Электропривод Советский патент 1988 года по МПК H02P7/42 

имеющим короткозамкнутый ротор„ Блок 13 управления АИ 2 соединен с выходом задатчика частоты 20. Входы блока 14 управления соединены с выходами регу :Лятора 23 напряжения5 регулятора 25 тока, блока 19 задержки и датчика 10 тока, Оди}1 вход блока 19 соединен с выходом датчика П тока, а другой :С схемы 29 задержки, подклкгченной через элементы И 33, НЕ 32 к выходам-счетчика 28 блока 19. Управляющий вход инерционного блока 27 подключен к выходу схемы 30 задержки, соединенной с выходом счетчика 28, ,1зход Сброс которого через схему 31 ;задержки подключен к блоку 19. 1 з.п. ф-лы, б ил.

Изобретение относится.к электротехнике и может быть использовано для н-ужд прокатного стана. Целью изо бретения является улучшение эксплуа - тациоьп ых показателей путем обеспе чения бесперебойности работы и авто матического повторного включения в аварийных pexiiMax. Б электропривод введены инерционный блок 27, включен--- ный между задатчиком 20 частоты и нелинейным блоком 21 преобразования частоты в напряжение, на выходе рого установлен счетчик 28. Выход nor следнего соединен с управляющим дом ключа 4, обеспечивая подключение управляемого вьтрямителя 3 к сети, Выпрямитель 3 через датчик 10 тока, ЬС фильтр 6, разрядный тиристор 7, дроссель 8, датчик 11 тока и датчик 12 напряжения подключен к входу авто номного инвертора (АИ) 2 напряжения, Выход АИ 2 соединен с двигателем 1, 5 tmoA ю ел Ю

: Изобретение относится к электро- iтехнике, а именно к управляемым элект :роприводам на базе асинхронных дви ;гателей с короткозамкнутым ротором, :и может быть использовано, например, для нужд прокатного производства (привода рольгангов).

Цель изобретения -.улучшение экс плуатационных показателей электроприг- вода путем обеспечения беснеребойно сти работы и автоматического повторного включения в аварийнь х режимах,

На фиг.1 представлена фуггкциональ - ная схема электропривода; на фиг,2 - инерционньй блок; на ™ нелиней - ный блок преобразования частоты в напряжение; на фиг,4 блок защиты; на фиг.5 счетчик; на, фиг,6 « диаграм™ мы, поясняющие действие аварийной защиты.

Электропривод содержит группу (фиг,1) параллельно соединенных асинхронных двигателей 1 с коротко- замкнутым pOTOpoMj подключеннь х к вы ходам автономного инвертора 2 напря жения, реверсивный вьтрямитель .3, со единенный входами через управляемый выключатель 4 с клеммами 5 для подключения питающей сети,,ЪС-фильтр 6, подключенный входами к выходам ревер сивного вьтрямителя 3, а выходами к вьшодам разрядного тиристора 7, дроссель 8,-зашунткрованный диодом 9, датчик 10 выходного тока выпрямителя, датчик 1 тока дросселя, датчик 12 входного напряжения инвертора, блок 13 управления инвертором, блок 14 управления выпрямителем с основным . входом 15,входом 16 для задания направления тока,входом 17защиты и входом 18 для сигнала о наличии 19 заo

0

5

0

5

0

щиты, задатчик 20 частоты вращения и последовательно соединенные нелинейный блок 21 преобразования частоты .в напряжение, первый сумматор 22, регулятор 23 напряжения, второй сумматор 24 и регулятор 25 тока, зашунти- рованной первым управляемым ключом 26.

Один из выходов LC-фильтра 6 подключен непосредственно к соответствующему входу автономного инвертора 2, а другой - через дроссель 8. Выходы регулятора 25 тока, регулятора 23 напряжения и блока 19 защиты подключены соответственно к основному вко ду 15, входу 16 для задания направле НИН штока, к входу 17 защиты блока 4 управления выпрямителем.

