Асинхронный электропривод Советский патент 1987 года по МПК H02P7/42 

1

Изобретение относится к области эле-ктротехники и может быть использовано в асинхронных электроприводах для управления частотой вращения электродвигателей.

Целью изобретения является повышение энергетических и динамических характеристик в процессе разгона,

повышение надежности за счет безудар- Q го и второго датчиков тока 14 и 15,

него перехода в режим фазового управления.

На чертеже приведена структурная схема электропривода.

Асинхронный электропривод содержит д встречно-паргшлельно включенных ти

трехфазный асинхронный электродвигатель 1, статорные обмотки которого через пять пар встречно-параллельно включенных тиристоров 2-6 подключены к трем клеммам питающей сети, блок 7 фильтров, входы которого соединены с соответствующими клеммами питающей сети, блок 8 формирования и распределения импульсов управления, пять усилителей 9-13, два датчика 14 и 15 тока, блок 16 раздельного управления группами тиристоров, кольцевой распределитель 17 импульсов,. целочисленный делитель 18 частоты, формирователь-синхронизатор 19, задатчик 20 напряжения и частоты, блок 21 задания и синхронизации, преобразователь 22 напряжение - частота, блок 23 установки, логический элемент 2-2И-2ИЛИ 24, блок 25 задания режимов, два логических элемента 2И 26 и 27. Трехфазный вход формирователя-синхронизатора 19 и трехфазный вход синхронизации блока 8 формирования и распределения импульсов управления подключены к трехфазному выходу блока 7 фильтров. Первый вход блока 8 формирования и распределения импульсов управления соединен с входом преобразователя 22 напряжение - частота и с первым выходом задатчика 20 напряжения и частоты. Первый, второй, третий, четвертый и пятый выходы блока 8 формирования и распределения импульсов управления соединены соответственно с входами первого, второго и третьего усилителей 9-11 и с первыми входами логических элементов 2И 26 и 27, выходы которых соединены соответственно с входами четвертого и пятого усилителей 12 и 13. Выходы усилителей 9-13 подключены к управляющим входам соответствующих пар встречно-параллельно включенных тиристоров 2-6.Вто

13398642

рой вход блока 8 формирования и распределения ршпульсов управления соединен с первым выходом блока 25 задания режимов, первый вход которого подключен к выходу блока 16 раздельного управления группами тиристоров, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно первовключенных соответственно в две фазы статорной обмотки электродвигателя 1, каждая из которых подключена к клеммам питающей сети через две пары

0

5

g

ристоров 3 и 4, 5 и 6. Третий и четвертый входы блока 16 раздельного управления группами тиристоров соединены с вторым выходом блока 25 задания режимов.

Первый выход формирователя-синхронизатора 19 соединен с первым входом целочисленного делителя 18, выход которого соединен с первым входом ло5 гического элемента 2-2И-2ИЛИ 24,выход которого соединен с первым входом распределителя 17 импульсов. Второй вход целочисленного делителя 18 соединен с первым выходом блока 23 установки, второй выход которого подключен к второму входу распределителя 17 импульсов, первый, второй, и третий выходы которого соединены соответственно с вторым, третьим и четвертым входами блока 25 задания режимов. Второй выход формирователя- синхронизатора 19 соединен с первым входом блока 21 задания и синхронизации, второй вход которого подключен к третьему выходу блока задания режимов, пятый вход которого объединен с вторыми входами логических элементов 2И 26 и 27 и подключен к первому выходу блока 21 задания и синц хронизации, второй выход которого соединен с входом задатчика 20 напряжения и частоты,, соединенного вторым вьЕсодом с третьим входом блока 21 задания и синхронизации, третий выход которого подключен к входу блока 23 установки. Четвертый выход блока 21 задания и синхронизации соединен с вторым и третьим входами логического элемента 2-2И-2ШЖ 24, четвертый вход которого подключен к выходу преобразователя 22 напряжение - частота. Четвертый вход блока 21 задания и синхронизации предназначен для подачи сигналов задания.

0

0

:i

Электропривод позволяет обеспечить запуск электродвигателя 1 до номинальной частоты вращения, запуск до заданной пониженной частоты вращения, длительную работу на этой час тоте и дальнейший разгон до номиналь ной частоты вращения, синхронизированный переход в режим фазового управления.

