Способ управления комбинированным частотно-параметрическим асинхронным электроприводом и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в лифтах, шахтных подъемных машинах. Цель изобретения - повышение долговечности и надежности работы электропривода путем обеспечения безударного перехода из режима фазового управления в режим частотного управления. Способ управления комбинированным частотно-параметрическим электроприводом с асинхронным двигателем и восемнадцативентильным циклоконвертором отличается тем, что после подачи команды на снижение частоты вращения двигателя от командоаппарата компаратором фиксируют знак момента, развиваемого двигателем. При положительном моменте частоту понижают в режиме фазового регулирования

при частоте вращения, равной 0,5 номинальной, переходят на режим частотного управления, при этом начальную частоту выходного напряжения циклоконвертора устанавливают согласно выражению F<SB POS="POST">вых</SB> = 25 + 50 M<SB POS="POST">035</SB><SP POS="POST">.</SP>U<SB POS="POST">фу</SB>/αU<SB POS="POST">ном</SB>, где M<SB POS="POST">0,5</SB> - момент двигателя на естественной характеристике при частоте вращения, равной 0,5 номинальной

U<SB POS="POST">ном</SB> - номинальное напряжение питания

U<SB POS="POST">фу</SB> - напряжение в режиме фазового управления перед переходом на частотное управление

α - коэффициент, определяющий жесткость механической характеристики асинхронного двигателя в режиме частотного управления. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я0„„1541751

А1 (51)5 Н 02 P 7 42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4242937/24-07 (22) 11.05.87 (46) 07.02.90. Бюл. У 5 (71) Донецкий политехнический институт (72) Е.С.Траубе, С.С.Багдасарян., В.А.Сажин и 10.Н.И1апочка (53) 621.313.333.072(088.8) (56) Авторское свицетельство. СССР

В 944044, кл. Н 02 Р 7/42, .981.

Авторское свидетельство СССР

В 1339863, кл. H 02 P 7/42, 1985.

Авторское свидетельство СССР

У 1223323, кл. Н 02 P 7/42, 1986. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ КОМБИНИРОВАННЫМ ЧАСТОТНО-ПАРАМЕТРИЧЕСКИМ АСИНXP0HHbIM ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в лифтах, шахтных подъемных машинах. Цель изобретения — повышение долговечности и надежности работы электропривода путем обеспечения безударного перехода из режима фазового управления в режим частотного управления. Способ управле--

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для механизмов, где необходимо регулирование частоты вращения в широком диапазоне и предъявляются высокие требования к ограничению ускорения (замедления) и рывка (например, лифты, шахтные подъемные машины и т.п.).

2 ния комбинированным частотно-параметрическим электроприводом с асинхронным двигателем и восемнадцативентильным циклоконвертором отличается тем, что после подачи команды на снижение частоты вращения двигателя от командоаппарата компаратором фиксируют знак момента, развиваемого двигателем. При положительном моменте частоту понижают в режиме фазового регулирования< при частоте вращения, равной 0,5 номинальной, переходят на режим частотного уп. равления, при этом начальную частоту выходного напряжения циклоконвертора устанавливают согласно выражению f ьц„= 25 + 50 М g - U+„/ Uн, где М вЂ” момент двигателя на естественной характеристике при частоте вращения, равной 0,5 номинальной; U „ — номинальное напряжение питания; U <„ напряжение в, режиме фазового управления перед переходом на частотное управление; коэффициент, определяющий жесткость 4 механической характеристики асинхронного двигателя в режиме частотного 3 Ю м управления. 2 с.п.ф-лы, 2 ил.

Цель изобретения — повышение долговечности и надежности работы электропривода путем обеспечения безударного перехода из режима фазового управления в режим частотного управления.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства для управления комбинированным частотно-параметриче1541751 ским асинхронным электроприводом, на фиг. 2 — механические характеристики электропривода, поясняющие сущность способа управления.

Устройство (фиг.l) содержит асинхронный двигатель 1, циклоконденсатор 2 с системой 3 импульсно-фазового управления (СИФУ), датчик 4 частоты вращения, командоаппарат 5, трех-lð канальный коммутатор 6 и одноканаль ный коммутатор 7, эадатчик 8 интен,сивности разгона и торможения, каналы регулирования частоты 9 и амплиту ды 10 выходного напряжения преобразователя, задатчик 11 управляющих напряжений низкой частоты (ЗНЧ), блок

l2 выбора режимов, схемы 13 блокировки каналов СИФУ, компаратор 14, датчик 15 напряжения и блок 16 формиро- 2р вания начальных условий.

