СПОСОБ УРАВНОВЕШИВАНИЯ ВРАЩАЮЩЕГО МОМЕНТА ПРИВОДНОГО ДВИГАТЕЛЯ КРИВОШИПНО-ШАТУННОГО МЕХАНИЗМА Российский патент 2005 года по МПК H02P5/28 H02P7/63 B21B21/00 H02K7/04 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при управлении системами «преобразователь частоты с автономным инвертором напряжения - асинхронный двигатель» (ПЧ-АД), работающими на механизмы с циклической знакопеременной нагрузкой (штанговые глубинные насосы, механизмы с кривошипно-шатунными приводами и т.п.). Задачей изобретения является повышение надежности работы и снижение стоимости систем ПЧ-АД за счет изменения способа управления автономным инвертором.

Способ включает постоянный контроль скорости вращения, основанный на контроле напряжения в звене постоянного тока, формирование приращения заданной скорости в соответствии с реальным и максимально допустимым напряжением на конденсаторе, что исключает применение устройств рассеяния энергии и выпрямителей, обеспечивающих режим рекуперации.

Известен способ уравновешивания вращающего момента в кривошипно-шатунном приводе, содержащий использование быстродействующего вычислителя для определения момента инерции противовеса, создающего на приводном валу кривошипа уравновешивающий момент, учитывающий частоту вращения кривошипа и противовеса и обеспечивающий противофазность моментов двигателя и нагрузки, характеризующийся тем, что исходную частоту вращения приводного вала электродвигателя устанавливают равной частоте вращения кривошипа, определенной с учетом кинематических размеров перемещаемых масс и внешних нагрузок (Россия, пат. 2054339, МКИ 6 В 21 В 21/00, 35/06, 1996). Чтобы создать уравновешивание вращающего момента, которое надежно и с малыми конструктивными затратами предотвращает генераторный режим двигателя, в качестве заданной характеристики частоты вращения задают характеристику частоты вращения кривошипно-шатунного механизма, определенную из кинематических размеров перемещаемых масс, а также внешних нагрузок.

Основным недостатком такого способа является необходимость расчета параметров кинематической схемы механизма. В случае изменения параметров нагрузки заданную характеристику частоты вращения следует корректировать. Кроме того, при расчете не всегда возможно оценить все параметры нагрузки и учесть их в расчетах. Таким образом, не исключается вероятность перехода электропривода в генераторный режим, что для некоторых приводов, например для систем ПЧ-АД без устройств рассеяния энергии, является аварийным режимом.

Задача изобретения состоит в том, чтобы в электроприводе кривошипно-шатунного механизма исключить условия перехода двигателя в генераторный режим и за счет этого снизить стоимость и повысить надежность его работы.

Поставленная задача решается тем, что в известном устройстве в качестве приводного двигателя используют асинхронный двигатель с питанием от преобразователя частоты с промежуточным звеном постоянного тока и автономным инвертором напряжения, причем в звене постоянного тока непрерывно контролируют напряжение и в функции отклонения этого напряжения от максимально допустимого корректируют задание на скорость двигателя. Так, при изменении знака момента нагрузки, когда возникают условия возврата энергии в звено постоянного тока (режим рекуперации энергии двигателя), начинают увеличивать скорость двигателя (если это допустимо для данного механизма). В результате двигатель искусственно выводится из режима рекуперации. Когда в силу цикличности нагрузки условия для рекуперации исчезают, скорость двигателя возвращают к заранее заданной. Способ может быть реализован при условии цикличности нагрузки и отсутствии высоких требований к точности поддержания заданной скорости.

Способ поясняется чертежом, где изображена функциональная схема реализации изобретения.

Схема содержит следующие элементы: звено постоянного тока, выполненное на основе неуправляемого выпрямителя 1, конденсаторный фильтр 2, автономный инвертор напряжения 3, система управления автономным инвертором 4, разомкнутая скалярная система регулирования скорости двигателя 5, датчик напряжения на конденсаторе в звене постоянного тока 6, система регулирования напряжения на конденсаторе 7.

Способ реализуется следующим образом.

При работе асинхронной машины в двигательном режиме, когда момент механической нагрузки имеет тормозной характер, электрическая энергия передается из сети через звено постоянного тока 1, реализованное на основе неуправляемого выпрямителя, конденсаторный фильтр 2 и инвертор 3 к асинхронному двигателю. В этом случае напряжение на конденсаторе в фильтре определяется выходным напряжением звена постоянного тока. Инвертор формирует выходное напряжение с заданными параметрами на основании сигналов системы управления инвертором 4, которая в свою очередь получает задание на требуемое напряжение от разомкнутой системы регулирования скорости 5. Когда момент нагрузки изменяет свой знак (принимает движущий характер), двигатель переходит в тормозной режим с рекуперацией, возвращая энергию через инвертор в цепь постоянного тока. При этом в силу того, что звено постоянного тока 1 не имеет возможности рекуперации, энергия накапливается в фильтре 2, что приводит к росту напряжения на конденсаторе. Значение напряжения на конденсаторе Ud_изм измеряется датчиком 6 и передается в систему регулирования напряжения 7. В системе 7 измеренное значение сравнивается с максимально допустимым Ud_max, полученная разность обрабатывается по пропорционально-интегральному закону и формируется сигнал приращения скорости Δω, поступающий на систему 5. При этом двигатель начинает выходить из тормозного режима, что приводит к снижению напряжения на конденсаторе. Когда момент механической нагрузки восстанавливает свой знак (снова принимает тормозной характер), система регулирования напряжения 7 размыкается, а система регулирования скорости 5 отрабатывает установленную скорость ω_уст.

Технический результат, достигаемый от реализации способа по изобретению, состоит в снижении стоимости преобразователя, эксплуатационных расходов и повышении надежности работы электропривода в целом за счет исключения режима рекуперации энергии двигателем и отказа от применения устройств рассеяния энергии в цепи постоянного тока, а также выпрямителей, реализующих режим рекуперации энергии в питающую сеть.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при управлении системами «преобразователь частоты с автономным инвертором напряжения - асинхронный двигатель» (ПЧ-АД), работающими на механизмы с циклической знакопеременной нагрузкой (штанговые глубинные насосы, механизмы с кривошипно-шатунными приводами и т.п.). Техническим результатом является снижение стоимости, эксплуатационных расходов и повышение надежности работы. Способ уравновешивания вращающего момента приводного двигателя кривошипно-шатунного механизма предусматривает автоматическую коррекцию скорости двигателя в функции отклонения напряжения в звене постоянного тока от максимально допустимого, что исключает применение устройств рассечения энергии и выпрямителей, обеспечивающих режим рекуперации. 1 ил.

Способ уравновешивания вращающего момента приводного двигателя кривошипно-шатунного механизма, отличающийся тем, что для питания приводного двигателя используют преобразователь частоты на основе автономного инвертора напряжения со звеном постоянного тока, причем инвертор формирует напряжение с заданными параметрами на основании сигналов системы управления напряжением инвертора, которая получает задание на требуемое напряжение от разомкнутой системы регулирования скорости, при этом измеряют значение напряжения в звене постоянного тока, передают его в систему управления напряжением инвертора, после чего сравнивают с максимально допустимым значением, полученную разность этих напряжений обрабатывают по пропорционально-интегральному закону и при возникновении движущего момента нагрузки формируют сигнал приращения скорости, который передают в систему управления скоростью приводного двигателя, а при возникновении тормозного момента нагрузки систему регулирования напряжения размыкают и отрабатывают скорость, установленную системой регулирования скорости.