Способ двухзонного управления частотно-регулируемым электроприводом и устройство для его осуществления

Способ двухзонного управления частотно-регулируемым электроприводом и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к электротехнике . Цель - повышение точности стабилизации частоты вращения во втором диапазоне регулирования частоты при колебании напряжения сети. В способе двухзонного управления асинхронным электродвигателем, подключенным к сети через преобразователь частоты, измеряется на выходе системы управления выпрямителем текущее значение угла регулирования тиристоров, сравнивается с заданным и при достижении углом значения ниже заданного уменьшается уставка напряжения. Этим достигается сохранение замкнутой обратной связи по напряжению и току во втором диапазоне регулирования частоты вращения, что способствует достижению цели. 2 с.п.ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИ4ЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sl)s Н 02 P 7/42

ГОСУДАРСТВЕННЦ!й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 1

®®®- Мави а " Ют ; д

k т °

° ° ъы

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4632956/07 (22) 06.01.89 (46) 07.09;91. Бюл. hh 33 (71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт силовых полупроводниковых

QCT oé Te (72) А,В.Волков и А.С.Шехтер (53) 62.83:621.313.333.072,9 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 879724, кл. Н 02 P 7/42, 1979.

Авторское свидетельство СССР

М 1246321, кл. Н 02 P 7/42, 1984. (54) СПОСОБ ДВУХЗОННОГО УПРАВЛЕ НИЯ ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к электротехнике, в частности, может быть использовано в различных отраслях промышленности: химической, горно-добывающей, металлургической и других.

Целью изобретения является повышение точности .стабилизации частоты вращения во втором диапазоне регулирования при колебаниях напряжения питающей сети.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства для двухзонного управления частотнорегулируемым асинхронным двигателем; на фиг. 2- схема блока совпадения и расширителя импульсов.

Устройство для двухэонного управления частотно-регулируемым асинхронным двигателем содержит преобразователь час„„, Ж„„1676059 А1 (57) Изобретение относится к электротехнике. Цель — повышение точности стабилизации частоты вращения во втором диапазоне регулирования частоты при колебании напряжения сети. В способе двухзонного управления асинхронным электродвигателем, подключенным к сети через преобразователь частоты, измеряется на выходе системы управления выпрямителем текущее значение угла регулирования тиристоров, сравнивается с заданным и при достижении углом значения ниже заданного уменьшается уставка напряжения. Этим достигается сохранение замкнутой обратной связи по напряжению и току во втором диапазоне регулирования частоты вращения, что способствует достижению цели. 2 с,п.ф-лы, 2 ил.

° яееЪ таты 1 (фиг.1); выполненный в виде после- ©, довательно соединенных управляемого выпрямителя 2, силового фильтра 3, автономного инвертора 4, к выходу которого, подкл ючен асинхронный двигатель 5. Управляющий вход выпрямителя 2 подклю- (Л чен к выходу системы 6 управления, а о управляющий вход инвертора — к выходу системы 7 упраепеиия. Входы систем 6 и )яи

7 управления соединены с выходами блока 8 регулирования.

Устройство содержит также узел 9 задания управляющих сигналов с тремя выходами, регулятор 10 частоты, узел 11 двухзонного регулирования и первый сумматор 12.

Управляющий вход регулятора 10 частоты соединен с первым выходом узла 9

1676059 задания управляющих сигналов, а вход элементы 3И вЂ” НЕ 26-31 (фиг.2) и диоды 32обратной связи регулятора частоты — с вы- 37. Аноды всех диодов 32-37 объединены и ходом датчика 13 частоты, входом подклю- являются выходом блока 17 схем совпадеченный к выходу системы 7 управления. ния. Расширитель 25 импульсов выполнен в

Второй выход узла 9 задания управляющих 5 виде логического элемента 2И-НЕ 38, ин.сигналов подключен к второму входу пер- вертирующей схемы 39, конденсатора 40 и

;вого сумматора 12, первый вход которого резисторов 41 и 42. При этом вход инверти:;подключен к выходу узла 11 двухзонного рующей схемы 39 подключен к общей точке

;регулирования, входом обратной связи соединения конденсатора 40 и резистора соединенный с выходом датчика 14 на- 10 42. Другим выводом конденсатор 40соедипряжения статорной цепи асинхронного нен с выходом элемента 2И-НЕ 38, а другой двигателя 5. вывод резистора 42 — с общей шиной питаУстройство для двухзвенного управле- ния, Один вход элемента 2И-НЕ связан с ния снабжено вторым сумматором 15, уз- однимвыходомрезистора41,подключеннолом д

16 задержки и последовательно 15 го вторым выводом к клемме источника пи: соединеннымтрехвходовым блоком 17схем тания, и является входом расширителя

: совпадения, расширителем 18 импульсов и импульсов. Выходинвертирующей схемы 39 . импульсно-аналоговым преобразователем подключен к второму входу логической схе; 19, выход которого подключен к первому мы 2И-НЕ 38 и является выходом расширивходу второго сумматора 15, вторым входом 20 теля 18 импульсов. соединенного с третьим выходом узла 9 за- Способ двухзонного управления асинхдания управляющих сигналов, Выход сум- ронным электродвигателем осуществляется матора 15 подключен к второму входу узла следующим образом.