Асинхронный двигатель l питается от тиристорного циклоконвертора 2 с

СИФУ 3, последняя в каждом канале содержит один из элементов И 3,-3, и 25 в общий для всех каналов блок 3,9 сравнения. Входы многоканального блока

3, сравнения через трехканальный коммутатор 6 гтодклкчены либо к вы ходам З11Ч 11, либо к выходу канала 3р

;1.0 регулирования амплитуды выходного напряжения. 1(омандоаппарат 5 соеди нен с первым входом ЗНЧ !1, входом, задатчика 8 интенс.ивности и вторым входом схемы 13 блокировки каналов

СИФУ. Выход задатчика 8 интенсивности подключен к вторым входам каналов регулирования частоты 9 и амплитуды !О выходного наггряжения циклоконвертора и первому входу K(7hfпа- 40 ратора 14. Сигнал с датчика 4 частоты вращения подается на первые входы каналов регулированигг частоты

9 и амплитуды 10 выходного напряжения циклооконвертора и блока 17 выбо- 45 ра режимов, а также на второй вход компаратора 14.

Выход компаратора 14 подключен к второму входу блока 12 выбора режимов. Выход канала 9 регулирования

50 частоты подключен к вторым входам ЗИЧ

l1 и одноканального коммутатора 7, первый вход которого подключен к выходу блока 16 формирования начальных условий. Выход коммутатора 7 подключен к третьему входу канала 9 регу.5 лирования частоты. Три входа датчика 15 напряжения соединены с силовыми выходами циклоконвертора 2, а его выход подключен к входу блока !6 формирования начальных условий. Управ,пяющие входы коммутаторов б и 7 объединены с первым входом схемы 13 блокировки каналов СИФУ и соединены с выходом блока 12 выбора режимов. Выходы схемы 13 блокировки подключены к соответствующим вторым входам элементов И каналов СИФУ 3.

На фиг. 2 обозначены: Л вЂ” естественная механическая характеристика двигателя (в о.е.), Б — механическая характеристика двигателя в режиме фазового управления к моменту перехода в режим частотного управления В,Г,Д механические характеристи" ки двигателя в указанном режиме, M > — момент двигателя на естественной характеристике при частоте вращения, равной 0,5 номинальной.

В предлагаемом способе управления комбинированным частотно-параметрическим электроприводом на базе восемнадцативентильного циклоконвертора с системой управления после достижения двигателем половины номинальной скорости производят перестройку системы управления тиристорами циклоконвертора так, что оставшиеся в работе шесть. тиристоров (по 2 в каждой фазе, подключенные встречно-параллельно к фазам сети соответственно) образуют симметричную схему фазового управления, обеспечивая разгон двигателя на полную скорость на частоте 50 Гц. Однако при подаче команды на замедление привод сразу переводится в тормозной режим частотного управления, так так производная сигнала задания, вырабатываемая задатчиком интенсивности, изменив знак на

fl ll плюс, вызывает переключение блока выбора режимов в режим частотного управления.

Таким образом, невозможно замедление привода с двигательным моментом, например, при подъеме груза.

Для преодоления этого недостатка предложено вместо сигнала производной задания на скорость испольэовать. сигнал знака момента на валу двигателя, определяемого по знаку рассогласования между сигналом задания на частоту вращения и сигналом частоты вращения двигателя. Тогда, если знак рассогласования отрицательнь|й, что соответствует тормозному моменту на валу, привод перево5

154175 дится в режим частотного управления, если знак рассогласования положительный, что соответствует двигательному моменту на .валу, переключения не происходит, привод остается работать в режиме фазового управления до тех пор, пока частота вращения двигателя не снизится до величины 0,5 номинальной. Таким образом, обеспечивается возможность замедле.— ния привода с полной частоты вращения в двигательном режиме. При переходе в режим частотного управления при частоте вращения двигателя 0,5 номинальной в ходе замедления двигатель с характеристики Б (фиг .2) попадает на одну из характеристик режима частотного управления, например характеристики В,Г или Д в зави- 20 симости от выходной частоты циклоконвертора после перехода °

30

HO IH РОМ

Тогда, согласно (1 ) выходная частота циклоконвертора после перехода должна иметь значение

40 т.е. должна быть равна 25 Гц плюс ве45 личина, пропорциональная квадрату напряжения на выходе преобразователя в режиме фазового управления перед переходом в режим частотного уйравления.

