Электропривод переменного тока Советский патент 1987 года по МПК H02P7/46 H02P9/14 

ния ротора. Выходы датчиков 6, 4, 7 подключены к входам р.егулятора 10 возбуждения, выход которого соединен с коммутирующим входом 12 управляемого коммутатора (УК) 1I. Коммутирующие входы 13, 14 УК 11 подключены соответственно к выходам задатчика 22 режима пуска и формирователя 25 сигнала инвертирования, вход которого соединен с выходом формирователя 5 частоты вращения и входом блока 29 выбора режима. Вход формирователя 5 подключен к выходу датчика 4. Управляющий вход 15 УК 11 связан с одним выходом блока 29, а управляющие выходы 16, 17 УК 11 - с выходами блока 26 управления. Вход сброса блока 26 подключен к управляющему входу 15 УК 11, а установочный вход блока 26 - к выходу блока 9 сравнения. Один вход блока 9 соединен с датчиком 8, а другой вход - через УК 18 с

,1

Изобретение относитс я к электротехнике, а именно к управляемому электроприводу, построенному на базе асинхронного двигателя с фазным ротором, и может быть использовано для регулирования частоты вращения нагрузки, например в горно-обогатительной, нефтяной, химической и других отраслях промышленности.

Цель изобретения - расширение диапазона регулирования частоты вращения и улучшение пусковых характеристик .

На фиг,1 представлена функциональная схема устройства для регулирования электропривода переменного тока; на фиг.2 - примеры вьтолнения блока сравнения и блока управления коммутатором; на фиг. 3 и 4 - диаграммы, поясняющие работу устройства; на фиг.5 - алгоритмы функционирования отдельных элементов.

Устройство для регулирования электропривода переменного тока содержит асинхронный двигатель 1 (фиг.1) с фазным ротором, подключенным к выходу возбудителя 2, блок 3 управления возбудителем, датчик.4 углового половыходами эадатчика 22 режима пуска и-задатчика 23 режима регулирования. Управляювшй вход 21 УК 18 подключен к второму выходу блока 29. Выходы УК 11 соединены с блоком 3 управления возбудителя 2, подключенного к роторной обмотке АД1. АД1 с фазным ротором подключается статором к промьтленной сети, а ротором - к регулируемому ти- ристорному возбудителю, В устройстве осуществляется переключение режимов работы возбудителя 2 с использованием измеренной информации о напряжении статора и ротора и угловом положении ротора, что дает возможность обеспечить работу АД1 как в режиме машины двойного питания, так и в режиме асинхронно-вентильного каскада. В устройстве обеспечивается также безреостатный пуск с подключенным возбудителем при пониженном пусковом токе иповьшенном моменте пуска . 5 ил.

жения ротора, подключенный выходом к входу формирователя 5 частоты вращения, датчик 6 тока статора, датчик 7 напряжения статора, датчик 8 напряжения ротора, подключенный выходом к одному из входов блока 9 сравнения, регулятор 10 возбуждения, подключенный входами к выходам датчика 4 углового положения ротора, датчик 6 тока статора и датчика 7 напряжения статора.

В электропривод перем енного тока введены управляемый коммутатор 11 изменения режима с тремя коммутируемыми входами 12-14, тремя управляю- пщми входами 15 - 17 и двумя выходами, управляемый коммутатор 18 напряжения уставки с двумя коммутируемыми входами 19 и 20 и одним управляющим входом 21, задатчик 22 режима пуска, задатчик 23 режима регулирования, задатчик 24 запрета включения тиристоров, задатчик 25 сигнала

инвертирования,

блок 26 управления коммутатором с установочным входом 27, входом 28 сброса и двумя выходами и блок 29 выбора режима.

3.1

Вход блока 29 выбора режима подключен к выходу формирователя 5 частоты врао1ения. Первый выход блока 29 выбора режима подключен к управляющему входу 21 управляемого коммутатора напряжения уставки 18. Второй выход блока 29 выбора режима подключен к объединенным между собой первому управляющему входу 15 управляемого коммутатора 11 изменения режима и входу 28 сброса блока 26 управления коммутатором, подключенного выходами соответственно к второму и третьему управляющим входам 16 и 17 управляемого коммутатора 11 изменения режима, первый, второй и третий коммутируемые входы 12 - 14 которого подключены соответственно к выходу регулятора 10 возбуждения, к выходу задатчИка 24 запрета включения тирис торов и к выходу задатчика 25 сигнал инвертирования, Выход задатчика 22 режима пуска и выход задатчика 23 режима регулирования подключены к соответствующим коммутируемым входам 19 и 20 управляемого коммутатора 18 напряжения уставки, выход которого подключен к другому входу блока 9 сравнения, соединенного выходом с установочным входом 27 блока управления коммутатором. Выходы управляемого коммутатора 11 изменения режима подключены к соответствующим управляющим входам блока 3 управления возбудителем ,

Питающие входы возбудителя 2 подключены к трансформатору 30 напряжения, связанному с питающей сетью. В цепи питания статора установлен выключатель 31.

