Устройство для частотного управления асинхронным двигателем

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в механизмах общепромьшшенного назначения . Целью изобретения является повьшение надежности работы при частотном торможении с высокой .рабочей частотой . Устройство для частотного управления асинхронным двигателем снабжено элементом ИЛИ 20, элементом И 21 и компаратором 22. Один вход компаратора 22 соединен с выходом датчика I7 напряжения автономного инвертора 2 напряжения; другой вход компаратора 22 соединен с выходом уставки ограничения тока нелинейного блока 14, реализующего зависимость амплитуды напряжения статора от частоты. Выход компаратора 22 соединен с первым входом элемента И 21, второй вход которого объединен с вторым входом элемента ИЛИ 20 и подключен к выходу командоаппарата 19. Элемент ИЛИ 20 по первому входу и выходу включен между выходом элемента НЕ 18 и управi (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„.SUÄÄ 1457142 А1 g 4 Н 02 Р 7/42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К Ав ТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ. В»

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

r1Q ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬГТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4259428/24-07 (22) 10.06.87 (46) 07.02.89. Бкл. Е - 5 (71) Научно-исследовательский электротехнический институт Производственного объединения "ХЭИЗ" (72) И.А.Апьтшуллер, Б.С.Зархин и И.И.Эпштейн (53) 621.313.333 (088.8) (56) Альтшулер И.А., Шевченко А.С.

Асинхронный тиристорный электропривод рольгангов. — Промышленная энергетика, 1977, Р 9, с. 23-25.

Авторское свидетельство СССР

У 1378003, кл. Н 02 P 7/42, 1986. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЧАСТОТНОГО УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЬ1М ДВИГАТЕЛЕМ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в механизмах общепромышленного назначения. Целью изобретения является повьппение надежности работы при частотном торможении с высокой .рабочей частотой. Устройство для частотного управления асинхронным двигателем снабжено элементом ИЛИ 20, элементом И

21 и компаратором 22. Один вход компаратора 22 соединен с выходом датчика 17 напряжения автономного инвертора 2 напряжения; другой вход компаратора 22 соединен с выходом уставки ограничения тока нелинейного блока !

4, реализующего зависимость амплитуды напряжения статора от частоты. Выход компаратора 22 соединен с первым входом элемента И 21, второй вход которого объединен с вторым входом элемента ИЛИ 20 и подключен к выходу командоаппарата 19. Элемент ИЛИ 20 по первому входу и выходу включен между выходом элемента HE 18 и управ1457142 ляющим входом нелинейного блока 14.

Выход элемента И 21 соединен с управляющим выводом ключа 12, включенного между блоком 11 задания и задатчиком интенсивности 13, подключенного к нелинейному блоку 14 и системе 6 управления автономным инвертором 2> подключенным к выходу выпрямителя 3 через датчик 4 тока и ЬС-фильтр 5. Выход датчика 4 подключен к входу 9 системы 7 управления реверсивным выпрямителем и одному входу регулятора

16 тока С вторым входом регулятора

16 соединен выход регулятора )5 напряжения, на входы которого поступают сигналы с выходов нелинейного блока 14 и датчика 17. Вход элемента НЕ

Изобретение относится к электротехнике, а именно к частотно-регулируемым электроприводам, построенным на основе асинхронного двигателя и . преобразователя частоты с автономным инвертором напряжения и реверсивным выпрямителем, и может быть использовано для механизмов общепромьппленного назначения. 1О

Целью изобретения является повьппение надежности. работы при;частотном торможении с высокой частоты.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для частот- 15 ного управления асинхронным двигателем; на фиг. 2 — схема системы управления реверсивным выпрямителем; на фиг. 3 — нелинейный блок, реализующий зависимость амплитуды напряжения 2О статора от частоты; на фиг. 4 — задатчик интенсивности.

