Устройство для управления электроприводом

 

(19) ЯУ (11) (5Ц 5 Н 02 М 7 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5033298/07 (22) 19.03.92 (46) 15.10.93 Бюл. hh 37-38 (71) Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт по автоматизированному эпектроприводу в промышленности, сельском хозяйстве и на транспорте (72) Завадский l0.Е.. Брагилевский ЕЛ„Доброспава(ий В.В„Коваль АА; Карасев В.В„. Микитчук ВГ.;

Певзнер ЕМ. (73) Научно-исследовательский и проектно-конст- рукторский институт ло автоматизированному электроприводу в промышленности, сельском хозяйстве и на транспорте (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ (57) Использование: в асинхронных электроприводах грузоподъемных механизмов, требующих ступенютого регулирования скорости при пусках и торможениях. Сущность изобретения: устройство . содержит преобразователь частоть блок фазоюпульсного управления, блок управления на частоте

1 димости, блок контроля тока, блок задания частоты и направления вращения тиристорный перектвочатель, блок временной задержки, блок датта напряжения с фильтрами первых гармонических составляющих и выпрямителем, первый блок распр деления импульсов для формирования выходных частот, равным 1/Зттт частоты ютающей сети Г где m = 12.3,4 второй блок раствзедепееа юпульсов для формирования выходной частот@ равной 1/2f . Увеличение числа стути)ней верэмх

ПС частот позволяет снизить броски тока и скорости электропривода при разгоне до ноюнапьной скорости и при торможении. 7 ет

2001492

Изобретение относится к электротехнике,-: может найти применение, например, в асинхронных электроприводах груэоподьемных механизмов, требующих ступенчатого регулирования скорости при пусках и торможениях.

Известно устройство для управления электроприводом,„содержащее непосредственный преобразователь частоты, выполненный по мостовой схеме, собранный на восемнадцати тиристорах с питанием от трехфазной сети (1). Такой преобразователь может быть использован для получения пониженной частоты вращения при питании асинхронных двигателей, Недостатками такого устройства являются сложность его электрической схемы и конструкции в целом, высокие массогабаритные показатели, значительная стоимость.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для управления электроприводом, содержащее преобразователь частоты, выполненный в виде трех силовых однофазных тиристорных мостов, входы которых объединены и предназначены для подключения к двум фазам питающей сети, выходы каждо о тиристорного моста закорочены и образуют выходные зажимы преобразователя частоты, с которыми связаны входы блока датчика напряжения с фильтрами первых гармонических составляющих и выпрямителем, управляющие входь преобразователя частоты связаны с управляющими выходами блока фазоимпульсного управления, вход синхронизации которого связан через блок питания с питающей сетью, а его шесть входов распределения импульсов соединены с соответствующими выходами первого блока распределения. импульсов для формирования выходных частот, равных 1/Çm частоты питающей сети f, где m — один иэ членов натурального ряда 1, 2, 3..., вход ре гулирования связан с выходом блока регулирования, первый вход которого соединен с блоком задания частоты и направления вращения, второй вход подключен к блоку датчика напряжения с фильтрами первых гармонических составляющих и выпрямителем, синхронизирующий выход блока фазоимпульсного управления соединен с входом синхронизации первого блока распределения импульсов для формирования выходных частот, равных (1/3m)fnc, первый выход которого соединен с переключающим входом блока временной задержки, другой вход последнего подключен к выходу датчика проВодимости, входами связанного с преобразователем частоты, выход блока временной задержки подключен к блокирующему входу блока фазоимпульсного управления, вход защиты которого соединен с выходом блока контроля тока, связанного с преобразователем частоты.

Известное устройство позволяет ступенчато изменять частоту, при этом верхнее значение выходной частоты felix не превышает 1/3 от величины частоты питающей

10 сети 1пс, Основным недостатком этого устройства является невозможность формирования выходных частот с величинами выше значения 1/3fpg, что сужает диапазон скоростей электропривода и приводит к значительным броскам тока и скорости, в том числе при переключении злектропривода на трехфаз ную питающую сеть промышленной частоты.

