Частотно-регулируемый электропривод

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1418882 А1

) 1!

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3715501/24-07 (22) 27.03,84 . (46) 23.08.88. Бюл. Ф 31 (71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт силовых полупроводниковых устройств (72) А.В.Волков и Н.М.Теренник (53) 62.83 ° 621 ° 3!3.333.0729(088.8) (56) Унифщированные системы автоуправлення электроприводами в металлургии. — М.: Металлургия, 1977, с.128.

Техническое описание и инструкция по эксплуатации ЗЕИ 099 266ТО/ЗПО

"Преобразователь". Запорожье, !978. (54) (57)ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЬП! 3JIEKТРОПРИВОД, содержащий асинхронный электродвигатель, статический преобразователь частоты, выходом подключенный к статорной обмотке асинхронного электродвигателя, системы управления напряжением и частотой, регулятор ЭДС с двумя входами и регулятор тока с двумя входами, узеЛ задания

ЭДС, датчик частоты вращения, датчики тока и ЭДС, первый компаратор, вход которого соединен с выходом узла задания ЭДС, выход датчика тока соединен с первым входом регулятора тока, а выход датчика ЭДС вЂ” с первым входом регулятора ЭДС и с входом системы управления частотой, второй вход регулятора ЭДС подключен к выходу узла задания ЭДС, а выход — к второму входу регулятора тока, выход которого соединен с входом системы управления напряжением, выход каждой из указанных систем управления подключен к соответствующему управляющему входу статического преобразователя частоты, два ключа, шунтирующие регулятор тока и регулятор ЭДС соответственно, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью уменьшения времени торможения, введены второй компаратор, входом соединенный с выходом датчика частоты вращения, три логических элемента ИНЕ, а каждый ключ выполнен управляемым, причем первые входы первого и второго лоГических элементов И-НЕ подключены к выходу первого компаратора, второй вход второго логического элемента И-НЕ соединен с выходом второго компаратора, а выходы первого и второго логи-.еских элементов И-НЕ подключены соответственно к первому и второму входам третьего логического 00 элемента И-НЕ, выход которого связан Q() с управляющими входами ключей и под- QQ ключен к второму входу первого логического элемента И-НЕ.

1418882

Изобретение относится к электротехнике, в частности к частотно-управляемым электроприводам, и может быть использовано в различных отраслях промьппленности: химической, горнодобьг вающей, металлургической и других для осуществления останова электроприводов с реактивным моментом статической нагрузки.

Целью изобретения является уменьшение времени торможения.

На фиг.1 изображена функциональная схема частотно-регулируемого электропривода; на фиг.2 — функциональная схема электропривода с повышенной эффективностью торможения.

Частотно-регулируемый электропривод (фиг.1) содержит асинхронный электродвигатель 1, статический преобразователь 2 частоты, выходом подклю ченный к статарной обмотке асинхронного двигателя, систему 3 управления напряжением и систему 4 управления частотой, регулятор 5 ЭДС с двумя входами, регулятор 6 тока с двумя входами, узел 7 задания ЭДС, датчик

8 частоты вращения, датчик 9 тока и датчик 1О ЭДС ° С выходом узла 7 задания ЭДС соединен вход первого компаратора 11. Выход датчика 9 тока соединен с первым входом регулятора

6 тока, а выход датчика 10 ЭДС вЂ” с первым входом регулятора 5 ЭДС и с входом системы 4 управления частотой, второй вход регулятора 5 ЭДС подключен к выходу узла 7 ЭДС, а выход— к второму входу регулятора 6 тока, выход которого соединен с входом системы управления напряжением. Выходы ® укаэанных систем управления подключены к соответствующим управляющим входам статического преобразователя 2 настоты. Регулятор ЭДС шунтирован ключом 12, а регулятор тока — ключом 13. 45

В электропривод введены второй компаратор 14 входом соединенный с выходом датчика 8 частоты вращения и три логических элемента И-HF 15 — 17.