Блок 16 раздельного управления группами тиристоров обеспечивает раздельное управление группами тиристоров пар 3 и 6, 4 и 5, формирующих положительную и отрицательную полуволны выходного напряжения, в функции сигналов с второго выхода блока 25 задания режимов и сигналов датчика 14 и 15 тока. Блок 16 раздельного управления группами тиристоров фиксирует момент спадания тока работающей группы тиристоров, обеспечивает снятие управляющих импульсов с тиристоров данной группы и через заданное время выдержки - подачу управляющих импульсов на тиристоры другой группы.

Блок 8 формирования и распределения импульсов управления включает в себя блоки импульсно-фазового управления и распределитель импульсов с системой управления. Изменение фазы выходных импульсов блока 8 формирования и распределения импульсов управления осуществляется в зависимости от управляющего напряжения, поступающего с первого выхода задат- чика 20 напряжения и частоты. Распределение импульсов в блоке 8 формирования и распределение импульсов управления осуществляется в соответствии с модулирующими напряжениями, поступающими с первого выхода блока 25 задания режимов.

Блок 25 задания режимов обеспечивает работу блока 8 формирования и распределения Импульсов управления в режиме частотного управления, в режиме перехода на фазовое управление и в режиме фазового управления в функции сигнала управления с первого выхода блока 21 задания и синхронизации и в функции сигналов с выхода блока 16 раздельного управления группами тиристоров.

Задатчик 20 напряжения и частоты представляет собой генератор линейно возрастающего напряжения, уровень которого соответствует заданию напря39864-1

жения и частоты в режиме частотного управления и определяется состоянием блока 21 задания и синхронизации.

Блок 21 задания и синхронизации в соответствии с сигналами управления, поступающими на его четвертый вход, осуществляет задание режима работы электропривода (пуск на номинальную 10 частоту вращения, пуск на пониженную частоту вращения, длительную работу на этой частоте с возможностью дальнейшего разгона до номинальной частоты вращения), синхронизацию схемы 15 при работе на пониженной частоте вращения, синхронизацию перехода в режим фазового управления.

Блок 23 установки осуществляет синхронизацию работы целочисленного 20 делителя 18 частоты и кольцевого распределителя 17 импульсов в соответствующих режимах.

Преобразователь 22 напряжение - частота формирует на своем выходе 25 импульсы, частота которых пропорциональна его входному напряжению, т.е. напряжению на первом выходе задатчи- ка 20 напряжения и частоты.

Асинхронный электропривод работа- 30 ет следующим образом.

Входными сигналами, определяющими режим работы электропривода, являются сигналы jg и U „.. , поступающие на четвертый вход блока 21 зада- од ния и синхронизации.

Для обеспечения разгона до заданной частоты вращения ,„ формируется управляющий сигнал U,

W aл

, соответствующий уровню логический 1.

40 При этом все блоки устройства при- водятся в исходное состояние, в блоке 21 задания и синхронизации формируется соответствующее напряжение задания, а на первом выходе задатчи45 ка 20 напряжения и частоты напряжение равно О. При подаче сигнала U , соответствующего уровню логической 1, на первом выходе задатчика 20 напряжения и частоты формируется ли50 нейно возрастающее напряжение, а на третьем входе логического элемента 2-2И-2И ПИ 24 - сигнал логической 1. При этом с выхода преобразователя 22 напряжение - частота им55 пульсы, частота которых пропорциональна выходному напряжению задат- , чика 20 напряжения и частоты, поступают на первый вход распределителя 17 импульсов, с выходов которого сиимаются три логических сигнала выход нон.частоты f , сдвинутых во времени относительно друг друга на 1/3 пе риода выходной частоты. На первом вы ходе блока 21 задания и синхронизации присутствует сигнал логической 1 и блок 25 задания режимов формирует пару сигналов, соответствующих прямому и инверсному сигналам на первом выходе распределителя 17 импульсов, а также две пары сигналов в соответствии с выходным сигналом блока 16 раздельного управления груп пами тиристоров.

Разгон электродвигателя 1 осуществляется при плавном изменении частоты и амплитуды питающего напряжения, определяемых выходным напряжением задатчика 20 напряжения и чаС тоты. Процесс разгона прекращается, когда выходное напряжение задатчика

20напряжения и частоты сравнивается с заданным значением, сформированным в блоке 21 задания и синхронизации, при этом на втором выходе задатчика 20 установится сигнал логической 1.

