Электропривод переменного тока Советский патент 1987 года по МПК H02P7/42 

11

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электроприводу переменного тока на базе машины двойного питания с неносредствен- ным преобразователем частоты в цепи ротора, и может быть использовано в механизмах, требующих высоких динамических свойств и повышенной надежности, например в горно-металлургической промьшленности при регулировании числа оборотов ротора относительно синхронной скорости питающего поля.

Целью изобретения является повышение надежности и качества переходных процессов за счет уменьшения бросков

тока и исключенИхЧ перенапряжений в I

цепях ротора при переходе от нерегз - лкруемого к регулируемому режиму работы электропривода

На чертеже представлена функциональная схема электропривода переменного тока.

Электропривод, переменного тока содержит асинхронный двигатель I с фазным ротором, подключенным к выходам регулируемого источника 2 тока., выполненного с последовательно соедк- ненныЕчи блоком 3 импульснс-фазовогс управления, управляемым ключам 4 и преобразователем 5 частоты с ыепос-- редстввнной связью, блок . прямого преобразователя координат,. подключе;ный выходами к управляющим входам регулируемого источника 2 тока., блек 7 обратного преобразования коордмиат., подключенный входами к вьксодаь; датчг ков фазных токов 8 и напря кений 9 статора формирозат&пь 10 сигкал ов задания активного и реакт.ивного токов ротора с регулятором 1 скорости вращения ротора и регулятором 12. реактивного тока статора, фазовый дис- криминатор 13 с пропорциопа.льно-ин- тегральным регул.ятором 14 частоты скольжения на выходе, формирователь 15 гармонических функций, вход которого соединен с выходом фазового дискриминатора 13, а выходы подключены к опорным входам блока 6 преобразования координат, блок 16 пуска, выполненный с трем.я управляемыми ключами 17 - 9, источником 20 постоянного сигнала, ограничителем 2 уровня сигнала, определителем 22 начального скольженрм и элементогч 21 задержки, вход которого образует вхо блоКсЧ 16 пуска и соединен с вводом 24 для сигнала пуска, с управляю1дт1м

53022

входом управляемых ключей 4 и 17, Выходы первого управляемого ключа 17, образующие первый и второй выходы блока 16 пуска, подключены соответственно к входу и выходу пропорционально-интегрального регулятора 14 частоты скольжения и к выходам ограничителя 21 уровня сигнала, первый вход ко- Q торого подключен х выходу определителя 22 начального скольжения, а второй вход объединен с управляющим входом второго управляемого ключа 18 блока 16 пуска и подключен к выходу элеменg та 23 задержки, выходы управляемого ключа 18, образующие третий и четвертый выходы блока 16 пуска, подключены соответственно к входу и выходу регулятора 11 скорости вращения ротод ра.. выходы третьего управляемого ключа 19, образующие пятый и шестой выходы блока 16 пуска5 подключены соответственно к входу и выходу регулятора 12 реактивного тока статора, Пер5 вый и второй входы фазового дискри- -шнатора 13 подключены к одноименным :зыходам блока 7 обратного преобразования координат, а третий вход фазового дискриуинато)а 13 и первый уп:;г, равляющий ВХОД блока 6 прямого преоб- у.:1азования координат подключены к первому выходу формирователя 10 сигналов задания активного и реактивного токов ротора, второй выход которого

.... подключен к второму управляющему

входу блока 6 прямого преобразования координат, а первый четвертый входы формирователя .0 сигналов задания актргвного Р1 реактивного токов ротора

,. |л подключены соответственно к третьему выходгу блока 7 обратного преобразо- занкя координат, к выходу фазового дискриминатора 13 и к выходам датчиков фазн.ых токов 3 и напряжений 9

.,t; статора.

