Асинхронный электропривод для грузоподъемного механизма

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано Р грузоподъемных механизмах. Целью изобретения является улучшение энергетических и динамических показателей , путем уменьшения тормозных моментов и повьшение перегрузочной способности. Дня этого в асинхронном электроприводе для грузоподъемных механизмов с помощью вычислителя 34 внутренней ЭДС двигателя 19, сумматоров 44-46, 57-59, усилителей 47-49, выпрямителей 50-52 фазных ЭДС и выпрямителей 35-37 линейных ЭДС обеспечивается отрицательная обратная связь по модулю ЭДС. Сигнал по модулю ЭДС организуется на вькоде сумматора 53 и сравнивается в сумматоре 54 с сигналом блока 55 задания закона соответствия напряжешш частоте . По результатам сравнения посредствомрегулятора 56 ЭДС, сумматоров 57, 58, 59 организуется формирование дополнительных сигналов уп - равления ключами 1-18 непосредственного преобразователя частоты, обеспечивающих уменьшение влияния внутренней обратной связи по ЭДС на ток двигателя 19 в режиме холостого хода и при малых нагрузках. В результате увеличивается перегрузочная способность, уменьшается энергопотребление . 4 ил. ю (Л

СОЮЗ СОНЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51) 4 Н 02 Р 7/42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМЪ(СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

flO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4053391/24-07 (22) 08.04.86 (46) 15.01.89. Бюл. Р 2 (71) Белорусский политехнический институт ., 2) А,А. Семченко, Н.M. Улащик и Б.И. Фираго (53) 62-83: 621.316. 718. 5 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР Р 1145445, кл. Н 02 Р 7/42, 1985.

Авторское свидетельство СССР

К 1111244, кл. Н 02 Р 7/42, 1984. (54) АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ДЛЯ

ГРУЗОПОДЪЕМНОГО МЕХАНИЗМА (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в грузоподъемных механизмах. Пелью изобретения является улучшение энергетических и динамических показателей путем уменьшения тормозных моментов и повьппение перегрузочной способности. Для этого в асинхронном электроприводе для грузоподъемных

„„ЯО„„М51829 А1 механизмов с помощью вычислителя 34 внутренней ЭДС двигателя 19, сумматоров 44-46, 57-59, усилителей 47-49, выпрямителей 50-52 фазных ЭДС и выпрямителей 35-37 линейных ЭДС обеспечивается отрицательная обратная связь по модулю ЭДС ° Сигнал по модулю ЭДС организуется на выходе сумматора 53 и сравнивается в сумматоре 54 с сигналом блока 55 задания закона соответствия напряжения частоте. По результатам сравнения посредством регулятора 56 ЭДС, сумматоров 57, 58, 59 организуется формирование дополнительных сигналов управления ключами i-18 непосредстненного преобразователя частоты, обеспечивающих уменьшение влияния внутренней обратной связи по ЭДС на ток двигателя t9 в режиме холостого хода и при малых нагрузках. В результате увеличивается перегрузочная способность, уменьшается энергопотребление. 4 ил.

1451829

Изобретение относится к электро- технике и может быть использовано в электроприводах грузоподъемных механизмов с широким диапазоном ре5 гулирования частоты вращения.

Делью изобретения является улучшение энергетических и динамических показателей путем уменьшения тормозных моментов и повышении перегрузочной способности.

На фиг. 1 представлена блок-схема асинхронного электропривода для грузоподъемного механизма; на фиг.2— блок-схема системы управления; на

I фиг. 3, 4 — временные диаграммы, поясняющие принцип формирования управляющего входного сигнала системы уп-. равления и ее работу.

Электропривод содержит непосредственный преобразователь частоты, составленный из трех групп тиристоров 1 — 6, 7 — 12, 13 — 18 (фиг. 1).

В каждой группе тиристоры соединены по трехфазной мостовой схеме, выво- 25 ды постоянного тока мостовых схем образуют выходы непосредственного преобразователя частоты, к которым подключены выводы фаз обмотки статора асинхронного двигателя .19 соеди- 30 ненных по схеме звезда. Выводы 20—

22 переменного тока упомянутых мосто- вых схем тиристоров подключены к фазам сети. Управляющие электроды тиристоров 1 — 18 непосредственного преобразователя частоты соединены с выходами системы 23 управления непосредственным преобразователем частоты, снабженной входами управления частотой и амплитудой напряжения пи- 40 тания. Выходы командоаппарата 24 соединены с входами и пороговых схем 25.