20 Целью изобретения является расширение диапазона скоростей злектропривода при одновременном снижении бросков тока и скорости, в том числе при переключении электропривода на трехфазную питающую сеть промышленной частоты, а также при обратном переключении.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для управления электроприводом, содержащее преобразователь частоты, 30 выполненный в виде трех силовых однофазных тиристорных мостов, входы которых объединены и предназначены для подключения к двум фазам питающей сети, выходы каждого тиристорного моста закорочены и

35 образуют выходные зажимы преобразователя частоты, с которыми связаны входы блока датчика напряжения с фильтрами первых гармонических составляющих и выпрямителем, управляющие входы преобра40 зователя частоты связаны с управляющими выходами блока фазоимпульсного управления, вход синхронизации которого подключен к одному из входов переменного тока блока питания, предназначенного для под45 ключения к трем фазам питающей сети, а шесть входов распределения импульсов блока фазоимпульсного управления соединены с соответствующими шестью выходами первого блока распределения импульсов

50 для формирования выходных частот, равных

1/Згп частоты питающей сети fne гдв гп— один из членов натурального ряда 1, 2, 3..., входы включения частот (1/3m) fog которого подключены к соответствующим выходам блока задания частоты и направления вращения, вход регулирования блока фазоимпульсного управления подключен K выходу блока регулирования, первый вход которого соединен с выходом задания первого блока распределения импульсов, а второй вход со2001492

55 единен с выходом блока датчика напряжения с фильтрами первых армонических составляющих и выпрямителем, синхрониэирующий выход блока фазоимпульсного управления соединен с входом синхронизации первого блока распределения импульсов, седьмой выход которого соединен с переключающим входом блока временной задержки, второй вход последнего подключен к выходу датчика проводимОсти, входами связанного с преобразователем частоты, выход блока временной задержки подключен к блокирующему входу блока фазоимпульсного уп. равления, вход защиты которого соединен с выходом блока контроля тока. связанного с преобразователем частоты, введены тиристорный переключатель, второй блок распределения импульсов для формирования выходной частоты, равной 1/2 1„,, блок управления на частоту питающей сети. а блок задания частоты и направления вращения снабжен дополнительными выходами включения частоты 1/2 1„,: 1„с, блок фэзоимпульсного управления снабжен дополнительными входами по числу выходов второго блока распределения импульсов, дополнительными входами по числу выходов блока управления на част те питающей сети и четырьмя дополнительными управляющими выходами, указанный тиристорный переключатель включает два встречно-параллельно включенных тиристора, один общий вывод которых подключен к третьему выходному зажиму преобразователя частоты, другой предназначен для подключения к третьей фазе питающей сети, а входы управления тиристорами — к упомянутым дополнительным управляющим выходам блока фазоимпульсного управления, дополнительные входы которого подключены соответственно к выходам блока управления на частоте питающей сети и выходам второго блока распределения импульсов, выходы включения частот 1/2 fnc и <лс блока задания подключены к входам второго блока распределения импульсов и блока управления на частоте питающей сети соответственно, а выход реверса подключен к объединенным входам реверса упомянутых блоков, вход синхронизации второго блока распределения импульсов подключен к выходу синхронизации блока фэзоимпульсного управления, а три входа синхронизации блока управления на частоте питающей сети связаны через блок питания с зажимами для подключения к трехфазной питающей сети, причем первый вход блока регулирования подклн..чен к выходу задания

50 второго блока

СОВ.