В электропривод переменного тока е зедены элемент 25 задержки, трехфазный контарстор 26 м блок 27 роторных сопротивлений, формирователь 10 налов задания акт}-1вного и реактивно- оО

I o токов ротора снабжен сумматором

28,включенным по первому входу и выходу между выходом регулятора 12 реактивного тока статора и вторым

выходом названного формирователя 10, 55о

а выход источника 2и постоянного сигнала блока 16 пуска подключен к второму входу сумматора 28 формирователя 10 сигналов задания активного и

реактивного токов ротора. Выход элемента 23 задержки блока 16 пуска сое динен с управляющим входом четвертого управляемого ключа Г9, а вход элемента 23 задержки объединен с вхо дом введенного элемента 25 задержки, выход которого соединен с управляющим входом трехфазного размыкателя 26, подключенного первым входом к обмоткам ротора, а вторым входом - к блоку 27 роторных сопротивлений«

В электропривод переменного тока могут быть введены управляемый ключ 29, блок 30 памяти и сумматор 31, включенный по первому входу, и выходы между первым выходом формирователя 10 сигналов задания активного и реактивного токов ротора и первым управляющим входом блока 6 прямого преобразования координат; второй вход сумматора 31 соединен с выходом блока 30 памяти, вход которого через введенный управляемый ключ 29 подключен к первому выходу блока 7 обратного преобразования координат; управляющий вход управляемого ключа 29 соединен с вводом 24 для сигнала пуска. Входы блока 3 импульсно-фазового управления в регулируемом источнике 2 тока подключены к выходу регулятора 32 фазных токов и к выходу блока 33 компенсации. На входе регулятора 32 фазных токов включен элемент 34 сравнения, первый вход которого образует управляющий вход регулируемого источника 2 тока, а второй вход подключен к выходу датчика 35 фазных токов ротора.

На входы регулятора 11 скорости вращения ротора подключен элемент 36 сравнения, а на вход регулятора 12 реактивного тока статора - элемент 37 сравнения. К выходу регулятора 11 скорости вращения ротора подключен блок 38 деления, другой вход которого соединен с выходом определителя 39 потокосдепления. Входы обратной связи элементов 37, 36 сравнения и входы определителя 39 потокосдепле- ния образуют соответственно первый - четвертый входы формирователя 10 сигналов задания активного и реактивного токов ротораi первьш и второй выходы которого образованы выходом блока 38 деления и выходом сумматора 28.

К входу пропорционально-интегрального регулятора 14 частоты скольжения в фазовом дискриминаторе 13 под

453024

ключен блок 40 деления, соединенный входом с выходом элемента 41 сравнения. Один из входов элемента 41 срав- нения и другой вход блока 40 деления образуют первый и второй входы фазового дискриминатора 13. Другой вход элемента 41 сравнения образует третий вход фазового дискриминатора 13. 10 Электропривод переменного тока работает следующим образом.

Для качественного подключения преобразователя 5 частоты с непосредственной связью к вращающемуся асин- 15 хронному электродвигателю 1 с фазным ротором необходимо, чтобы в момент подключения вектор выходного напряжения преобразователя был сориентирован определенным образом относитель- 20 но вектора ЭДС ротора. В противном случае при случайной ориентации указанного вектора возможны недопустимо большие броски тока в момент подключения преобразователя 5 частоты с 25 непосредственной связью к ротору.

Требование по ориентации векторов выполняется в электроприводе реализацией промежуточного синхронного режима работы электродвигателя 1 с 30 последующим автоматическим переводом к регулируемому режиму работы. Для этого по сигналу пуска, поступающему на ввод 24, выходы преобразователя 5 частоты с непосредственной связью подключаются к ротору, и на протяжении времени t формируется неизменной частоты выходной ток преобразователя. За время лt электродвигатель I втягивается в синхронизм и Q векторы оказываются сориентированы необходимым образом.

Для того, чтобы не возникало перенапряжений в цепях ротора при размыкании контактора, закорачивающего д ротор в нерегулируемом режиме работы (не показан), в электроприводе используется блок 27 роторных сопротивлений, подключенный в нерегулируемом режиме через трехфазный контактор 26 к ротору. Пока ротор закорочен контактором блок 27 роторных сопротивлений в работе не .участвует, зато при размыкании контактора ток ротора поступает в роторные сопротивления блока 27 и перенапряжения не возникают. После размыкания контактора в ротор подается выходной ток преобразователя 5 частоты с непосредственной связью. Этим током электродвигатель I

50

55

втягивается в синхронизм за время не более времени элемента 25 задержки, в результате чего направление вектора указанного тока становится соглас- ным направлению вектора тока ротора. Теперь можно отключать от ротора роторные сопротивления блока 27 без каких-либо перенапряжений в цепях ротора. Это осуществляется размыканием трехфазного контактора 26, На управляющий вход которого поступает задержанный , на время Л1 элементом 25 задержки сигнал пуска.

