Частотно-параметрический электропривод

 

Изобретение относится к электротехнике . Целью изобретения является повышение плавности регулирования частоты вращения в диапазоне, соответствующие двум разрешенным выходным частотам непосредственных преобразователей частоты , и увеличение жесткости механических характеристик. С этой целью в частотно-параметрическом электроприводе фазы второй обмотки асинхронного двигателя

СОСЗ COBETCKMX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (! 1) (я)5 Н 02 P 7/42

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиа2

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4469964/07 (22) 01.08.88 (46) 15.03;92, Бюл. hL 10 (71) Белорусский политехнический институт (72) С.B. Васильев и Б.И. Фираго (53) 62-83:621.313;072.9.077 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

1Ф 681532, кл. Н 02 Р 7/42, 1975.

Авторское свидетельство СССР

hL 1111244, кл. Н 02 P 7/42, 1984.

Авторское свидетельство СССР

М 1658354, кл. Н 02 P 7/42, 10.05.88. (54) ЧАСТОТНО-ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ

Эл Е КТРОПРИ ВОД (57) Изобретение относится к электротехнике, Целью изобретения является повышение плавности регулирования частоты вращения в диапазоне, соответствующие двум разрешенным выходным частотам непосредственных преобразователей частоты, и увеличение жесткости механических характеристик. С атой целью в частотно-параметрическом электроприводе фазы второй обмотки асинхронного двигателя

1720135 ке соединены в звезду. Система 9 управления снабжена вторым пересчетным устройством 39 с шестью выходами, соединенными с входами смесителей 21-26 для формирования сигналов управления катодных и анодных групп тиристоров выходных фаз второго непосредственного преобразователя частоты. Система 9 управления снабжена

Изобретение относится к электротехНиЦелью изобретения является повышение плавности регулирования частоты вращения в диапазоне. соответствующем двум разрешенным выходным частотам непосредственных преобразователей частоты, и увеличение жесткости механических характеристик.

На фиг.1 представлена блок-схема частотно-параметрического электроп ривода; на фиг,2 — то же, .системы управления; на фиг.3 — то же, пересчетных устройств;. на фиг.4 — временные диаграммы, поясняющие работу электропривода; на фиг.5 — механические характеристики частотно-параметрического электропривода.

Частотно-параметрический электропривод содержит трехфазный асинхронный двигатель с двумя обмотками, фазы 1 — 3 и

4-6 каждой из которых соединены в звезду без нулевого провода. Одноименные фазы

1, 4; 2, 5 и 3, 6 обмоток уложены в одни и те же пазы расточки статора асинхронного двигателя. Выводы фаз 1-3 первой обмотки подключены к выходу первого непосредственного преобразователя 7 частоты, а выводы фаэ 4 второй обмотки — к выходу второго непосредственного преобразователя 8 частоты, Силовые входы непосредственных преобразователей 7, 8 частоты объединены с силовыми входами системы 9 управления и снабжены зажимами для подключения к сети. Выходы системы 9 управления подключены к управляющим входам катодных и анодных групп тиристоров выходных фаэ непосредственных преобразователей 7, 8 частоты.

Система 9 управления составлена из датчика 10 низкой частоты, датчика 11 высокой частоты, первого пересчетного устройства 12 с шестью выходами, первого и второго фазосмещающих устройств 13, 14, двенадцати смесителей 15-26 с тремя входами каждый и двенадцати выходных ключей 27-38, входами подключенных к выходам смесителей 15-26 соответственно. узлами 47-49 задания выходных напряжений преобразователей частоты и их суммарного выходного напряжения, управляемым делителем 40 частоты для формирования ступенчато изменяемых с помощью командоаппарата 42, блока 43 управления, узла 41 сравнения и коммутирующих элементов 4446 импульсов. 5 ил.

Выходы ключей 27 — 38 образуют выходы системы 9 управления.

Система 9 управления снабжена вторым пересчетным устройством 39, управля5 емым делителем 40 частоты, узлом 41 сравнения, командоаппаратом 42, блоком

43 управления с тремя группами коммутирующих элемент-.ов 44-46. узлом 47 задания выходного напряжения первого непосред10 ственно преобразователя частоты, узлом 48 задания выходного напряжения второго непосредственного преобразователя частоты, узлом 49 задания суммарного выходного напряжения непосредственных

15 преобразователей частоты. Фазосдвигающие устройства 13, 14 выполнены управляемыми.

Управляющий вход фазосмещающего устройства 14 объединен с вычитающим

20 входом узла 41 сравнения и через первую группу коммутирующих элементов 44 подключен к выходу узла 48 задания выходного напряжения второго непосредственного преобразователя 8 частоты.