Первые входы первого и второго логических элементов И-HE 15 и 16 подклю50 чены к выходу первого компаратора 11, второй вход логического элемента ИНЕ 16 соединен с выходом второго компаратара !4, а выходы логических элементов И-!!Е 15 и 16 подключены соот55 ветственно к входам третьего логического элемента И-НЕ, выход которого связан с управляющими входами ключей

12 и l3, выполненных на полевых транзисторах, и с вторым входом первого логического элемента И-НЕ 15.

Регуляторы тока и ЭДС датчики тока и Э1!С образуют блок !8 регулирования, а ключи 12 и 13 — блок 19 шунтирования.

Электропривод работает следующим образом, С выхода узла 7 задания ЭДС на входы регулятора 5 ЭДС и первого компаратора !1 поступает сигнал задания ЭДС E . В установившемся режиме работы электропривода в соответствии с рассогласованием между сигналами заданной Е+ и фактической ЭДС E электродвигателя (поступающей с выхода датчика 10 ЭДС) регулятор 5 ЭДС формирует на своем выходе заданное значение I активной составляющей

5 статорного тока электродвигателя. Регулятор 6 тока, на входе которого сравнивается заданное значение 1 и фактическое значение I тока, поступающее с выхода датчика 9 тока, воздействует выходным сигналом на вход системы 3 управления напряжением преобразователя 2 частоты, обеспечивается регулирование фактического тока, равного заданному значению. Путем задания частоты f электродвигателя,пропорциональной ЭДС Е (так как выход датчика 10 ЭДС подключен к входу сис" ! темы 4 управления частотой преобразователя 2 частоты), осуществляется управление электродвигателем 1 при постоянстве потокосцепления (Е/f

= Const) что обеспечивает удовлетворительные энергетические, динамические и перегрузочные характеристики электропривода. Установившемуся режиму работы электропривода соответствуют следующие выходные сигналы и состояния остальных элементов устройства: выходные сигналы первого 11 и второго 14 компараторов — "0"; выходные сигналы первого 15, второго 16 и третьего 17 логических элементов И-HE - соответственно "1", "1" и "О", ключи !2 и 13 в блоке )9 шунтирования регуляторов закрыты.

Режимы торможения и останова электропривода. Пусть на выходе узла 7 задания ЭЛС сигнал задания ЭДС Е к изменился скачком до нулевого значения, соответствующего команде на останов электропривода. При этом Hзменяется (по отношению к исходному) вы3 141888 родной сигнал первого компарагора 11 иа "1", а выходные сигналы логических элементов И-НЕ 15 — 17 остаются попрежнему неизменными, вследствие чего ключи 12 и 13 в блоке шунтирования

5 регуляторов остаются закрытыми. Из-за появившегося рассогласования (4Е =

Š— Е (О) на входе регулятора 5

ЭДС изменяется полярность его выходного сигнала на отрицательную, вследствие чего регулятор 6 тока, воздействуя на систему 3 управления напряжением преобразователя 2 частоты, создает и поддерживает в электродвигателе 1 активную составляющую статорного тока, отрицательной полярности, что означает создание в электродвигателе тормозного электромагнитного момента. Под действием развиваемого тор 2р

I мозного электромагнитного момента электродвигатель 1 эффективно тормозится до нулевой частоты вращения с отдачей накопленной кинетической энергии привода в сеть (через устройства 25 рекуперации в составе преобразователя

2 частоты). В случае нерекуперативного выполнения преобразователя 2 частоты возможен сброс накопленной кинетической энергии на резисторы динами- 3р ческого торможения. В режиме торможения автоматически поддерживается закон управления Е/f=Conyt а значит, постоянство потокооцепления электродвигателя, что повьппает эффективность осуществляемого торможения.