Выход и-й пороговой схемы подключен к входу U управления амплитудой напряжения питания системы 23 управления, выходы К пороговьв схем подключены к входу задающего генератора 26 плавно изменяемой частоты, выход которого соединен с входом f плавно изменяемой частоты системы 23 управления. Выходы и-К пороговых схем подключены к входам задающего генератора 27 ступенчато изменяемой частоты, выход которого соединен с входом f> ñòóïåí÷àòo изменяемой час 2 тоты напряжения питания системы 23 управления. В цепи фаз обмотки статора асинхронного двигателя включены датчики 28 — 30 токов и датчики

31 — 33 напряжений. Выходы датчиков

28 — 33 подключены к входам вычислителя 34 фазных ЭДС двигателя, выходы которого соединены с входами выпрямителей 35 — 37 фазных ЭДС двигателя, с первыми информационными входами управляемых коммутаторов 38 — 40 и через инвертирующие усилители 41 - 43— с вторыми информационными входами управляемых коммутаторов соответственно. В электропривод введены первый, второй и третий сумматоры

44 — 46. Первые входы сумматоров 44, 46 объединены и подключены к первому выходу вычислителя 34 фазных ЭДС, второй выход которого соединен с вторым входом сумматора 44 и первым входом сумматора 45, а третий выход вычислителя 34 — с вторыми входами сумматоров 45, 46 °

Выходы суммагоров 44 — 46 через масштабные усилители 47 — 49 соединены соответственно с входами выпрямителей 50 — 52, линейных ЭДС двигателя. Выходы выпрямителей 35 — 37 и

50 — 52 подключены к входам четвертого сумматора 53, выход которого соединен с одним входом пятого сумматора 54. Другой вход сумматора 54 .подключен к выходу блока 55 задания закона соответствия напряжения частоте, входами соединенного с выходами задающих генератороа 26, 27. Выход сумматора 54 подключен к входу регулятора 56 модуля ЭДС двигателя.

Первые входы шестого 57, седьмого 58 и восьмого 59 сумматоров подключены к выходу регулятора 56. Вторые входы сумматоров 57 — 59 подключены к выходам управляемых коммутаторов

38 — 40, управляющие входы которых соединены соответственно с дополнительными выходами системы управления, снабженной дополнительными входами

U » U ч2, U Ч для подключения к выУ1 ходам сумматоров 57-59.

Система 23 управления непосредственным преобразователем частоты со" держит кольцевой сдвигающий регистр

60 (фиг. 2), вход которого образует вход Б „ управления амплитудой напряжения питания, элемент 2ИЛИ 61 с входами, образующими входы f „, 1

f„, системы управления,,узел 62 уп 2 равления, системы импульсно-фазово- го управления (СИФУ) б3 — 65, элементы HE бб — 68, элементы 2ИЛИ 69 — 71, элементы ЗИ 72 — 89 н услители-фор1451829 мирователи 90 — 107. Вход кольцевого сдвиг ающего регистра объединен с входами элементов НЕ 66-68, выходы которых соединены с первыми входами элементов 2ИЛИ 69 — 71 соответ5 ственно, вторые входы элементов 2ИЛИ

69 - 71 подключены к выходам 9„,Я, кольцевого сдвигающего регистра 60.

Выход, элемента 2ИЛИ 69 соединен с одним из входов элементов ЗИ 72, 75, 79 82, 86 и 89. Выход элемента 2ИЛИ 70 — с одним из входов элементов ЗИ 73, 76, 80, 83, 84 и 87, а выход () элемента 2ИЛИ 71 — с одЪ ним из входов элементов ЗИ 74, 77, 78, 81> 85 и 88. Выход Г,. элемента

2ИЛИ 61 подключен к входу узла 63 управления. Первый выход узла 62 управления образует один из дополни- gp тельных выходов системы 23 управления и соединен с вторыми входами элементов ЗИ 72 — 74, второй выход () узла управления соединен с вторыми входами элементов ЗИ 75 — 77; третий 25 выход,образует второй дополнитель ный выход системы управления и подключен к вторым входам элемента ЗИ

78 — 80, четвертый выход Q узла управления соединен с вторымй входами дп элементов 3И 81 — 83; пятый -выход

+ узла управления образует третий дополнительный выход системы управления и соединен с вторыми входами элементов ЗИ 84 — 86, а шестой выход Ч д узла управления соединен с вторыми входами элементов ЗИ 87 -89.