Устройство (фиг.1) работает следующим образом.

f 661 р, 25 + 50p

Вначале электропривод работает в режиме частотного управления, при этом ЗНЧ 11 вырабатывает три низкочастотных управляющих сигнала, параметры которых задаются каналами регулирования частоты 9 и амплитуды I0 выходного напряжения циклоконнертора. Эти сигналы через коммутатор б

11 фу г

ФУ g Пном (2) При переходе на характеристику

В из точки Ь в точку d (фиг.2) момент двигателя скачком возрастает, а при переходе на характеристику Д из точки Ь в точку а — скачком уменьшается. В обоих случаях переход сопровождается значительными колебаниями момента и рывками в передачах, а также колебаниями частоты вращения. С целью устранения это" го явления предлагается обеспечить переход на характеристику Г в точке Ь, где момент после перехода равен моменту двигателя до перехода.

Для этого необходимо обеспечить . работу циклоконвертора в первый момент времени после перехода с определенного значения выходной частоты. Эта частота может быть представлена, как где р — абсолютное скольжение двигателя в режиме частотного управления.

Обозначим момент двигателя на естественной характеристике при частоте вращения перехода в режим частотного управления, равной 0,5 номинальной, как М, (фиг,2). Тогда момент двигателя в режиме фазового, управления перед переходом в режим частотного управления равен где U „— напряжение, подводимое к двигателю, в режиме фазового управления перед переходом на режим частотного управления;

U„ - номинальное напряжение двигателя.

Момент двигателя после перехода должен быть равен моменту до перехода, т.е. должна быть получена характеристика Г (фиг.2), и привод начнет работу в режиме частотного управления из точки Ь. Тогда где М „„„— момент двигателя перехода в режим частотного управления.

Этот момент определяется из соотношения м нрч = 0(- /3, (4) где Ы вЂ” жесткость механической характеристики асинхронного движения в режиме частотного управления (при наличии в системе регулирования режима частотного управления системы стабилизации магнитного потока двигателя).

Подставив (2) и (4) в (3),. имеют

fs„„= 25 + U+ j (6) 501„ 0кОм

1541751

В момент перехода в режим частот ного управления коммутаторы б и 7 по команде блока 12 переключаются, и на выходе блока 9 в первый момент устанавливается напряжение, определенное в соответствии с (б). При этом к двигателю подводят напряжение с частотой, обеспечивающей работу двигателя на характеристике с вращающим моментом при частоте вращения двигателя 0,5 номинальной„ в точности равным моменту двигателя

:перед переходом. Дальнейшее снижение частоты вращения двигателя осуществляется в режиме частотного управления.

50 подаются на многоканальный блок 3 у сравнения СИФУ, все каналы которой находятся в работе. При достижении двигателем частоты вращения, рав- . ной 0,5 номинальной, по команде блока 1 2 выбора режимов коммутатор

6 переключается, в СИФУ 3 блокируются двенадцать каналов иэ восемнадцати дальнейший разгон двигателя осу- 10 естнляется в режиме фазового упанления. При подаче сигнала на эа.— едление от командоаппарата 5 эадатчик интенсивности формирует линейно

1 падающий сигнал. задания на частоту . 15 ращения. Комцаратор 14 при этом фик ирует знак рассогласования между тим сигналом и сигналом частоты вращения двигателя, снимаемым с датчика

4, т.е. знак момента, развиваемого 20 вигателем, 1

Если этот знак отрицателен, комцаратор вырабатывает сигнал логиче1t 1t скои 1, что вызывает переключение блока 12 выбора режимов и перевод электропринода в режим частотного управления, т.е. н режим торможения. сли скольжение двигателя положительно, т.е. необходим вращающий, а не тормозной момент, То компаратор 14 вырабатывает сигнал логического 0". ри этом блок 12 не перектпочится до ех пор, пока частоты вращения двиателя не снизится до величины 0,5

« оминальной, т.е. снижение частоты 35 вращения от номинальной происходит в режиме фазового управления. В проЦессе этого производится измерение напряжения на выходе преобразователя датчикам 15 напряжения и формирова- 40 ние сигнала начальных условий в соответствии с (б) блоком 16.

При реализации предлагаемых способа и устройства удается расширить область применения электропривода на механизмы, требующие двигательного момента при замедлении, а также сохранить непрерынность момента двигателя при переходе в режим частотного управления в ходе замедления, что обеспечивает безударный переходный процесс. При этом значительно повышается долговечность и надежность работы электропривода.

