Частотно-регулируемый электропривод Советский патент 1986 года по МПК H02P7/42 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к частотно-управляемым электроприводам, и может быть использовано в различных отраслях промышленности: химической, горно-добывающей, металлургической и других.

Цель изобретения - повыюение точности стабилизации частоты при колебаниях напряжения сети.

На фиг. 1 представлена функциональная схема частотно-регулируемого электропривода; на фиг. 2 - принципиальная схема блока ограничения; на фиг. 3 - принципиальная схема узла двухзонного регулирования и сумматора; на фиг. 4 - схема замещения главной цепи электропривода.

Частотно-регулируемый электропривод со- держит асинхронный двигатель 1 (фиг. 1), обмотки которого подключены к выходам формирователя 2 статорного тока, снабженного первым и вторым управляющими входами 3 и 4 соответственно, и клеммами 5 для подключения питающей сети. Датчик б частоты и датчик 7 ЭДС связаны с асинхронным двигателе.м 1. Частотно-регулируемый электропривод содержит, кроме того, узел 8 заданий управляющих сигналов с первы.м и вторым выходами 9 и 10 соответственно, регулятор 11 частоты, подключенный управляющим входом к первому выходу 9 узла заданий управляющих , входом обратной связи -- к выходу датчика 6 частоты, а выходом - к первому управляющему входу 3 формирователя 2 статорного тока, узел 12 двухзонного регулирования, подключенный входом обратной связи к выходу датчика 7 ЭДС, а выходом - к одному из входов сумматора 13, другой вход которого соединен с вторым выходом 10 узла 8 заданий управляющих сигналов, выход сумматора 13 подключен к второму управляющему входу 4 формирователя 2 статорного 1 ока.

В частотно-регулируемый электропривод введены последовательно соединенные датчик 14 напряжения, фильтр 15 и блок 16 ограничения, а узел 8 заданий управляющих сигналов снабжен дополнительным выходом 17, подключенным к другому входу блока 16 ограничения, при этом входы датчика 14 напряжения подключены к клеммам 5 для подключения питающей сети, а выход блока 16 ограничения соединен с управляющим входом узла 12 двухзонного регулирования. Датчик 14 напряжения снабжен трехфазным трансформатором 18 и выпрямителем 19. Блрок 16 ограничения содержит П1)опорциональный усилитель 20 (фиг. 2), параллельно которому подключен транзистор 21.

Узел 12 двухзонного регулирования с сумматором 13 снабжен регулятором 22 напряжения (фиг. 3), параллельно которому подключены звенья максимального и минималь

0

ного ограничении выходного напря- регулятора, выполненные, соответственно, на компараторе 23, диоде 24 и компараго)е 25, диоде 26, неременном резисторе 27, при этом входы регулятора 22 напряжения образуют входы узла 12 двухзонного pei-улирования, выход регулятора 22 напряжения образует выход сумматора 13, а вход компаратора 23 образует один из входов сумматора 13.

На схеме замещения главной цени электропривода (фиг. 4), формирователь статорного тока выполнен на основе преобразователя частоты с про.межуточным звеном постоянного тока, приняты следующие обозначения: са - ЭДС управляемого выпрямителя; Си - ЭДС инвертора; i,i, i,,, ic - токи, соответственно, на выходе выпрямителя, входе инвертора и через е.мкостной (|)ильтр; La, г,, С - параметры схемы замещения, соответственно, эквивалентные индуктивность и активное сопротивление главной цепи электропривода, емкость силового фильтра.

Частотно-регулируемый электропривод работает следующим образом.

С выхода 10 уз;1а 8 заданий управляющих сигналов на один из входов суммато- 5 ра 13 поступает сигнал задания /.fa намагни- чиваюп1ей составляюп1ей статорного тока асинхронного двигателя 1, величина которого соответствует номина-льному магнитному потокосцеплению .С выхода 9 узла 8 заданий управляющих сигна.чов на управляющий вход регулятора 11 частоты поступает сигнал задания частоты oj, а с выхода 17 на один из входов блока 16 ограничения поступает сигнал задания номинального значения ЭДС Е

к Ь „,(1)

где Un- номинальное напряжение сети.

Регулятор 11 частоты, па входах которого сравниваются сигнал задания ы и фактического значения wj. частоты асинхронного двигателя 1, поступающий с выхода датчика 6 частоты, формирует на своем выходе сиг нал г задания активной составляющей статорного тока асинхронного двигателя 1. При этом под намагничивающей /ц и активной г„ составляющими статорного тока следует принимать проекции обобщенного вектора статорного тока двигателя на ортогональные оси системы координат, связанной вещественной осью ).г с обобщен- ны.м вектором потокосцепления двигателя.

Рассмотрим работу частотно-регулируемого электропривода при напряжении сети, равном номинальному значению Уд.На входе блока 16 ограничения поступает с выхода датчика 14 напряжения через фильтр 15 сигнал , а с выхода 17 узла 8 заданий управляющих сигналов - сигнал л задания номинальной ЭДС двигателя. Блок 16 ограничения формирует на своем выходе сигнал Ь - задания ЭДС, пропорциональный номипальному значению (Ун.Лри этом при ра0

0

5

0

5

боте электропривода с выходными частотами О);, ниже номинального значения я)н, сигнал Е датчика 7 ЭДС, равен

Е-щ-1,(2)

где - потокосцепление двигателя, и не про вышает номинального значения ЭДС ЕЯ, т. е.