Для повьппения эффективности останова электропривод может быть дополнительно снабжен одновибратором 20 и сумматором 21 (фиг.2), причем сумма- 4О тор 21 подключен между одним из выходов блока 18 регулирования и входом системы 3 управления напряжением, другой вход сумматора 21 соединен с вторым входом системы 4 управления 45 частотой и связан через одновибратор

20 с выходом третьего логического элемента И-HE 17. Одновибратор 20 содержит операционный усилитель 22, входную дифференцирующую цепочку, собранную на конденсаторе ?3 и резисторе 24, отсекающий диод 25, цели обвязки усилителя, включающие резисторы 26 и 27, конденсатор 28 и диод 29, При достижении частотой вращения двигателя нулевого значения в электроприводе наступает режим останова.

При этом по нулевому выходному сигналу датчика 8 частоты вращения изме2

4 няется полярность выходного сигнала второго компаратора !4 на "!". При этом в устройстве изменяются выходные сигналы и состояния следующих элементов: выходные сигналы первого

15, второго 16 и третьего 17 логических элементов И-HE становятся разными (соответственно "0", "0", "1"), открываются ключи 12 и 13, в блоке шунтирования регуляторов, шунтируя регуляторы ЭДС 5 и тока 6 в блоке 18 регулирования. Вследствие этого снижается напряжение со статорных обмоток электродвигателя 1 (нулевому входному сигналу системы 3 управления напряжением соответствует выходное напряжение, равное нулю, преобразователя 2 частоты) . Если в качестве датчика 8 частоты вращения используется датчик скорости электродвигателя 1, то с момента рассмотренного шунтирования регуляторов электропривода и снятия статорного напряжения электродвигатель 1 остается неподвижным, т.е. в режиме останова. Если же в качестве датчика 8 частоты вращения используется датчик статора или ЭДС электродвигателя, то с момента наступления шунтирования регуляторов электропривода (в блоке 18 регулирования) и снятия статорного напряжения режим торможения электродвигателя не заканчивается, так как из-за наличия скольжения скорость вала ротора электродвигателя при нулевой частоте статора или ЭДС еще не равна нулевому значению, а отличается на величину скольжения. В последнем случае с момента шунтирования регуляторов электропривода продолжается режим торможения электродвигателя на выбеге под действием сил трения и момента статического сопротивления, который заканчивается остановом привода при достижении скоростью ротора электродвига-, теля нулевого значения. Предлагаемое техническое решение распространяется на область электроприводов с реактивным моментом статической нагрузки на валу электродвигателя.

В случае использования одновибратора 20 с момента времени наступления шунтирования регуляторов электропривода одновибратор 20 формирует на выходе (катод диода 25) сигнал

"1", поступающий на вторые входы системы 4 управления частотой и сумматора 21 (фиг.2), При этом по ука лнном

5 1418 выходному сигналу одновибратора 20 осуществляется останов частоты задающего генератора (или кольцевого распределителя) в составе системы 4 управления частотой и создается (1-1,5)5 кратный от нормального значения ток в статорных обмотках электродвигателя

1. Вследствие этого электродвигатсль

1 с момента времени, соответствующего шунтированию регулятора электропривода, до момента полного останова эффективно тормозится в режиме динамического торможения постоянным током. По истечении некоторого интерва- 15 ла времени, регулируемого переменным резистором 26 одновибратора 20 и задаваемого заведомо исходя из маховых масс привода и момента статической нагрузки, одновиоратор 20 возвращается в исходное устойчивое состояние, характеризующееся его выходным сигналом (на катоде диода 25), равным "0".

При этом прекращаются блокирование частоты задающего генератора (или 25 кольцевого распределителя) в составе системы 4 управления частотой и протекание тока по статорным обмоткам электродвигателя 1. Таким образом, по статорным обмоткам электродвигате- 30 ля постоянный ток протекает кратковременно (в течение времени до момента полного останова привода), а с момента времени после наступления останова ток отсутствует. Применение режима динамического торможения постоянным током повышает эффективность торможения электропривода в области малых частот, а прекращение подачи постоянного тока в обмотки электродвига- 4О теля после наступления полного останова привода снижает электрические потери в электродвигателе и преобразователе частоты в режиме длительного останова, а значит, улучшает энергетические показатели электропривода в целом.