Формула изобре те ния где Мо

l момент двигателя на естественной характеристике при частоте вращения, равной 0,5 номинальной, коэффициент, определяю1 . Способ управления комбинированным частотно-параметрическим асинхронным электроприводом и восемнадцативентильным циклоконвертором,при котором, регулируя частоту и величину напряжения на выходе циклоконвертора, разгоняют асинхронный двМravens до частоты вращения, равной половине номинальной, после чего, осуществляя фазовое регулирование тиристорон циклоконвертора при постоянной частоте напряжения на его выходе, равной частоте сети, разгоняют асинхронный двигатель до номинальной частоты вращения с последующим снижением частоты вращения до нуля путем регулирования частоты и величины напряжения на выходе циклоконвертора, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения долговечности и надежности путем обеспечения безударного перехода из режима фазового управления в режим . частотного управления, после подачи команды на снижение частоты вращения двигателя измеряют знак момента, развиваемого двигателем, а при положительном моменте снижение частоты вращения осуществляют в режиме фазового регулирования, при частоте вращения, равной 0,5 от номинальной, переходят на режим частотного управления, при этом начальную частоту выходного напряжения циклоконвертора устанавливают согласно выражению

9 15 щий жесткость механической характеристики асинхронного двигателя в режиме частотного управления, номинальное напряжение; — напряжение н режиме фазового управления перед переходом на частотное управление.

2. Устройство для управления комбинированным частотно-параметрическим асинхронным электроприводом, содержащее восемнадцативентильный циклоконвертор для подключения асинхронного двигателя к сети, многоканальную систему импульсно-фазового управления тиристорлми циклоконвертора, вклкчакщую многоканальный: блок сравнения и синхронизации, каналы регулирования амплитуды и частоты выходного напряжения преобразователя, командоаппарат, задатчик интенсивности разгона и торможения двигателя, задатчнк управляющих напряжений низкой частоты, датчик частоты вращения двигателя, блок выбора режимов работы, .трехканальный коммутатор сигналов управления, схему блокировки клпалов системы импульсно-фазового управления, каждый канал системь| импульсно-фазового управления снабжен элементом И, первые входы которых подключены к выходам соответствующих каналов многоканального блока сравнения и синхронизации, а вторые входы элементов И первого, четвертого, восьмого и одиннадцатого каналов системы импульсно-фазового управления объединены и соединены с первым выходом схемы блокировки, вторые входы элементов И второго, пятого, седьмого и десятого каналов объединены и соединены с вторым выходом схемы блокировки, вторые входы элементов И третьего, шестого, девятого, двенадцатого, тринадцатого, четырнадцатого, шестадцатого и семнадцатого каналов системы импульсно-фазового управления объединены и соединены с третьим выходом схемы блокировки, выход командоаппарата соединен с первым входом задатчика управляющих напряжений низкой частоты, с первым входом схемы блокировки и с входом задатчика интенсивности разгона и торможения двигателя, выход которогп соединен с

41751 10 вторыми входами каналов регулирования ч а с то ты и амплитуды в ыходного напряжения преобразователя, первые

5 входы которых объединены с первым входом блока выбора режимов работы и соединены с выходом датчика частоты вращения двигателя, выходы каналов регулирования частоты и амплитуды выходного напряжения преобразователя соединены с вторым и третьим входами задатчика управляющих напряжений низкой частоты, выходы которого соединены с первыми входами трехканального коммутатора, вторые входы которого объединены и соединены с выходом канала регул1гровлния амплитуды выходного напряжения преобразователя, управляющий нход трехканалъного ком20 мутатора объединен с вторым входом схемы блокировки и соединен с выходом блока выбора режимов работы, выходы трехканального коммутатора соединены с входами многоканального блока

25 сравнения и синхронизации системы импульсно-фазового управления, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения долговечности и надежности путем обеспечения безударного пере30 хода из режима фазового управления в режим частотного управления, оно снабжено датчиком напряжения, блоком формирования начальных условий, одноканальным коммутатором и компарато- I ром, причем три входа датчика напря- жения подключены к трем силовым выходам циклоконвертора, а выход датчика напряжения подключен к нходу блока формирования начальных усло40 вий, выход блока формирования началь» ных условий — к первому входу одноканального коммутатора, нторой вход которого объединен с выходом канала регулирования частоты выходного напряжения преобразователя, а выход одноканального коммутатора подключен к третьему нходу канала регулирова-. ния частоты выходного напряжения преобразователя, первый и нторой входы

5О компаратора подключены соответственно к выходам задатчика интенсивности и датчика частоты вращения днигателя, а выход . компаратора соединен с BTQ рым входом блока выбора. режимов работы, а управляющий вход одноканального коммутатора обгединен с управ-ляющим входом трехканального коммутатора.

1541751

Сос тавитель В, Тарасов

Техред Л.Сердокова Корректор А.Обручар

Редактор И. Планар

Заказ 288 Тираж 454 -Подписное

ВНИ1111И Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

11ропзводстненно-издательский комбинат "11атент", г, Ужгород, ул, Гагарина, 101