Управляемый коммутатор 11 изменег ния режима выполнен на переключателях 32-34, а управляемый переключатель 18 напряжения уставки выполнен на переключателе 35.

Блок 9 сравнения может быть вьшол- нен на операционных усилителях 36 и 37 (фиг.2а), а блок 26 управления коммутатором - на операционных усилителях 38 и 39 с положительной обратной связью.

Блок 9 сравнения может быть вьтол- нен на компараторах 40 и 41 (фиг,26), а блок 26 управления коммутатором - на Р-триггерах 42 и 43, при этом установочный вход 27 представляет собой двухразрядную гаину.

15

Возбудитель 2 выполнен на ключах с встречно-параллельным включением тиристоров. Блок 3 управления возбудителем выполнен по принципу фазоим- пульсной системы с вертикальным управлением и наличием одной управляющей цепи для каждой группы тиристоров возбудителя 2 (группу образуют тиристоры возбудителя, проводящие -JO ток фазы ротора в одном направлении). Для тиристоров одной фазы ротора имеются две управляющие цепи с выхода блока 3.

Датчик 7 напряжения статора и датчик 8 напряжения ротора выполняются в виде трансформаторов.

Блок 29 выбора режима может быть выполнен в виде двух пороговых элементов (например, триггеров Шмидта). Пороги сбрасывания указанных элементов соответствуют разным значениям частоты вращения ротора.

В формирователе 5 частоты вращения производится измерение периода импульсов, поступающих с датчика 4 углового положения ротора, который может быть выполнен в виде электромеханического устройства либо вычислительного блока, использующего информацию о параметрах статора и ротора.

Задатчик 22 режима пуска, задат- чик 23 режима регулирования, задат- чик 24 запрета включения тиристоров 5 могут быть выполнены в виде источников постоянного напряжения, например, на стабилитронах.

20

25

30

На фиг.5 а представлены значения

сигналов на установочном входе 27 блока 26 управления коммутатором в зависимости от соотношения сигналов и и UQ, поступающих на входы блока 9 сравнения.

На фиг.5 б представлено состояние сигналов Q,, Q на выходах блока 26 управления коммутатором при однолинейном входе S, 1реагирующем. на три состояния. На фиг,5 в представлено

состояние входа S блока 26 управления коммутатором при двоичном коде и его соответствие троичному коду.

Блок 29 выбора режима функционирует в соответствии с фиг.5 г, где

и, 1 - коэффициенты.

Управляемый коммутатор изменения режима 11 функционирует в соответствии с фиг.5 д, а управляемый коммутатор 18 напряжения уставки - в со31295499

ответствии с фиг.5 е (П,Р - значения выходов эадатчика 22 пуска и задат- чика 23 регулирования),

Электропривод переменного тока работает следующим образом, 5

В исходном состоянии статор асинхронного двигателя 1 отключен от питающей сети выключателем 31, а трансформатор 30 напряжения включен. При этом тиристоры 2 возбудителя имеют О анодное .напряжение, но нет импульсов управления, так как на управляющие входы блока 3 управления поступает

гателе сигналы п,, п, на выходах блока 29 выбора режима равны нулю, Сигналы Q,, Qj на выходах блока 26 управления коммутатором также равны нулю, на установочном входе 27 - нуль.

При включении включателя 31 на роторе асинхронного двигателя 1 появляется напряжение, Напряжение U, измеряемое датчиком 8 напряжения ротора, поступает на один из входов блока 9 сравнения, где сравнивается с напряжением UQ, соответствующим амплитуде напряжения, снимаемого с вторичной обмотки трансформатора 30 напряжения. При этом Uji формируется с помощью задатчика 22 (сигнал пI О), На фиг.З а показана схема одной фазы асинхронного двигателя 1, обмотка ротора через тиристоры соединена с вторичными обмотками трансформатора 30 напряжения, К тиристорам с одной стороны приложено напряжение .ротора, с другой - три напряжения вторичных обмоток (фиг,3б), Ток в цепи отсутствует, двигатель по-прежнему неподвижен. Когда напря15

