Устройство для реверса асинхронного частотно-регулируемого электродвигателя Советский патент 1988 года по МПК H02P7/42 

1

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

Целью изобретения является сокращение времени реверса электродвигателя при снижении установленной мощности преобразователя частоты.

На фиг.1 приведена функциональная схема устройства для реверса асинхронного частотно-регулируемого электродвигателя; на фиг.2 - принципиальная схема блока задания полярности; на фиг.З - временные диаграммы рботы устройства.

Устройство для реверса асинхронного частотно-регулируемого электродвигателя 1 содержит статический преобразователь 2 частоты с системой 3 управления частотой с тремя входами и системой 4 управления напряжением, узел 5 задания, последовательно соединенные блок 6 задания полярности, входом подключенный к выходу узла задания задатчик 7 интенсивности, блок 8 регуляторов, первый выход которого соединен с входом системы 4 управления напряжением, сумматор 9, соединенный одним входом со вторым выходом блока 8 регуляторов и связанный выходом с входом задающего генератора 10, элемент II совпадения, один вход которого подключен к выходу датчика 12 нулевой частоты вращения электродвигателя, а выход - к стробирующему входу первого синхронного триггера 13, связанного одним входом через компаратор 14 с выходом узла 5 зада

ния, а двумя выходами - с входами формирователя 15 импульсов, датчик 16 коммутации, подключенный к выходу системы 3 управления частотой, делитель 17 частоты, асинхронный триггер 18, второй синхронный триггер 19 и логические схемы И-НЕ 20 и 21. Первая схема И-НЕ 20 включена между выходом компаратора 14 и вторым входом первого синхронного триггера 13. Второй синхронный триггер 19 соединен двумя входами с двумя выходами первого триггера 13, а двумя выходами - с вторым и третьим входами системы 3 управления частотой и с вторым входом блока 6 задания полярности. Делитель 17 частоты включен между выхо0

5

0

«

5

5

0

5

0

5

дом задающего генератора 10 и входом схемы 11 совпадения. Второй синхронный триггер 19 стробирующим входом подключен к выходу датчика 16 коммутации, к одному входу асинхронного триггера 18 и к одному входу второй логической схемы И-НЕ 2, связанной другим входом с выходом формирователя 15 импульсов, а выходом - с вторым входом асинхронного триггера 18, подсоединенного выходом к второму входу сумматора 9.

Блок 8 регуляторов выполнен в виде последовательно подключенньсх регуляторов ЭДС 22 и тока 23, связанных другими входами с датчиками ЭДС 24 и тока 25 соответственно. Формирователь 15 импульсов составлен из двух форсирующих КС-цепей, подсоединенных к диодной схеме выпрямления, а асинхронный триггер 18 собран на двух логических схемах И-НЕ 26 и 27.

Блок 6 задания полярности содержит два последовательно подключенных пропорциональных усилителя 28 и 29 (фиг.2). Усилитель 29 содержит две цепочки входньк резисторов, одна из которых состоит из двух последовательно подключенных резисторов, общая точка соединения которых через управляемый ключ 30 соединена с общей точкой питания, при этом общая точка соединения входных резисторов усилителей, управляющий вход ключа 30 и выход усилителя 29 являются соответственно первым и вторым входами и выходом блока 6 задания полярности.

На временных диаграммах работы уст- ройства (фиг.З) обозначены: Ы, Е - соответственно скорость и ЭДС электродвигателя; Uj , и и U-J - выходные сигна.пы соответственно узла 5 задания, блока 6 задания полярности и задат- чйка 7 интенсивности; Ug, U и U,- выходные сигналы соответственно сумматора 9, элемента 11 совпадения и датчика 12 нулевой частоты вращения электродвигателя; U,, , U, и U,j - выходные сигналы соответственно первого синхронного триггера 13, компаратора 14 и формирователя 15 импульсов; и ft f9 выходные сигналы соответственно датчика 16 коммутации, асинхронного триггера 18 и второго синхронного триггера 19; U и выходные сигналы соответственно первой и второй логических схем И-НЕ 20 и 21; -i-A, -«-В, и -А, -В,-С - им314

пульсы управления основными тиристорами фаз А, В и С трехфазного автономного инвертора напряжения соответственно анодной и катодной групп.

Устройство работает следующим образом.