Выход задатчика частоты 20 враще- ния подкл1дчен к входу блока 13. Выход датчика 12 входного напряжения инвертора соединен с другим входом первого сумматора 22, выход датчика 10 выходного тока выпрямителя подклюю чен к другому входу второго сумматора 24 и к входу 18 для сигнала о наличии тока блока 4 управления вьшря- мителем.

Вход блока 19 защиты подключен к выходу датчика 11 тока дросселя, а выход соединен с управляющим входом разрядного тиристора 7 и управляющим входом первого управляющего ключа 26,

В электропривод введены инерцион ный блок 27 с управляющим входом, счетчик 28, три элемента 29-31 задержки, схема НЕ 32 и схема И 33. Вход для сброса блока 19 защиты подключен к выходу элемента 29 задержки, вход которого соединен с выходом схемы И 33.

Вход инерционного блока 27 подклкг- чен к выходу задатчика 20 частоты вращения, а выход - к входу нелиней ноге блока,32 преобразователя частоты в напряжение. Выход блока 19 защиты подключен к входам элементов 20 и 31 задержкиJ .счетчика 28 и схемы НЕ 32. Выход элемента 30 задержки под ключей к управляющему входу инерцион ного блока 27, Выход элемента 31 за держки подключен к входу сброса счет-- чика 28, счетный вход которого соеди-- нек с вых одом нелинейного блока 26, Первый вход схемы И 33 подключен к - выходу схемы НЕ 32, а второй вход объединен с управляющим входом упраз - ляемого выключателя.4 и подключен к выходу счетчика 28,

В электропривод могут быть введены 20 вертора, когда нар тиается его комму- источник 34 постоянного напряжения, тационяая устойчивость, или вследст- резистор 35, второй управляемьш ключ 36 и цепь, составленная из последовательно соединенных третьего управляемого ключа 37 и стабилизатора 38, является узел искусственной коммута- ключенная между входом и выходом регу- ции, где циркулирует ток в виде уз лятора 23 напряжения. При этом выход

вне перенапряжений на тиристорах, Прорьш может быть также спровЬци рован помехой, источником которой

ких импульсов большой амплитуды, а также помехами от работы посторонней коммутационной аппаратурь. 30 Датчиком сигнала о прорьше может служить .датчик тока дросселя, установленного на входе инвертора. Выходной сигнал датчика воздействует через блок защиты на выключатель.

источника 34 постоянного напряжения через резистор 35 и управляемьш ключ 36 подключен к дополнительному входу сз мматора 22, а управляющие входы управляемых ключей 36 и 37 соединены с, выходом элемента 30 задержки. Инерционный блок 27 выполнен с

диодом 39 (фиг. 2), конденсатором 40, г осуществляющий отключение питающего

шунтирован ным управляемым ключом 41, резистором 42, один из вьтодов которого предназначен для подктао.чения источника постоянного -напряжения и с

переменного напряжения. Повторное включение электропривода, кнк прави ло, требует вмешательства обслужива ющего персонала и связано, с опредепоследовательно соединенными резисто- 40 ленными затратами времени.

Отключение электропривода можно считать оправданным, если произошло нарушение в нагрузке или вьштел из строя и1-шертор. Однако, если OTKjQ04e 45 ние вызвано помехой, то простой

электродвигателя, нарушающий техноло гический процесс, является неоправданным.

В предлагаемом электроприводе ре- частоты.в напряжение может быть выпол-50 шается задача автоматического повтор- нен на основе операционного усилите- ного включения в аварийных режимах.

Электропривод работает следующим образом.