UQ, Выходной сигнал блока 9 сравнесигнал запрета. При неподвижном дви4 f

ния обеспечивает при этом прохождение сигнала с выхода задатчика 25 сигнала инвертирования на соответст. вующий вход блока 3 управления возбудителем. Напряжение U ротора снижается и становится меньше U,,

Управляемый коммутатор 11 -изменения режима сохраняет указанное состояние до момента, когда ток ротора

20

25

30

35

меняет знак. При этом работавшая группа тиристоров отключается и напряжение и ротора нарастает в противоположную сторону. При /и/ Up переключатели 33 и 34 управляемого коммутатора 1 изменения режима изменяют свое состояние и сигнал инвертирования с выхода задатчика 25 поступает на тиристор противоположной группы рассматриваемой фазы ротора.

По мере разгона напряжение ротора снижается, достигая значения, равного , Как видно из фиг,3 в, включение тиристора на максимальное напXQ ряжение трансформатора невозможно из- за отсутствия тока в цепи ротора при равенстве Upg Отр t Сигнал п на выходе блока 29 выбора режима становится равным п, 1, Управляемый комжение ротора U

рот

достигнет амплитуды вторичного напряжения трансформатора 30 напряжения, можно включить, один из тиристоров а,в,с. Ток будет протекать под действием разности напряжений ( Uyp) и.двигатель 1 начнет разгоняться, а величина пускового тока регулируемого двигателя составляет:

и

рот

- Uтр

-рог

величина меньше, чем короткозамкнутого двига- 55

,jr

nk%

2Г 2 рот

если включается тиристор, анодное напряжение которого противоположно напряжению .ротора и имеет в момент включения наибольшее значение,

Момент двигателя при пуске определяется :

М I.

и.

СрА тp

ЧТО, как правило, больше номинального момента Мцом

Включение одного из тиристоров 2 возбудителя осуществляется в момент достижения напряжением /U/ значения

15

UQ, Выходной сигнал блока 9 сравне4 f

ния обеспечивает при этом прохождение сигнала с выхода задатчика 25 сигнала инвертирования на соответствующий вход блока 3 управления возбу дителем. Напряжение U ротора снижается и становится меньше U,,

меняет знак. При этом работавшая группа тиристоров отключается и напряжение и ротора нарастает в противоположную сторону. При /и/ Up переключатели 33 и 34 управляемого коммутатора 1 изменения режима изменяют свое состояние и сигнал инвертирования с выхода задатчика 25 поступает на тиристор противоположной группы рассматриваемой фазы ротора.

По мере разгона напряжение ротора снижается, достигая значения, равного , Как видно из фиг,3 в, включение тиристора на максимальное напряжение трансформатора невозможно из- за отсутствия тока в цепи ротора при равенстве Upg Отр t Сигнал п на выходе блока 29 выбора режима становится равным п, 1, Управляемый коммутатор 18 напряжения уставки переключается, обеспечивая поступление пониженного значения с выхода задатчика 23 регулирования. Переключение блоков 9, 26, 15 становится возможным при малых напряжениях ротора. Среднее значение напряжения рования на выходе возбудителя 2 устанавливается более низким с помощью задатчика 25, который может быть связан с выходом формирователя 5 частоты вращения или работать независимо и двигатель 1 может разгоняться даль- ще, либо устанавливаться на некоторой выбранной частоте вращения.

При достижении частоты вращения, соответствующей нижнему пределу режима двойного питания, на выходе блока 29 выбора режима устанавливается п 1 и выход регулятора 10 возбуждения подключается к управляющим входам блока 3 управления возбудителем. При этом на выходе блока 26 управления коммутатором устанавливаются нули, а задатчик 25 сигнала инвертирования отключается, Асинхронный двигатель 1 функционирует теперь как машина двойного питания с автоматическим регулятором возбуждения.

На фиг.4 иллюстрируется принцип включения тиристора при пуске. На диаграмме (фиг.4а) показаны напряжения трансформатора 30, на диаграмме фиг.4 б .- образование пилообразного напряжения в блоке 3 управления при вертикальном управлении с линейной разверткой. На диаграмме фиг,4 в показано, что сигнал управления, изменяясь от уровня запрета (импульсы не возникают, так как сигнал управления не пересекается с пилообразным напряжением до уровня инвертирования, в любой момент пересекает одну из пил, формируя импульс включения тиристора, фаза которого соответствует максимальному напряжению инвертирования. Соответствующие участки вь1делень жирными линиями на диаграммах фиг,4а, в. Принятые обозначения об и В соответствуют углам управления и опережения.

