Частотно-регулируемый электропривод Советский патент 1988 года по МПК H02P7/42 H02P3/22 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к частотно-управляемым электроприводам, и может быть использовано в различных отраслях промышленности: химической, горнодобь вагощей, металлургической и других для осуществления останова электроприводов с реактивным моментом статической нагрузки.

Целью изобретения является уменьшение времени торможения.

На фиг.1 изображена функциональная схема частотно-регулируемого электропривода; на фиг.2 - функциональная схема электропривода с повышенной эффективностью торможения.

Частотно-регулируемый электропривод (фиг.1 содержит асинхронный электродвигатель 1, статический преобра- зователь 2 частоты, выходом подклю ченный к статорной обмотке асинхронного двигателя, систему 3 управления напряжением и систему 4 управления частотой, регулятор 5 ЭДС с двумя входами, регулятор 6 тока с двумя входами, узел 7 задания ЭДС, датчик 8 частоты вращения, датчик 9 тока и датчик 10 ЭДС, С выходом узла 7 задания ЭДС соединен вход первого компаратора 11. Выход датчика 9 тока соединен с первым входом регулятора 6 тока, а выход датчика 10 ЭДС - с первым входом регулятора 5 ЭДС и с входом системы 4 управления частотой, второй вход регулятора 5 ЭДС подключен к выходу узла 7 ЭДС, а выход - к второму входу регулятора 6 тока, выход которого соединен с входом системы управления напряжением. Выходы указанных систем управления подключены к соответствующим управляющим входам статического преобразователя 2 .частоты. Регулятор ЭДС шунтирован ключом 1 2, а регулятор тока - 1 3 .

В электропривод введены второй компаратор 14, входом соединенный с выходом датчика 8 частоты вращения и логических элемента И-НЕ 15 - 17

три

Первые входы первого и второго логических элементов И-НЕ 15 и 16 подключены к выходу первого компаратора 1 1 , второй вход логического элемента И- НЕ 16 соединен с выходом второго компаратор 14, а выходы логических элементов Н-НЕ 15 и 16 подключены соответственно к входам третьего логического элемента И-НЕ, выход которого связан с управляющими входами ключей

10

5

0.-.

0

5

45

0

5

12 и 3, ныполненш тх на полевых транзисторах, и с вторым входом первого логического элемента И-НЕ 15.

Регуляторы тока и ЭДС датчики тока и зле образуют блок 18 регулирования, а ключи 12 и 13 - блок 19 шунтирования.

Электроп{)ивод работает следуюпц м образом.

С выхода узла 7 задания ЭДС на входы регулятора 5 ЭДС и первого компаратора I поступает сигнал задания ЭДС Е . В установившемся режиме работы, электропривода в соответствии с рассогласованием между сигналами заданной Е и фактической ЭДС Е электродвигателя (поступающей с выхода датчика 10 ЭДС) регулятор 5 ЭДС формирует на своем выходе заданное значение I активной составляющей статорного тока электродвигател.я. Регулятор 6 тока, на входе которого сравнивается заданное значение 1 и фактическое значение I тока, поступающее с выхода датчика 9 тока, воздействует выходным сигналом на вход системы 3 управления напряжением преобразователя 2 частоты, обеспечивается регулирование фактического тока, равного заданному значению. Путем задания частоты f электродвигателя,пропорциональной ЭДС Е (так как выход датчика 10 ЭДС подключен к входу системы 4 управления частотой преобразователя 2 частоты), осуществляется управление электродвигателем 1 при постоянстве потокосцепления (E/f Const), что обеспечивает удовлетворительные энергетические, динамические и перегрузочные характеристики электропривода. Установившемуся режиму работы электропривода соответствуют следующие выходные сигналы и состоя ния остальных элементов устройства: выходные сигналы первого 11 и второго 14 компараторов - выходные сигналы первого 15, второго 16 и третьего 17 логических элементов И-НЕ - соответственно 1, 1 и О, ключи 12 и 13 в блоке 19 шунтирования регуляторов закрыты.

