УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ Российский патент 1995 года по МПК H02P7/42 

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

Известно устройство для управления электроприводом, содержащее непосредственный преобразователь частоты, выполненный на мостовой схеме и 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 устройства являются сложность его электрической схемы и конструкции в целом, высокие массогабаритные показатели, значительная стоимость.

Наиболее близким техническим решением к изобретению 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, причем выходы каждого тиристорного моста закорочены и образуют выходные зажимы преобразователя частоты, с которыми связаны входы блока датчика напряжения с фильтрами первых гармонических составляющих и выпрямителем, управляющие входы 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 блока формирования выходных частот, равных f_п.c/3m, где f_п.с. частота питающей сети; m один из членов натурального ряда 1,2, вход регулирования связан с выходом блока регулирования, один из входов которого подключен к блоку датчика напряжения с фильтрами первых гармонических составляющих и выпрямителем, синхронизирующий выход блока фазоимпульсного управления соединен с входом синхронизации блока формирования выходных частот, равных (1/3 m) ˙f_п.с., седьмой 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 [2] Такое устройство позволяет ступенчато изменять частоту, при этом верхнее значение выходной частоты f_вых. не превышает 1/3 величины частоты питающей сети f_п.с.

Основным недостатком этого устройства является невозможность формирования выходных частот с величинами выше значения (1/3)f_п.с, что сужает диапазон скоростей электропривода и приводит к значительным броскам тока и скорости, в том числе при переключении электропривода на трехфазную питающую сеть промышленной частоты.

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

Цель достигается тем, что в 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, причем выходы каждого тиристорного моста закорочены и образуют выходные зажимы преобразователя частоты, с которыми связаны входы блока датчика напряжения с фильтрами первых гармонических составляющих и выпрямителем, управляющие входы преобразователя частоты связаны с управляющими выходами блока фазоимпульсного управления, вход синхронизации которого подключен к одному из выходов переменного тока блока питания, предназначенного для подключения к трем фазам питающей сети, а шесть входов распределения импульсов блока фазоимпульсного управления соединены с соответствующими шестью выходами блока формирования выходных частот, равных (1/3 m)˙ f_п.с, вход регулирования блока фазоимпульсного управления подключен к выходу блока регулирования, первый вход которого соединен с выходом задания первого блока распределения импульсов, а второй вход соединен с выходом блока датчика напряжения с фильтрами первых гармонических составляющих и выпрямителем, синхронизирующий выход блока фазоимпульсного управления сопряжен с входом синхронизации блока формирования выходных частот, 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 управления, вход защиты которого соединен с выходом блока контроля тока, связанного с преобразователем частоты, введены блок задания частот, равных соответственно f_п.с/3m, (2/3)f_п.с и f_п.с, тиристорный переключатель, блок формирования выходной частоты, равной (2/3)f_п.с, блок управления на частоте питающей сети, при этом блок фазоимпульсного управления снабжен дополнительными входами по числу соответствующих выходов блока формирования выходной частоты, равной (2/3)f_п.с, дополнительными входами по числу выходов блока управления на частоте питающей сети и четырьмя дополнительными управляющими выходами, 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 подключены к дополнительным управляющим выходам блока фазоимпульсного управления, дополнительные входы которого подключены соответственно к выходам блока управления на частоте питающей сети и выходам блока формирования выходной частоты, равной (2/3)f_п.с., выходы задания частот, равных f_п.с/3m, (2/3)f_п.с и f_п.с, блока задания частот подключены соответственно к входам блоков формирования выходных частот и блока управления на частоте питающей сети, вход синхронизации блока формирования выходной частоты равной (2/3)f_п.с подключен к выходу синхронизации блока фазоимпульсного 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 подключен к выходу задания блока формирования выходной частоты, равной (2/3)f_п.с, седьмой выход которого соединен с переключающим входом блока временной задержки, где m число, соответствующее натуральному ряду; f_п.с частота питающей сети.

