Частотно-параметрический электропривод Советский патент 1992 года по МПК H02P7/42 

Изобретение относится к электротехнике.

Целью изобретения является повышение плавности регулирования частоты вращения в диапазоне, соответствующем двум разрешенным выходным частотам непосредственных преобразователей частоты, и увеличение жесткости механических характеристик.

На фиг.1 представлена блок-схема частотно-параметрического электропривода; на фиг,2 - то же, системы управления; на фиг.З - то же, пересчетных устройств; на фиг.4 - временные диаграммы, поясняющие работу электропривода; на фиг.5 - механические характеристики частотно-параметрического электропривода.

Частотно-параметрический электропривод содержит трехфазный асинхронный двигатель с двумя обмотками, фазы 1-3 и 4-6 каждой из которых соединены в звезду без нулевого провода. Одноименные фазы 1, 4; 2, 5 и 3, 6 обмоток уложены в одни/ и те же пазы расточки статора асинхронного двигателя. Выводы фаз 1-3 первой обмотки подключены к выходу первого непосредственного преобразователя 7 частоты, а выводы фаз 4 второй обмотки - к выходу второго непосредственного преобразователя 8 частоты. Силовые входы непосредственных преобразователей 7, 8 частоты объединены с силовыми входами системы 9 управления и снабжены зажимами для подключения к сети. Выходы системы 9 управления подключены к управляющим входам катодных и анодных групп тиристоров выходных фаз непосредственных преобразователей 7, 8 частоты.

Система 9 управления составлена из датчика 10 низкой частоты, датчика 11 высокой частоты, первого пересчетного устройства 12 с шестью выходами, первого и второго фазосмещающих устройств 13, 14, двенадцати смесителей 15-26 с тремя входами каждый и двенадцати выходных ключей 27-38, входами подключенных к выходам смесителей 15-26 соответственно.

Выходы ключей 27-38 образуют выходы системы 9 управления.

Система 9 управления снабжена вторым пересчетным устройством 39, управляемым делителем 40 частоты, узлом 41 сравнения, командоаппаратом 42, блоком 43 управления с тремя группами коммутирующих элементов 44-46, узлом 47 задания -выходного напряжения первого непосредственно преобразователя частоты, узлом 48 задания выходного напряжения второго непосредственного преобразователя частоты, узлом 49 задания суммарного выходного напряжения непосредственных

преобразователей частоты. Фазосдвигаю- щие устройства 13, 14 выполнены управляемыми.

Управляющий вход фазосмещающего устройства 14 объединен с вычитающим

входом узла 41 сравнения и через первую группу коммутирующих элементов 44 подключен к выходу узла 48 задания выходного напряжения второго непосредственного преобразователя 8 частоты.

Суммирующий вход узла 41 сравнения через вторую группу коммутирующих элементов 45 подключен к выходу узла 47 зада- ния выходного напряжения первого непосредственйого преобразователя 7 частоты, а выход узла 41 сравнения - к входу 50 узла 49 задания суммарного выходного напряжения непосредственных преобразователей частоты, выход которого соединен с управляющим входом первого фазосмещающего устройства 13.

Управляющий вход управляемого делителя частоты через третью группу коммутирующих элементов 46 соединен с нулевой шиной электропривода, а его выход - с входами пересчетных устройств 12, 39.

Управляющие входы коммутирующих элементов 44-46 соединены с выходом блока 43 управления, входом подключенного к выходу командоаппарата 42.

Объединенные первые входы смесителей 15-20 катодных и анодных групп тиристоров выходных фаз первого непосродственного преобразователя частоты подключены к выходу первого фазосмеща- ющего устройства 13, а объединенные пер- вые входы смесителей 21-26 катодных и анодных групп тиристоров выходных фаз второго непосредственного преобразователя частоты - к выходу второго фазосмёщаю- щего устройства 14.

Вторые входы смесителей катодных групп тиристоров первой, второй и третьей выходных фаз первого непосредственного преобразователя 7 частоты подключены соответственно к первому, второму и третьему выходам первого пере- счетного устройства 12, четвертый, пятый и шестой выходы которого соединены с вторыми входами смесителей 18-20 анодных групп тиристоров первой, второй и третьей выходных фаз первого непосредственного преобразователя частоты.