Отключение роторных сопротивлений блока 27 от ротора приводит к изменению величины тока ротора,, в результате чего возникают затухающие колебания тока ротора, вызванные выпаданием электродвигателя из синхронизма Колебания затухают при повторном втягивании электродвигателя 1 в синхронизм, для обеспечения которого с выхода преобразователя .5 частотг с непосредственной связью на протяжении ингер- вала времени At после отключения: роторных сопротивлений блока 27 от ротора продолжает поступать ток прежней частоты. Формирование выходног о тока данной частоты преобразова.телем 5 частоты с непосредственной связью осуществляется на интервале времени /it + 4t2 с помощью элемента 23 задержки. По выходному сигналу элемента 23 задержки на интервале времекн /)t + 4t после поступления сигнала пуска осуществхсяется закорачиванк:е управлйемыми ключами 18, 19 регулятора I1 скорости вращения ротора и регулятора 2 реактивного тока статорв а также ограничение выходного сигнала цропорционально-йнтегрального регулятора 14 частоты скольжения ограничителем 21 уровня сигнала.

По окончании интервала времени 4t + dt после поступления сигнала пуска выходной сигнал элемента 23 задержки изменяется и электропривод переходит в регулируемый режим работы,

В электроприводе благодаря введению сумматора 28 и закорачиванию в синхронном режиме работы управляемым ключем 19 регулятора 12 реактивного тока статора можно задавать ток рото7 ра в синхронном режиме независимо от уровня уставки ограничения выходного сигнала регулятора 12 и менять при

необходимости его величи 1у в широких пределах.

Благодаря введению управляемого ключа 29 блока 30 памяти и сумматора 31 в момент вступления электропривода в регулируемый режим работы обеспечивается соответствие по величине сигналов задания и реального значения активного тока электродвигателя 1. Это достигается запоминанием величины активного тока электродвигателя 1 блока 30 памяти в момент перехода электродвигателя 1 к синхронному режиму работы и использованием выходного сигнала блока 30 памяти в качестве задания активного тока ротора в синхронном режиме работы. Блок 30 памяти представляет собой инерционное звено с большой постоянной времени спадания выходного сигнала до нуля. После вступления в работу регулятора 11 скорости вращения ротора и спадания выходного сигнала блока 30 памяти до нуля активный ток ротора.задается указанным регулятором П. Управляемг: й ключ 29 нужен для того, чтобы после вступления блока 30 памяти в работу сигнал реального значения акт.ивного тока двигателя 1 не поступали на вход блока 30 памяти и не влиял на величину его выходного сигнала, т.е., чтобы не возникал контур с положительной обратной связью

Таким образом, введение в электропривод переменного тока элемента задержки трехфазного размыкателя, блока роторных сопротивлений и соответствующее выполнение формирователя сигналов задания г:1ктивного и реактивного токов ротора и блока пуска обеспечивают уменьшение бросков тока и исключение перенапряжений в цепях ротора при переходе от нерегулируемого к регулируемом режиму работы, благодаря чему повьшается надежность и качество перех одных процессов.

Формул

изобретения

55

1, Электропривод переменного тока, содержащий асинхронный двигатель с фазным роторомS подключенным к выхо- дам регулируемого источника тока, выполненного с последовательно соединенными блоком импульсно-фазового управления, управляемым ключем и преобразователем частоты с непосредствен

