Устройство для задания темпа изменения частоты и напряжения частотного электропривода Советский патент 1986 года по МПК H02P7/42 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в автоматизированных электроприводах переменного тока.

Целью изобретения является упрощение и повышение надежности,устройства

На фиг. I представлена функциональная схема устройства для задания темпа изменения частоты и напряжения частотного электропривода; на фиг.2пример выполнения управляемых генераторов тока задатчика интенсивности; на фиг. 3 - временные диаграммы работы устройства.

.Устройство содержит {фиг. 1) последовательно соединенные управляемый выпрямитель 1, фильтр 2 и инвертор 3 напряжения, снабженный зажимами для подключения фазных обмоток электродвигателя 4, регулятор 5 напряжения, выход которого подключен к управляющему входу управляемого выпрямителя 1. Первый вход регулятора 5 напряжения связан с первым входом первого порогового элемента бис выходом датчика 7 напряжения, вход которого подключен к силовому входу инвертора 3 напряжения, а второй вход регулятора 5 напряжения связан со входом регулятора 8 частоты, вторым входом первого порогового элемента 6 и выходом задатчика 9 интенсивности, вход которого предназначен для подачи сигнала задания. Выход регулятора 8 частоты подключен к управляющему входу инвертора 3 напряжения. Всостав устройства также входят датчик 10 входного тока инвертора 3 напряжения, два диода 11 и 12, второй поро-говый элемент 13.

Задатчик 9 интенсивности вьшолнен .в виде двух диодов 16 и 17 и интегрирующего конденсатора 18. При этом вход второго порогового элемента 13 подключен к выходу датчика 10 входного тока инвертора 3 напряжения, а выход второго порогового элемента 13 через первый диод 11 подключен ко входу первого управляемого генератора 14 тока. Вход второго управляемого генератора 15 тока подключен через второй диод 12 к выходу первого порогового элемента 6. Выход первого .управляемого генератора 14 тока подключен к аноду первого диода 16 задатчика 9 интенсивности, катод которого образует вход задатчика интенсивности 9. Анод первого диода 16 задатчика

9 интенсивности подключен к аноду второго диода 17 задатчика 9 интенсивности, катод которого связан с выходом второго управляемого генератора

15 тока с одной обкладкой интегрирующего конденсатора 18 и образует выход задатчика 9 интенсивности. Вторая обкладка интегрирующего конденсатора 18 подключена к общей точке устройства.

На фиг. 2а :показан пример выполнения управляемого генератора 14 тока, собранного по схеме с общей базой на транзисторе 19 р-п-р типа и

трех резисторах 20-22. Переменным резистором 20 устанавливается требуемое значение выходного тока генератора. Управляемый генератор 15 собран по аналогичной схеме на транзисторе 23 типа и резисторах 24- 26 (фиг. 2б).

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии напряжение

задания . диоды 16 и 17 задатчика 9 интенсивности открыты. Выходное напряжение задатчика 9 интенсивности, равное в этом режиме разности падений напряжения на диодах 16 и

17, близко к нулю.

На выходе первого порогового устройства 6 присутствует напряжение положительной полярности, на выходе второго порогового устройства 13 напряжение отрицательной полярности. Амплитуда этих напряжений близка к значению напряжений питания, поэтому диоды 11 и 12 находятся в закрытом состоянии-и не оказывают влияния на

работу управляемых генераторов 14 и

15тока.

При подаче на вход задатчика 9 интенсивности скачка напряжения U з (момент времени t, на фиг. 3) диод

16задатчика интенсивности закрывается, диод 17 задатчика интенсивности остается в открытом состоянии,диоды 11 и 12 - в закрытом состоянии.t

Начинается заряд интегрирующего конденсатора 18. При этом выходное напряжение задатчика 9 интенсивности, равное напряжению на обкладках интегрирующего конденсатора 18, линейно нарастает в соответствии с выражением

(1)