В установившемся режиме работы в направлении Вперед (т.е. прямьм чередованием фаз статорного напряжения электродвигателя 1) с выхода узла 5 задания сигнал U положительной полярности амплитудой, пропорциональной заданию ЭДС электродвигателя, поступает на первый вход блока 6 задания полярности. Режим Вперед определяет закрытое состояние ключа 30 в блоке 6 задания полярности, вследствие чего передаточный коэффициент блока 6 от первого входа к выходному сигналу равен -t-l. Задатчик 7 интенсивности формирует на своем выходе сигнал U-, задания ЭДС электродвигателя, поступающий на вход блока 8 регуляторов. Посредством блока 8 регуляторов вьтолненного в соответствии с принципами подчиненного регулирования двухконтурным (с регуляторами тока 23 и ЭДС 22, датчиками тока 25 и ЭДС 24), осуществляется стабилизация на заданном уровне величины ЭДС Е электродвигателя 1 (путем воздействия блока 8 регуляторов на вход системы 4 управления напряжением) и стабилизация частоты f статора и потокосцеп- ления электродвигателя (путем воздействия блока 8 регуляторов через последовательно соединенные сумматор 9, задающий генератор 10 и делитель 17 частоты на вход системы 3 управления частотой), При этом следует учитывать, что при наличии нулевого сигнала на втором входе сумматора 9 в устройстве осуществляется управление электродвигателем 1 при постоянстве магнитного потокосцепления (E/f const). Установившемуся режиму работы Вперед соответствуют следующие логические сигналы на выходах элементов устройства: компаратор 14 - логическая схема И-НЕ 20 - О, датчик 12 нулевой частоты вращения - элемент 11 совпадения типа И- НЕ - первый синхронный триггер 13 - 1, формирователь 15 импульсов - логическая схема И-НЕ 21 - асинхронный триггер 18 - О, второй синхронный триггер 19 - 1, передаточный коэффициент

1

блока 6, задания полярности равен +1, ключ 30 (фиг.2) закрыт.

Режим реверса электродвигателя осуществляется в устройстве в два

этапа (с интервалами времени tj -t- и tj-t). Командой на реверс служит изменение на отрицательную полярность выходного сигнала U узла 5 заДания (момент времени t). В течение интервала времени после поступления указанной команды изменяются состояния (по отношению к исходному ) только двух элементов: компаратора 14

и логической схемы И-НЕ 20, выходные сигналы которых устанавливаются равными соответственно О и J. Вследствие ступенчатого изменения (в отрицательную полярность) входного сигнала задатчика 7 интенсивности на выходе последнего происходит линейное уменьшение сигнала U до нулевого значения. Вследствие этого посредством блока 8 регуляторов линейно уменьшаются до нуля амплитуды выходного напряжения (ЭДС) и частоты преобразователя 2, а значит, электродвигатель 1 тормозится с направлением вращения Вперед до нулевой скорости.

При достижении скоростью (либо ЭДС) электродвигателя 1 значения, близкого к нулевому, начинается первая ступень реверсива (момент времени t), в течение которой датчик 16 нулевой частоты вращения формирует на своем выходе сигнал 1. При поступлении указанного сигнала датчика 16 на один из входов элемента 11 совпадения (момент времени tj) ив момент поступления на ее другой вход импульса 1 с выхода задающего генератора 10 на выходе элемента 11 совпадения формируется сигнал О, после появления которого начинается вторая ступень реверса (момент времени t.j). На интервале времени реверса t ft изменяется состояние выходных сигналов первого синхронного триггера 13 на о и 1, формируются узкие импульсы 1 на выходе формирователя 15 импульсов, при отсутствии разрешения на коммутацию (выходной сигнал датчика 16 коммутации равен 1) изменяют свое состояние вторая логическая схема И-НЕ 21 на О и асин

хронный триггер 18, выходной сигнал 1 которого поступает на второй вход сумматора 9 и осуществляет формирование выходной частоты преобразователя

15

2 до уровня нсшинальиого значения частоты.

При поступлении с выхода датчика 16 Лммутации сигнала О (разрешение реверса) происходит собственно реверс электродвигателя (момент времени t.). На этом интервале изменяются состояния выходных сигналов второго синхронного триггера 19 на О и 1 и д ключа 30 (фиг.2) в блоке 6 задания полярности на Открыт и состояние выходного сигнала асинхронного триггера 18 на о. Таким образом, в соответствии с изменением логических сигналов на втором и третьем входах системы 3 управления частотой осуществляется реверс кольцевого распределителя (либо фаз управляющих импульсов систем 3), а значит, реверс фаз выходного напряжения преобразователя частоты. При этом прекращается форсирование частоты (до уровня номинального значения) и частота устанавливается равной начальной (пусковой) час- 25 тоге 1,0-1,5 Гц. Изменяется передаточный коэффициент (на -1) блока 6 задания полярности, вследствие чего на вход зад 1тчика 7 интенсивности поступает положительный сигнал U/, а выходной сигнал U задатчика 7 линейно увеличивается по амплитуде; блоком 8 регуляторов формируется въп ходное напряжение преобразователя 2

сутствия нулевых сигналов на обоих его входах.

