Способ реверса асинхронного электродвигателя и устройство для его осуществления

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

«л970620 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву(22) Заявлено. 04. 08. 80 (21) 2969079/24-07 (511М. Кп.

Н 02 P 7/42 с присоединением заявки ¹ 2973602/07

Государственный комитет

СССР оо делам изобретений н открытий (23) Приоритет—

Опубликовано ЗШ082. Бюллетень ¹40

Дата опубликования описания 30. 10.82 (53) УДК 821.313. .333.045. .,58 (О 88 . 8) (72) Автор изобретения

Крутой

Научно-исследовательский институт Заво Преобразователь (71) Заявитель (54 ) СПОСОБ РЕВЕРСА АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления частотно-регулируемыми электроприводамй в различных отраслях промышленности, в частности текстильной, химической, металлургической.

Известен способ реверса асинхронного двигателя, питаемого от преобразователя частоты путем изменения чередования фаз питающего напряжения на выходе преобразователя частоты (1) .

При торможении кинетическая энергия вращающихся частей рассеивается в роторной цепи, что приводит к повышенному нагреву электродвигателя.

Кроме того, такой реверс не оптимален по быстродействию, так как эффективность работы асинхронной машины в генераторном режиме при скольжениях, боЛьших критических, мала. Изменение чередования фаз выходного напряжения на номинальной частоте и напряжении сопровождается большими токами, что может привести к срыву коммутации преобразователя частоты.

Наиболее близок к предлагаемому способ реверса асинхронного электродвигателя, при котором первоначально осуществляется частотное торможение, например, по линейному закону до час- тоты, приблизительно равной частоте скольжения, после этого производится изменение чередования фаз выходного напряжения, а затем частотный пуск асинхронного электродвигателя в обратном направлении. При частотном

1(т торможении асинхронный электродвигатель переходит в генераторный режим ввиду того, что частота статора уменьшается быстрее, чем угловая скорость ротора, и кинетическая энергия вращающихся масс не рассеивается в роторе, а возвращается источнику питания, откуда она может быть возвращена в сеть, если источник питания рекуперативный или если энергия рассеяна на пассивных элементах (резисторах), предусматриваемых для этого случая в источниках. Поскольку для управления электродвигателем между частотой и напряжением преобразователя поддерживается примерно линейная зависи25 мость, то при снижении частоты од новременно пропорционально снижается выходное напряжение преобразователя, После снижения до частоты, приблизительно равной частоте скольжения

30 асинхронного электродвигателя (0,5970620

1,0Гц) изменяют чередование фаз выходного напряжения преобразователя частоты и осуществляют частотный пуск асинхронного электродвигателя. В этом случае броски тока и момента не превосходят двух-, трехкратных значений от номинальных и реверс на небольшой частоте (ниже 5 Гц) не является опасным для электропривода (2).

Недостатком известного способа ре- 10 верса электропривода является то, что вследствие несинусоидальности формы выходного напряжения преобразователя при реверсе и пуске электродвигателя на низкой частоте в момент после первой коммутации наблюдается отсутствие пускового момента, он появляется только при следующих коммутациях. Это объясняется увеличением времени установления потокосцеплений при низких частотах питающего напряжения асинхронного электродвигателя.

Относительная длительность электромагнитного переходного процесса при реверсе асинхронного электродвигателя по мере снижения частоты возрас- 25 тает и вследствие этого электромагнитный переходной процесс в асинхронном электродвигателе заканчивается позже механического.

Таким образом, при реверсе асинх- 30 раиного электродвигателя известным способом после изменения чередования фаз на выходе преобразователя частота электродвигателя начнет разгоняться в другую сторону не раньше, чем пройдет один межкоммутационный период равный

"н

6 где „ — период между двумя коммута40 циями;

Т вЂ” период выходной частоты, который необходим для установления потокосцеплений асинхронного двигателя.

При частоте скольжения 0,5 Гц указанное время составит — ° () =-=0,33.с °

1 1 1 н=6 053

Это является существенной задержкой, так как весь процесс-частотного пуска двигателя длится 1-1,5 с .при номинальном токе и незначительном моменте инерции механизма.