На фиг. 1, 1а приведена схема устройства для управления электроприводом; на фиг, 2 — вариант выполнения блока задания частоты и направления вращения; на фиг. 3 — вариант выполнения блока распределения импульсов для формирования выходной частоты, равной 1/2 f«, нэ фиг. 4 — вариант выполнения блока управления на частоте питающей сети; на фиг. 5 — вариант выполнения дополнительных входов и выходов субблока связи; на фиг. 6 и 7 — временные диаграммы работы предлагаемогоустройства, Устройство для управления электроприводом содержит преобразователь 1 частоты (фиг. 1), выполненный в виде трех силовых однофазных мостов на тиристорах 11, 11, 12, 12, 13, 13. 14, 14, 15, 15. 16, 15, причем входы всех мостов объединены и предназначены для подключения к двум фазам А, В трехфаэной питающей сети - U>c, выходы каждого тиристорного моста закорочены и образуют выходные датчики А1, В1, С1 преобраэовагеля 1 частоты. с которыми связаны входы блока 7 датчика напряжения с фильтрами первых гармонических составляющих и выпрямителем, управляющие входы преобразователя 1 частоты связаны с управляющими выходами блока 12 фаэоимпульсного управления, вход Uy синхронизации которого подключен к одному из выводов переменного тока блока 11 питания, предназначенного для подключения к трем фазам А. В, С питающей сети - Unc. a шесть входов распределения импульсов блока 12 фазоимпульсного управления соединены с соответствующими шестью выходами первого блока 8 распределения импульсов для формирования выходных частот, равных 1/Çm частоты питающей сети

f«, где л — один иэ членов натурального ряда

1, 2, 3..., входы "Вкл.1/3mf c" включения частот (1/3m)fnc которого подключены к соответствующим выходам "Вкл. 1/Çmfлс" блока 3 задания частоты и направления вращения, вход регулирования блока 12 фазоимпульсного управления подключен к выходу блока 6 регулирования, первый вход

03 которого соединен с выходом задания первого блока 8 распределения импульсов, седьмой выход которого соединен с переключающим входом блока 5 временной зараспределения импульдержки, второй вход последнего подключен к выходу датчика 13 проводимости, входами свяэа ного с преобразователем 1 частоты, выход блока 5 временной задержки подключен к блокирующему входу блока 12 фаэоимпульсного управления, вход защиты

2001492 которого соединен с выходом блока 4 конт" роля тока. связанного с преобразователем

1 частоты. Дополнительно введены тиристорный переключатель 2, второй блок 9 распределения импульсов для формирования выходной частоты, равной 1/24с, блок

10 управления нэ частоте питающей сети

f c. Блок 3 задания частоты и направления вращения снабжен дополнительными выходами включения частоты 1/2fnc <пс Блок 12 фазоимпульсного управления. снабжен дополнительными входами по числу выходов второго блока 9 распределения импульсов. дополнительными входами по числу выходов блока 10 управления нэ частоте fnc питающей сети и четырьмя дополнительным и управляющими выходами, Указанный тиристорный переключатель 2 включает двэ встречно-параллельно включенных тиристора 22, 251, один общий вывод которых подключен к третьему С1 выходному зажиму преобразователя 1 частоты, другой предназначен для подключения к третьей фазе С питающей сети U«, а входы управления тиристорэми 2з1, 2sf — к упомянутым дополнительным управляющим выходам блока 12 фазоимпульсного управления, дополнительные входы которого подключены соответственно к выходэм блока 10 управления на частоте fnc питающей сети и выходам второго блока 9 рвспределения импульсов, выходы включения частот 1/2Ьс, fnc блока 3 задания подключены к входам второго блока 9 распределения импульсов и блока 10 управления на частоте Ь питающей сети соответственно, э выход Upee реверса подключен к объединенным входам реверсе . блоков 9 и 10, вход синхронизации второго блока 9 распределения импульсов подключен к выходу Uc синхронизации блокэ 12 фазоимпульсного управления, э три входа синхронизации О», Uz, Uy блока 10 упраапемия нэ частоте f«питающей сети связэны . через блок 11 питэния с зэжимами А, В, С для подключения трехфазной питающей Сети О«, причем первый вход Оэ блока 6 регулирования подключен к выходу задэния второго блока 9 распределения импульсов.

