобразователя от нуля до частоты сети, доводят скорость двигателя до двойной синхронной.

Низкие скорости вращения при разностночастотном способе получаются при частоте и напряжении роторной (статорной) обмотки, f5 близких к номинальным значениям. Следовательно, угол зажигания ц минимальный, " пульсации выходного напряжения выпрямителя на низких скоростях незначительны, коэффициент мощности роторного (статорного) преобразователя имеет максимальное значение и генерация высших гармоник в питающую сеть практически отсутствует.

При этом отпадает необходимость в использовании силового фильтра, в связи с чем возрастает быстродействие системы, снижаются вес и габариты устройства и колебательность. Быстродействие возрастает также потому, что на низких скоростях перегрузочная способность двигателя увеличивается в 1Π— 12 раз. Бесконтактный реверс двигателя осуществляется повышением частоты обмотки возбуждения по отношению к частоте сети. Однако при повышении скорости двигателя, (снижение частоты питания обмотки возбуждения) начинает оказывать влияние активное сопротивление обмотки и энергетические и динамические характе- д ристики всей системы привода ухудшаются так же, как при пропорционально-частотном управлении в зоне низких скоростей.

Таким образом, оптимальные характеристики привода получаются при изменении частоты питания двигателя от частоты сети до половины ее номинального значения.

Общим недостатком обоих способов является то, что при глубоком регулировании скорости напряжение и частота должны изменяться в широких пределах. Из-за изменения параметров двигателя возникает необходимость в использовании корректирующих устройств с переменной структурой и параметрами для достижения требуемого качества регулирования во всем диапазоне, что в значительной степени услоЖняет и удо- se рожает систему электропривода.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ частотного регулирования скорости двигателя

5$ переменного тока, по которому в цепь обмотки ротора (статора) включают преобразователь, обмотку статора (ротора) эамыкают накоротко, а частоту на выходе преобразователя изменяют от нуля до половины частоты сети лля регулирования скорости от нуля до значения, соответствующего половине синхронной скорости, после чего статор (ротор) размыкают 13). Затем статор (ротор) включают в сеть и изменением «астоты преобразователя от половины частоты сети до нуля доводят скорость двигателя до синхронной скорости. После этого, изменив порядок следования фаз напряжения возбужления на обратный, изменением частоты преобразователя от нуля до половины частоты сети доводят скорость двигателя до номинальной, равной полуторному значению синхронной скорости.

Можно также преобразователь частоты подключать вначале с обмотке статора (ротора) двигателя, а его обмотку ротора (статора) закорачивать. При достижении ротором скорости, равной половине синхронной скорости, преобразователь подключают к обмотке ротора (статора), а обмотку статора (ротора) — к сети.

Этот способ характеризуется значительным диапазоном изменения частоты (О до f ), т. е. отношение f /f„ при регулирований скорости двигателя. Это приводит к необходимости иметь переменными структуру и параметры корректирующих устройств из-эа значительного изменения параметров двигателя. Кроме того, при малых скоростях ротора, двигатель развивает незначительный электромагнитный момент, увеличение которого ограничивается насыщением машины.

При регулировании скорости двигатель работает не в оптимальной области частот (О ло 0,5 f,), гле его характеристики значительно ухудшаются.

Цел ь изобретения — расширение дна пазона регулирования скорости двигателя переменного тока и повышение энергетических показателей.

Это достигается тем, что по способу регулирования скорости двигателя переменного тока с помощью преобразователя частоты, подключенного к ротору, включающему операции подключения обмотки статора к сети, регулирования частоты преобразователя в заданном диапазоне, частоту преобразования регулируют от частоты сети до половины ее номинального значения для регулирования скорости от нуля до величины, соответствующей половине синхронной скорости, после чего статор отключают от сети и полключают к источнику постоянного тока и изменением частоты преобразователя от половины частоты сети до полуторакратного ее значения доводят скорость вращения ротора до скорости, равной полуторасинхронной, затем отключают обмотку статора от источника постоянного тока, уменьшают частоту преобразователя до половины частоты сети и полключают статор к сети.

Таким образом, реализация способа сводится к подключению обмоток статора (ротора) к сети, а обмоток ротора (статора)—

764083

Формула изобретения

Составитель В. Тарасов

Редактор F. Яковчик Техред К. Шуфрнч Корректор.Г. Решетняк

Заказ б299/48 Тираж 783 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий! l3035, Москва, Ж вЂ” 36, Раушская наб., a. 4/б

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4 к преобразователи>. После регулирования скорости от нуля до половины синхронной обмотку статора подключают к источнику постоянного тока, а частоту преобразователя изменяют от половины до полуторакратного значения.

При этом способе регулирования мощность преобразователя уменьшается по сравнению с мощностью при других способах регулирования. Кроме того, возможно получать более широкий диапазон регулирования при одновременном уменьшении диапазона 4ф питающих частот (максимальный диапазон варьирования выходной частоты преобра-зователя составляет всего 1: 3). В связи с этим параметры двигателя остаются практически постоянными, что позволяет иметь постоянными параметры и структуру цепей коррекции, значительно упрощающих систему регулирования. Из-за. малого диапазона изменения частоты преобразователя напряжение на его выходе также изменяется незначительно. Поэтому угол регулирования а выпрямителя регулируется вблизи нулевого значения в малом диапазоне, что приводит к уменьшению пульсаций выпрямленного напряжения, повышению коэффициента мощности преобразователя, отсутствию генерации высших гармоник в питающую сеть, и снижению габаритов силового фильтра или полное его устранение, а следовательно, повышение быстродействия всей системы в целом. Быстродействие повышается также за счет высокой перегрузочной способности . двигателя во всем диапазоне, достигаемой при данном способе регулирования скорости, Поскольку двигатель используется в той области частот, где роль активного сопротивления обмоток не оказывает влияния, он имеет во всем диапазоне скоростей и нагрузок оптимальные рабочие характеристики. Так как преобразователь в указанной области частот и напряжений имеет высокие энергетические показатели, энергетические показатели в целом всей системы также возрастают.

Способ частотного регулирования скорости вращения двигателя переменного тока с помощью преобразователя частоты, подключенного к ротору, заключающийся в том, что подключают обмотки статора к сети, регулируют частоту преобразователя в заданном диапазоне, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования скорости и повышения энергетических показателей, частоту преобразователя регулируют от частоты сети до половины ее номинального значения для регулирования скорости от нуля до величины, соответствующей половине синхронной скорости, после чего статор отключают от сети и подключают к источнику постоянного тока и изменением частоты преобразователя от половины частоты сети до полуторакратного ее значения доводят скорость вращения ротора до скорости, равной полуторасинхронной, затем отключают обмотку статора от источника постоянного тока, уменьшают частоту преобразователя до половины частоты сети и подключают статор к сети.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Булгаков А. А. Частотное управление асинхронными электродвигателями. М., <Наука», 1966, с. 58, 79.

2. Ботвиник М. Н., Шакарян Ю. Г. Управляемая машина переменного тока. М., «Наука». 1969, с. 71.

3. Авторское свидетельство CCCP

Ха 229679, кл. Н 02 Р1/24,,1965.