Частотно-регулируемый электпропривод Советский патент 1981 года по МПК H02P7/42 

Изобретение относится к электротехнике,в частости к частотно-регулируемым электроприводам, и может быть использовано в различных отраслях промышленности: текстильной, металлообрабатывающей , металлургической и других. Известен высокодинамичный электропривод с асинхронным короткозамкнутым двигателем 1, содержащий пре образ-ователь частоты с автономньнл ин вертором тока, координатные преобразователи, векторные анализаторы, узел формирования задания, блоки, перемножения и дифференцирования, регуляторы (скорости, потока, тока) и датчики (скорости, потока, тока). Недостатком этого устройства является наличие датчиков Холла в воздушном зазоре электродвигателя, .что усложняет процесс сборки, повышает требования к точности обработки ряда деталей и узлов электродвигателя, снижает надежность электропривода в целом. Недостатком этого устройства является также наличие на валу электродвигателя датчика скорости, что снижает надежность и ограничивает область применения устройства. Наиболее близким к предложенному электроприводу по технической сущности является уртройство для регулирования скорости асинхронного электродвигателя 2 , содержащее асинхронный электродвигатель, обмотки статора которого подключены к преобразователю частоты, состоящему из последовательно соединенных автономного.инвертора, сглаживгиощего дросселя, управляемого выпрямителя с системой управления выпрямителей, к управляющему входу которой подсоединен выход, регулятора тока, связанный одним из входов с датчиком тока, другим - с одним из выходов координатного преобразователя, подсоединенного вторым выходом к системе управления инBepTOjioM, а одним из входов - к выходу блока управления координатными преобразователями, другим входом к выходу регулятора потокосцепления, третьим входом - к выходу регулятора частоты, один из входов которого и вход регулятора потокосцепления соединен с узлом задания; регулятор; второй координатный преобразователь; датчик ЭДС асинхронного электродвигателя и дифференцирующее инерционное звено, причем один из входов втоого координатного преобразователя оединен с выходом датчика ЭДС, втооя вход - с выходом блока управления оординатными преобразователями, а ыход подсоединен к одному из входов егулятора, второй вход которого связан чере.з дифференцирующее инерционное звено с входом регулятора потокосцепления, выход регулятора подсоеинен к входу блока управления координатными преобразователями и к второу входу упомянутого регулятора частоты . .

Недостатками этого устройства являются невысокие надежность и энергетические показатели. Снижение надежности устройства обусловлено неустойчивой работой (при высоких темпах изменения потокосцепления) пропорцио-. нально-дифференциального регулято ра потокосцепления, необходимого для реализации.качественного регулирования потокосцепления асинхронного электродвигателя с контуром регулирования потокосцепления без обратной связи по потокосцеплению. Вследствие этого устройству присущи невысокие энергетические показатели, связанные с определенным ограничением в возможности качественного управления потокосцеплением для реализации оптимальных энергетических режимов работы электродвигателя,

Цель изобретения - повышение энергетических показателей, надежности и расширение области применения устройства,

Цель достигается тем, что в час тотно-регулируемый электропривод, содержащий блок Формирования статорного тока асинхронного двигателя, подключенный одним входом к выходу регулятора частоты, у которого один вход соединен с одним из выходов узла задания, адругой вход - с датчиком час тоты, и датчик ЭДС, дополнительно введены узел двухзонного регулирования и сумматор причем узел двухзонного регулирования Одним из входов подсоединен к датчику ЭДС, а другим входом - к второму выходу узла задания, подключенного, третьим выходом к одному из BXOJ30B сумматора, вь1ход которого соединен с вторым входом устройства формирования статорного тока, а второй вход - с выходом узла двухзонного регулирования.

На чертеже представлена функциональная схема частотно-регулируемого электропривода.

Электропривод содержит асинхронный электродвигатель 1/ обмотки статора которого подсоединены к блоку 2 формирования статорного тока, подключенному одним вхолом к выходу регулятора 3 частоты, у которого один вход соединен с одним из выходов узла 4 задания, а другой вход - с датчиком 5 частоты, датчик .6 ЭДС, узел

7 двухзонного регулирования исуммаТОР 8, причем узел 7 двухзонного регулирования одним из входов подсоединен, к датчику 6 ЭДС, а другим входомк второму выходу узла 4 задания, подключенного третьим входом к одному из входов сумматора 8, выход которого соединен с вторым входом блока 2 формирования статорного тока, а второй вход - с выходом узла 7 двухзонного регулирования.

Устройство работает следующим образом.