а)яЬ- (3)

Таким образом, в первой зоне работы для частот со ;юн выходной сигнал Аг узла 12 двухзонного регулирования равен нулю, на вход 4 формирователя 2 статор- ного тока с выхода сумматора 13 поступает сигнал задания i - номинальной нама:-- ничивающей составляющей статорного тока двигателя. В соответствии с указанным сигналом намагничиваюнлей составляющей тока и сигналом задания / активной составляющей статорного тока, поступающим с выхода регулятора 1 1 частоты, с помощью формирователя 2 статорного тока в двигателе 1 создаются номинальное потокосцеи- ление р„ и активная составляющая статор- ная тока ia, а значит создается электромагнитный момент, равный и направ- лен)ый на сведение к нулю ошибки между заданным соу и фактическим ш. значениями частоты.

Во второй зоне работы для частот выше номинального значения аз.(0н, на входе узла 12 двухзонпого регулирования нарун а- ется неравенство (3) вследствие появившегося рассогласования - . При это.м на его выходе формируется сигнал Дг л, уменьшается выходной сигнал сумматора 13, уменьнтется намагничивающая сос- тавляюнхая, а значит и потокосцепление ) двигателя 1 до величины, при которой ноддерживается выно чнение равенства

/:(ViJ-(4)

Следовательно, во второй зоне работы в электроприводе осуществляется работа асинхронного двигателя 1 при постоянстве ЭДС Е, равной нo п нaльнoмy значению н При этом потокосце 1ления изменяется обратно- пропорционально выходной частоте, т. е.

Jf- М

он (5)

Рассмотрим работу частотно-регулируемого электропривода при напряжении сети ниже номинального значения Vc.Un (для преобразовательных устройств согласно стандарта СЭВ допускается просадка напряжения питающей сети до 0,85 (Ун). В этом случае уменьн1ается пропорционально напряжению сети выходной сигнал датчика 14 напряжения, поступающий через фильтр 15 на вход блока 16 ограничения, вследствие чего на выходе блока 16 ограничения формируется сигнал ff задания ЭДС, равный

(,«.(6)

где К.Ч №- - коэффициент, характеризуюЦ

щии относительное изменение напряжения сети (К-2. при уменьшении напряжения сети от номинального значения).

При этом первая зона работы электропривода (с номинальным значением пото- косцепления -фд осуществляется до уровня сигнала ЭДС f, заданного формулой (6), в диапазоне изменения частоты

10

COf ;

-KiE

Л 2СОн. (7)

5

Во второй зоне работы при частотах (2ti)H в электроприводе . осуществляется стабилизация ЭДС двигателя на новом уровне а потокосцепление двигателя из- 5 меняется в функции частоты по закону

(8)

Wf

Таким образом, несмотря на уменьшение пропорционально напряжению питающей

0 сети максимального значения ЭДС 0./ управляемого выпрямителя (фиг. 3) преобразователя частоты, содержащегося в составе формирователя 2 статорного тока, ocyniecT- вляется стабилизация ЭДС двигателя 1 за счет создания режима ослабления магнит- ного поля двигателя при частотах выще То есть, при уменьшении максимальной ЭДС ed выпрямителя (из-за снижения напряжения питающей сети) в устройстве изменяется (уменьшается пропорциональQ но) уставка ЭДС для второй зоны работы. При этом уменьшается максимальное значение противо-ЭДС инвертора , следовательно остается нензменной разница ,;-е,1, необходимая для создания рабочего тока /,/ в звене постоянного тока пре5 образователя, независимо от колебания напряжения питающей сети.

Рассмотрим работу частотно-регулируемого электропривода при напряжении сети выше номинального значення (для преобразовательных устройств сотасно станй дарту СЭВ допускается превышение напряжения сети до 1,1 UK . В этом случае, несмотря на пропорциональное увеличение выходного сигнала датчика 14 напряжения, поступающего через фильтр 15 на вход блока 16 ограничения, посредством транзистора 21 (фиг. 2) на выходе блока 16 ограничения поддерживается сигнал задания ЭДС , равный номинальному значению « ЭДС двигателя. Работа электропривода далее и математические соотношения аналогичны при0 веденным для случая работы при номинальном значении напряжения питаюш,ей сети работе электропривода во второй зоне (при постоянстве ЭДС двигателя) при снижении величины потокосцепления умень5 шается жесткость механической характеристики и перегрузочная способность по моменту двигателя. Для исключения чрезмерного ослабления магнитного потокосцепления двигателя (например, для ограничения потокосцепления на уровне 0,5ij5H) целесообразно включение в состав узла 12 двухзон- ного регулирования ограничителя максимального выходного сигнала Дг, выполняющего роль ограничителя минимального значения намагничивающей составляющей Гц статорно- го тока асинхронного двигателя 1. В первой зоне работы на входе регулятора 22 напряжения (фиг. 3) существует рассогласование А - , вследствие чего сигнал на его выходе является постоянным по величине и стабилизируется посредством звена максимального ограничения, выполненного на компараторе 23, диоде 24, на уровне . Во второй зоне работы при рассогласовании - выходной сигнал регулятора 22 напряжения изменяется в пределах г,;

Пр-и ;

этом минимальное

допустимое значение /J m/n намагничивающей составляющей статорного тока двигателя задается переменным резистором 27 и поддерживается равным заданному с помощью звена минимального ограничения, выполненного на компараторе 25 и диоде 26.

