Способ двухзонного управления частотно-регулируемым электроприводом и устройство для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК H02P7/42 

Изобретение относится к электротехнике, в частности, может быть использовано в различных отраслях промышленности: химической, горно-добывающей, металлургической и других.

Целью изобретения является повышение точности стабилизации частоты вращения во втором диапазоне регулирования при колебаниях напряжения питающей сети.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства для двухзонного управления частотно- регулируемым асинхронным двигателем; на фиг. 2 - схема блока совпадения и расширителя импульсов.

Устройство для двухзонного управления частотно-регулируемым асинхронным двигателем содержит преобразователь частоты 1 (фиг.1), выполненный в виде последовательно соединенных управляемого выпрямителя 2, силового фильтра 3, автономного инвертора 4, к выходу которого подключен асинхронный двигатель 5, Управляющий вход выпрямителя 2 подключен к выходу системы 6 управления, а управляющий вход инвертора - к выходу системы 7 управления. Входы систем 6 и 7 управления соединены с выходами блока 8 регулирования.

Устройство содержит также узел 9 задания управляющих сигналов с тремя выходами, регулятор 10 частоты, узел 11 двухзонного регулирования и первый сумматор 12.

Управляющий вход регулятора 10 частоты соединен с первым выходом узла 9

XI

О

8

Ю

задания управляющих сигналов, а вход обратной связи регулятора частоты - с выходом датчика 13 частоты, входом подключенный к выходу системы 7 управления. Второй выход узла 9 задания управляющих сигналов подключен к второму входу первого сумматора 12, первый вход которого подключен к выходу узла 11 двухзонного регулирования, входом обратной связи соединенный с выходом датчика 14 напряжения статорной цепи асинхронного двигателя 5.

Устройство для двухзвенного управления снабжено вторым сумматором 15, узлом 16 задержки и последовательно соединенным трехвходовым блоком 17 схем совпадения, расширителем 18 импульсов и импульсно-аналоговым преобразователем 19, выход которого подключен к первому входу второго сумматора 15, вторым входом соединенного с третьим выходом узла 9 задания управляющих сигналов. Выход сумматора 15 подключен к второму входу узла 11 двухзвенного регулирования, а выход первого сумматора 12 подключен к первому управляющему входу блока 8 регулирования, вторым управляющим входом подключенного к выходу регулятора 10 частоты.

Система 6 управления составлена из блока 20 синхронизации с третя выходами, блока 21 формирования диапазона регулирования узла, блока 22 формирования предельного угла, блока 23 фазоимпульсного управления, логического блока 24 совпадения и распределителя 25 импульсов, выход которого является выходом системы 6 управления, вход которой образован входом блока 20 синхронизации и объединен с входом управляемого выпрямителя. Управляющий вход системы б управления образован управляющим входом блока 23 импульсно- фазового управления.

Выходы блока 20 синхронизации соединены с входами блоков 21-23, выходы которых подключены соответственно к входам логического блока 24 совпадения, выходом соединенного с входом распределителя 25 импульсов.

Первый, второй и третий входы блока 17 схем совпадения подключены соответственно к выходам блока 21 формирования диапазона угла регулирования, угла 16 задержки и блока 23 импульсно-фазового управления. Вход угла 16 задержки соединен с выходом блока 22 формирования предельного угла.

Блок 17 схем совпадения составлен из шести аналогичных каналов, содержащих последовательно соединенные логические

элементы ЗИ-НЕ 26-31 (фиг.2) и диоды 32- 37. Аноды всех диодов 32-37 объединены и являются выходом блока 17 схем совпадения. Расширитель 25 импульсов выполнен в

виде логического элемента 2И-НЕ 38, инвертирующей схемы 39, конденсатора 40 и резисторов 41 и 42. При этом вход инвертирующей схемы 39 подключен к общей точке соединения конденсатора 40 и резистора

42. Другим выводом конденсатор 40 соединен с выходом элемента 2И-НЕ 38, а другой вывод резистора 42 - с общей шиной питания. Один вход элемента 2И-НЕ связан с одним выходом резистора 41, подключенного вторым выводом к клемме источника питания, и является входом расширителя 18 импульсов. Выход инвертирующей схемы 39 подключен к второму входу логической схемы 2И-НЕ 38 и является выходом расширителя 18 импульсов.