11 двухзвенного регулирования, а выход С второго выхода узла 9 задания управпервого сумматора 12 подключен к перво- 25 ляющих сигналов на первый вход первого му управляющему входу блока 8 регулиро- сумматора 12 поступает сигнал задания нования, вторым управляющим входом минальной1 *намагничивающейсоставляподключенного к выходу регулятора 10 час- ющей статорного тока двигателя (т.е. тоты. соответствующей созданию в двигателе

Система 6 управления составлена из 30 номинального магнитного потокосцепблока 20 синхронизации стретя выходами, ления .Ч На второй вход первого сумблока 21 формирования диапазона регули- матора 12 с выхода угла двухзонного рования узла, блока 22 формирования пре- регулирования 11 поступает сигнал кор дельного угла, блока 23 фазоимпульсного рекции Al и намагничивающей составляуправления, логического блока 24 совпаде- 35 ющей статорного тока двигателя. С ния и распределителя 25 импульсов, выход третьего выхода узла заданий управляющих которого является выходом системы 6 уп- сигналов 20 на второй вход второго суммаравления, вход которой образован входом тора 15 поступает сигнал задания номиблока 20 синхронизации и объединен с вхо- нального напряжения U<* (ЭДС) двигателя. домуправляемого выпрямителя. Управляю- 40 а на первый вход — сигнал коррекции U„ щий вход системы 6 управления образован задания напряжения. Выходной сигнал управляющим входом блока 23 импульсно- второго сумматора 15 поступает на второй фазового управления. вход задания узла 11 двухзвенного регулиВыходы блока 20 синхронизации со- рования, являясь сигналом уставки напряединены с входами блоков 21-23, выхо- 45 жения U* при двухзонном регулировании. ды которых подключены соответственно к На вход обратной связи узла 11 двухзонного входам логического блока 24 совпадения, регулирования поступает сигнал U фактичевыходом соединенного с входом распре- ского выходного напряжения формироватеделителя 25 импульсов. ля статорного тока с выхода датчика 14

Первый, второй и третий входы блока 17 50 напряжения (ЭДС). С первого выхода узла 9 схем совпадения подключены соответст- заданий управляющих сигналов на вход ревенно к выходам блока 21 формирования гулятора частоты 10 поступает сигнал зададиапазона угла регулирования, угла 16 за- ния частоты f* электропривода, а на вход держки и блока 23 импульсно-фазового уп- обратной связи регулятора 10 частоты— равления. Вход угла 16 задержки соединен 55 сигнал фактической выходной частоты 1 с выходом блока 22 формирования предель- электропривода с выхода датчика 13 выного угла. ходной частоты, Регулятор 10 частоты форБлок 17 схем совпадения составлен из мирует на своем выходе сигнал 4* задания шести аналогичных каналов, содержащих активной составляющей статорного тока последовательно соединенные логические

1676059 двигателя, а первый сумматор 12 на своем выходе — сигнал I »» задания намагничивающей составляющей статорного тока двигателя. Сигналы заданий активной la* и

3(й намагничивающей I è проекций статорного тока воздействуют на входы блока 8 регулирования проекций статорного тока. который стабилизирует (путем воздействия через систему управления выпрямителем 7 и инвертором 17, соответственно, на управляемый выпрямитель 2 и автономный инвертор 4) выходное напряжение и частоту формирователя статорного тока на заданных уровнях U и f*. При работе электро- 15 привода с выходными частотами f ниже номинального значения fH, сигнал U датчика

14 напряжения (ЭДС)

U =f Ч н (1) и не превышает номинального значения на- 20 пряжения (ЭДС).

l)» - Uï = 4 Ч н (2)

В первой зоне работы, в которой выполняется условие (2), узел 11 двухэонного регулирования формирует на своем вы- 25

