СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 1998 года по МПК H02P5/41 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в регулируемых асинхронных электроприводах с частотным управлением, находящих применение в различных отраслях промышленности, в грузоподъемных устройствах, крановом оборудовании, транспортных на угольных шахтах и т.д.

Известен способ регулирования частоты вращения асинхронного двигателя (АД) с помощью преобразователя частоты (ПЧ) [1], характеризующийся постоянным магнитным потоком при постоянной частоте вращения ротора и обеспечивающий близкие к оптимальным условиям работы АД во всем диапазоне регулирования частоты вращения при постоянном моменте нагрузки.

Недостатком этого способа является высокая величина тока холостого хода АД.

Известен способ регулирования частоты вращения АД с помощью ПЧ [2], характеризующийся жесткой связью частоты и напряжения питания АД с поддержанием постоянным абсолютного скольжения.

Недостатком данного способа является высокая величина тока холостого хода АД.

Известен способ регулирования частоты вращения АД с помощью ПЧ [3], характеризующийся жесткой связью между частотой и напряжением питания АД посредством введения в канал регулирования напряжения (РН) функционального преобразователя (ФП), реализующего требуемый закон изменения напряжения на статоре АД в функции частоты вращения.

Недостатком этого способа является высокий ток холостого хода и, как следствие, потери электроэнергии при работе АД в режимах без нагрузки.

В основу изобретения положена задача создать такой способ регулирования частоты вращения АД, который обеспечивая снижение величины тока холостого хода АД в режиме работы без нагрузки.

Решение технической задачи достигается тем, что в способе регулирования частоты вращения асинхронного двигателя с помощью преобразователя частоты, при котором регулируют напряжение питания асинхронного двигателя в соответствии с требуемым законом изменения напряжения питания в функции частоты, устанавливаемым функциональным преобразователем, введенным в канал регулирования напряжения, предварительно снимают характеристику изменения тока холостого хода асинхронного двигателя, управляемого от преобразователя частоты на холостом ходу, затем в функциональном преобразователе настраивают начальную точку характеристики на достижение минимального тока статора на холостом ходу, а коэффициент усиления каната регулирования напряжения выбирают в соответствии с требуемой жесткостью нагрузочной характеристики электропривода.

Отличительной особенностью данного способа является снятие характеристик изменения тока холостого хода асинхронного двигателя, управляемого с помощью преобразователя частоты, настройка характеристики функционального преобразователя на достижение минимального тока статора на холостом ходу и выбор коэффициента усиления канала регулирования напряжения в соответствии с требуемой жесткостью нагрузочной характеристики электропривода.

На фиг. 1 изображены кривые зависимостей тока статора (его среднеквадратичное значение) от частоты вращения при различных режимах работы АД; на фиг. 2 изображена характеристика работы ФП: ось абсцис - сигнал U_yα ; ось ординат - сигнал U_sα.

В основе предлагаемого способа лежит явление снижения тока статора асинхронного двигателя на холостом ходу, за счет уменьшения напряжения питания в канале регулирования напряжения, при работе асинхронного двигателя в системе с преобразователем частоты с обратной связью по частоте вращения в канале регулирования напряжения.

На фиг. 1 представлены зависимости изменения тока статора J_s при работе на естественной механической характеристике за счет изменения нагрузки на валу АД (Кривая I) и зависимость изменения тока статора при изменении сигнала задания по частоте вращения при работе АД на холостом ходу (Кривая 2) (имеется в виду среднеквадратичное значение тока). При сбросе нагрузки, например с номинального значения до нуля при постоянном значении сигнала задания увеличивается частота вращения и, следовательно, уменьшается сигнал ошибки U_yα, подаваемый на входы регулятора частоты (РН) и ФП. ФП имеет характеристику, показанную на фиг. 2. Точка Г на фиг. 2 соответствует такой выходной величине сигнала U_3γ ФП, при которой напряжение, подаваемое на АД, заводит последний в режим работы, соответствующий т. Б. на фиг. 1 с пониженной величиной тока холостого хода. Это происходит за счет уменьшения напряжения в канале регулирования напряжения (РН). Характер перехода из номинального режима в режим холостого хода зависит от величины коэффициента усиления канала РН. Коэффициент усиления выбирается в соответствии с необходимой жесткостью нагрузочной характеристики электропривода. На фиг. 1 представлены кривые перехода АД из номинального режима работы в режим холостого хода при двух значениях коэффициента усиления канала РН: К₁ и К₂ (кривая 3 - при К₁, кривая 4 - при К₂), причем К₂>К₁.

При набросе нагрузки (например, до номинального значения) при работе АД в режиме холостого хода, уменьшается частота вращения АД и за счет обратной связи, увеличивается сигнал ошибки U_yα, подаваемый на РН и ФП, ФП вырабатывает сигнал, соответствующий т. Д на фиг. 2, и подает его на РН. Напряжение на выходе РН увеличивается и АД заводится в номинальный режим работы.

Способ осуществляют следующим образом.

В электроприводе для данного конкретного АД на холостом ходу путем последовательного изменения сигнала задания U_sα снимают характеристику изменения тока статора от частоты вращения в пределах рабочих частот вращения АД (например, от нуля до номинального значения).

Для сигнала задания, соответствующего минимуму тока статора U_sαmin, производят настройку начальной точки характеристики ФП (точка Г на фиг. 2), при которой выходное напряжение канала РН заводит АД в режим с минимальным током.

Коэффициент усиления канала РН выбирают, исходя из согласования с величиной момента нагрузки на валу двигателя. Например, при номинальном моменте целесообразно выбрать коэффициент усиления, соответствующий работе двигателя на прямой 1 (фиг. 1).

Таким образом, использование предлагаемого способа регулирования частоты вращения АД с помощью ПУ позволяет снизить величину тока холостого хода АД примерно на 50%, по сравнению с неуправляемым АД, что приводит к существенной экономии электроэнергии при длительной работе АД в режиме без нагрузки.

Предлагаемый способ был опробован на цифровой математической модели электропривода.

Использование: изобретение может быть использовано в регулируемых асинхронных электроприводах с частотным управлением, находящих широкое применение в различных областях промышленности. Сущность: в способе регулирования частоты вращения асинхронного двигателя путем настройки функционального преобразователя на характеристику, исходя из потребления минимума тока статора на холостом ходу работы асинхронного двигателя, и установки коэффициента усиления канала регулирования напряжения в соответствии с требуемой жесткостью нагрузочной характеристики электропривода удается добиться снижения потребляемого двигателя тока в режиме работы без нагрузки и, следовательно, экономии электроэнергии. 2 ил.

Способ регулирования частоты вращения асинхронного двигателя с помощью преобразователя частоты, при котором регулируют напряжение питания асинхронного двигателя в соответствии с требуемым законом изменения напряжения асинхронного двигателя в функции частоты, устанавливаемым функциональным преобразователем, веденным в канал регулирования напряжения, отличающийся тем, что предварительно снимают характеристику изменения тока статора асинхронного двигателя, управляемого от преобразователя частоты, на холостом ходу работы, затем в функциональном преобразователе настраивают начальную точку характеристики на достижение минимального тока статора, а коэффициент усиления канала регулирования напряжения выбирают в соответствии с требуемой жесткостью нагрузочной характеристики электропривода.