и

вЫХ 9 где I I To.KH управляемых генераторов 14 и 15 то ка, равные соответст венно коллекторным т кам транзисторов 19 и 23 (Лиг. 2). 1 --I. ток заряда конденсат ра 18. Для нормальной работы задатчика интенсивности должно выполняться ус ловие I I Процесс увеличения выходного напряжения задатчика 9 интенсивности приводит к соответствующим изменени частоты и амплитуды выходного напря жения инвертора 3 и частотному запу ку асинхронного двигателя 4. Значение тока заряда 1 конденса тора 18 выбирается такой величины, чтобы темп изменения выходного напр жения задатчика 9 интенсивности при работе электропривода в режиме разг на был заведомо больгае предельно допустимого (обозначен штриховой линией на фиг. 3). Значение тока 1, выбирается, исходя из обеспечения пре дельно допустимого темпа изменения выходного напряжения задатчика интен сивности при работе электропривода в режимах торможения. В момент времени t входной ток инвертора 3 напряжения, измеряемый датчиком 10 тока, достигает значения тока отсечки. Пороговое устройство 13 переключается, и полярность напряжения на его выходе изменяется с отрицательной на положительную. Диод 11 открывается, что приводит к закры ванию транзистора 19 в управляемом генераторе 14 тока. При этом выходное напряжение задатчика 9 интенсивности, равное напряжению на интегрирующем конденсаторе 18, начинает уменьшаться в соответствии с выражением.х,и,,) 2) где и„ (t. ) - выходное напряжение 9 задатчика 9 интенсив ноет;: в момент време ни tj . Темп уменьшения напряжения U , как это следует из выражения (2), определяется значением тока I,, управляемого генератора 15 тока. Уменьшение выходного напряжения задатчика 9 интенсивности, сопровождается соответствующим уменьшением амплитуды и частоты выходного напря624жения инвертора 3. Скольжение двигателя 4 и входной ток инвертора 3 напряжения при этом также уменьшаются. В момент времени t. входной тока инвертора 3 напряжения уменьшается до значения, прикотором пороговое устройство 13 возвращается в исходное состояние. Диод П закрывается, блокировка с управляемого генератора 14 тока снимается и выходное напряжение задатчика 9 1нтенсивности вновь начинает линейно нарастать в соответствии с вырагением t, (3) вь,,() где Нз ) выходное напряжение задатчика 9 интенсивности в момент времени t. В момент времени t входной ток инвертора 3 вновь достигает значения тока отсечки, что вызывает срабатывание порогового устройства 13, блокировку управляемого генератора 14 тока и уменьшение выходного напряжения задатчика 9 напряжения. Такие последовательно сменяющие друг друга процессы линейного нарастания и уменьшения выходного напряжеНИЯ задатчика 9 интенсивности продолжаются до момента времени tj , начиная с которого входной ток инвертора 3 напряжения в процессе разгона двигателя остается меньше тока отсечки. Разгон заканчивается в момент време- ни t когда выходное напряжение задатчика 9 интенсивности достигает заданного значения. При скачкообразном уменьшении напряжения (момент времени t диод 17 задатчика 9 интенсивности закрывается, диоды 11 и 12 находятся в закрытом состоянии и не оказывают влияния на работу задатчика 9 интенсивности. Начинается разряд конденсатора 18 выходным током I управляемого генератора 15. При этом выходное напряжение задатчика 9 интенсивности уменьшается в соответствии с выражением )-iit;, выхз вь. Уменьшение выходного напряжения задатчика 9 интенсивности сопровождается соответствуюш 1м уменьшением частоты выходного напряжения инвертора 3. Ротор же двигателя 4 в силу присущего ему момента инерции не может быстро изменить частоту вращения и в промежутке времени t, -t и про должает вращаться практически с преж ней скоростью, поэтому скольжение двигателя 4 и входной ток инвертора 3 напряжения при уменьшении частоты его выходного напряжения также умень шаются. По мере уменьшения частоты выход:ного напряжения скольжение двигателя сначала уменьшается до нуля (режим идеального холостого хода двигателя) затем меняет знак - двигатель переходит в генераторный режим работы. Входной ток инвертора 3 напряжения при этом также сначала уменьшается до нули, затем изменяет направление и начинает плавно нарастать. Начинается подзаряд конденсаторов фильтра 2. Входное напряжение инвертора 3 и соответственно выходное напряжение датчика 7 напряжения увеличивается t В момент времени t это напряжение достигает