Известно устройство, реализующее способ реверса асинхронного электродвигателя, которое содержит преобразова. тель частоты, подключенный к асинхронному электродвигателю, вклю- 60 чающий соединенные между собой автономный инвертор, узел коммутации, регулируемый источник с фильтром, блоки регулирования частотЫ и напряжения, выходы которых подключены к 65 преобразователю частоты, датчик частоты вращения, цепь, составленную из последовательно соединенных двух усилителей, блока определения знака . аналогового сигнала и задатчика интенсивности, пороговый элемент, выхо ды которого соединены с входами блока регулирования частоты, а вход порогового элемента, через схему И связан с выходами нуль-органа, датчика коммутации и точкой соединения выхода датчика частоты вращения с входом блока выбора полярности аналогового сигнала, причем вход нуль-органа соединен с выходом первого усилителя,.вход датчика коммутации связан с преобразователем частоты, а выход датчика частоты вращения связан с асинхронным двигателемСЯ. Недостаток данного устройства— повышенное время реверса из-за увеличения относительной длительности электромагнитных процессов.

Цель изобретения — уменьшение времени реверса.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу реверса асинхронного электродвигателя, подключенного к инвертору, при котором осуществляют частотное торможение до заданных минимальных значений частот и напряжений, затем изменяют порядок чередования фаз на выходе инвертора и производят пуск в обратном направлении, после изменения порядка чередования фаз на выходе инвертора кратковременно повышают частоту и напряжение на выходе инвертора до номинальной величины на время не менее двух коммутаций инвертора, а затем уменьшают частоту и напряжение до минимальных величин.

В устройство для осуществления спосо6а реверса асинхронного электродвигателя введены два суммирующих блока и форсирующий блок, при этом первые входы суммирующих блоков подключены к выходу задатчика интенсивности, вторые входы суммирующих блоков подключены к выходу форсирующего блока, входы форсирующего блока подключены к точкам соединения выходов порогового элемента с входами блока регулирования частоты, выходы суммирующих блоков порознь подключены к блокам регулирования частоты и напряжения преобразователя.

На чертеже представлена блок-схема устройства, реализующего способ .. реверса асинхронного электродвигателя.

Устройство содержит тиристоры 1-6, образующие инверторный мост, входящий в преобразователь 7 частоты. К выводам переменного тока инверторного моста подключен узел 8 коммутации и электродвигатель 9 переменного тока, а к выводам постоянного тока инверторного моста подключен регули970620 руемый выпрямитель 10 и фильтр 11.

Преобразователь 7 частоты может быть дополнен также другими элементами, например мостом обратных диодов в случае выполнения преобразователя частоты по схеме инвертора напряжения ° Управление частотой и напряжением преобразователя 7 осуществляется с помощью блоков 12 и 13 регулирования частоты и напряжения. Управляющий сигнал подается на вход усилите- 10 ля 14, который совместно со вторым усилителем 15, блоком 16 определения знака аналогового сигнала и задатчиком 17 интенсивности образует последовательную цепь. К входам блока 12 управления частотой подключены выхо- ды порогового элемента 18, управляющий вход которого соединен с выходом схемы И 19. Первый вход схемы И через нуль-орган 20 соединен с выходом 20 усилителя 14, второй вход схемы И через блок 21 отсутствия коммутации преобразователя связан с преобразователем 7 частоты, а третий вход схемы

И через датчик 22 частоты вращения 25 связан с электродвигателем переменного тока. Суммирующие блоки 23 и 24 первыми входами подключены к выходу задатчика интенсивности, а вторыми входами — к выходу форсирующего блока 25, входы которого подключены к точкам соединения выходов порогового элемента 18 с входами блока регулирования частоты, которые определяют программу работы блока 12 регулирования частоты.

Способ реверса осуществляется следующим образом.