При включении выключателя 4 в нор- gc мальном рабочем режиме двигатели I развивают частоту вращения в соответ- ствии с частотой автономного инвертора 2, определяемой блоком управления инвертором по сигналу задатчирами 43 к 44 и операционным усилнте - лем 45 с резистором 46 в цепи обратной связи. Общая точка резисторов 43 и 44 через диод 39 подключена к дру- гому вьшоду резистора 42 и к выводу конденсатора 40, а управляющий.вход управляемого ключа 41. образует управ ляющий вход инерционного блока 27. Нелинейный блок 21 преобразования

ля 47 (фиг.З), шунтированного по цепи обратной связи резистором 48, а также потенциометров 49 и 50, резисто- ров 51-53, диода 54, включенных на входе этого усилителя 47.,

Блок 19 защиты может быть выполнен с компаратором 55 (фиг.4), резисторами 56 и 57 на его входе и с триггером

Группа асинхронных двигателей 1 с г.. i orкoзa кнyтым ротором предназначе- ла для вращения механизмов с малым MOMeHTi 4 сопротивления и с высоким. моментоь5 пшерции разгрузки (наприMeps 5 приводе рольгангов).

С-- цифическтв аварийньм режимом мое-то, .а г о автономного инвертора напряжения является так называемый прорьш, т,р., сквозное протеканне

тока через вентили одной фазы; В ти ристорнык инверторах, которые всегда оснащены вспомогательными узлами ис кусстзенной коммутации, прорыв может возникнуть при перегрузке ин

вертора, когда нар тиается его комму- тационяая устойчивость, или вследст- является узел искусственной коммута- ции, где циркулирует ток в виде уз

вне перенапряжений на тиристорах, Прорьш может быть также спровЬци рован помехой, источником которой

вертора, когда нар тиается его комму- тационяая устойчивость, или вследст- является узел искусственной коммута- ции, где циркулирует ток в виде уз

ких импульсов большой амплитуды, а также помехами от работы посторонней коммутационной аппаратурь. Датчиком сигнала о прорьше может служить .датчик тока дросселя, установленного на входе инвертора. Выходной сигнал датчика воздействует через блок защиты на выключатель.

переменного напряжения. Повторное включение электропривода, кнк прави ло, требует вмешательства обслужива ющего персонала и связано, с опредеКЗ 20, При этом a mлитyдa напряжения , на нагрузке определяется углом управ- ления реверсивного выпрямителя 3, задаваемым блоком 14 по сигналу тему автоматического регулирования под действием задатчика 20. Соотношение между амплитудой и частотой напряжения определяется нелинейным блоком 21.

При прорьше Автономного инвертора 2 датчик 11 тока дросселя 8 выдает аварийный сигнал в блок 9 защиты. (Переключается триггер 58 (фиг,4) и с его выхода постзтает сигнал О на вход 17 для защиты блока 14, который запирает вьтрямитель 3, а на управляющий вход ключа 26, который шунтирует ;выход регулятора 25 тока, на управляющий вход разрядного тиристора 7, который шунтирует выход LC-фильтра 6, пропускается часть разрядного тока конденсатора фильтра и этим облегча - ется режим короткого замыкания в ав тономном инверторе 2.

Аварийный режим не приводит к размыканию выключателя 4 и отключению электропривода. По сигналу О с выхо да блока 19 защиты, поступающему через схему НЕ 32 и схему И 33 на вход элемента 29 задержки, начинается отсчет задержки Tjg (элементы задержки вьшолнены .таким образом, что безинерционно реагируют на сигнал О и инерционно - на сигнал 1. Происходит замыкание в инерционном блоке 27, вследствие чего на выходе блока сигнал основного задания падает. Происходит переключение триггера 59 в счетчике 28.

По сигналу 1 с выхода блока 9 начинается отсчет задержки элемента 31 Если в течение fji повторный аварийный сигнал на выходе датчика 11 не возникает, то по истечении этой задержки происходит установка (сброс) триггера 59 счетчика 28 в исходное состояние сигналом с выхода элемента 31 задержки.

Указанному этапу работы электропр вода соответствует диаграммы процесг сов (фиг.6) с момента времени t О до tjy. Данный этап характеризуется случайным срабатыванием защиты, которое после запирания выпрямителя 3, разряда емкости LC-фильтра 6 и спада ния остаточной ЭДС двигателя 1 со- - провождается повторным включением электропривода.