Входы СИФУ 63 — 65 образуют дополнительные входы системы 23 управления, а выходы СИФУ 63 - 65 подключены со- 4О ответственно к третьим входам элементов ЗИ 72 — 77, 78 — 83, 84 — 89, Выходы элементов ЗИ 72 — 89 с входами усилителей-формирователей 90 -107, выходы которых образуют выходы систе- 45 мы 23 управления.

Злектропривод работает следующим образом.

В электроприводе обеспечивается однозонное частотное регулирование 5О частоты вращения асинхронного двигателя (вниз от номинального значения частоты вращения). Номинальная частота вращения двигателя достигается при его работе на частоте питающей сети, при этом в каждой из мостовых схем, образованных тиристорами 1 - 6, 7 — 12, 13 — 18, включается одна пара встречно-параллельных тиристоров, попклю-.енных к различным фаз,".и питающей сети. Команда на работу электропривода в fêазанном режиме (режим коммутатора) подается при включении и-й пороговой схемы 25 при установке рукоятки командоаппарата 24 в крайн :.-; положение. Выбор порядка включения пар встречно-параллельных тиристоров производится в зависимости от комбинации сигналов на входах элементов

ЗИ 72 — 89 от кольцевого сдвигающего регистра 60, узла 62 управления и

СИФУ 63 — 65. Сдвигающий регистр 60 (диаграмма работы фиг. 4) переключается при каждом очередном срабатывании и-й пороговой схемы 25, т.е. при каждом переходе асинхронного двигателя в режим номинальной частоты вращения, кольцевым переключением пар тиристоров в пределах каждой мостовой схемы достигается уменьшение мощности потерь в шестерках тиристоров, формирующих режим максимальной выходной частоты преобразователя (частота питающей сети) °

При работе преобразователя в режим преобразования частоты выходные сигналы кольцевого сдвигающего регистра 60 блокируются элементами

НЕ 66 — 68 и элементами 2ИЛИ 69 — 71.

В этом режиме сигналы 0 „0, 0 „принимают единичные значения (фиг, 4).

Выходные сигналы О„, 0 (+, О -,,+,g (фиг. 3) узла 6? управления, построенного на основе счетчика Джонсона, определяют продолжительность работы катодных и анодных групп тиристоров преобразователя в выпрямительном режиме. Импульсы управления, вырабатываемые СИФУ 63 — 65 в режиме коммутатора, соответствуют углу управления с(= 0 эл.град.

При установке рукоятки командоаппарата 24 в положения, соответствующие переключениям пороговых схем от (и-1)-й до (К+1)-й, выходная час- тота преобразователя определяется задающим генератором 27. При переводе командоаппарата 24 в положение, соответствующее включению К-й пороговой схемы 25, блокируется задающий генератор 27 и включается задающий генератор 26.

При изменении выходной частоты преобразователя изменяется и величина напряжения задания ЗДС по закону

U /< = const обеспечивающему поддержание постоянства перегрузочной спо14518

5 собности двигателя. Эту функцию вы полняет блок 55 задания закона соответствия напряжения частоте, представляющий собой преобразователь часто Б та — напряжение. Вычислитель 34 фаз ных ЭДС и двигателя по сигналам с датчиков 28-30 тока и датчиков 3 1 — 33 напряжения осуществляет вычисление мгновенных значений фазных ЭДС дви- 1р гателя. Выпрямители 35 — 37, 50 — 52 и сумматор 53 приближенно определяют величину модуля ЭДС двигателя как результаты 12-пульсного выпрямления сигналов, пропорциональных фазным и линейным ЭДС двигателя. Сумматоры