71.3

ной связью, блок прямого преобразования координат, подключенный выходом к управляющему входу регулируемого источника тока, блок обратного преоб разования координат, подключенный входами к выходам датчиков фазпых токов и напряжения статора асинхронного двигателя, формирователь сигналов задания активного и реактивного токов ротора с регулятором скорости вращения ротора и регулятором реактивного тока статора, фазовый дискри минатор с пропорционально-интегральным регулятором частоты скольжения на выходе, формирователь гармонических функций, вход которого соединен с выходом фазового дискриминатора, а выходы подключены к опорным входам блока прямого преобразования координат, блок пуска, выполненный с тремя управляемыми ключами, источником постоянного сигнала, ограничителем уровня сигнала, определителем начального скольжения и элементом задержки,вход которого образует вход блока пуска, соединенного с вводом для сигнала пуска и с управляющими входами ключа регулируемого источника тока и первого ключа блока пуска, при этом выходы первого управляемого ключа блока пуска, образующие первый и второй выходы блока пуска, подключены соответственно к .входу и выходу пропорционально-интегрального регулятора частоты скольжения и к выходам ограничителя уровня сигнала, первый вход которого подключен к .выходу определителя начального скольжения, а второй вход объединен с управляющим входом второго управляемого ключа блока пуска и подключен к выходу элемента задержки этого блока, выходы второго управляемого ключа блока пуска, образующие третий и четвертый выходы блока пуска, подключены соответственно к входу и выходу регулятора скорости вращения ротора, выходы третьего управляемого ключа блока пуска, образующие пятый и шестой выходы блока пуска, подключены соответственно к входу и выходу регулятора реактивного тока статора, первый и второй входы фазового дискриминатора подключены к одноименным выходам блока обратного преобразования координат, а третий вход фазового дискриминатора и первый управляющий вход блока прямого преобразования координат подключены к первому выходу формирователя

10

0

5

. 5

0

5

0

5

0

5

сигналов задания активного и реактивного токов ротора, второй выход которого подключен к второму управляющему входу блока прямого преобразования координат, а первый, второй, третий и четвертьш входы формирователя сигналов задания активного и реактивного токов ротора подключены соответственно к третьему выходу блока обратного преобразования координат, к выходу фазового дискриминатора и к выходам датчиков фазных токов и напряжений статора, отличаю- щ и й--,с я тем, что, с целью повышения надежности и качества переходных процессов за счет уменьшения бросков тока и исключения перенапряжений в цепях ротора при переходе от нерегулируемого к регулируемому режиму работы, введены элемент задержки, трехфазный размыкатель и блок роторных сопротивлений, формирователь сигналов задания активного и реактивного токов ротора снабжен сумматором, включенным по первому входу и выходу меж,ду выходом регулятора реактивного тока статора и вторым выходом указанного формирователя, а выход источника постоянного сигнала блока пуска подключен к второму входу сумматора формирователя сигналов задания активного и реактивного токов ротора, выход элемента задержки блока пуска соединен с управляющим входом третьего управляемого клточа этого блока, а вход указанного элемента задержки объединен с входом введенного элемента задержки, выход которого соединен с управляющим входом трехфазного размыкателя, пoдклJoчeннoгo первым входом к обмоткам ротора, а вторым входом - к блоку роторных сопротивлений.

2. Электропривод по п.1, отличающийся тем, что введены управляемый ключ, блок памяти и сумматор, включенный по первому входу, и выходы между первым выходом формирователя сигналов задания активного и реактивного токов ротора и первым управляющим входом блока прямого преобразования координат, второй вход введенного сумматора соединен с выходом блока памяти, вход которого через управляемый ключ подключен к первому выходу блока обратного преобразования координат, управляющий вход введенного управляемого ключа соединен с вводом для сигнала пуска.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в горно-металлургической промьппленнос- ти, в механизмах, требующих, высоких динамических свойств и повьшенной надежности. Целью изобретения является повьшение надежности и качества переходных процессов. Указанная цель достигается взведением в электропри 10 вод неременного тока элемента задержки (ЭЗ) 25, трехфазного размыкателя 26 и блока 27 роторных сопротивлений, сумматора (С) 28 в формирователь 10 сигналов задания активного и реактивного токов ротора, включенного между регулятором 12 реактивного тока и вторым выходом фор1 зирователя 10, и подключением источника 20 постоянного сигнала к второму входу С 28, выхода ЭЗ 23 - к управляюп1ему входу управляемого ключа 17 блока 16 пуска. Вход ЭЗ 23 объединен с входом ЭЗ 25, выход которого подключен к управляющему входу трехфазного размыкателя 26, включенного обмотками ротора асинхронного двигателя 1 и блоком 27. В результате уменьшаются броски тока и исключаются перенапряжения в цепях ротора двигателя 1 при переходе, от нерегулируемого к регулируемому режиму работы. I з.п. ф-лы, 1 ил. с (О ел гг ОО NU СЛ со О ю