5

0

5

0

5

0

5

O

5

Если имеет место длительная перегрузка электропривода, или происходит авария,например,выходит из строя тири- стЪр в автономном инверторе 2, то повторное срабатьшание защиты после повторного включения электропривода происходит раньте, чем истекает задержка LJ, .

Рассмотрим такой режим, начиная с момента времени ty. На выходе дат-- чика 11 тока дросселя 8 и соответст -) венно датчика 10 (U, ) сигнал возрас тает до .аварийного, на выходе блока 19 Vi,4 о и происходит запирание выпрямителя указанным образом. В момент tg по истечении Tj после сброса триггера в блоке 19 на выходе датчика 10 - сигнал обратного тока реверг; сивного вьшрямителя, в счетчике 28 переключается триггер 59. По истече- НИИ Tjo в момент напряжение элект--- ропривода начинает нарастать, пере - грузка в момент tg вновь.вызьтает срабатьтание блока 19,.,причем задерж ка tji , которая начала отсчитьшаться в момент , прерывается и восетанав- ливается до нуля. Это означает, что при tg происходит переключение триггеров 59 и 60 счетчика 28, При следу ющем срабатьшании блока 19 в момент tei совпадение двух 1 на входах , схемы И-НЕ 61 счетчика 28 приводит к появлению О на его выходе. Отключается вьжлючатель 4. а сигнал с выхода счетчика 28 на входе схемы И 33 блокирует ее выход и отсчет задержки Cj , благодаря чему состояние триггера блока 19 защиты сохраняется во избежание повторного включения системы управления электроприводом

Таким образом, если промежуток времени между восстановлением состояния блока 19 защиты и его повторным срабатыванием меньше времени задержки Тз, , то при третьем сигнале перегруз- ки происходит полное отключение тропривода с помощью выключателя 4,

Наличие конденсатора 40 в инерци™ онном блоке 27 обусловлено необходи мостью плавного (без бросков тока) повторного включения вьшрямителя 3. Наличие отсекающего диода 39 обусловлено .необходимостью исключить влияние конденсатора 40 на процессы изменений основного задания от задатчика 20 по цепи резисторов 43 и 44 при регулировании частоты электропривода. С

этой целью источник (+) заряда кондесатора. 40 через резистор 42 должен быть выбран на большее напряжение, чем максимальный сигнал на входе инерционного блока 27.

Выбор схемы счётчика 28 определяется практическими соображениями, Полное отключение (с помощью выключателя 4) требуется в том случае, если очевидно нарушение работоспособности электропривода, например, при сгорании тиристора автономного инвертора 2. Если электропривод работает в условиях без внешних источников помех (например, в отдельном помещении), то выключатель следует размыкать пос ле второго подряд срабатывания блока защиты, так как возникновение двух подряд прорьюов автономного . инвертора от собственных помех мало- вероятно. В этом случае используется счетчик на два. Наиболее реальна работа электропривода вблизи от источ35

40

НИКОВ помех Т контакторов на щитах уп- 25 литрона 38 на вход регулятора 25 то г равления, кранов и т.п.), В этом случае вероятность воздействия помех на автономный инвертор возрастает и полное отключение электропривода допустимо производить по третьему подряд срабатьюанию блока защиты. В этом случае требуется счетчик на три, который показан на фиг.5.

При каждом срабатывании блока 19 защиты в двигательной нагрузке возни кает тормозной эффект, обусловленный коротким замыканием на входных зажимах автономного инвертора 2. Между тем, изменение частоты автономного 1швертора в процессе повторного пуска не предусмотрено - изменяется только амплитуда напряжения. Такой сравнительно простой механизм действия допустим только для электроприводов с высокими моментами инерции механизма и малым моментом сопротивления. В этом случае частота вращения с учетом тормозного эффекта после срабатьтания блока защиты практически не изменяется и повторное включение без изменения питающей частоты протекает нормально.

Повьппение надежности запирания разрядного тиристора 7 определяется следующим. Одновременно с началом отсчета задержки taq замыкается ключ 36 и через резистор 35 на вход регулятора 23 напряжения поступает сигнал, полярность которого обратна сигналу

ка, поскольку стабилитрон смещен током резистора 36 через еще открытый ключ 35.