Устройство для управления электроприводом функционирует следующим образом.

Упрэвление тиристорами 1>, 11, 1з, 11, 1з, 1з, 14, 14, 1s, 1s преобразователя 1 частоты (фиг. 1) осуществляется импульсами тока, формируемыми выходными каскадами блока фэзоимпульсного управления 12 (фиг.

6 и 7). При переключении злектропривода нэ частоту питающей сети с помощью тиристорного переключателя 2 (фиг. 1) питание производится от трех фаз питающей сети А, В, С через тиристоры 14, 1> . 1з. 1ь, 22 . 2s ("вперед") или 14, 11, 13, 16, 221 и 2s ("назад"). Управление тиристорэми 221 и 251 осуществляется импульсами тока, формируемыми дополнительными управляющими выходами блокэ фазоимпульсного управления 12, Выходная частота преобразователя 1 и направление вращения злектропривода выбираются с помощью блока 3 задания частоты и направления вращения, нэ выходах которого имеют место сигнал включения необходимой частоты и сигнал направления вращения. Первый сигнал поступает нэ вход . соответствующего блока 8,9 распределения импульсов или нэ вход блока 10 управления . нэ частоте питающей сети, второй поступает одновременно ма соответствующие входы блоков 8-10, Принципиальные схемы блока 8 распределения импульсов для формирования выходных частот, рввных (1/3m)f>c и блока 4 контроля токе даны в (2) и (3), э блока временной задержки — (3).

Датчик 13 проводимости используется для контроля обеспеченного состояния преобразователя 1, что необходимо для обеспечения надежной работы преобразователя при циклическом переключении фаз нагрузки. Для этой цели может быть использован датчик проводимости, построенный по принципу контроля нэпряжения на плечах преобразователя Я, или по принципу контроля тока, протекающего через преобрэзо35 вэ ель (31. Пр используется двтчик токе, имеющийся в электрической схеме устройства. с помощью которого также осуществляется защита при коротких зэмыканиях и перегрузках, токоогрвничение. Блок 5 временной задержки формирует временной ин40 тервэл (до 1 йс) непосредственно после окончания токэ в преобрэзоввтеле и осуществляет временную задержку нэ разрешение переключения фаз нагрузки, что необходимо нэ время восстэновлвния запертого состояния тиристоров преобрвзовэтеля 1 частоты.

Электрическая схема блока 5 приведенв в (3}. Блок 6 регулированию служит для под50 держания зэмэммых величйй первых гармонических выходных напряжений во всех. режимэх двигвтеля, включая режимы пуске, его электрическая схема приведена в (3).

Нэ первый вход блока 6 регулировэмия подается сигнал задвния Оз с одного из выходов блоков 8 или 9 распределения импульсов; Величина сигнала зэдэния Оз определяет величины первых гврмонических выходных напряжений преобрэзовэтеля 1 частоты, 2001492

Обратная связь по первым гармоническим выходных напряжений преобразователя 1 осуществляешься с использованием блока 7 датчика напряжения, оборудованного фильтрами первых гармонических и выпрямителем выход которого связан с вторым входом блока б регулирования (2).

Сигналы на включение каждой частоты в блоке 3 формируются на выходах этого блока "Вкл." (1/3m)fnc, "Вкл. 1/2fnc" "Вкл. fnc" с помощью включения соответствующего герконного реле (фиг. 2). Аналогично формируется сигнал на реверсирование злектропри вода Upend, который подается одновременно на соответствующие входы блоков 8 — 10. Следует заметить, что блок 3 имеет и выходов для подачи сигналов на включение частот, формируемых по закону

1вых = (1/3m)fnc, где m — один из членов натурального ряда 1, 2, 3..., 1ных выходная частота преобразователя 1; fnc — частота питающей сети. При этом верхнее значение частоты, которое может быть получено по этому закону, равно живых. =- 1/3fnc.