° 4f ходе, сигнал Л!»» равный нулю. При этом выходной сигнал сумматора 12 соответствует заданию номинальной намагничивающей составляющей 30 статорного тока (lp = ipÄ). В соответствии с указанным сигналом задания намагничи1ф вающей составляющей !ц„тока и сигналом задания Ia* активной составляющей 35 статорного тока (поступающего с выхода ре- . гулятора частоты 10) посредством формирователя GTBTGpHOt o тока в двигателе создаются . номинальное потокосцепление Чгн и заданная активная составляющая статор- 4 ного тока Ia = la а значит создается электромагнитный момент двигателя, равный

/» = Чгн la {3)

Под действием указанного электро- 45 магнитного момента двигатель разгоняется (или тормозится) до заданного значения частоты,,вращения, устраняющего рассогласование:между заданным f* и фактическим f значениями частоты на входе 50 регулятора 10 частоты. .При работе во второй зоне (для частот выше номинального значения f > fH) и питающем напряжении сети равном и более ноMNHBllbHoIo (U< Он) на входе узла 11 555 двухзонного регулирования выполняется условие

U UH, (4) а угол управления выпрямителя превышает свое максимальное значение (а ) апн ) При этом узлом 11 двухзонного регулирования на выходе формируется сигнал Л Iyg неравный нулю, вследствие чего выходной сигнал сумматора 12 уменьшается и равен р =IHH -alp (5)

При значении угла управления выпрямителя а ) l на входе блока 17 схем совпадения формируются логические сигналы, поступающие с выходов блока 23 формирования угла 25, блока 22 формирования предельных углов регулирования через узел 16 задержки блока 23 импульсно-фазового уп-. равления, приводящие к формированию на выходе блока схем 17 совпадения и расширителю 19 импульсов сигналов логических единиц, а на выходе импульсно-аналогового преобразователя 19 — нулевого сигнала

U; = О. Описанная ситуация характерна при работе злектропривода с номинальным напряжением питающей сети и выше и малых значениях нагрузки. Вследствие снижения задания номинального значения намагничивающей составляющей тока в соответствии с (5) потокосцепление двигателя уменьшается до величины, при которой поддерживается выполнение условия

Uí* = U = f V. (6)

Следовательно, во второй зоне работы (дл я частот f > f ) и питающем напряжении

Uc > Uí осуществляется работы двигателя и при постоянном напряжении (ЗДС), равном номинальному значению 0н. При этом потокосцепление двигателя изменяется обратно-пропорционально выходной частоте

qJ = —,. (7)

LC

Рассмотрим режим работы во второй зоне (f > f ) при пониженном напряжении питающей сети (0 < Он) и средних и больших нагрузках, при котором угол управления а выпрямителем 2 достигает своего номинального значения a =amain При этом на входе блока 17 схем совпадения формируются логические сигналы, приводящие к формированию на выходе блока 17 схем совпадения нулевых импульсов, При этом на выходе расширителя 18 импульсов формируются нулевые импульсы нормированной длительности, а на выходе импульсно-аналогового преобразователя 19аналоговый корректирующий сигнал U .

В результате воздействия корректирующего сигнала UK на вход сумматора 15 уменьшается задание уставки выходного напряжения на входе узла 11 двухзонного регулирования в соответствии с выражением

1676059

U* = 0н* — 0К (8)

Узлом 11 двухзонного регулирования поддерживается напряжение (ЭДС) на выходе формирсвателя статорного тока равным

U* = Он* — 0к = U = f V, (9)

В результате описанного функционирования устройства в режиме работы при пониженном напряжении питающей сети (14 < 0н) в двигателе создается для данного фактического значения питающего напряжения максимальное значение потокосцепления, при котором обеспечивается замкнутость всех контуров автоматического регулирования (тока и частоты устройства при минимальном значении угла управления выпрямителем аа„,,. Создание максимально возможного потокосцепления двигателя обеспечивае .. наибольшую жесткость механической характеристики электропривода, Это означает, что при осуществлении стабилизации регулятором частоты заданного значения частоты ста* тора f = f обеспечивается минимальное значение скольжения двигателя, а следовательно, достигается повышение точности стабилизации частоты вращения двигателя при колебаниях напряжений питающей сети.

Преимуществами данного способа является осуществление контроля текущего значения угла регулирования выпрямителем и сравнения его с предельным минимальным значением угла регулирования выпрямителя. Это позволяет создать в двигателе максимал,ьно возможное (для данного фактического напряжения питающей сети) потокосцепления, при котором обеспечивается режим стабилизации частоты двигателя при работе управляемого выпрямителя преобразователя частоты с минимальным углом управления (а значит„с наибольшим выходом напряжения). При этом в рассматриваемом способе при пониженном напряжении сети обеспечивается наибольшая жесткость механической характеристики двигателя (наименьшее скольжение), а следовательно, при стабилизации частоты электропривода на неизменном заданном уровне повышается точность стабилизации частоты вращения двигателя.