Режимы торможения и останова электропривода. Пусть на выходе узла 7 задания ЭДС сиг}1ал задания ЭДС Е изменился скачком до нулевого значения, соответствующего команде на останов электропривода. При этом изменяется (по отнптеш1ю к исходному) вы314

родной сигнал первого компаратора 11 на 1, а выходные сигналы логических элементов И-НЕ 15-17 остаются по- прежнему неизменными, вследствие чего ключи 12 и 13 в блоке шунтирования регуляторов остаются закрытыми. Из-за появившегося рассогласования (лЕ - «СО) на входе регулятора 5 ЭДС изменяется полярность его выходного сигнала на отрицательную, вследствие чего регулятор 6 тока, воздействуя на систему 3 управления напряжением преобразователя 2 частоты, создает и поддерживает в электродвигателе 1 активную составляющую статор- ноге тока, отрицательной полярности, что означает создание в электродвигателе тормозного электромагнитного момента. Под действием развиваемого тормозного электромагнитного момента электродвигатель 1 эффективно тормозится до нулевой частоты вращения с отдачей накопленной кинетической энергии привода в сеть (через устройства рекуперации в составе преобразователя 2 частоты). В случае нерекуперативного выполнения преобразователя 2 частоты возможен сброс накопленной кинетической энергии на резисторы динамического торможения, В режиме торможения автоматически поддерживается закон управления E/f Congt, а значит, постоянство потокооцепления электродвигателя, что повышает эффективность осуществляемого торможения.

Для повьшения эффективности останова электропривод может быть дополнительно снабжен одновибратором 20 и сумматором 21 (фиг.2), причем сумматор 21 подклочен между одним из выходов блока 18 регулирования и входом системы 3 управления напряжением, другой вход сумматора 2 соединен с вторым входом системы 4 управления частотой и связан через одновибратор 20 с выходом третьего логического элемента И-НЕ 17. Одновибратор 20 содержит операционный усилитель 22, входную дифференцирующую цепочку, собранную на конденсаторе 23 и резисторе 24, отсекающий диод 25, цепи обвязки усилителя, включающие резисторы 26 и 27, конденсатор 28 и диод 29.

При достижении частотой вращения двигателя нулевого значения в электроприводе наступает режим останова. При этом по нулевому выходному сигналу датчика В частоты вращения изме8882

няется полярность выходного сигнала второго компаратора 14 на 1. При этом в устройстве изменяются вькод- ные сигналы и состояния следующих

элементов: выходные сигналы первого 15, второго 16 и третьего 17 логических элементов И-НЕ становятся разны

ми (соответственно О, О, 1), открываются ключи 12 и 13, в блоке шунтирования регуляторов, шунтируя регуляторы ЭДС 5 и тока 6 в блоке 18 регулирования. Вследствие этого снй- жйется напряжение со статорных обмо- ,ток электродвигателя 1 (нулевому входному сигналу системы 3 управления напряжением соответствует выходное напряжение, равное нулю, преобразователя 2 частоты). Если в качестве датчика 8 частоты вращения используется датчик скорости электродвигателя 1, то с момента рассмотренного шунтирования регуляторов электропривода и снятия статорного напряжения электродвигатель 1 остается неподвижным, т.е. в режиме останова. Если же в качестве датчика 8 частоты вращения используется датчик статора или ЭДС электродвигателя, то с момента наступления шунтирования регуляторов электропривода (в блоке 18 регулирования) и снятия статорного напряжения режим торможения электродвигателя не заканчивается, так как нз-за наличия скольжения скорость вала ротора электродвигателя при нулевой частоте статора или ЭДС еще не равна нулевому значению, а отличается на величину скольжения. В последнем случае с момента

шунтирования регуляторов электропривода продолжается режим торможения электродвигателя на выбеге под действием сил трения и момента статического сопротивления, который заканчивается остановом привода при достижении скоростью ротора электродвигателя нулевого значения. Предлагаемое техническое решение распространяется на область электроприводов с реактивным моментом статической нагрузки на валу электродвигателя.

В случае использования одновибра- тора 20 с момента времени наступления шунтирования регуляторов электропривода одновибратор 20 формирует на выходе (катод диода 25) сигнал 1, поступающий на вторые входы системы 4 управления частотой и сумматора 21 (фиг.2). При этом по укаярнном-/