44 — 46 предназначены для получения линейных ЭДС двигателя, величина которых уменьшается в ГЗ раз для обеспечения равенства амплитудных значе- 2п ний линейных и фазных ЭДС двигателя ,на масштабных усилителях 47 - 49. На сумматоре 54 осуществляется отрицательная обратная связь по модулю ЭДС двигателя, которая обеспечивает ста- 25 билизацию его величины. Рассогласование с выхода сумматора 54 поступает на вход регулятора 56, представляющего собой ПИ-регулятор, выходной сигнал которого изменяется так, что- gp бы поддержать постоянным модуль ЭДС двигателя, что в свою очередь обеспечивает поддержание постоянства потока асинхронного двигателя в статических режимахо ДвухпОлярные вход ные напряжения управления U> U>

СИФУ 63 — 65, определяющие углы открывания тиристоров преобразователя, Аормируются на сумматорах 57 — 59 как суммы выходного напряжения регулятора 4р

56 и сигналов, пропорциональных фазным ЭДС двигателя, выходной сигнал

Р) (фиг. 3) улла 62 управления "единицей" и разрешает работу катодной группе выходной фазы "а" преобразова- 45 теля, а сигнал Я = работу анодной группе выходной фазы "а" преобразователя. Сигнал .„ поступает на вход управления коммутатора 38. При нулевом значении сигнала на вход сум- 50 матора 57 подается вычисленная мгновенная фазная ЭДС двигателя е, а при единичном значении этого сигналавеличина (-е ), противоположная ей по знаку и полученная на выходе .инвертирующего усилителя 41. Пусть в момент времени t „ дается разрешение на работу анодной группе выходной фазы "а" преобразователя. При этом

29 напряжение U>, поступающее на вход

СИФУ 63, имеет вид, изображенный на фиг. 3 (здесь же показано выходное напряжение У р„ регулятора 56). К концу интервала проводимости анодной группы напряжение U > уменьшается, 1 углы открывания тиристоров увеличиваются, что обеспечивает улучшение работы привода в инверторном режиме (значению напряжения U = 0 при

У1 отсчете от точки естественной коммутации соответствует угол управления = 90 эл.град, а при U (0 выпрями1 тельные группы переходят в инверторный режим работы).

В момент tz дается разрешение на работу катодной группы выходной Аазы "а", и напряжение U,, поступающее на вход СИФУ 63, имеет вид, показанный на фиг. 3.

В моменты изменения выходной частоты задающего екератора 27 возможно значительное изменение продолжительности выходных сигналов узла 62 управления как в сторону уменьшения, так и в сторону увеличения при неизменной величине выходного сигнала регулятора 56. Это может привести к увеличению тока асинхронного двигателя 19 и возникновению больших тормозных моментов. Пусть в момент

t изменилась выходная часть задающего генератора 27 и увеличилась продолжительность выходного сигнала узла 62 управления (Аиг. 3). При этом напряжение U>, уменьшается за счет отрицательного значения вычисленной

ЭДС двигателя (-е ), поступающей на сумматор 57. Углы открывания тиристоров непосредственно преобразователя частоты увеличиваются, что приводит к уменьшению тока, а следовательно, и тормозных моментов. Таким образом, входные напряжения управления U„„ Uy>, U СИФУ 63 — 65 форЬ мируются так, чтобы уменьшить влияние внутренней обратной связи двигателя по ЭДС Hà его ток. СИФУ 63 -65 преобразуют входные сигналы в последовательности импульсов открывания тиристоров, угол открывания которых пропорционален величине входного сигнала и которые подаются на третьи входы элементов ЗИ 72 — 89. На два других входа элементов ЗИ 72 — 89 подаются сигналы с выходов узла 62 управления и преобразованные сигналы с выходов кольцевого сдвигающего ре14518?9

Формула изобретения

Асинхронный электропривод для грузоподъемного механизма, содержащий двигатель с трехфазной обмоткой статора, фазы которой соединены по схеме звезда, непосредственный преобразователь частоты, составленный из трех групп тиристоров, соединенных гистра 60, которые осуществляют кольцевое переключение шестерок тиристоров в режиме коммутатора (в р"жиме преобразования частоты сигналы, Г, <) равны единице). Выходные сигI 5 налы элементов ЗИ 72 -89 после преобразования их с-помощью усилителейформирователей 90 — 107 формируются в сигналы У,-У, включения соответству- 10 ющих тиристоров.