На фиг.1 и 2 представлена функциональная схема устройства для управления электроприводом; на фиг.3 показан вариант выполнения блока задания частот; на фиг. 4 вариант выполнения блока формирования выходной частоты, равной (2/3)f_п.с; на фиг.5 вариант выполнения блока управления на частоте питающей сети; на фиг.6 вариант выполнения дополнительных входов и выходов субблока связи; на фиг.7 и 8 даны временные диаграммы работы устройства.

Устройство для управления электроприводом содержит преобразователь 1 частоты (фиг.2), выполненный в виде трех силовых однофазных мостов на тиристорах 1₁, 1₁I 1₂, 1₂I 1₃, 1₃I 1₄, 1₄I 1₅, 1₅I 1₆, 1₆I причем входы всех мостов объединены и предназначены для подключения к двум фазам А, В трехфазной питающей сети u_п.с, выходы каждого тиристорного моста закорочены и образуют выходные зажимы А1, В1, С1 преобразователя частоты. Тиристорный переключатель 2 выполнен на двух встречно-параллельно включенных тиристорах 2 и2 один общий вывод которых подключен к третьему выходному зажиму С1 преобразователя 1 частоты, другой предназначен для подключения к третьей фазе С питающей сети u_п.с. Устройство содержит также блок 3 задания частот (фиг.1), равных соответственно f_п.с/3m, (2/3)f_п.с и f_п.с, блок 4 контроля тока, блок 5 временной задержки, блок 6 регулирования, один из входов которого подключен к выходу датчика 7 напряжения с фильтрами первых гармонических составляющих и выпрямителем, входами соединенного с выходом преобразователя 1 частоты. Блок 8 формирования выходных частот, равных f_п.с/3m, шестью входами подключен к соответствующим выходам блока 3, а выходом задания к первому входу блока 6 регулирования. Блок 9 формирования выходной частоты, равной (2/3) f_п.с, шестью входами подключен к соответствующим выходам блока 3, а выходом задания к первому входу блока 6. Седьмые выходы блоков 8, 9 соединены с переключающим входом блока 5 временной задержки. Блок 10 управления на частоте питающей сети входами подключен к соответствующим выходам блока 3, а входами синхронизации к выходам переменного тока блока 11 питания, предназначенного для подключения к фазам А, В, С питающей сети u_п.с.

Блок 12 фазоимпульсного управления снабжен посредством субблока 12^Iсвязи дополнительными входами распределения импульсов по числу соответствующих выходов блока 9 и блока 10 и четырьмя дополнительными управляющими выходами. При этом входом синхронизации блок 12 подключен к одному из выходов переменного тока блока 11 питания, входом регулирования к выходу блока 6 регулирования, блокирующим входом к выходу блока 5, а входом защиты к выходу блока 4 контроля тока, входами связанного с преобразователем 1 частоты. Входы распределения импульсов блока 12 соединены с соответствующими выходами первого и второго блоков 8 и 9 формирования выходных частот, а посредством субблока 12^I с выходами блока 10. Выход синхронизации U_с блока 12 подключен к соответствующим синхронизирующим входам блоков 8, 9, управляющие выходы блока 12 связаны с соответствующими входами преобразователя 1 частоты, а управляющие выходы субблока 12^I связи с входами управления тиристорами 2, 2 тиристорного переключателя 2. Выход преобразователя 1 частоты через датчик 13 проводимости связан с одним из входов блока 5.

Устройство для управления электроприводом работает следующим образом.

Управление тиристорами 1₁, 1₁I 1₂, 1₂I 1₃, 1₃I 1₄, 1₄I 1₅, 1₅I 1₆, 1₆I преобразователя 1 частоты (фиг.2) осуществляется импульсами тока, формируемыми выходными каскадами блока 12 фазоимпульсного управления (временные диаграммы фиг.7 и 8). При переключении электропривода на частоту питающей сети с помощью тиристорного переключателя 2 питание производится от трех фаз питающей сети А, В, С через тиристоры 1₄, 1₁I, 1₃, 1₆I 2, 2 (вперед) или тиристоры 1₄I, 1₁, 1₃I 1₆, 2, 2 (назад). Управление тиристорами 2 и 2 осуществляется импульсами тока, формируемыми дополнительными управляющими выходами блока 12 фазоимпульсного управления.