Способ двухзонного управления асинхронным электродвигателем осуществляется следующим образом.

С второго выхода узла 9 задания управляющих сигналов на первый вход первого сумматора 12 поступает сигнал задания номинальной мн намагничивающей составляющей статорного тока двигателя (т.е. соответствующей созданию в двигателе

номинального магнитного потокосцеп- ления .ЧЪ-На второй вход первого сумматора 12 с выхода угла двухзонного регулирования 11 поступает сигнал коррекции Ai/г намагничивающей составляющей статорного тока двигателя, С третьего выхода узла заданий управляющих сигналов 20 на второй вход второго сумматора 15 поступает сигнал задания номинального напряжения DH (ЭДС) двигателя.

а на первый вход - сигнал коррекции UK задания напряжения. Выходной сигнал второго сумматора 15 поступает на второй вход задания узла 11 двухзвенного регулирования, являясь сигналом уставки напряжения U при двухзонном регулировании. На вход обратной связи узла 11 двухзонного регулирования поступает сигнал О фактического выходного напряжения формирователя статорного тока с выхода датчика 14

напряжения (ЭДС). С первого выхода узла 9 заданий управляющих сигналов на вход регулятора частоты 10 поступает сигнал задания частоты f электропривода, а на вход обратной связи регулятора 10 частоты сигнал фактической выходной частоты f электропривода с выхода датчика 13 выходной частоты. Регулятор 10 частоты формирует на своем выходе сигнал а задания активной составляющей статорного тока

двигателя, а первый сумматор 12 на своем

выходе - сигнал /л задания намагничивающей составляющей статорного тока двигателя. Сигналы заданий активной а и

намагничивающей I p проекций статорного тока воздействуют на входы блока 8 регулирования проекций статорного тока, который стабилизирует (путем воздействия через систему управления выпрямителем 7 и инвертором 17, соответственно, на управляемый выпрямитель 2 и автономный инвертор 4) выходное напряжение и частоту формирователя статррного тока на заданных уровнях U и f . При работе электропривода с выходными частотами f ниже номинального значения fH, сигнал U датчика 14 напряжения (ЭДС)

U f-WH(1)

и не превышает номинального значения напряжения (ЭДС).

(2)

В первой зоне работы, в которой выполняется условие (2), узел 11 двухзонного регулирования формирует на своем выходе , сигнал Д i уц равный нулю. При этом выходной сигнал сумматора 12 соответствует заданию номинальной намагничивающейсоставляющей

АА

статорного тока (i/г 1/г„). В соответствии с указанным сигналом задания намагничивающей составляющей $„ тока и сигналом задания 1а активной составляющей статорного тока (поступающего с выхода регулятора частоты 10) посредством формирователя статорного тока в двигателе создаются номинальное потокосцепление Ч и заданная активная составляющая статорного тока 1а - la . а значит создается электромагнитный момент двигателя, равный

fi 4k-Ј(3)

Под действием указанного электромагнитного момента двигатель разгоняется (или тормозится) до заданного значения частотыг-вращения, устраняющего рассогласование между заданным f и фактическим f значениями частоты на входе регулятора 10 частоты.

При работе во второй зоне (для частот выше номинального значения f fH) и питающем напряжении сети равном и более номинального (Uc UH) на входе узла 11 двухзонного регулирования выполняется условие

U 2: UH,С)

а угол управления выпрямителя превышает свое максимальное значение

0

5

0

5

0

5

( а ) При этом узлом 11 двухзонного регулировгжия на выходе формируется сигнал неравный нулю, вследствие чего выходной сигнал сумматора 12 уменьшается и равен

$ $„-Д|/г(5)