Устройство для частотного управления асинхронным двигателем 1 (фиг, 1) содержит автономный инвертор 2 напря- 25 жения, предназначенный для подключения к двигателю 1, реверсивный выпрямитель 3, подключенный выходом через датчик 4 тока и ЬС-фильтр 5 к входу автономного инвертора 2 напряжения, ЗО систему 6 управления автономным инвертором напряжения, систему 7 управления с входом 8 по фазе, входом 9 для сигнала тока, входом IO для задасоединен с третьим выходом системы управления 7. Входы 8, 9 этой системы подключены соответственно к выходам регулятора 16 и 15. К выходу инвертора 2 подключена статорная обмотка асинхронного двигателя 1. При частотном торможении с высокой частоты обеспечивается благоприятный переходный процесс. Если исходная рабочая частота ниже номинальной и угол управления выпрямителем 3 о > (ц„„, т.е. напряжение на датчике 17 низкое, то компаратор 22 имеет на выходе "1".

Снижение частоты за счет размыкания ключа 12 происходит сразу же после выключения командоаппарата 19. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. ния направления тока и тремя выходами, два из которых соединены с .управляющим входом реверсивного выпрямителя 3, последовательно соединенные - блок 11 задания, управляемый ключ 12, задатчик 13 интенсивности и нелинейный блок 14, реализующий зависимость амплитуды напряжения статора от частоты и выполненный с управляющим входом и выходом уставки ограничения, регулятор 15 напряжения, подключенный одним входом к выходу нелинейного блока 14, а выходом — к одному из входов регулятора 16 тока, соединенного выходом с входом 8 управления по фазе системы 7 управления реверсивным выпрямителем.

Устройство содержит также датчик

17 напряжения, установленный на входе автономного инвертора 2 напряжения

1 и подключенный выходом к другому входу.регулятора 15 напряжения, элемент

НЕ 18, подключенный входом к третьему выходу системы 7 управления, и командоаппарат 19.

Выход датчика 4 тока подключен к входу 9 для сигнала тока системы 7 управления выпрямителем и к другому входу регулятора 16 тока. Выход задатчика 13 интенсивности подключен к входу системы 6 управления автономным инвертором напряжения, а выход регулятора 15 напряжения — к входу. 10 для

145714 задания направления тока системы 7 управления выпрямителем.

В устройство введены элемент ИЛИ

20, элемент И 21 и компаратор 22, один вход которого подключен к выхо5 ду датчика 17 напряжения, другой вход со един ен с выходом уст авки о r ранич ения нелинейного блока 14, а выход подключен к одному из входов элемента И 21 соединенного выходом с управляющим выводом управляемого ключа 12.

Один из входов элемента ИПИ 20 подключен к выходу элемента НЕ 18, другой вход элемента ИЛИ 20 объединен с другим входом элемента И 21 и подключен к выходу командоаппарата 19, а выход элемента ИЛИ 20 соединен с управляющим входом нелинейного блока 14.

Система 7 управления реверсивным выпрямителем содержит блок фазового управления 23 (фиг.2), ключи 24 и 25 управления группами вентилей соответ- 25 ственно "Вперед" и "Назад" и переключатель 26 групп вентилей, входы которого образуют вход 9 для сигнала тока и вход 10 для задания направления тока. Выход блока 23 фазового уп- ЗО равления подключен к входам ключей

24 и 25 управления. Управляющие выводы указанных ключей подключены к выходам переключателя 26 групп вентилей, один из выходов которого и выходы ключей 24 и 25 образуют выходы системы 6 управления реверсивным выпрямителем.

Нелинейный блок 14. выполнен на операционном усилителе 27 (фиг.3) с резистором 28 в цепи обратной связи, резисторами 29 — 32 во входной цепи,. потенциометром 33, отсекающим диодом

34 и стабилитроном 35. Узел ограничения выходного напряжения усилителя

27 выполнен с транзистором 36, управляемым ключом 37 и потенциометром 38, выход которого образует выход уставки ограничителя.

Задатчик 13 интенсивности выполнен на основе операционного усили1еля 39 (фиг.4) и интегратора 40. Цепь для задания темпа разгона составлена из диода 41 и резистора 42, а цепь для . задания темпа торможения — из диода

43 и резистора 44. Резистор 44 зашунтирован цепью, составленной из управляемого ключа 45 и резистора 46. Управляющий вывод ключа 45 подключен к

4 выходу элемента НЕ 47, выход которого образует управляющий вход задатчика 13 интенсивности, подключенный к выходу элемента И 21.

Устройство для частотного управления асинхронным двигателем работает следующим образом.