Обратный ток протекает по контуру:

30 сеть - выключатель 4 - обратный мост реверсивного выпрямителя 3 - дроссель фильтра 6 - диод 9 - диоды обратного тока инвертора 2 - обратный мост выпрямителя - выключатель 4 - сеть. При этом за счет падения напряжения на диодах обратного тока инвертора 2 обеспечивается надежное запирание разрядного тиристора 7, который был включен по сигналу О из блока 19 защиты.

По истечении задержки fjo размыка ется ключ 41 в блоке 27 и на выходе блока плавно (за счет конденсатора 40) нарастает отрицательный сигнал основного задания на входе регулятора 23. Ключи 37 и 36 размыкаются и . напряжение на выходе реверсивного выпрямителя 3, и соответственно автономного инвертора 2 восстанавливается до исходной рабочей величины, определяемьй задатчиком 20.

Величина задержки tjs определяется параметрами двигателя, она должна быть больше, чем время спадания тока при разряде остаточной ЭДС двигателей

через прорвавшую ветвь автономного, инвертора и разрядный тиристор. В электроприводе рольгангов с двигателями серии АР й 0,15 с. По экс45

50

основного задания (на фиг.1 принято: с выхода блбка 27 +, на резистор 35 +). Принятой полярности соответ - ствует включение стабилитрона 38, который при замкнутом состоянии ключа 37 обеспечивает на выходе регулятора 23 стабильное задание, пнак которого на входе 16 блока 14 соответствует обратному направлению тока реверсивно го выпрямителя 3. Поскольку на вход 17 в данный момент поступает сигнал защиты, то независимо, от задания ток вьтрямителя отсутствует. По истечении задержки Ijg происходит . сброс триггера 58 блока 19 защиты, на выходе которого возникает 1, При этом снимается запрет с входа 17 блока 14, размыкается ключ 26 и начи нается отсчет задержки 30 элементов,

В течение данной задержки Tj рез реверсивный выпрямитель 3 начинав ет протекать обратный ток, определяемый напряжением задания от стабиг

литрона 38 на вход регулятора 25 то г

ка, поскольку стабилитрон смещен током резистора 36 через еще открытый ключ 35.

Обратный ток протекает по контуру:

сеть - выключатель 4 - обратный мост реверсивного выпрямителя 3 - дроссель фильтра 6 - диод 9 - диоды обратного тока инвертора 2 - обратный мост выпрямителя - выключатель 4 - сеть. При этом за счет падения напряжения на диодах обратного тока инвертора 2 обеспечивается надежное запирание разрядного тиристора 7, который был включен по сигналу О из блока 19 защиты.

По истечении задержки fjo размыка ется ключ 41 в блоке 27 и на выходе блока плавно (за счет конденсатора 40) нарастает отрицательный сигнал основного задания на входе регулятора 23. Ключи 37 и 36 размыкаются и . напряжение на выходе реверсивного выпрямителя 3, и соответственно автономного инвертора 2 восстанавливается до исходной рабочей величины, определяемьй задатчиком 20.

Величина задержки tjs определяется параметрами двигателя, она должна быть больше, чем время спадания тока при разряде остаточной ЭДС двигателей

через прорвавшую ветвь автономного, инвертора и разрядный тиристор. В электроприводе рольгангов с двигателями серии АР й 0,15 с. По экс

периментальным данньи время пропускания обратного тока задержки tjo достаточно для протекания 2-3 пульсаций тока реверсивного выпрямителя 3 (фиг,6) и составляет 7-10 мс. Задерж ка времени на сброс счетчика Cai ,гЗ с.