В исходном состоянии при обесточенных катушках всех реле собрана цепочка из нормально замкнутых контактов 1/21пс, 1/ЗЬс...(1/3m)fnc и на выходе бло:,.а 3 имеет место сигнал на включение наимен -шей частоты fv x = (1/3m)fnc. Очевидно, при такои схеме блока 3 необходимое число реле на единицу меньше общего числа частот, формируемых устройством. Катушки всех реле питаются от источника оперативного напряжения Uonep., что обеспечивает гальваническую развязку внутренних цепей устройства от цепей оперативного управления.

Вход синхронизирующих импульсов Ос блока 9 связан с соответствующим выходом блока 12 (3). Входы "Вкл. 1/2fnc" и "Орев" связаны с соответствующими выходами блока 3. Выходы блока 9, на которых имеют место сигнал задания Оз и сигнал запуска временной задержки Ue,ç связаны с соответствующими входами блоков 6 и 5. Выходы 1, 2, 3, 4, 5, 6, на которых имеют место разрешающие сигналы на включение тиристоров 1, 1, 2. 2 . 3, 3, 4. 4 . 5. 5, б, б связаны с блоком 12.

При работе блока фазоимпульсного управления 12 совместно с блоком 9 производится управление преобразователем 1 частоты по алгоритму, соответствующему выходной частоте 1/24пс.

Входы синхронизации блока 10 связаны с трехфазной системой сетевых напряжений через блок 11 питания. Входы "Вкл,fnc и "Up,>" связаны с соответствующими выходами блока 3. Система фазоимпульсного управления этого блока формирует и

55 распределяет управг лющие импульсы по каналам управления тиристорами, обеспечивая заданныи а: горитм упоавления преобразователем частоты 1 при направлении вращения привода "Вперед" и "Назад".

Временные диаграммы работы узлов устроиства для этого случая показаны на фиг.

9. Следует отметить, что в этом случае работают восемь тиристоров преобразователя 1 частоты (фиг, 1) и два тиристора тиристорного переключателя 2: при вращении привода

"Вперед" работают тиристоры 1 . 2>.3, 4, 51, б, при вращении "Назад" — 1, 2, 3, 4, 5>, 6.

Выходы блока 11, 111, 11 I, 131. 13 I, 141, 14 I, 161, 16 1 и 2, 5 подключены к соответствующим входам субблока 12, входящего s r.îñòàâ блока 12 как дополнительный элемент, имеющий узлы связи с выходными каскадам управления тиристорами.

Субг зок 12 включает узлы, согласующие выходы блока 10 с выходными каскадами блока 12, а также два выходных каскада, формирующих управляющие импульсы для тиристорного переключателя 2 (фиг. 1), т.е, для тиристоров 5> и 2 .

Соединения указанных выше узлов субблока 12 со схемой блока 12 фаэоимпульсного управления пок- заны в (3).

Предлагаемое устройство для управления злектроприводом имеет существенные преимущества по сравнению с прототипом.

Осуществление изобретения позволяет расшиоить функциональные возможности путем изменения числа ступеней частоты и скорости электропривода в сторону увеличения, вводя частоты fBblx =. 1/2<ос, а также производить переключение асинхронного электропривода на питание от трехфаэной сети промышленной частоты fnc беэ применения контактной аппаратуры. Увеличение числа ступеней верхних частот позволяет снизить броски тока и скорости электропривода при разгоне до номинальной скорости и при торможении, повысить надежность его в работе. Кроме того, увеличение числа выходных частот и скоростей злектропривода расширяет область его применения, повышает его эксплуатационные показатели.

Простота электрической схемы и конструкции устройства упрощает его настройку, сокращает время при вводе в эксплуатацию и снижает стоимость. так как оно обладает в 2-3 раза меньшими массогабаритными показателями. (56) 1, Певзнер Е.Н. и др, Эксплуатация вентиль.;, х злектроприводов на водном транспорте — Л.. Транспорт, 1984, с. 86 — 102.