Первый, второй и третий выходы второго пересчетного устройства 39 подключены к вторым входам смесителей 21-23 катодных групп тиристоров первой, второй и третьей выходных фаз второго непосредственного преобразователя 8 частоты, а четвертый/пятый и шестой выходы пересчетного устройства 39 - к вторым входам соответственно смесителей 24-26 анодных групп тиристоров первой, второй и третьей выходных фаз второго непосредственного преобразователя частоты.

Третьи входы смесителей 15-26 объединены и подключены к выходу датчика 11 высокой частоты.

Первое пересчетное устройство 12 выполнено в виде шестиразрядного регистра с перекрестными связями, при этом счетные входы его триггеров 51-56 (фиг.З) объединены и образуют вход пересчетного устройства.

:Прямые входы первого триггера 51, пятого триггера 55 и инверсный выход третьего триггера 53 обрзуют соответственно первый, второй и третий выходы пересчетного устройства 12, четвертый, пятый и шестой выходы которого образованы соответственно инверсными выходами первого триггера 51, пятого триггера 55 и прямым выходом третьего триггера 53.

Второе пересчетное устройство 39 выполнено в виде трехразрядного регистра с перекрестными связями, счетные входы триггеров 57-59 которого объединены и образует вход пересчетного устройства, первый, второй и третий выходы которого образованы соответственно прямыми выходами первого триггера 57 и третьего триггера 59 и инверсным выходом второго триггера 58, а четвертый, пятый и шестой

выходы пересчетного устройства 39 - инверсными выходами триггеров 57, 59 и прямым выходом триггера 58 соответственно. Электропривод работает следующим обра- 5 зом.

Трехфазное напряжение сети UCA- UCB и Ucc (фиг.4а) поступает на входы датчика 10 низкой частоты, фазосмещающих устройств 13, 14. С датчика 10 низкой частоты О преобразованные напряжения в виде импульсов поступают на вход управляемого делителя 40 частоты, на выходе которого образуются импульсы с частотой f/io(фиг.46), поступающие на входы пересчетных уст5 ройств 12, 39. На прямых выходах триггеров 51-56 формируются сигналы Qsi-56 (фиг.4 в, г, д, е, ж, з), при этом сигналы ai, tn на прямых выходах триггеров 51, 55 и сигнал ci (фиг. 4 и, к, л) на инверсном выходе триггера

0 53 первого пересчетного устройства используются для смесителей 15-17 катодных групп тиристоров выходных фаз первого непосредственного преобразователя 7 частоты, питающего фазы 1-3 первой обмотки

5 асинхронного двигателя.

На прямым выходах триггеров 57-59 второго пересчетного устройства образуются прямоугольные.импульсы Об7-59(фиг. 4л, м, н), при этом сигналы 32, D2 на прямых

0 выходах триггеров 57 и 59 и сигнал С2 на инверсном выходе fptfrrepa 58 используют1 ся для смесителей 21-23 катодных групп тиристоров выходных фаз второго непосредственного преобразователя 8 частоты,

5 питающего фазы 4-6 второй обмотки асинхронного двигателя.

Из временных диаграмм (фиг.4) следует, что система 9 управления формирует на выходах непосредственно преобразователя 7

0 частоты (на фазах 1-3 двигателя) выходное напряжение с частотой, в два раза меньшей по сравнению с частотой на выходах второго непосредственного преобразователя 8 частоты (на фазах 4-6 двигателя). Так как

5 соответствующие фазные обмотки 1 и 4, 2 и

5, 3 и 6 асинхронного двигателя уложены в

одни и те же пазы, то механическая харак теристики асинхронного двигателя представлет собой сумму двух механических

0 характеристик, соответствующих двум выходным частотам непосредственных преобразователей 7, 8 частоты. В то же время парами таких частот могут быть и другие выходные частоты, соответствующие режи5 мам работы без субгармонических составляющих в кривой выходного напряжения преобразователей частоты, i Например, возможны режимы работы febixi 12,5 Гц, febix2 25 Гц или твых1 25 Гц, fBbix2 50 Гц.