С подачей отрицательного сигнала управления ()в„на вход усилителя 14 напряжения на его выходе меняет свой 40 знак (усилитель пропорциональный ин— вертирующий) и изменяется по закону изменения входного сигнала. Усилитель 15 также изменяет знак выходного сигнала. 45

Блок 16 определения знака аналогового сигнала выполнен управляемым и пропускает на вход задатчика интенсивности только одну (положительную) полярность сигнала. С момента появле- 5р ния сигнала задания на торможение и до момента окончания торможения сигнал с выхода блока 16 равен нулю.

Это достигается связью между выхо дом блока 22 измерения скорости и входом С блока 16. При появлении сигнала (например, отрицательного) -U

Sx сигнал задания инвертируется усилителем 14 и инвертируется знак на положительный вход В, и через блок 16 поступает на вход задатчика 17 интенсивности. Отрицательный сигнал с усилителя 15, поступающий на вход A блока 16, блокируется и далее не проходит. Задатчик интенсивности интегрирует поступающий на его вход поло- 65 жительный сигнал с выхода блока 16 и на его выходе происходит плавное изменение выходного сигнала с заданно темпом, например, по линейному закону (в общем случае закон может быть отличным от линейного, например, экспоненциальным) . Выходной сигнал задатчика 17 интенсивности поступает на первые входы суммирующих блоков

24 и 25 и с выходов указанных суммирующих блоков поступает на входы блока 12 регулирования частоты и блока

13 регулирования напряжения преобразователя, являясь сигналом задания на выходные частоту и напряжение преобразователя 7. Сигналы с выхода форсирующего блока 25 на вторых входах суммирующих блоков 23 и 24 равны нулю. Блок 12 регулирования частоты увеличивает частоту импульсов, поступающих на тиристоры 1-6 инвертора.

Блок 13 управления напряжением преобразователя, воздействуя на управляемый выпрямитель 10, увеличивает выходное напряжение на зажимах асинхронного двигателя 9 ° Двигатель разгоняется в соответствии с законом изменения выходного напряжения задатчика 17 интенсивности. При изменении полярности сигнала с -U на вх

+U „напряжение на выходе устройства

16 становится раным нулю, так как при . спаде частоты двигатель начинает тормозиться (переходит в генераторный

Режим) и сигналом, поступающим на вход С с датчика 22 частоты вращения, блок 16 блокируется, напряжение на

его выходе становится равным нулю и напряжение на выходе задатчика 17 интенсивности начинает плавно уменьшаться, например, по линейному закону. Нуль-орган 20 меняет свой знак на выходе, Знак на выходе нуль-органа 20 определяет состояние порогового элемента 18, т,е. определяет наличие сигнала на выходе A или выходе

Б порогового элемента 18.

Однако при переключении нуль-органа 20 переключения порогового элемента 18 не происходит, так как необходимо наличие еще двух логических единиц на втором и третьем входах элемента И 19. При снижении частоты питающего напряжения двигателя до частоты скольжения (0,5- 10 Гц) на третьем входе схемы И 19 появляется вторая логическая единица. В момент появления на втором входе схемы И 19 третьей логической единицы с датчика коммутации, свидетельствующей о том, что в данный момент коммутация отсутствует, пороговый элемент 18 меняЕт свое состояние, т.е. единица появляется на выходе

Б, а на выходе A сигнал становится равньм нулю, блок 12 регулирования частоты меняет программу.работы, т.е., если при прямом чередова9706 20: нии фаз на выходе инвертора тиристоры инвертора включились по программе в шесть циклов:

Х 1,2,3

II 2,3,4

III 3,4,5

ХЧ 4,5,6

Ч 5,6,1

VI б 1,2, то после переключения порогового элемента вентили включаются по следующей программе:

I 1, б, 5

II б, 5, 4

III 5, 4, 3

IV 4, 3, 2

V 3, 2, 1

VI 2, 1, б

Одновременно с переключением программы работы блока 12 регулирования частоты включается форсирующий блок

25, выходной сигнал которого подается с его выходов на вторые входы суммирующих блоков 23 и 24, форсируя тем самым напряжение и частоту на выходе преобразователя частоты до величины, равной или выше номинальной (50-60 Гц), на время, необходимое для обеспечения на данной частоте двух или трех коммутаций.Для частоты

50-60 Гц это время равно 5-10 мс.