Выходная частота преобразователя 1 и направление вращения электропривода выбираются с помощью блока 3 задания частоты, на выходах которого имеет место сигнал включения необходимой частоты. Первый сигнал поступает на вход соответствующего блока 8, 9 распределения импульсов или на вход блока 10 управления на частоте питающей сети.

Датчик 13 проводимости используется для контроля обесточенного 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 напряжения на плечах преобразователя или по принципу контроля тока, протекающего через преобразователь. При этом используется датчик тока, имеющийся в электрической схеме устройства, с помощью которого также осуществляется защита при коротких замыканиях и перегрузках, токоограничение. Блок 5 временной задержки формирует временной интервал (до 1 мс) непосредственно по окончании тока в преобразователе 1 и осуществляет временную задержку на разрешение переключения фаз нагрузки, что необходимо на время восстановления запертого состояния тиристоров преобразователя 1 частоты.

Блок 6 регулирования служит для поддержания заданных величин первых гармонических выходных напряжений во всех режимах двигателя, включая режимы пуска. На первый вход блока 6 регулирования подается сигнал задания u₃, а с одного из выходов блока 8 или 9 величина сигнала задания u₃ определяет величины первых гармонических выходных напряжений преобразователя 1 частоты.

Обратная связь по первым гармоническим составляющим выходных напряжений преобразователя 1 осуществляется с использованием блока 7 датчика напряжения, оборудованного фильтрами первых гармонических составляющих и выпрямителем, выход которого связан с вторым входом блока 6 регулирования. Сигналы на включение каждой частоты в блоке 3 формируются на выходах этого блока, соответствующих частотам f_п.с/3m, (2/3)f_п.с и f_п.с, с помощью включения соответствующего герконного реле (фиг.3). Для обеспечения реверса блок 3 задания частот снабжен выходом реверса, а блоки 8, 9 соответственно входами реверса, сигнал на реверсирование электропривода формируется подачей сигнала одновременно на соответствующие входы блоков 8, 9, 10. Блок 3 имеет n выходов для подачи сигналов на включение частот, формируемых по закону f_вых. (1/3m)f_п.с, где m один из членов натурального ряда 1,2,3, f_вых. выходная частота преобразователя 1; f_п.с частота питающей сети. При этом верхнее значение частоты, которое может быть получено по этому закону, равно f_вых. (1/3)f_п.с.

В исходном состоянии, при обесточенных катушках всех реле, собрана цепочка из размыкающих контактов: f_п.с, (2/3) ˙f_п.с, (1/3)˙f_п.с.(1/3 m)˙f_п.с и на выходе блока 3 имеет место сигнал на включение наименьшей частоты f_вых. (1/3 m)˙f_п.с. Очевидно при такой схеме блока 3 необходимое число реле на единицу меньше общего числа частот, формируемых устройством. Катушки всех реле питаются от источника оперативного напряжения U_опер., что обеспечивает гальваническую развязку внутренних цепей устройства от цепей оперативного управления.

Вход синхронизирующих импульсов u_с с блока 9 связан с соответствующим выходом блока 12. Входы Вкл. (2/3) f_п.с. и u_рев. связаны с соответствующими выходами блока 3. Выходы блока 9, на которых имеют место сигнал задания U_з и сигнал запуска временной задержки U_в.з., связаны с соответствующими входами блоков 6 и 5. Выходы , , , , , , на которых имеют место разрешающие сигналы на включение тиристоров 1₁, 1₁I 1₂, 1₂I 1₃, 1₃I 1₄, 1₄I 1₅, 1₅I 1₆, 1₆I связаны с блоком 12.

При работе блока 12 фазоимпульсного управления совместно с блоком 9 производится управление преобразователем 1 частоты по алгоритму, соответствующему выходной частоте (2/3)f_п.с.