На фиг.5 показаны механические характеристики частотно-параметрического элек- тропривода, где М2 - механическая характеристика асинхронного двигателя с синхронной скоростью едя1, соответствующая выходной частоте второго преобразователя, a Mn-,-Mi2, М1з, Мм- механические характеристики с синхронной скоростью одн соответствующие выходной частоте второго преобразователя частоты, но при разных величинах выходного напряжения первого преобразователя. Результатом сложения механических характеристик М2 с Мц - Mi4 является семейство результирующих механических характеристик частотно- параметрического электропривода Mg имеющих различные синхронные скорости вращения двигателя. При этом следует отметить большую жесткость результирующих механических характеристик по сравнению с механической характеристикой №.

Регулирование частоты вращения осуществляется следующим образом.

Датчик 10 низкой частоты формирует импульсы, синхронизированные с напряжением источника питания, которые подаются на вход управляемого делителя 40 частоты Каждый контакт 6 коммутирующих элементов 46, подсоединяющий нулевую шину к одному из входов управляемого делителя 40 частоты, соответствует определенному коэффициенту деления частоты импульсов, подаваемых с дётчика 10 низкой частоты. Каждый коэффициент деления позволяет получить на выходе непосредственных преобразователей 7 и 8 частоты пару разрешенных выходных частот без субгармонических составляющих в кривой выходного напряжения. При переводе командоаппарата 42 в определенное положение срабатывает один из п управляющих органов блока 43 управляющих органов, замыкая соответствующие коммутирующие элементы 44-46. При этом один из коммутирующих элементов 44 подсоединяет задающее напряжение Ui с узла 48 задания выходного напряжения второго преобразователя на управляющий вход второго фазосмещающего устройства 14. Соответствующий коммутирующий элемент 46 определяет коэффициент деления управляемого делителя 40 частоты. Таким образом, для второй трехфазной обмотки 4-6 асинхронного двигателя 4 поддерживается соот11вых2

ношение

febix2

- const. Так как магнитные

потоки двух обмоток двигателя складываются в статоре при работе электропривода, то

для исключения перенасыщения магнитной системы статора двигателя в электроприводе имеется узел 49 задания суммарного выходного напряжения двух

преобразователей. Поскольку на один вход узла 41 сравнения через коммутирующие элементы 44 подается напряжение задания U2 для второго преобразователя, а на другой вход узла 41 сравнения через коммутирующие элементы 45 подается величина Ui+U2, определяющая ограничение по суммарному выходному напряжению двух преобразователей частоты и, следовательно, по суммарному магнитному потоку двух обмоток

двигателя, то с выхода узла 41 сравнения снимается напряжение U2, которое ограничивает диапазон регулирования выходного напряжения первого преобразователя частоты. Поэтому величина задающего напряжения для. первого преобразователя, которое снижается с узла 49 задания, не будет превышать величину 1)2 и фазовое регулирование величины выходного напряжения первого преобразователя будет

ограничиваться условием формирования суммарного магнитного потока двигателя, не превышающего номинальную величину ну.;

Таким образом, схемы и временные

диаграммы, поясняющие работу частотно-параметрического электропривода с многовентильным непосредственным преобразователем частоты, показывают, что устройство обеспечивает плавность регулирования частоты вращения асинхронного двигателя в диапазоне, соответствующем двум разрешенным выходным частотам первого и второго преобразователей часто- ты, и обеспечивает жесткие механические

характеристики электропривода без обратной связи по частоте вращения.

Формула изобретения

Частотно-параметрический электропривод, содержащий трехфазный двухобмо- точный асинхронный электродвигатель, одноименные фазы которых уложены в одни и те же пары расточки статора, фазы одной

из обмоток соединены в звезду, два непосредственных преобразователя частоты, выход каждого из которых подключен к соответствующей обмотке асинхронного двухобмоточного двигателя, систему управления, составленную из датчиков низкой и высокой частоты, двух фазосмещающих устройств, первого пересчетного устройства с шестью выходами, выполненного в виде шестиразрядного регистра, счетные входы триггеров которого объединены и образуют