25 Суммирующий вход узла 41 сравнения через вторую группу коммутирующих элементов 45 подключен к выходу узла 47 задания выходного напряжения первого непосредственного преобразователя 7 час30 тоты, а выход узла 41 сравнения — к входу 50 узла 49 задания суммарного выходного напряжения непосредственных преобразователей частоты, выход которого соединен с управляющим входом первого фазосмеща35 ющего устройства 13.

Управляющий вход управляемого делителя частоты через третью группу коммутирующих элементов 46 соединен с нулевой шиной электропривода. а его выход — с sxo40 дами пересчетных устройств 12, 39.

Управляющие входы коммутирующих элементов 44 — 46 соединены с выходом блока 43 управления, входом подключенного к выходу командоаппарата 42.

45 Объединенные первые входы смесителей 15-20 катодных и анодных групп тиристоров выходных фаз первого непос1720135 редственного преобразователя частоты подключены к выходу первого фазосмещающего устройства 13, а объединенные ïåðвые входы смесителей 21 — 26 катодных и анодных групп тиристоров выходных фаз второго непосредственного преобразователя частоты — к выходу второго фазосмещающего устройства 14.

Вторые входы смесителей 15-17 катодных групп тиристоров первой, второй и

20 преобразователя частоты.

Первый, второй и третий выходы второго пересчетного устройства 39 подключены к вторым входам смесителей 21 — 23 катодных групп тиристоров первой, BTQ25 рой и третьей выходных фаз второго непосредственного преобразователя 8 частоты, а четвертый, пятый и шестой выходы пересчетного устройства 39 — к вторым входам соответственно смесителей 24 — 26

30 анодных групп тиристоров первой, второй и третьей выходных фаз второго непосредственного преобразователя частоты.

Третьи входы смесителей 15 — 26 объединены и подключены к выходу датчика 11

35 высокой частоты.

Первое пересчетное устройство 12 выполнено в виде шестиразрядного регистра с перекрестными связями, при атом счетные входы его триггеров 51 — 56 (фиг.3) объединены и образуют вход пересчетного устройства. .Прямые входы первого триггера 51, пятого тригхера 55 и инверсный выход третьего триггера 53 обрзуют соответственно

40 первый, второй и третий выходы пересчет- 45 ного устройства 12, четвертый, пятый и шестой выходы которого образованы соответственно инверсными выходами первого триггера 51, пятого триггера 55 и прямым выходом третьего триггера 53.

Второе пересчетное устройство 39 выполнено в виде трехразрядного регистра с перекрестными связями, счетные входы триггеров 57-59 которого объединены и об50

55 разует вход пересчетного устройства, первый, второй и третий выходы которого образованы соответственно прямыми выходами первого триггера 57 и третьего триггера 59 и инверсным выходом второго триггера 58, а четвертый, пятый и шестой третьей выходных фаз первого непосредственного преобразователя 7 частоты подключены соответственно к первому, второму и третьему выходам первого пересчетного устройства 12, четвертый, пятый и 15 шестой выходы которого соединены с вторыми входами смесителей 18-20 анодных групп тиристоров первой, второй и третьей выходных фаз первого непосредственного выходы пересчетного устройства 39 — инверсными выходами триггеров 57, 59 и прямым выходом триггера 58 соответственно, Злектропривод работает следующим образом.

Трехфазное напряжение сети UcA, Ucg и Ucc (фиг.4а) поступает на входы датчика

10 низкой частоты, фазосмещающих устройств 13, 14. С датчика 10 низкой частоты преобразованные напряжения в виде импульсов поступают на вход управляемого делителя 40 частоты, на выходе которого образуются импульсы с частотой 14о(фиг,4б), поступающие на входы пересчетных устройств 12, 39. На прямых выходах триггеров

51 — 56 формируются сигналы Q51-55 (фиг.4 в, г, д, е, ж. з), при этом сигналы а1, b1 на прямых выходах триггеров 51, 55 и сигнал с1 (фиг. 4 и, к, л) нэ инверсном выходе триггера

53 первого пересчетного устройства используются для смесителей 15--17 катодных

rpyhn тиристоров выходных фаз первого непосредственного преобразователя 7 частоты, питающего фазы 1 — 3 первой обмотки асинхронного двигателя.

На прямым выходах триггеров 57-59 второго пересчетного устройства образуются прямоугольные. импульсы 057-59 (фиг. 4 л, м, н), при этом сигналы az. bz на прямых выходах триггеров 57 и 59 и сигнал cz на инверсном выходе триггера 58 используют- ся для смесителей 21 — 23 катодных групп тиристоров выходных фаз второго непосредственного преобразователя 8 частоты, питающего фазы 4 — 6 второй обмо?ки асинхронного двигателя.