5U

выходному сигналу оцновибратора 20 осуществляется останов частоты задающего генератора (или кольцевого распределителя) в составе системы 4 управления частотой и создается (1-1,5 кратный от нормального значения ток статорных обмотках электродвигателя 1. Вследствие этого электродвигатель 1 с момента времени, соответствуюше- го шунтированию регулятора электропривода, до момента полного останова эффективно тормозится в режиме динамического торможения постоянным током. По истечении некоторого интервала времени, регулируемого переменным резистором 26 одиовибратора 20 и задаваемого заведомо исходя из маховых масс привода и момента статической нагрузки, одновибратор 20 возвращается в исходное устойчивое состояние характеризующееся его выходным сигналом (на катоде диода 25), равным О При этом прекращаются блокирование частоты задающего генератора (или кольцевого распределителя) в составе системы А управления частотой и протекание тока по статорным обмоткам электродвигателя 1. Таким образом, по статорным обмоткам электродвигателя постоянный ток протекает кратковременно (в течение времени до момента полного останова привода), а с момента времени после наступления останова ток отсутствует. Применение режима динамического торможения постоянным током повьппает эффективность торможения электропривода в области малых частот, а прекращение подачи постоянного тока в обмотки электродвигателя после наступлейкя полного останова привода снижает электрические потери в электродвигателе и преобразователе частоты в режиме длительного останова, а значит, улучшает энергетические показатели электропривода в целом.

Устойчивый режим шунтирования регуляторов электропривода при нулевом сигнале задан ия (на выходе узла 7 задания ЭДС) независимо от пульсаций (вокруг нулевого уровня) реального выходного сигнала датчика 8 частоты вращения электродвигателя, вызванных несинусоидальностью выходных напряжений и токов преобразователя частоты, его процессами коммутации, а также влиянием на форму выходного напряжения и тока пульсаций вьшрямителл в

826

составе преобразователя частоты, обеспечивается введением самоблокирующей обратной связи с выхода третьего логического элемента И-НЕ 17 на один из входов первого логического элемента И-НЕ 15. Шунтирование регуляторов электропривода в режиме останова обеспечивает разряд всех емкостных элекентов, содержащихся в обратных связях регуляторов. При поступлении команды разгона электропривода (сигнал задания на выходе узла задания принимает значение, не равное нулю) изменяются выходные сигналы и состояния следующих элементов устройства: выходные сигналы компаратора 11, первого 15, второго 16 и третьего 17 логических элементов И-НЕ становятся

равн1,ми соответственно О, 1, 1 и О, ключи 12 и 13 в блоке 19 шунтирования регуляторов закрьгааются, регулятор 5 ЭДС и регулятор 6 тока электропривода расшунтируются, начинается режим разгона электропривода до заданной скорости. При этом начальный нулевой заряд емкостных эле-, ментов в обратных связях регуляторов способствует формированию в началь-

ный момент разгона типовых переходных процессов регулирования тока и скоро- с ти элек троприводов.

Сокращение времени останова электропривода достигается за счет шунтирования регуляторов электропривода на фиксированной близкой к нулевой частоте вращения электродвигателя (осуществляемого в функции нулевых

сигналов задания и обратной связи по частоте вращения, что расширяет до самьк низких значений частоты область эффективного частотного торможения электродвигателя и сокращает (до

близкого к нулевому значению) интервал времени с малоэффективным торможением на выбеге (под действием сил трени5} и момента статического сопротивления) . Сокращение времени останова достигается также за счет обеспечения (посредством самоблокирующей связи между введенными логическими элементаьи) устойчивого шунтирования регуляторов независимо от пульсаций

фактического сигнапа датчика частоты вращения на низкоГ частоте, вызванных несинусоидальттостью выходных напряжений токоп Преобразователя частоты, его Цнч1(: ггг1ми коммутации. Повытенне эффективности останова при обеспечении повышенных энергетических показателей электропривода достигается за счет осуществления при останове кратковременного режима динамического торможения асинхронного электродвигателя постоянным током (1-1,5)-кратной амплитуды по отношению к номинальному значению тока При этом отсутствие протекания тока по обмотке электродвигателя и фазам преобразователя частоты в режиме длительного останова электропривода снижает электрические потери в указанных .элементах и, следовательно, обесU

8

печивает хорошие энергетические показатели электропривода.

Повьштение надежности электропривода достигается за счет применения в нем более надежных элементов (в частности, логических элементов, компаратора) вместо элементов с невысокой надежностйю и ограниченным числом срабатьшаний (в частности, реле), что существенно проявляется для электроприводов, работающих в интенсивных пускотормозных режимах с частыми кратковременными остановами, характеризующимися непрерывными процессами включения-отключения реле.

ФигЛ

Фиг.2