вход первого пересчетного устройства, прямые и инверсные выходы первого, третьего и пятого триггеров образуют соответственно первый, четвертый, шестой, третий, второй и пятый выходы данного пересчетного устройства, двенадцати смесителей с тремя входами каждый и двенадцати ключей, вход каждого из которых соединен с выходом соответствующего смесителя, а выходы ключей образуют выходы системы управления, подключенные соответственно к управляющим входам катодных и анодных групп тиристоров выходных фаз упомянутых непосредственных преобразователей частоты, силовые входы которых пофазно объединены с силовыми входами системы управления, образованными силовыми входами фазосмещающих устройств, и снабжены зажимами для подключения к сети, выход первого фазосмещающего устройства подключен к объединенным первым входами смесителей катодных и анодных групп тиристоров выходных фаз первого непосредственного преобразователя частоты, выход второго фазосмещающего устройства - к объединенным первым входам смесителей катодных и анодных групп тиристоров выходных фаз второго непосредственного преобразователя частоты, первый, второй и третий выходы первого пересчетного устройства соединены с вторыми входами смесителей катодных групп тиристоров первой, второй и третьей выходных фаз первого непосредственного преобразователя частоты, четвертый, пятый и шестой выходы первого пересчетного устройства соединены соответственно с вторыми входами смесителей анодных групп тиристоров первой, второй и третьей выходных фаз первого непосредственного преобразователя частоты, третьи входы смесителей объединены и подключены к выходу датчика высокой частоты, отличающийся тем, что, с целью повышения плавности регулирования частоты вращения в диапазоне, соответствующем двум разрешенным выходным частотам непосредственных преобразователей частоты, и повышения жесткости механических характеристик, фазы второй обмотки асинхронного двигателя соединены в звезду, а каждое фазосмещающее устройство выполнено управляемым и введены узлы задания выходных напряжений непосредственных преобразователей частоты и

их суммарного напряжения, узел сравнения, командоаппарат, блок управления с тремя группами коммутирующих элементов, управляемый делитель частоты и второе 5 пересчетное устройство с шестью выходами, вход которого объединён с входом первого пересчетного устройства и подключен к выходу управляемого делителя частоты, силовым входом соединенного с выходом 10 датчика низкой частоты, управляющий вход второго фазосмещающего устройства объединен с вычитающим входом узла сравнения и через первую группу коммутирующих элементов соединен с выходом узла зада- 5 ния выходного напряжения второго непосредственного преобразователя частоты, суммирующий вход узла сравнения через вторую группу коммутирующих элементов подключен кузлу задания выходного напря0 жения первого непосредственного преобразователя частоты, а выход узла сравнения - к входу узла задания суммарного выходного напряжения упомянутых непосредственных преобразователей час5 тоты, выход которого соединен с управляющим входом первого фазосмещающего устройства, управляющий вход управляемого делителя частоты через третью группу коммутирующих элементов соединен с ну0 левой шиной электропривода, а управляющие входы упомянутых коммутирующих элементов подключены к выходам блока управления, входом соединенного с выходом командоаппарата, при этом второе пере5 счетное устройство выполнено в виде трехразрядного регистра с перекрестными связями, счетные входы триггеров которого объединены и образуют вход второго пересчетного устройства, прямые и инверсные

0 выходы первого, второго и третьего триггеров образуют соответственно первый, четвертый, шестой, третий, второй, пятый выходы второго пересчетного устройства, первый, второй, третий выходы которого со5 единены соответственно с вторыми входами смесителей катодных групп тиристоров первой, второй и третьей выходных фаз второго непосредственного преобразователя частоты, четвертый, пятый, шестой выходы

0 второго пересчетного устройства соединены соответственно с вторыми входами смесителей анодных групп тиристоров первой, второй и третьей выходных фаз второго непосредственного преобразователя частоты.

5

I

Ue

Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является повышение плавности регулирования частоты вращения в диапазоне, соответствующие двум разрешенным выходным частотам непосредственных преобразователей частоты, и увеличение жесткости механических характеристик. С этой целью в частотно-параметрическом электроприводе фазы второй обмотки асинхронного двигателя

I I I I I I I I I I I I I I

ж

ва

м

С

ду- Г

с

Фиг.Ч.

ж

J3

м

3-J

1

ira

,Л« М« М«

Фиг. 5

О

Jli