При значении угла управления выпрямителя а на входе блока 17 схем совпадения формируются логические сигналы, поступающие с выходов блока 23 формирования угла 25, блока 22 формирования предельных углов регулирования через узел 16 задержки блока 23 импульсно-фазового управления, приводящие к формированию на выходе блока схем 17 совпадения и расширителю 19 импульсов сигналов логических единиц, а на выходе импульсно-аналогово- го преобразователя 19 - нулевого сигнала UK 0. Описанная ситуация характерна при работе электропривода с номинальным напряжением питающей сети и выше и малых значениях нагрузки. Вследствие снижения задания номинального значения намагничивающей составляющей тока в соответствии с (5) потокосцепление двигателя уменьшается до величины, при которой поддерживается выполнение условия UH U f Ч.(6)

Следовательно, во второй зоне работы (дл я частот f fH) и питающем напряжении Uc UH осуществляется работы двигателя при постоянном напряжении (ЭДС), равном номинальному значению UH. При этом потокосцепление двигателя изменяется обратно-пропорционально выходной частоте

(7)

Рассмотрим режим работы во второй

зоне (f fit) при пониженном напряжении питающей сети (Uc UH) и средних и больших нагрузках, при котором угол управления а выпрямителем 2 достигает своего номинального значения При этом

на входе блока 17 схем совпадения формируются логические сигналы, приводящие к формированию на выходе блока 17 схем совпадения нулевых импульсов. При этом на выходе расширителя 18 импульсов

формируются нулевые импульсы нормированной длительности, а на выходе им- пульсно-аналогового преобразователя 19 - аналоговый корректирующий сигнал UK. В результате воздействия корректирующего сигнала UK на вход сумматора 15 уменьшается задание уставки выходного напряжения на входе узла 11 двухзонного регулирования в соответствии с выражением

U UH - UK.(8)

Узлом 11 двухзонного регулирования поддерживается напряжение (ЭДС) на выходе формирователя статорного тока равным

U UH -UK-U f-Ч.(9)

В результате описанного функционирования устройства в режиме работы при пониженном напряжении питающей сети (Uc UH) в двигателе создается для данного фактического значения питающего напряжения максимальное значение пото- косцепления, при котором обеспечивается замкнутость всех контуров автоматического регулирования (тока и частоты устройства при минимальном значении угла управления выпрямителем . Создание максимально возможного потокосцепления двигателя обеспечивает наибольшую жесткость механической характеристики электропривода. Это означает, что при осуществлении стабилизации регулятором частоты заданного значения частоты статора f f обеспечивается минимальное значение скольжения двигателя, а следовательно, достигается повышение точности стабилизации частоты вращения двигателя при колебаниях напряжений питающей сети. ,

Преимуществами данного способа является осуществление контроля текущего значения угла регулирования выпрямителем и сравнения его с предельным минимальным значением угла регулирования выпрямителя. Это позволяет создать в двигателе максимально возможное (для данного фактического напряжения питающей сети) потокосцепления, при котором обеспечивается режим стабилизации частоты двигателя при работе управляемого выпрямителя преобразователя частоты с минимальным углом управления (а значит, с наибольшим выходом напряжения). При этом в рассматриваемом способе при пониженном напряжении сети обеспечивается наибольшая жесткость механической характеристики двигателя ( наименьшее скольжение), а следовательно, при стабилизации частоты электропривода на неизменном заданном уровне повышается точность стабилизации частоты вращения двигателя. Преимуществом устройства является создание в двигателе максимально возможного (для данного фактического напряжения питающей сети) потокосцепления, при котором обеспечивается режим стабилизации частоты двигателя при работе управляющего выпрямителя преобразователя частоты с минимальным углом управления (

а значит, с наибольшим выходным напряжением), При этом в данном устройстве при пониженном напряжении сети обеспечивается наибольшая жесткость механической

характеристики двигателя (наименьшее скольжение), а следовательно, при стабилизации частоты электропривода на неизменном заданном уровне повышается точность стабилизации частоты вращения.

В данном устройстве отклонение- фактической частоты вращения заданного стабилизирующего значения частоты уменьшается примерно на 25-40%. Указанное повышение точности стабилизации частоты вращения при колебаниях напряжения питающей сети обеспечивает поддержание заданных технических режимов рабочих механизмов и улучшение качества продукции (например, химического волокна, прокатываемого металла и др.).