В частотно-регулируемом электроприводе обеспечивается повышение точности стабилизации частоты за счет устойчивого регулирования намагничивающей и активной составляющих статорного тока двигателя независимо от колебаний напряжения питаю- П1,ей сети, Что осуществляется путем автоматического изменения в функции величины напряжения питающей сети заданного значения уставки ЭДС для второй зоны работы двигателя. За счет указанного, «следящего за сетью, изменения уровня уставки ЭДС двигателя в зависимости от величины напряжения питающей сети регулируется максимальное значение противо-ЭДС инвертора так, что 1езависимо от изменения величины напряжения питающей сети, а значит и максимальной ЭДС выпрямителя, входящего в состав преобразователя частоты, удается устойчивое регулирование тока в главной цепи электропривода, а значит и рег улирование намагничивающей и активной составляющих статорного тока двигателя. Очевидно, в обеспечиваемых электроприводом двух зонах работы: при постоянном номинальном нотокосцеплении и постоян- ной ЭДС двигателя, независимо от колебаний напряжения питающей сети осуществляется режим стабилизации частоты на заданном уровне и ЭДС на уровне уставки, пропорциональной напряжению сети. В результате указанного управления достигается наилучщее использование (исходя из текущего значения напряжения сети) преобразователя частоты - по напряжению, а двигателя - но перегрузочной способности но

моменту. Достигается также устойчивая стабилизация частоты, момента и тока двигателя, так как выпря.митель преобразователя частоты находится в режиме стабилизации. Таким образом, введение в частотнорегулируемый электропривод датчика напряжения, фильтра и блока ограничения позволяет обеспечить более высокую точность стабилизации частоты (не хуже 0,5%) во всем рабочем диапазоне ее изменения при допустимых для промыщленных сетей колебаний питающего напряжения (от 0,85 до 1.10 от номинала) в сравнении с известным техническим |)ещением. Стабилизация частоты, а следовательно, момента, тока и скорости вращения асинхронного двигателя в конечном счете обеспечивает увеличение производительности рабочих механизмов (без увеличения установлен юй мощности электропривода) и улучщение качества продукции (например, химического волокна, прокатываемого металла и др.).

Формула изобретения

Частотно-регулируемы и электропривод,

содержащий асинхронный двигатель, обмотки которого подключены к выходам формирователя статорно1 о тока, снабже1 ного первым и вто)ым управляющим входа п- и клеммами для подключения питающей сети, датчик частоты и датчик ЭДС, связанные с

асинхронным двигателем, узел заданий уп- равлиюнаих сигналов с первым и вторым выходами, регулятор частоты, подключенный управляющим входом к первому выходу узла заданий управляющих сиг налов, входом обратной связи - к выходу датчика частоты, а выходо.м -- к первому управляющему входу формирователя статорного тока, узел днухзонного регулирования, подключенный входо.м обратной связи к выходу датчика ЭДС, а выходом - к одному из входов сумматора, другой ход KOTOpoi O соединен с вторым выходо.м узла заданий управляющих сигналов, при этом выход сум- .матора подключен к второму уирав.аяюще- му входу формирователя статорного тока, отличающийся те.м, что, с п.елыо повышения точности стабилизации частоты при колебаниях напряжения сети, в него введены последовательно соединенные датчик напряжения, фильтр и блок ограничения, а узел заданий унравляюнлих сигналов имеет дополнительный выход, подключенный к другому

входу блока ограничения, при этом входы датчика напряжения подключены к клеммам для нодключения питающей сети, а выход блока ограничения соединен с управляю цим входом узла двухзонного регулирования.

Фаг.2

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах механизмов. Цель изобретения - повышение точности стабилизации частоты при колебаниях напряжения сети. Электропривод содержит асинхронный двигатель (АД)1, формирователь 2 статорного тока, датчик 6 частоты, датчик ЭДС 7, узел 8 заданий управляющих сигналов, регулятор 1 частоты, узел 12 двухзонного регулирования, сумматор 13. Введение датчика 14 напряжения, фильтра 15 и блока 16 ограничения и снабжение узла 8 заданий управляющих сигналов дополнительным выходом 17 обеспечивает более высокую степень стабилизации частоты во всем диапазоне ее изменения. Стабилизация частоты, а следовательно, момента, тока и скорости вращения АД 1 обеспечивает увеличение производительности рабочих механизмов. 4 ил. & сл 75 П L I ) 4;ib О5 00 ю

Фиг.З

ФигМ