Рассмотренное устройство характеризуется расширением диапазона регулирования в сравнении с .машиной двойного питания (МДП) или асинхронно- вентильным каскадом (АВК). При оди-. наковом диапазоне регулирования снижается типовая мощность трансформатора 30 и возбудителя 2, Это объясняется тем, что в режиме МДП выходное напряжение возбудителя меняется по гармоническому закону. При этом диапазон регулирования определяется действующим значением, а типовая мощность возбудителя - амплитудным. При переходе в режим регулирования инвертированием (аналогично АВК) напряжение возбудителя имеет вид прямоугольника : амплитудное и действующее значения совпадают, обеспечивая регулирование ниже предела МДП в режиме АВК, Таким образом, для МДП с диапазоном 1,25-0,75 синхронной частоты вращения (п ) устройство обеспечивает диапазон 1,25 - 0,25 п, а в сравнении с АВК, имеющим диапазон 1,0 - 0,5 rij,, предлагаемое устройство рас- щиряет диапазон вверх до 1,25 п. ,

В предлагаемом устройстве обеспе чивается также безреостатнъгй пуск с подключенным возбудителем при пониженном пусковом токе и повыщенном моменте пуска.

Таким -образом введение в электро- привод переменного тока управляемого коммутатора изменения режима, управляемого коммутатора напряжения уставки, задатчиков режима пуска и режима регулирования, задатчика запрета включения тиристоров, задатчика сигнала инвертирования, блока управления коммутатором и блока выбора режима обеспечивает расширение диапазона регулируемых частот вращения и улучшение пусковых характеристик.

Формула изобретения

Электропривод переменного тока,

содержащий асинхронный двигатель с фазным ротором, подключенным к выходу возбудителя с встречно-параллельно соединенными тиристорами, блок управления возбудителем, датчик

углового положения ротора, подключенный выходом к входу формирователя частоты вращения, датчик тока и напряжения статора, датчик напряжения ротора, подключенный выходом к одному из входов блока сравнения, регулятор возбуждения, подключенный входами к выходам датчика углового положения ротора и датчиков тока и напряжения статора, о тличающийс я тем, что, с целью расширения диапазона регулирования частоты вращения и улучшения пусковых характеристик, введены управляемый коммутатор изменения режима с тремя коммутируемь1ми входами, тремя управляющими входами и двумя выходами, упр авляемый коммутатор напряжения уставки с двумя коммутируемыми и одним управляющим входами, задатчик режима пуска,

задатчик режима регулирования, задатчик запрета включения тиристоров, задатчик сигнала инвертирования, блок управления коммутатором с установочным входом, входом сброса и двумя

выходами и блок выбора режима, вход которого подключен к выходу формирователя частоты вращения, первый выход блока выбора режима подключен к управляюпдему входу управляемого коммутатора напряжения уставки, второй выход блока выбора режима подключен к объединенным между собой первому управляющему входу управляемого коммутатора изменения режима и входу сброса блока управления коммутатором подключенного выходами соответственно к второму и третьему управляющим уходам управляемого коммутатора изменения режима, первый, второй и третий коммутируемые входы которого подключе

ны соответственно к выходу регулятора возбуждения, к выходу задатчика запрета включения тиристоров и к выходу задатчика сигнала инвертирования, выход задатчика режима пуска и выход, задатчика режима регулирования подключены к соответствующим коммутируемым входам управляемого коммутатора напряжения уставки, выход которого подключен к другому входу блока сравнения, соединенного выходом с установочным входом блока управления коммутатором, а выходы управляемого коммутатора изменения режима подключены к соответствующим управляющим входам блока управления возбудителем.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в горно-обогатительной, нефтяной, химической и других отраслях промьпплен- ности. Целью изобретения является расширение диапазона регулирования частоты вращения и улучшение пусковых характеристик. Устройство для регулирования электропривода переменного тока содержит асинхронный двигатель (АД) 1 с фазным ротором. В цепь статора АД1 включены датчик 6 тока и датчик 7 напряжения, а в цепь ротора АД1 - датчик 8 напряжения. На валу АД1 установлен датчик 4 положеS (Л С

28

11 26

/

8

-йQ

39

,. fM3 Aafyffi/meM

,- управления

ШОен uftff ru- ро9оная

)

9)

Редактор С, Патрушева

Фаг.5

Составитель А. Жилин . Техред Л.Сердюкова Корректор И. Муска

Заказ 625/60Тираж 66 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проек тная, 4

т 0,5 ,8 )(ронная частота Вращений