Формула изобретения

1.Способ двухзонного управления частотно-регулируемым электроприводом,

подключенным к сети через преобразователь частоты, составленный из выпрямителя и автономного инвертора,при котором в первом диапазоне изменения частоты инвертора, регулируют напряжение выпрямителя путем регулирования угла включения вентилей выпрямителя таким образом, чтобы обеспечить заданный уровень тока в двигателе, а во втором - при изменении частоты инвертора выше номинального значения напряжение двигателя поддерживают на заданном уровне, отличающийся тем, что, с целью повышения точности стабилизации частоты вращения во втором диапазоне регулирования при колебаниях

напряжения сети, измеряют текущее значение угла регулирования выпрямителя, сравнивают с заданным предельным максимально допустимым значением угла включения выпрямителя и при ихсовпадении формируют дополнительное управляющее напряжение, которое уменьшает задание напряжения во втором диапазоне регулирования.

2.Устройство для двухзонного управ- ления частотно-регулируемым электроприводом , содержащее преобразователь частоты, состоящий из последовательно соединенных управляемого выпрямителя, автономного инвертора, содержащее две

системы управления с выходами для подключения соответственно к управляющему входу выпрямителя и к управляющему входу автономного инвертора, блок регулирования с двумя управляющими входами, выходы которого подключены к

входам систем управления инвертором и выпрямителем, датчик выходной частоты, связанный входом с выходом системы управления инвертором, датчик напряжения статорного напряжения асинхронного дви- гателя, узел задания управляющих сигналов с тремя выходами, регулятор частоты, подключенный управляющим входом к первому выходу узла задания управляющих сигналов, входом обратной связи - к выхо- ду датчика частоты, а выходом - к первому управляющему входу блока регулирования, узел двухзонного регулирования, подключенный входом обратной связи к выходу датчика напряжения, а выходом к одному из входов первого сумматора, другой вход которого соединен с вторым выходом узла задания управляющих сигналов, выход первого сумматора подключен к второму управляющему входу блока регулирования, отличающееся тем, что, с целью повышения точности стабилизации частоты вращения во втором диапазоне регулирования при колебаниях напряжения сети, введены узел задержки, второй сум- матор и последовательно соединенные между собой блок схем совпадения, формирователь импульсов и импульсно-ана- логовый преобразователь, выходом подключенный к первому входу второго сумматора, второй вход которого соединен

с третьим выходом узла задания управляющих сигналов, а выход - с вторым входом узла двухзонного регулирования, а система управления выпрямителем составлена из блока синхронизации, вход которого является входом системы управления, предназначенным для подключения к сети, блока формирования диапазона регулирования угла, блока формирования предельного угла, логического блока совпадения сигналов, блока импульсно-фазового управления и распределителя импульсов, выход которого образует выход системы управления выпрямителем, а вход подключен к выходу логического блока совпадения сигналов, входами подключенного к выходам блока формирования диапазона регулирования угла, блока формирования предельного максимально допустимого угла и блока импульсно-фазового управления, входами соединенных с соответствующими выходами блока синхронизации, первый, второй и третий входы блока схем совпадения соединены с выходами блока формирования диапазона регулирования угла, узла задержки и блока импульсно-фазового управления, управляемый вход которого является управляющим входом системы управления выпрямителем, а вход узла задержки соединен с выходом блока формирования предельного угла.

Фиг.I

Изобретение относится к электротехнике. Цель - повышение точности стабилизации частоты вращения во втором диапазоне регулирования частоты при колебании напряжения сети. В способе двухзонного управления асинхронным электродвигателем, подключенным к сети через преобразователь частоты, измеряется на выходе системы управления выпрямителем текущее значение угла регулирования тиристоров, сравнивается с заданным и при достижении углом значения ниже заданного уменьшается уставка напряжения. Этим достигается сохранение замкнутой обратной связи по напряжению и току во втором диапазоне регулирования частоты вращения, что способствует достижению цели. 2 с.п.ф-лы, 2 ил.