Пусть в исходном состоянии командоаппарат 19 включен, управляемый ключ 12 замкнут, блок 11 задания через задатчик 13 интенсивности задает

1 частоту питания двигателя 1 вьппе номинальной. При этом на выходе усилителя 39 (фиг.4) сигнал равен нулю.

Работает группа вентилей "Вперед" выпрямителя 3. Рекуперативное торможение двигательной нагрузки при снижении частоты обеспечивается автоматическим переводом реверсивного выпрямителя 3 в режим инвертора, ведомого сетью, путем запирания группы вентилей "Вперед" и отпирания группы вен— тилей "Назад". При этом, если минимальный угол управления группой вентилей "Вперед о „„„ = О, то минимальный угол управления группой вентилей

"Назад" (угол инвертирования), безопасный с точки зрения коммутационной устойчивости инвертора, ведомого сетью P ) 20-30 эл.град. Это означает, что в момент начала торможения с высокой частоты (в районе номинальной и вьппе номальной) разность напряжения на конденсаторе LC-фильтра 5, обусловленного Ы (Зм„ц, и напряжения на выходе реверсивного выпрямителя 3, обусловленного Pz, прикладывается к индуктивности LC-фильтра и может вызвать значительный бросок тока через группы вентилей "Назад", который суммируется с током, обусловленным отрицательным динамическим моментом, что может привести к аварийному отключению электропривода под действием защиты.

Устранение этого недостатка связано со следующим. Задание напряжения на выходе блока 14 нелинейности в соответствии с его характеристикой такое, что угол управления оС реверсивным выпрямителем 3 устанавливается 4. Р мин °

Управляемый ключ 37 разомкнут.

Задатчик уставки ограничения выходного напряжения предварительно настроен таким образом, что при замыкании ключа 37 задание в регулятор 15 напряжения соответствует напряжению

5 14 на выходе реверсивного выпрямителя 3

=(„„°

При выключении командоаппарата 19 (команда на торможение зле ктропр ивова) с его. выхода на вход элемента

ИЛИ 20 поступает сигнал замыкания ключа 37. Регулятор 15 отрабатывает снижение задания до уровня указанной выше уставки ограничения. При этом: команда на снижение частоты пока не поступает, перехода от группы вентилей "Вперед" к группе вентилей "Назад" реверсивного выпрямителя 3 пока не происходит и уменьшение фактического напряжения на выходе автономного инвертора 2 происходит за счет разря. да емкости LC-фильтра 5 через автономный инвертор 2 на нагрузку. При достижении сигналом датчика 1 7 напряжения уровня уставки ограничения, определяемого потенциометром 38, происходит переключение компаратора 22, который выдает сигнал логической "1" на выход элемента И 21. Последняя формирует сигнал, который размыкает ключ 12 задания частоты, а через элемент НЕ 47 замыкает ключ 45. При этом на выходе усилителя 39 возникает скачок отрицательного сигнала и интегратор 40 линейно снижает выходное напряжение с темпом, определяемым, в основном, резистором 4б, так как

R4 R < °

Вследствие уменьшения сигнала задания на выходе регулятора 15, его выходной сигнал изменяет свою полярность и, поступая на вход 10 системы 7, формирует команду на выключение группы вентилей "Вперед" и включение группы вентилей "Назад" реверсивного выпрямителя 3. Начинается рекуперативное торможение двигательной нагрузки. При этом дополнительного броска тока через вентили группы

"Назад" не происходит, поскольку к моменту начала торможения напряжение на выходе .С-фипьтра 5, первоначально обусловленное углом управления реверсивным выпрямителем 3, снизилось до величины, соответствующей углу инвертирования Р »и °

Необходимость введения управляемого ключа 45 (фиг.4) в задатчик 13 интенсивности объясняется следующим.

Наличие блока 11;,задания предполагает возможность ручного изменения частоты в процессе работы. Если исходная рабочая частота — в районе

57142 6 или выше номинальной, то при ручном снижении частоты (без выключения командоаппарата ° 19) ключ 45 не замыкается, темп уменьшения частоты очень

5 низкии за счет соответствующего выбора R и торможение двигателей происходит без рекуперации (беэ переключения групп вентилей выпрямителя и указанного броска тока). Электрическая энергия, обусловленная изменением кинетической энергии маховых масс рассеивается в силовой схеме устройства. В этом случае высокий темп торможения и не требуется. При торможении же устройства выключением командоаппарата 19 за счет замыкания ключа 45 темп торможения определяется в основном величиной резистора 46, обусловленной технологическими требованиями.