На втором выходе формирователя- синхронизатора 19 формируется напряжение прямоугольной формы, соответет вующее напряжению первой фазы сети и поступающее па первый вход блока

21задания и синхронизации. Сигнал соответствующий сигналу на первом выходе распределителя 17 импульсов, с третьего выхода блока 25 задания режимов поступает на второй вход бло ка 21 задания и синхронизации. При совпадении передних фронтов сигналов на первом и втором входах блока 21 задания и синхронизации изменяется состояние четвертого выхода данного блока, что приводит к появлению сигнала логической 1 на втором входе логического блока 2-2И-2ИЛИ 24. При этом на первый вход распределителя 17 импульсов поступает сигнал с выхода целочисленного делителя 18 частоты. Одновременно с изменением состояния четвертого выхода блока 21 задания и синхронизации вырабатывается сигнал на третьем выходе данного блока, поступающий на вход блока 23 установки.

Блок 23 установки формирует на своих выходах сигналы установки целочисленного, делителя 18 частоты и распределителя 17 импульсов, причем

398646

сигнал на первом выходе блока 23 установки появляется с некоторой задержкой во времени относительно сиг нала на втором выходе блока 23, Этим

обеспечивается опережающая установка распределителя 17 импульсов, что необходимо, так как импульс установки целочисленного делителя 18 частоты

10 является первым счетным импульсом для распределителя 17 импульсов. Таким образоМр переход на заданную фиксированную частоту Wj;,, осуществляется в момент перехода через ноль напря15 жения первой фазы сети по окончании периода выходного напряжения частотой fj распределителя 17 импульсов в предшествующем режиме.

Переход в режим фазового управ20 ления осуществляется при подаче сигнала задания U;, , соответствующего уровню логического О. При этом на четвертом выходе блока 21 задания и синхронизации установится исходное

25 состояние и на первый вход распределителя 17 импульсов поступит через логический элемент 2-2И-2ИЛИ 24 сигнал с выхода преобразователя 22 напряжение - частота, а в блоке 21 за30 Дания и синхронизации сформируется напряжение задания, соответствующее граничной частоте вращения электродвигателя 1 в режиме частотного управления: ц;.граи. Соответственно частота сигнала на выходе распределителя 17 импульсов fj увеличивается до значения f; грс(н Когда уровень сигнала на первом выходе задатчика 20 напряжения и частоты достигнет заданного

40 в блоке 21 граничного напряжения, на втором выходе задатчика 20 напряжения и частоты сформируется сигнал логической 1. При этом, при совпадении передних фронтов сигналов на

45 первом и втором входах блока 21 задания и синхронизации, на его первом выходе сформируется сигнал логического О, а ка выходах блока 23 установки сигнал логического О.

gQ Распределитель 17 импульсов установится в исходное состояние на выходах логических элементов 2И 26 и 27 - сигналы логического О, что приводит к снятию управляющих сигналов с

gg тиристоров групп 5 и 6. На втором выходе блока 25 задания режимов формируется сигнал логической 1, поступающий на третий и четвертью входы блока 16 раздельного управления груп35

пами тиристоров. При этом при отсутствии тока во второй и третьей фазах электродвигателя 1, т.е. при нулевых выходных сигналах датчиков 14 и 15 тока, на выходе блока 16 раздельного управления группами тиристоров сформируется сигнал логической 1, что приводит к появлению на втором входе блока 8 формирования и распре- деления импульсов управления сигналов логической 1 и переводу данного блока в режим фазового управления парами тиристоров 2-4. Таким образом, переход в режим фазового управ- ления осуществляется синхронно с напряжением сети в функции сигнала наличия тока во второй и третьей фазах обмотки электродвигателя 1 без па.узы При этом исключается возможность ко- роткого замыкания между второй и третьей фазами сети через тиристоры групп 3 и 6, 4 и 5.

Режим пуска на номинальную частоту вращения из исходного состояния осуществляется аналогично, но отсутствует режим работы на фиксированной частоте.

Таким образом, в электроприводе частота напряжения питания электро- двигателя 1 изменяется плавно до граничной, при этом работа электродвигателя осуществляется на устойчивой части механической характеристики в пределах до критического сколь- жения при минимальных значениях тока двигателя. При длительной работе на пониженной скорости осуществляется переход на фиксированную кратную частоту сети в пределах устойчивой части механической характеристики, при этом потери в двигателе снижаются в сравнении с несинхронизированны управлением на 30-40%. Переход в режим фазового управления синхронизиро- 45 .задания режимов, первый и второй элеван с напряжением сети и осуществляется в функции отработки целого числа периодов выходного напряжения в режиме частотного управления, при этом достигаются наиболее благоприятные электромагнитные начальные условия в переходном режиме и практически исключаются нежелательные ударные динамические воздействия.