Преимуществом устройства является создание в двигателе максимально возможного (для данного фактического напряжения питающей сети) потокосцепления, при котором обвспечивается режим стабилизации частоты двигателя при работе управляющего выпрямителя преобразователя частоты с минимальным углом управления (5

20 а значит, с наибольшим выходным напряжением). При этом в данном устройстве при пониженном напряжении сети обеспечивается наибольшая жесткость механической характеристики двигателя (наименьшее скольжение), а следовательно, при стабилизации частоты электропривода на неизменном заданном уровне повышается точность стабилизации частоты вращения.

В данном устройстве отклонениефактической частоты вращения заданного стабилизирующего значения частоты уменьшается примерно на 25 — 40%. Указанное повышение точности стабилизации частоты вращения при колебаниях напряжения питающей сети обеспечивает поддержание заданных технических режимов рабочих механизмов и улучшение качества продукции (например, химического волокна, прокатываемого металла и др.).

Формула изобретения

1. Способ двухзонного управления частотно-регулируемым электроприводом, 25 подключенным к сети через преобразователь частоты, составленный из выпрямителя и автономного инвертора, при котором в первом диапазоне изменения частоты инвертора регулируют напряжение выпрямиЗО теля путем регулирования угла включения вентилей выпрямителя таким образом, чтобы обеспечить заданный уровень тока в двигателе, а во втором — при изменении частоты инвертора выше номинального зна35 чения напряжение двигателя поддерживают на заданном уровне, отл и ч а ю щи и с я тем, что, с целью повышения точности стабилизации частоты вращения во втором диапазоне регулирования при колебаниях

40 напряжения сети, измеряют текущее значение угла регулирования выпрямителя, сравнивают с заданным предельным максимально допустимым значением угла включения выпрямителя и при их совпаде45 нии формируют дополнительное управляющее напряжение, которое уменьшает задание напряжения во втором диапазоне регулирования.

2. YGTpoAGTBo QAsl QB) хзонного управ50 ления частотно-регулируемым электроприводом, содержащее преобразователь частоты, состоящий из последовательно соединенных управляемого выпрямителя, автономного инвертора, содержащее две

55 системы управления с выходами для подключения соответственно к управляющему входу выпрямителя и к управляющему входу автономного инвертора, блок регулирования с двумя управляющими входами, выходы которого подключены к

1676059

10 входам систем управления инвертором и выпрямителем, датчик выходной частоты, связанный входом с выходом системы управления инвертором, датчик напряжения статорного напряжения асинхронного двигателя, узел задания управляющих сигналов с тремя выходами, регулятор частоты, подключенный управляющим входом к первому выходу узла задания управляющих сигналов, входом обратной связи — к выходу датчика частоты, а выходом — к первому управляющему входу блока регулирования, узел двухэонного регулирования, подключенный входом обратной связи к выходу датчика напряжения, а выходом к одному из входов первого сумматора, другой вход которого соединен с вторым выходом узла задания управляющих сигналов, выход первого сумматора подключен к второму управляющему входу блока регулирования, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что. с целью повышения точности стабилизации частоты вращения во втором диапазоне регулирования при колебаниях напряжения сети, введены узел задержки, второй сумматор и последовательно соединенные между собой блок схем совпадения, формирователь импульсов и импульсно-аналоговый преобразователь, выходом подключенный к первому входу второго сумматора, второй вход которого соединен с третьим выходом узла задания управляющих сигналов, а выход — с вторым входом узла двухзонного регулирования, а система управления выпрямителем составлена иэ

5 блока синхронизации, вход которого является входом системы управления, предназначенным для подключения к сети, блока формирования диапазона регулирования угла, блока формирования предельного уг10 ла, логического блока совпадения сигналов, блока импульсно-фазового управления и распределителя импульсов, выход которого образует выход системы управления выпрямителем, а вход подключен к выходу

15 логического блока совпадения сигналов, входами подключенного к выходам блока формирования диапазона регулирования угла, блока формирования предельного максимально допустимого угла и блока им20 пульсно-фазового управления, входами соединенных с соответствующими выходами блока синхронизации, первый, второй и третий входы блока схем совпадения соединены с выходами блока формирования

25 диапазона регулирования угла, узла задержки и блока импульсно-фазового управления, управляемый вход которого является управляющим входом системы управления выпрямителем, а вход узла задержки сое30 динен с выходом блока формирования предельного угла.

1676059

Составитель В.Тарасов

Редактор Н,Лазоренко Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор М.Максимишинец

Заказ 3012 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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