Таким образом, благодаря введению автоматического повторного включения электропривода в- аварийных режимах ббеспечивается бесперебойность работы и улучшаются эксплуатационные показатели электропривода,

Формула изобретения

1, Электропривод, содержащий группу параллельно соединенных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, подключенных к вььчодам авто- Немного инвертора напряжения, ревер - сивный выпрямитель, соединенный Дами через управляемьм выключатель ; с клеммами для подключения питающей Сети, LC-фильтрз подключеннь Й входами к выходам реверсивного выпрямителя, а выходами к вьшодам разрядного тиристора, дроссель, зашунтированный диодом, датчик выходного тока выпрямителя, датчик тока дросселя, датчшс входного напряжения инвертора, блок управления инвертором, блок управления выпрямителем с осаонньяя входом, вкодом для задания направления тока, входом защиты и входом для сигнала о наличии тока, задатчик частоты вращения и последовательно соединенные Нелинейный блок преобразования часто- ты в напряжение, первьй сз матор, регулятор напряжения, второй сумм&тор и регулятор тока, зашунтированный Згправляемым клзочом, при этом один из-, выходов LC-фильтра подключен посредственно к одному входу автоном кого инвертора напряжения$ а другой через дроссель к другому входу ав- ifOHOMHOro инвертора выкоды регуля- тора трка, регулятора напряжения и блока защиты подключе1Ш1 соответствен МО к основному входу, входу для за- Дания направления тока и входу защиты блока управления выпрямителемJ выход аадатчика частоты вращения подключен к входу блока управления инвертором, Выход датчика входного напряжения инг вертора соединен с другим входом первого сзгмматора, выход датчика вы- ходного тока выпрямителя подкгдочен

0

5

0

5

0 о .

5 б

5

0

к другому входу второго сумматора и входу для сигнала о наличии тока ка управления выпрямителем, вход бло ка защиты подключен к выходу датчика тока дросселя, а выход соединен с управляющим входом разрядного тиристора и с управляющим входом первого управляемого ключа, отличающийся тем, что, с целью улучшения эксплуатационных показателей путем обеспечения бесперебойности работы и-автоматического повторного включения в аварийных режимах, введены инерц-ионньш блок с управляющим входом, счетчик., три элемента задержки, схема НЕ и схема И,вход для сброса блока защиты подключен к выходу первого элемента задержки,вход.которого соединен с выходом схемы И, вход инерционного блока подключен к выходу задатчика частоты вращения, а выход - к входу нелинейного блока преобразования частоты в напряжение, выход блока защиты подктдачен к входам второго и третьего элементов задержки, входам счетчика и схемы НЕ у выход второ го элемента задержки подключен к управляющему входу инерционного блока, выход третьего элемента задеркг ки -. к входу сброса счетчика, первый вход схемы И подключен к выходу схемы НЕ, а второй вход соединен с управляющим входом управляемого выключателя и подключен к выходу счетчика, причем инерционный блок, выполнен с диодом, конденсаторомS шунтированным управля- . ющим к/почом, с первым резистором, один из выводов которого предназначен для подключения источника постоянного напрял ения, и с последовательно со единенными вторь - и третьим резисторами и операционным усилителем, вклю«- ченными между входом и выходом инер) ционного бло ка, при этом общая точка второго и третьего резисторов через диод подключена к другому выводу первого резистора и к одному из выводов конденсатора, другой вывод которого предназначен для подключения нулевой шины источника постоянного напряжения, а управляющий вход управляемого ключа образует управляющий вход инерционного блока.

2, Электропривод по п., о л и ч а- ю щ и и с я тем, что, с целью повыше ния надежности работы, первый сумматор снабжен третьим входом и введены источник постоянного напряжения, резистор, второй управляемый ключ и цепь, составленная из последовательно соединенных третьего управляемого ключа и стабилитрона 3 включенная меж;- ду входом и выходом регулятора напряжения, при.этом выход источника по-

42

Vl

,k--i

.

фиг.

с гоянного напряжения чзрез резистор ; пторой управляемый ключ подключен к ..етьему входу первого сумматора, а

ч:азллющие входы второго и треть -.го V :;а : ляемых ключей соединены с выходом второго элемента задержки.

фи.,3

t t| % t7f| f Фаа. I

ff JCTai-wcanws tauo

zncicngisKiuJ