Входы синхронизации блока 10 связаны с трехфазной системой сетевых напряжений через блок 11 питания. Входы Вкл. f_п.с и U_рев. связаны с соответствующими выходами блока 3. Система фазоимпульсного управления этого блока формирует и распределяет управляющие импульсы по каналам управления тиристорами, обеспечивая заданный алгоритм управления преобразователем 1 частоты при направлении вращения привода вперед и назад. Временные диаграммы работы узлов устройства для этого случая показаны на фиг.8. Следует отметить, что в этом случае работают восемь тиристоров преобразователя 1 частоты и два тиристора тиристорного переключателя 2, при вращении привода вперед работают тиристоры 1₁I 2, 1₃, 1₄, 2, 1₆I, при вращении назад 1₁, 2, 1₃I, 1₄I 2, 1₆. Выходы блока 10 , '|, , '|, , '|, , '| и подключены к соответствующим входам субблока 12' входящего в состав блока 12 как дополнительный элемент, имеющий узлы связи с выходными каскадами управления тиристорами.

Субблок 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.2), т.е. для тиристоров 2 и 2.

Предлагаемое устройство для управления электроприводом имеет существенные преимущества по сравнению с прототипом. Осуществление предложения позволяет расширить функциональные возможности путем изменения ступеней частоты и скорости электропривода в сторону увеличения, вводя частоты f_вых. (2/3)f_п.с. а также производить переключение асинхронного электропривода на питание от трехфазной сети промышленной частоты f_п.с без 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 работы. Кроме того, увеличение числа выходных частот и скоростей электропривода 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.

Использование: в асинхронных электроприводах грузоподъемных механизмов. Сущность: устройство для управления электроприводом содержит преобразователь частоты, блок фазоимпульсного управления, блок управления на частоте питающей сети, блок регулирования, датчик проводимости, блок контроля тока, блок задания частоты, тиристорный переключатель, блок временной задержки, блок датчика напряжения с фильтрами первых гармонических составляющих и выпрямителем, блоки формирования выходных частот, равных соответственно (1/3m)·f_п.с и (2/3)·f_п.с, где m - один из членов натурального ряда 1, 2, 3, 4, . .., а f_п.с - частота питающей сети. Данное устройство позволяет снизить броски тока и скорости электропривода при разгоне до номинальной скорости и при торможении. 8 ил.

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 трехфазной питающей сети, выходы каждого тиристорного моста закорочены и образуют выходные зажимы преобразователя частоты, с которыми связаны входы блока датчика напряжения с фильтрами первых гармонических составляющих и выпрямителем, управляющие входы преобразователя частоты связаны с управляющими выходами блока фазоимпульсного управления, вход синхронизации которого подключен к одному из выходов переменного тока блока питания, предназначенного для подключения к трем фазам питающей сети, а шесть входов распределителя импульсов блока фазоимпульсного управления соединены с соответствующими шестью выходами блока формирования выходных частот, равных f_п.с / 3m (f_п.с частота питающей сети, m число натурального ряда), вход регулирования блока фазоимпульсного управления подключен к выходу блока регулирования, первый вход которого соединен с выходом задания блока формирования выходных частот, равных f_п.с/3m, а второй вход с выходом блока датчика напряжения с фильтрами первых гармонических составляющих и выпрямителем, синхронизирующий выход блока фазоимпульсного управления сопряжен с входом синхронизации блока формирования выходных частот, седьмой 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, отличающееся тем, что в него введены блок задания частоты с выходами задания частот, равных соответственно , тиристорный переключатель, блок формирования выходной частоты, равной , блок управления на частоте питающей сети, блок фазоимпульсного управления снабжен дополнительными входами по числу выходов блока формирования выходной частоты, равной , дополнительными входами по числу выходов блока управления на частоте питающей сети и четырьмя дополнительными управляющими выходами, 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 подключены к дополнительным управляющим выходам блока фазоимпульсного управления, дополнительные входы которого подключены соответственно к выходам блока управления на частоте питающей сети и выходам блока формирования выходной частоты, равной , выходы задания частот, равных , блока задания частоты подключены соответственно к выходам блока формирования выходных частот и блока управления на частоте питающей сети, вход синхронизации блока формирования выходной частоты, равной , подключен к выходу синхронизации блока фазоимпульсного управления, а три входа синхронизации блока управления на частоте питающей сети связаны через блок питания с зажимами для подключения к питающей сети, причем первый вход блока регулирования подключен к выходу задания блока формирования выходной частоты, равной , седьмой выход которого соединен с переключающим входом блока временной задержки.