В изобретении поставленная цель— улучшение энергетических и динамических показателей привода — достига,ется за счет введения обратных связей 15 по внутренним координатам асинхронного двигателя. В частности, введение отрицательной обратной связи по модулю ЭДС обеспечивает увеличение перегрузочной способности привода и повышение энергетических показателей за счет уменьшения токов на холостом ходу и при малых нагрузках.

В описанном электроприводе величина магнитного потока Ф сохраняется 25 неизменной при различных нагрузках двигателя, поэтому значение потока на холостом ходу может быть задано значительно меньше номинального Ф„„ = (0,6 ... 0,7) Ф„, Ф„- номинальный 30 поток, что приводит к снижению тока холостого хода до уровня, близкого к току холостого хода двигателя в номинальных условиях питания (т.е. приблизительно в три раза меньше, чем в прототипе).

Таким образом, введение отрицательной обратной связи по модулю ЭДС обеспечивает улучшение энергетических.показателей электропривода за счет значительного снижения энергопотребления при малых нагрузках. При этом одновременно увеличивается перегрузочная способность электропривода и повышается общий коэффициент мощности привода за счет снижения величины магнитного потока (следовательно, и тока намагничивания) при малых нагрузках. в каждой группе по трехфаз ной мосто— вой схеме „с выводами для п одклю ч ения к сети, а выводы по постоянному току мостовых схем образуют выходы непосредственногэ преобразователя частоты, к которым подключены выводы фаз обмотки статсра электродвигателя, систему управления с входами управления частотой и напряжением питания, выходами подключенную к управляющим электродам тиристоров непосредствен1 ного преобразователя частоты, задающие генераторы плавного и ступенчатого изменения частоты, выходы которых соединены со входами управления частотой питания системы управления, и пороговых схем, выходы "K" упомянутых пороговых схем подключены к входам задающего генератора плавно изменяемой частоты, выходы п — К пороговых схем соединены с входами задающего генератора ступенчато изменяемой частоты, выход и-й пороговой схемы подключен к входу управления амплитудой напряжения системы управления, командоаппарат, выходами соединенный с входами п пороговых схем, отличающийся тем, что, с целью улучшения энергетических и динамических показателей путем уменьшения тормозных моментов при переходе с одной частоты вращения на другую, повышения перегрузочной способности, введены блок задания закона соответствия напряжения к частоте, вычислитель фазных ЭДС двигателя, восемь аналоговых сумматоров, три масштабных усилителя, три выпрямителя фазных ЭДС, три выпрямителя линейных

ЭДС двигателя, регулятор модуля ЭДС, три управляемых коммутатора с двумя информационными входами, три инвертирующих усилителя, датчики токов и напряжений обмотки статора двигателя, выходы которых соединены с входами вычислителя фазных ЭДС двигателя, выходы которого соединены с первыми информационными входами управляемых коммутаторов, а через соответствующий инвертирующий усилитель — с вторыми информационными входами управляемых коммутаторов, с входами выпрямителей фазных ЭДС двигателя, при этом первый выход вычислителя фазных ЭДС двигателя подключен к первым входам первого и третьего сумматоров, второй выход вычислителя — к второму входу первого и первому входу второго сум1451829

1О

9 маторов, а третий выход вычислителя разных ЭДС двигателя — к вторым вхо" дам второго и третьего сумматоров, выходы первого, второго и третьего, сумматоров через масштабные усилители связаны с входами выпрямителей линейных ЭДС двигателя соответственно, выходы которых и выходы выпрямителей разных ЭДС двигателя подключе- 1О ны к входам четвертого сумматора, выходом соединенного с одним из входов пятого сумматора, вторым входом подключенного к выходу блока задания соответствия напряжения частоте, вхо- 15 дами подключенного соответственно к выходам задающих генераторов плавно и ступенчато изменяемой частоты, вью ход пятого сумматора соединен с входом регулятора модуля ЭДС двигателя, к выходу которого подключены первые входы шестого, седьмого и восьмого сумматоров, вторыми входами подключенных к выходам управляемых коммутаторов соответственно, управляющие входы которых соединены с дополнительными выходами системы управления, снабженной дополнительными входами для подключения к выходам шестого, седьмого и восьмого сумматоров соответственно.

1451829

Редактор А. Маковская

Заказ 7089/54 Тираж 548 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С С

С P

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 ï

A 2

6 /

/ о

Составитель А. Гол овченко

Техред Л.Сердюкова Корректор С. Черни