Из временных диаграмм (фиг.4) следует, что система 9 управления формирует на выходах непосредственно преобразователя 7 частоты (на фазах 1 — 3 двигателя) выходное напряжение с частотой, в два раза меньшей по сравнению с частотой на выходах второго непосредственного преобразователя 8 частоты (на фазах 4 — 6 двигателя). Так как соответствующие фазные обмотки 1 и 4, 2 и

5, 3 и 6 асинхронного двигателя уложены в одни и те же пазы, то механическая характеристики асинхронного двигателя представлет собой сумму двух механических характеристик, соответствующих двум выходным частотам непосредственных преобразователей 7, 8 частоты. В то же время парами таких частот могут быть и другие выходные частоты, соответствующие режимам работы без субгармонических составляющих в кривой выходного напряжения преобразователей частоты.. Н а и р и мер, возможны режимы работы f»x1 = 12,5 Гц, f»x2 = 25 Гц или febix1 = 25 Гц, 18ых2 = 50 Гц.

1720135

На фиг.5 показаны механические характеристики частотно-параметрического электропривода, где М2 — механическая характеристика асинхронного двигателя с синхронной скоростью ео2, соответствующая выходной частоте второго преобразователя, а М11, М12, М13, М14 — механические характеристики с синхронной скоростью во1,соответствующие выходной частоте второго преобразователя частоты, но при разных величинах выходного напряжения первого преобразователя. Результатом сложения механических характеристик M2 с

М11 — М14 является семейство результирующих механических характеристик частотнопараметрического электропривода М имеющих различные синхронные скоростй вращения двигателя. При этом следует отметить большую жесткость результирующих механических характеристик по сравнению с механической характеристикой М2.

Регулирование частоты вращения осуществляется следующим.образом.

Датчик 10 низкой частоты формирует импульсы, синхронизированные с напряжением источника питания, которые подаются на вход управляемого делителя 40 частоты

Каждый контакт 6 коммутирующих элементов 46, подсоединяющий нулевую шину к одному из входов управляемого делителя

40 частоты, соответствует определенному коэффициенту деления частоты импульсов, подаваемых с датчика 10 низкой частоты. Каждый коэффициентделения позволяет получить на выходе непосредственных преобразователей 7 и. 8 частоты пару разрешенных выходных частот без субгармонических составляющих в кривой выходного напряжения, При переводе командоаппарата 42 в определенное положение срабатывает один из п управляющих органов блока 43 управляющих органов, замыкая соответствующие коммутирующие элементы 44 — 46. При этом один из коммутирующих элементов 44 подсоединяет задающее напряжение U1 с узла 48 задания выходного напряжения второго преобразователя на управляющий вход второго фазосмещающего устройства 14. Соответствующий коммутирующий элемент 46 определяет коэффициент деления управляемого делителя 40 частоты. Таким образом, для второй трехфазной обмотки 4 — 6 асинхронного двигателя 4 поддерживается соотношение const. Так как магнитные

0вых2 твых2 потоки двух обмоток двигателя складываются в статоре при работе электропривода, то

45 Частотно-параметрический электропривод, содержащий трехфазный двухобмоточный асинхронный электродвигатель, одноименные фазы которых уложены в одни и те же пары расточки статора, фазы одной

50 из обмоток соединены в звезду, два непосредственных преобразователя частоты, выход каждого из которых подключен к соответствующей обмотке асинхронного двухобмоточного двигателя, систему управ55 ления, составленную из датчиков низкой и высокой частоты, двух фазосмещающих устройств, первого пересчетного устройства с шестью выходами, выполненного в виде.шестиразрядного регистра, счетные входы триггеров которого обьединены и образуют

40 для исключения перенасыщения магнитной системы статора двигателя в электроприводе имеется узел 49 задания суммарного выходного напряжения двух преобразователей, Поскольку на один вход узла 41 сравнения через коммутирующие элементы 44 подается напряжение задания

02для второго преобразователя, а надругой вход узла 41 сравнения через коммутирующие элементы 45 подается величина U1+U2, определяющая ограничение по суммарному выходному напряжению двух преобразователей частоты и, следовательно, по суммарному магнитному потоку двух обмоток двигателя, то с выхода узла 41 сравнения снимается напряжение U2, которое ограничивает диапазон регулирования выходного напряжения первого преобразователя частоты. Поэтому величина задающего напряжения для. первого преобразователя, которое сни зется с узла 49 задания, не будет превышать величину U2 и фазовое регулирование величины выходного напряжения первого преобразователя будет ограничиваться условием формирования суммарного магнитного потока двигателя, не превышающего номинальную величину ну.