Формула изобретения

Асинхронный электропривод, содержащий трехфазный асинхронный электродвигатель, статорные обмотки которого через пять пар встречно-параллельно включенных тиристоров подключены к трем клеммам питающей сети, блок фильтров, входы которого, соединены с соответствующими клеммами питающей сети, формирователь-синхронизатор, трехфазньй вход которого соединен с трехфазным выходом блока фильтров, целочисленньй делитель частоты первый вход которого соединен с первым выходом формирователя-синхронизатора, кольцевой распределитель импульсов, блок раздельного управления группами тиристоров, два датчика тока, включенные соответственно в две фазы статорной обмотки электродвигателя, блок фop иpoвaния и распределения импульсов управления, тpexфaзньri вход синхронизации которого соединен с трехфазным выходом блока фильтров, пять усилителей, выходы которых подключены к управляющим входам соответствующих пар встречно параллельно включенных тиристоров, входы первого, второго и третьего усилителей соединены соответственно с первым, вторым и третьим выходами блока формирования и распределения импульсов управления, выходы датчиков тока соединены соответственно с первым и вторым входами блока раздельного управления группами тиристоров, отличающийся тем, что, с целью повьшения энергетических и динамических характеристик в процессе разгона, повышение надежности за счет безударного перехода в режим фазового управления, в него введены задат- чик напряжения и частоты, блок задания и синхронизации, блок установки, преобразователь напряжение - частота логический элемент 2-2И-2ИЛИ, блок

0

5

менты 2И, выходы которых соединены соответственно с входами четвертого и пятого усилителей, первые входы первого и второго логических элементов 2И подключены соответственно к четвертому и пятому выходам блока формирования и распределения импульсов управления, первый вход которого соединен с первым выходом задатчика напряжения и частоты и входом преобразователя напряжение - частота,второй вход блока формирования и распределения импульсов управления соединен с первым выходом блока задания

режимов, второй выход которого соединен с третьим и четвертым входами блока раздельного управления труп-. пами тиристоров, выход которого подключен к первому входу блока задания режимов, второй, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с первым, вторьм и третьим выходами кольцевого распределителя импульсов, первый вход которого подключен к выходу логического элемента 2-2И-2ИЛИ, вторые входы первого и второго логических элементов 2И и пятый вход блока задания режимов объединены и подключены к первому выходу блока задания и синхронизации, первый вход которого соединен с вторым выходом формирователя-синхронизатора, третий выход блока задания режимов подключен к второму входу блока задания и синхронизации, третий вход которого со- единен с вторым выходом задатчика напряжения и частоты, вход которого подключен к второму выходу блока задания и синхронизации, третий выход которого соединен с входом блока установки, первый и второй выходы которого соединены соответственно с

вторыми входами целочисленного делителя частоты и кольцевого распреде- лител5г импульсов, выход целочисленного делителя частоты соединен с первым входом логического элемента 2-2И2ИЛИ, второй и третий входы которого соединены с четвертым выходом блока задания и синхронизации,четвертый вход которого предназначен для подачи сигналов задания, выход преобразователя напряжение - частота подключен к четвертому входу логического элемента 2-2И-2ИЛИ.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в асинхронных электроприводах для управления частотой вращения электродвигателей. Целью изобретения яв.ляется повьшение энергетических и динамических характеристик в процессе разгона, повьшение надежности за счет безударного перехода в режим фазового управления. За счет введения в состав электропривода задатчи- ка 20 напряжения и частоты, блока 21 задания и синхронизации,блока 23 установки, преобразователя 22 напряжение - частота, логического элемента 2-2И-2ИЛИ 24, блока 25 задания режимов обеспечивается плавное изменение частоты напряжения питания электро- . двигателя 1 до заданного значения. При этом работа электродвигателя осуществляется на устойчивой части механической характеристики в пределах до критического скольжения при минимальных значениях тока электродвигателя,. При длительной работе на пониженной частоте вращения осуществляется переход на фиксированную кратную частоту сети в пределах устойчивой части механической характеристики со значительным снижением потерь в электродвигателе. Переход в режим фазового управления синхронизирован с напряжением сети и осуществляется в функции обработки целевого числа периодов выходного напряжения в режиме частотного управления. 1 ил. - Iff, (Л iCO Ico- ico оо 4