значения, при котором срабатывает пороговый элемент 6, осуществляю1г1ий сравнение напряжений задания и обратной связи, пропорционального входному напряжению инвертора 3. Полярность выходного напряже ния порогового элемента 6 при этом изменяется с положительной на отрицательную. Диод 12 открывается; что приводит к закрыванию транзистора 23 в управляемом генераторе 15 тока. Процесс уменьшения выходного напряже ния задатчика 9 интенсивности и пропорциональной ему частоты выходного напряжения инвертора 3 прекращается Частота же вращения двигателя 4 про должает уменьшаться, так как на ротор действует тормозной момент. По мере уменьшения скольжения двигател 4 входной ток инвертора 3 также умен шается. Процесс увеличения напряжен на конденсаторах фильтра 2 сначала замедляется, затем это напряжение начинает уменьшаться под действием тока нагрузки. В момент времени t оно достигает значения,при котором пороговое устройство 6 возвращается в исходное состояние. Полярность ег выходного напряжения становится положительной, и диод 12 закрывается. При этом транзистор 23 в управляемо генераторе 15 тока открывается, и выходное напряжение задатчика 9 интенсивности вновь начинает линейно уменьшаться, а выходное напряжение 624 нвертора 3 увеличивается, т.е. идет процесс, аналогичный описанному для интервала времени t . Такие последовательно сменяющие друг друга процессы линейного уменьшения и стабилизации выходного напряжения задатчика 9 интенсивности будут протекать в течение всего времени торможения двигателя 4. В результате этого темп частотного торможения двигателя 4 будет автоматически поддерживаться на уровне, максимально допустимом для данного момента инерции электропривода, приведенного к валу двигателя, и при наложенных ограничениях на величину перенапряжений в промежуточном звене постоянного тока. Чем меньше момент инерции электропривода, тем ближе выбранный устройством темп торможения к предельно допустимому (обозначен штриховой линией на фиг. 3), устанавливаемому при предварительной настройке задатчика 9 интенсивности. Таким образом, устройство при простоте реализации и высокой надежности функционирования обеспечивает получение предельно возможного быстродействия электропривода в режимах частотного пуска и торможения при наложенных ограничениях на максимальные значения тока и напряжения в силовой цепи преобразователя. Формулаизобретения Устройство для задания темпа изменения частоты и напряжения частотного электропривода, содержащее последовательно соединенные yпpaвляe мый выпрямитель, фильтр и инвертор напряжения, снабженный зажимами для подключения фазных обмоток электродвигателя, регулятор напряжения, выход которого подключен к управляющему входу управляемого выпрямителя, первый вход регулятора напряжения связан с первым входом первого порогового элемента и с выходом датчика напряжения, вход которого подключен к силовому входу инвертора напряжения, а второй вход регулятора напряжения связан с входом регулятора частоты, вторым входом первого порогового элемента и выходом задатчика интенсивности, вход которого предназначен для подачи сигнала задания, выход регулятора частоты подключен к

управляющему входу инвертора напряжения, отличающееся тем, что, с целью упрощения и повышения надежности, в него введены датчик входного тока инвертора напряжения, два диода, второй пороговый элемент, а эадатчик интенсивности вьтолнен в виде двух управляемых генераторов тока, двух диодов и интегрирующего конденсатора, вход второго порогового элемента подключен к выходу датчика входного тока инвертора напряжения, а выход второго порогового элемента через первый диод подключен к входу первого управляемого генератора тока, вход второго управляемого

генератора тока подключен через второй диод к выходу первого порогового элемента, выход первого управляемого генераторатока подключен к аноду

первого Диода задатчика интенсивности, катод которого образует вход задатчика интенсивности, анод первого диода эадатчнка интенсивности подключен к аноду второго диода задатчика

интенсивности, катод которого связан с выходом второго управляемого генератора тока и с одной обкладкой интегрирующего конденсатора и образует выход задатчика интенсивности, вторая

обкладка интегрирующего конденсатора подключена к общей Точке устройства.

Лгл управ/1, о

Вход упраол.

26

Фиг2

f 5 iw tis izoiz5 tw J5

aa.J