2. Авторское свидетельство СССР

N: 16",6" 6, кл. Н 02 M 7/00, 1991.

200149

4. Выпрямители ТПЕ; Техническое описание и инструкция по эксплуатации

ИЖТШ. 654.613.001 ТО. — М.: ВНИИЭлектропривод. 1989.

3. Блоки управления асинхронными приводами серии Б-4702: Техническое Оп .сание и ин.121,100 струкция по эксплуатации ИЖТП. 656, TO, — M.: 8НИИЭлектропривод, 1989.

Формула изо р ла изобретения ного управления, вход защиты которого соУСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВ

Я УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВО- ЕДИНЕН С выхОдОм блОка О р

Дом, соДеРжаЩее пРеобРазователь часто- связанного с пр бра ты, выполненн, выполненный в виДе тРех силовых оД- 10 отличающееся TeM, B н нофаэных тиристорных ос о Входы сторный переключател В о которых ОбъеДинены и преДнаэначены ДлЯ пpеделения подключени Я к AsyM фазам т рехфазной и выходнОй час1 0T pygmy p< 1 /2 ° од д 0 ристор" 0го моста эакорочены и образуют выходные 15 6noK а а„ия ч зажимы преобразователя частоты, с кото- „н я „аб

Рыми свЯэаны входы блока да и а напРЯ- ми включения частот о „„1 2 ° ениЯ с фильтРами пеРвых гаРмонических „, „, б „, „г яющих е Выпрямителем ynpasnnlo

Щие Входы пРеобРазователЯ частоты свЯ- 20 числу вь ходов Второго заны с УпРавлЯюЩими выхоДами блока ния импульсов д

4 o ynbcHoro Управления, вход синх- по числу Выходов ронизации которого подключен к одному TOTE пи а„щтельными управляю„„ми ния РеДнаэначенного ДлЯ поДключениЯ к 25 ристорный переклю„ трем фазам питающей сети, а шесть вхо- встречно паралл л н

Дов Рас редееи мпУьсов блока фазо- стора О,ин Об импульсного Управления соединены с чен к третьему соответствующими шестью выходами первого блОка Распределения импульсов для начен Для подклю

30 формироВаниЯ выхоДных частот, Равных тающ й/За частоты питающей сети т,,c (где Tn = тиристорами подключен к

ЛЛ,...), в оДы включениЯ частот 1/Зт 1„,, ныМ упра оторого подключены к соответствующим llynbcHol управления

Выходам блока задания частоты и направ- Входы ко орОсО

РВЩениЯ вхоД РВГУЛИРОВаниЯ бло- но к выходам блока ynpaeneHHQ час ка фаэоимпульсного Управления питающей сети и Bblxo+3M еТоро одключен к выходу блока регулирования, распределениЯ импул первый вход которого соединен с выходом 40 ния частот 1/2 ° „, „„, бл к э Д "" первого блока РаспРеДелениЯ подключен к Входам у ьсов, а второй вход - с выходом бло- пределения импульсов б дат и а напряжени с ф льтрами пер- на частоте питающей сети вых гар онических составляющих и выпря eïåì, синхРОнизирующий Выход блОка 45 ным фаэоимпульсно о управления сопряже

Деления импульсов пределения импульсов, седьмой Выход коTopofo соединен с переключающим входом временной задержки, другой вход связаны чеpеэ блок пр а ия

ДЛЯ ПодклЮчвни т ф обраэователем частоты, выход блока временной задержки подключен к рования подкл б о ирующему входу блока фазоимпульс- 55 рого бло а ра предел

5 ю ° мТ AIR%@Ill

- g) a5lllc ii ьМ!!И В з ° / /

Ш иф иф

ФЛ

1И

IB

IB

2001492

ФЬг Х

200149.

8nrprt

Редактор Л. Волкова

Заказ 3131

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35. Раущская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул.Гагарина, 101 кв, иу ил

Составитель Ю. Завадский Фиа 7

Техред М. Моргентал Корректор С. Юско