Таким образом, схемы и временные диаграммы, поясняющие работу частотно-параметрического электропривода с многовентильным непосредственным преобразователем частоты, показывают, что устройство обеспечивает плавность регулирования частоты вращения асинхронного двигателя в диапазоне, соответствующем двум разрешенным выходным частотам

nepaoro и второго преобразователей часто-" ты, и обеспечивает жесткие механические характеристики электропривода без обратной связи по частоте вращения.

Формула изобретения

1720135

5

40

50

55 вход первого пересчетного устройства, прямые и инверсные выходы первого, третьего и пятого триггеров образуют соответственно первый, четвертый, шестой, третий, второй и пятый выходы данного пересчетного устройства, двенадцати смесителей с тремя входами каждый и двенадцати ключей, вход каждого из которых соединен с выходом соответствующего смесителя, а выходы ключей образуют выходы системы управления, подключенные соответственно к управляющим входам катодных и анодных групп тиристоров выходных фаз упомянутых непосредственных преобразователей частоты, силовые входы которых пофазно объединены с силовыми входами системы управления, образованными силовыми входами фазосмещающих устройств, и снабжены зажимами для подключения к сети, выход nepaoro фазосмещающего устройства подключен к объединенным первым входами смесителей катодных и анодных групп тиристоров выходных фаз первого непосредственного преобразователя частоты, выход второго фаэосмещающего устройства— к объединенным первым входам смесителей катодных и анодных групп тиристоров выходных фаз второго непосредственного преобразователя частоты, первый, второй и третий выходы первого пересчетного устройства соединены с вторыми входами смесителей катодных групп тиристоров первой, второй и третьей выходных фаз первого непосредственного преобразователя часто- . ты, четвертый, пятый и шестой выходы первого пересчетного устройства соединены соответственно с вторыми входами смесителей анодных групп тиристоров первой, второй и третьей выходных фаз первого непосредСтвенного преобразователя частоты, третьи входы смесителей объединены и подключены к выходу датчика высокой частоты, отличающийся тем, что, с целью повышения плавности регулирования. частоты вращения в диапазоне, соответствующем двум разрешенным выходным частотам непосредственных преобразователей частоты, и повышения жесткости механических характеристик, фазы второй обмотки асинхрончого двигателя соединены в звезду, а каждое фазосмещающее устройство выполнено управляемым и введены узлы задания выходных напряжений непосредственных преобразователей частоты и их суммарного напряжения, узел сравнения, командоаппарат, блок управления с тремя группами коммутирующих элементов, управляемый делитель частоты и второе пересчетное устройство с шестью выходами, вход которого объединен с входом первого пересчетного устройства и подключен к выходу управляемого делителя частоты, силовым входом соединенного с выходом датчика низкой частоты, управляющий вход второго фазосмещающего устройства обьединен с вычитающим входом узла сравнения и через первую группу коммутирующих элементов соединен с выходом узла задания выходного-напряжения второго непосредственного преобразователя частоты, суммирующий вход узла сравнения через вторую группу коммутирующих элементов подключен к узлу задания выходного напряжения первого непосредственного преобразователя частоты, а выход узла сравнения — к входу узла задания суммарного выходного напряжения упомянутых непосредственных преобразователей частоты, выход которого соединен с управляющим входом первого фазосмещающего устройства, управляющий вход управляемого делителя частоты через третью группу коммутирующих элементов соединен с нулевой шиной электропривода, а управляющие входы упомянутых коммутирующих элементов подключены к выходам блока управления, входом соединенного с выходом командоаппарата, при этом второе пересчетное устройство выполнено в виде трехразрядного регистра с перекрестными связями, счетные входы триггеров которого объединены и образуют вход второго пересчетного устройства, прямые и инверсные выходы первого, второго и третьего триггеров образуют соответственно первый, четвертый, шестой, третий, второй, пятый выходы второго пересчетного устройства, первый, второй, третий выходы которого соединены соответственно с вторыми входами смесителей катодных групп тиристоров первой, второй и третьей выходных фаз второго непосредственного преобразователя частоты, четвертый, пятый, шестой выходы второго пересчетного устройства соединены соответственно с вторыми входами смесителей анодных групп тиристоров первой, второй и третьей выходных фаз второго непосредственного преобразователя частоты.

1720135

1720135 Риг. 4.

Составитель А. Головченко.

Редактор А. Маковская Техред М.Моргентал Корректор M. Кучерявая

Заказ 776 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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