Величина времени реверса электродвигателя, обеспечиваемая устройством,

tp 4t,+ jt 30-t-3,3 35 Mc, (1) где

dt, - TO

j-30 MC (2)

20

интервал времени первой стадии реверса, определяющийся периодом импульсов задающего генератора 10 (с целью сокращения интервала 4t, увеличена частота задающего генератора 10, а для согласования повышенной частоты с системой 3 введен делитель 17 частоты; при коэффициентах деления кольцевого распределителя системы 3 и делителя 17 частоты, равных ,6, частота f,j импульсов задающего генератора связана с выходной частотой реверса f 1 Гц соотношением f К„ К, f 36 f);

to

ч бЬ

6-55 З З мс - (3)

продолжительность второй стадии реверса, характеризующейся режимом фор- 30 сирования частоты (f 50 Гц - но- ьшнальная частота; коэффициент 6 учи- тьшает наличие шести разрешающих импульсов датчика коммутащш в периоде

выходного напряжения трехфазного пречастоты с линейно возрастающей ампли- собразователя частоты на базе автономтудой и частотой, благодаря чему элек-ного инвертора).

тродвигатель 1 разгоняется в направ- Отличительной особенностью предлалении Назад, реверс завершается.гаемого технического решения по отС момента времени t (фиг.З) уставав-ношению к известным устройствам являливается обратное чередование импуль- доется применение форсирования частоты

сутствия нулевых сигналов на обоих его входах.

Величина времени реверса электродвигателя, обеспечиваемая устройством,

tp 4t,+ jt 30-t-3,3 35 Mc, (1) где

dt, - TO

j-30 MC (2)

интервал времени первой стадии реверса, определяющийся периодом импульсов задающего генератора 10 (с целью сокращения интервала 4t, увеличена частота задающего генератора 10, а для согласования повышенной частоты с системой 3 введен делитель 17 частоты; при коэффициентах деления кольцевого распределителя системы 3 и делителя 17 частоты, равных ,6, частота f,j импульсов задающего генератора связана с выходной частотой реверса f 1 Гц соотношением f К„ К, f 36 f);

to

ч бЬ

6-55 З З мс - (3)

продолжительность второй стадии реверса, характеризующейся режимом фор- сирования частоты (f 50 Гц - но- ьшнальная частота; коэффициент 6 учи- тьшает наличие шести разрешающих импульсов датчика коммутащш в периоде

сов управления: +А, +В, -t-C и -А, -В, -С тиристорами преобразования частоты.

Для исключения режима форсирования частоты до уровня номинального значения в случае совпадения сигнала разрешения ког-1мутации с моментом реверса состояния первого синхронного триггера 3 (когда нет необходимости в сокращении временного интервала 4tj, поскольку на время наличия разрешающего импульса О датчика 16 коммутации через логическую схему И-НЕ 21 асинхронный триггер 18 удерживается в состоянии с вы- 55 двигателя и улучшить динамику разго- 0. За счет этого на электродвигателя после режима реходным сигналом обеспечивается устойчивая работа асинхронного триггера 18, так как исключается режим одновременного приверса.

Сокращение времени реверса скорости электродвигателя достигается за

без форсирования напряжения на статор- ных обмотках электродвигателя, причем форсирование частоты осуществляется в течение времени между коммутациями (до первой наступающей коммутации в силовой схеме преобразования частоты). Последнее обеспечивает поддержание неизменным по величине потокосцепления электродвигателя при

реверсе, что позволяет получить высокие значения пускового электромагнитного момента двигателя в обратном направлении вращения, а следовательно, уменьшить время реверса электроверса.

Сокращение времени реверса скорости электродвигателя достигается за

7

счет уменьшения времени реверса фаз выходного напряжения преобразователя частоты при стабилизации магнитного потокосцепления электродвигателя. Уменьшение времени реверса фаз выходного напряжения преобразователя частоты достигается за счет применения двухступенчатого процесса реверсирования и сокращения времени каждой из двух промежуточных сдагаемьк стадий реверса. Уменьшение времени первой стадии реверса, т.е. временной задержки между командами на реверс (от сигнала датчика нулевой частоты вращения) и разрешения реверса (от сигнала задающего генератора), обеспечивается в устройстве путем по- вьппения дискретности интервалов разрешения изменения состояния схемы совпадения (вследствие использования задающего генератора повьшзенной частоты). Уменьшение времени второй стадии реверса, т.е. временной задержки между окончанием первой стадии и собственно реверсом фаз выходного напряжения, достигается за счет использования форсирования частоты до номинального значения на период времени до первой наступающей комму14

8

тации. Применение форсирования частоты на время до первой наступающей коммутации позволяет стабилизировать магнитное потокосцепление двигателя при реверсе, а значит, увеличить пусковой электромагнитный момент двигателя при реверсе, сократить время реверса скорости двигателя.

Снижение установленной мощности преобразователя частоты в устройстве объясняется использованием при реверсе форсирования выходной частоты без форсирования выходного напряжения.

Ста билизация магнитного потокосцепления двигателя достигается путем только форсирования выходной частоты, причем на период времени до первой наступающей коммутации, что не вызывает завышения преобразователя частоты по мощности.

Применение изобретения позволяет увеличить производительность рабочих механизмов, в частности, работающих

в интенсивных реверсивных режимах, и улучшить технико-экономические и массо-габаритные показатели производственных установок с частотно-регулируемыми асинхронными электроприводами.

-Bi

,

Фи8.2