Таким образом, введение в устройство элементов И, ИЛИ и компаратора при частотном торможении (с возможной рекунерацией) и ручном уменьшении частоты (за счет исключения рекуперации) обеспечивает благоприятный переходный процесс (без бросков тока через вентили группы "Назад" ), что позволяет повысить надежность работы

З0 предлагаемого устройства в сравнении с известным. Если исходная рабочая частота ниже номинальной и угол управления реверсивным выпрямителем (группой "Вперед" ) о . y P „„, т.е. напряжение с выхода датчика 17 ниже

35 напряжения с задатчика уставки ограничения, то компаратор 22 имеет на выходе "1". В этом случае снижение частоты за счет размыкания ключа 12 происходит сразу же по выключении командоаппарата 19, Формула изобретения

1. Устройство для частотного управления асинхронным двигателем, содержащее автономный инвертор напряжения, выходы которого предназначены для подключения к двигателю, реверсивный выпрямитель, подключенный выходом через датчик тока и ЕС-фильтр к входу автономного инвертора напряжения, систему управления автономным инвертором напряжения, систему управления с входом управления по фазе, входом для сигнала тока, входом для задания направления тока и с тремя выходами, два из которых соединены с управляющими входамп реверсивного вы7

Il прямителя, последовательно соединенные блок задания, управляемый ключ, задатчик интенсивности, составленньп из последовательно соединенных операционного усилителя, входной цепи для задания темпа разгона, интегратора, входной цепи с резистором для.задания темпа торможения, подключенной параллельно входной цепи для задания темпа разгона, и нелинейный блок, реализующий зависимость амплитуды напряжения статора от частоты и выполненный с управляющим входом и выходом уставки ограничения, регулятор напряжения, подключенный одним входом к выходу нелинейного блока, а выходом— к одному из входов регулятора тока, соединенного выходом с вхбдом управления по фазе системы управления реверсивным выпрямителем, датчик напряжения, установленный на входе автономного инвертора напряжения и подключенный выходом к другому входу регулятора напряжения, элемент HE подключенный входом к третьему выходу системы управления реверсивным выпрямителем, и командоаппарат, при этом невыход датчика тока подключен к входу для сигнала тока системы управления

I реверсивным выпрямителем и к другому входу регулятора тока, выход задатчи,ка интенсивности подключен к входу системы управления автономным инвертором напряжения, а выход регулятора напряжения ; к входу для задания на57142

»р «вления тока системы упра вления реверсивным выпрямителем, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью

5 повышения надежности работы при частотном торможении с высокой частоты, введены элемент ИЛИ, элемент И и компаратор, один вход которого подключен к выходу датчика напряжения, другой вход соединен с выходом уставки ограничения нелинейного блока, а выход подключен к одному из входов элемента И, соединенного выходом с управляющим выводом управляемого ключа, при этом один из входов элемента ИЛИ подключен к выходу элемента НЕ, дру.гой вход элемента ИЛИ объединен с, другим входом элемента И и подключен к выходу командоаппарата, а выход

2о элемента ИЛИ соединен с управляющим входом нелинейного блока.

2. Устройство по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что задатчик интенсивности снабжен дополнительным

25 и управляющим входом и элементом НЕ и цепью из последовательно соединенI ных управляемого ключа и резистора для шунтирования резистора во входной цепи для задания темпа торможеgp ния, выход дополнительного элемента

НЕ подключен к управляющему входу указанного управляемого ключа, вход дополнительного элемента НЕ образует дополнительный управляемый вход задатчика интенсивности, подключенный к выходу элемента И.

1457142

Фиг. д

Со ставитель А.Жилин

Техред N.Дидык

Редактор А.Ворович

Корректор С. Черни

l.;ðñèçâîäñòýåíHo-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 7492/5б Тираж 548 Подписное

ВНИИПИ .осударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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