Устойчивый режим шунтирования регуляторов электропривода при нулевом сигнале задания (на выходе узла 7 за- 50 дания ЭДС) независимо от пульсаций (вокруг нулевого уровня) реального выходного сигнала датчика 8 частоты вращения электродвигателя, вызванных несинусоидальностью выходных напряже= ний и токов преобразователя частоты, его процессами коммутации, а также влиянием на форму выходного напряжения и тока пульсаций выпрямителя в составе преобразователя частоты абе1 спечивается введением самоблокируюшей обратной связи с выхода третьего логического элемента И-НЕ 17 на один из входов первого логического элемента И-НЕ 15. Шунтирование регуляторов электропривода в режиме останова обеспечивает разряд всех емкостных элекентов, содержащихся в обратных связях регуляторов. При поступлении команды разгона электропривода (сигнал задания на выходе узла задания принимает значение, не равное нулю) изменяются выходные сигналы и состояния следующих элементов устройства: выходные сигналы компаратора 11, первого 15, второго 16 и третьего 17 логических элемечтов И-1!Е становятся равными соответственно "0", н!, "1в и "0", ключи 12 и 13 в блоке 19 шунтирования регуляторов закрываются, регулятор 5 ЗДС и регулятор 6 тока электропривода расшунтируются, начинается режим разгона электропривода до заданной скорости. При этом начальный нулевой заряд емкостных элементов в обратных связях регуляторов способствует формированию в началь-. ный момент разгона типовых переходных процессов регулирования тока и скорости электроприводов.

Сокращение времени останова электропривода достигается за счет шунтирования регуляторов электропривода на фиксированной близкой к нулевой частоте вращения электродвигателя (осуществляемого в функции нулевых сигналов задания и обратной связи по частоте вращения, что расширяет до самых низких значений частоты область эффективного частотного торможения электродвигателя и сокращает (до близкого к нулевому значению) интервал времени с малоэффективным торможением на выбеге (лод действием сил трения и момента статического сопротивления). Сокращение времени останова достигается также за счет обеспечения (посредством самоблокирующей связи между введенными логическими элементами) устойчивого шунтирования регуляторов независимо от пульсаций фактического сигнала датчика частоты вращения на низкой частоте, вызванных несинусоидл:н.вестью выходных напряжений ток Ф пр :.бразователя част< ты, его ир«п сс-ами коммутации. По7 1 I41 вышение эффективности останова при обеспечении повышенных энергетических показателей электропривода достигается за счет осуществления при останове кратковременного режима динамического торможения асинхронноro электродвигателя постоянным током (1 — 1,5)-кратной амплитуды по отношению к номинальному значению тока.

При этом отсутствие протекания тока по обмотке электродвигателя и фазам преобразователя частоты в режиме длительного останова электропривода снижает электрические потери в указанных .элементах и, следовательно, обес-

8882 печивает хорошие энергетические показатели электропривода.

Повышение надежности электропривода достигается за счет применения в нем более надежных элементов (в частности, логических элементов, компаратора) вместо элементов с невысокой надежностью и ограниченным числом срабатываний (в частности, реле), что существенно проявляется для электроприводов, работающих в интенсивных пускотормозных режимах с частыми кратковременными остановами, характеризующимися непрерывными процессами включения-отключения реле °

1418882

СоставительВ.Тарасов

Редактор 0.1г)рковецкая Техред М.Ходанич

Корректор В.Бутяга

Тирах 583 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР па делам иэобретений и открмтий

113035, Москва, Ж-35, Раунская наб,, д. 4/!

Заказ 4165/54

Произв д твенно -г1олит рзфическое предггриятг с, г. у .:" рол, ул. Проектная, 4