По истечении указанного времени сигналы с выходов форсирующего блока становятся равными нулю, а на первых входах суммирующих блоков появляется сигнал с выхода задатчика 17 интенсивности, обеспечивающий начальную частоту и начальное напряжение на зажимах двигателя ° так как блокирующий сигнал с входа С блока 16 снимается по окончании торможения. Далее осуществляется частотный пуск электродвигателя в направлении, обратном предыдущему аналогично описанному ,выше.,

Предлагаемый способ и устройство позволяют повысить быстродействие привода путем уменьшения времени установления потокосцепления асинхронного электродвигателя, которое при реверсе на начальной частоте, приблизительно равной частоте скольжения асинхронного двигателя, достигается кратковременным повышением частоты и напряжения на зажимах асинхронного электродвигателя. В устройстве это, обеспечено введением в схему двух суммирующих блоков и форсирующего блока и осуществлением новых связей, а именно между первыми входами суммирующих блоков и выходом. задатчика интенсивности, вторыми входами суммирующих блоков и выходами форсирующего блока и точками соединения выходов порогового элемента с входами блока регулирования частоты.

Формула изобретения

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Мерфи Дж. Тиристорное управление двигателями переменно 65

1. Способ реверса асинхронного электродвигателя, подключенного к инвертору, при котором осуществляют

5 частотное торможение до заданных минимальных значений частот и напряжений, затем изменяют порядок чередования фаз на выходе инвертора и производят пуск в обратном направлении, 0 о, т л и ч а.ю шийся тем, что, с целью уменьшения времени реверса, после изменения порядка чередования фаз . на выходе инвертора кратковременно повышают частоту и напряжение на вы15 ходе инвертора до номинальной величины на время не менее двух коммутаций инвертора, а затем уменьшают частоту и напряжение до минимальных величин.

2О 2. Устройство для осуществления способа по п. 1, содержащее преобразователь частоты, подключенный к асинхронному электродвигателю, выполненный на соединенных между собой автономном инверторе, узле коммутации, регулируемом источнике с фильтром, блоки регулирования частоты и напря жения,выходы которых подключены K преобразователю частоты, датчики частоты вращения,цепь, составленную из последовательно соединенных двух усилите- лей, блока определения знака аналогового сигнала и задатчика интенсивности, пороговый элемент, выходы которого соединены с входами блока регулирования частоты, а вход порогового элемента через схему И связан с выходами нуль-органа, датчика коммутации и точкой соединения выхода датчика частоты вращения с входом блока .

40 выбора полярности аналогового сигнала, при этом вход нуль-органа соединен с выходом первого усилителя, вход датчика коммутации связан с преобразователем частоты, а вход датчика частоты вращения связан с асинхронным двигателем, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения времени реверса, в него введены два суммирующих блока и форсирую5О щий блок, причем первые входы сумми— рующих блоков подключены к выходу задатчика интенсивности, вторые входы суммирующих блоков подключены к выходу форсирующего блока, входы форсирующего блока подключены к точкам соединения выходов порогового элемента с входами блока регулирования частоты, выходы суммирующих блоков порознь подключены к блокам регулирования частоты и напряжения преобра60 зователя.

970620

Составитель В. Тарасов

Редактор Л. Пчелинская TexpeaJi.Пекарь Коррек тор A- Ференц

Заказ 8418/72 Тираж 721 Подписное

BHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Уагород, ул. Проектная, 4 го тока. М., "Энергия", 1979, с. 114.

2. Сандлер А.С., Сарбатов Р.С.

Автоматическое частотное управление асинхронизированными двигателями.

М., Энергия, 1974, с. 296, 3.Авторское свидетельство СССР по ,заявке 92576229/07,кл.Н 02 P 7/42,1978