На выходе узла 7 двухзонного регулирования формируется сигнал -Al следующего вида:

о,если

X

-U1 ч-ULi (д -1 it од если Е Е,

jU

гдеЕ,Е - соответственно сигналы

задания ЭДС и обратной связи поЭДС электродвигателя.

При работе электропривода в первой зоне, частота ОУф ниже или рйвйа номинальной f(,() , выполняется неравенство Е Е и выходной сигнал -Л 7 двухзонного регулирования равен нулю. Вследствие этого- выходной сигнал i сумматора 8, поступающий на один из входов блока 2 формирования статорного тока, равен номинальному заданию реактивной проекции тока, задаваемому узлом 4 задания. Этим обеспечивается номинальное значение потокосцепления Ф Чн электродвигателя в первой зоне работы электропривода.

Во второй зоне работы электропривода, частота выше номинальной

(Год, ) г где нарушается неравенство В поскольку Е fg) fн и выходнойсигнал - A-iJi узла 7 двухзонного регулирования, отличный от нул9, воздействует на ве-, личину выходного сигнала -Ьн i сумматора 8, определяющего величину задания проекции реактивного тока в блоке 2 .формирования статорного тока. В результате этого изменяется -величина потокосдёпления Ч электродвигателя, причем регулирование величины потокосцепления V узлом 7 двухзонного регулирования осуществляется таким образом, чтобы восстановилось и поддерживалось равенство: Е cons.t .

очевидно, что при изменении частоты режим постоянства ЭДС электродвигателя достигается за счет обратно пропорционального закона изменения потокосцепления Ч s-f/UUo При поддержании закона постоянства ЭДС узлом 7 двухзонного регулирования so всем диапазоне изменения

частоты и при постоянном по величине задании проекции i активного тока электродвигателя, задаваемом в этом случае с узла 4 задания, достигается режим работы электропривода при постоянстве мощности, поскольку механическая мощность на валу электродвгателя:

Рдлех - Е Чц const

при Е, i а const, где id - активная проекция статорного тока электродвигателя. В этом случае при увеличении (уменьшении) момента //с нагрузки на валу электродвигателя согласно основ ному уравнению электропривода: I ...

J( л ® С- COOT6 Ot

ветственно электромагнитный момент, двигателя и момент нагрузки, Ш - угловая скорость вра-. щения электродвигателя; I - приведенный момент инерции привода, происходит уменьшение (увеличение) угловой скорости вращения электродвигателя и угловой частоты iV u + р ,

%

. - абсолютное скольжение;

Гул - активное сопротивление ротора двигателя (статорного тока), задаваемое блоком 2 формирования статорного тока. В режиме постоянства ЭДС электродвигателя с уменьшением (увеличением) угловой частоты 1л статоркого тока обратно- пропорционально изменяется величина потокосцепления Ч электродвигателя, а значит изменяется электромагнитный момент электродвигателя:JU 4 а при id const.

Новые установившиеся значения угловой частоты lA.t статорного тока и угловой скорости U; вращения электродвигателя соответствуют восстановлению равенства моментов fJt /(АсДанное техническое решение позволяет повысить энергетические показатели, надежность, быстродействие, а также расширить область применения на механизмы, требующие закона управления при постоянстве мощности.

Энергетические показатели повышаются за счет введения узла двухзонного регулирования скорости, обеспечивающего постоянно ЭДС электродвигателя, а именно ниже номинальной частоты обеспечивается режим постоянства потокосцепления электродвигателя, а выше номинальной частота - постоянство ЭДС. Таким образом реализуется близкий к оптимальномупо электрическим потерям режим работы электродвигателя снижение электрических, потерь ) .и повышается коэффициент использования преобразователя частоты по напряжению.

Повышение надежности электропривода обеспечивается за счет осуществления регулирования электродвигателя посредством контура регулирования ЭДС выполненного по принципу отклонения, с в отличие от неустойчивого регулирования возбуждения в известном устройстве, осуществляемого посредством разомкнутого контура регулирования потокосцепления.

Повышение быстродействия электропривода достигается за счет обеспечения максимально возможного возбуждения асинхронного двигателя в случае закона управления с постоянством ЭДС при реальном ограничении

5 выходного напряжения преобразователя, что позволяет формировать максимальный электромагнитный момент электродвигателя при заданной величине тока.

0 Расширение области применения электропривода на область механизмов, работающих при постоянстве мощности, достигается за счет обеспечения режима постоянства ЭДС электродвигателя при постоянном по величине задания активном токе электродвигателя.

Данный электропривод может найти широкое применение на механизмах мо талок, например, в металлургической, химической,текстильной промышленности.,

Формула изобретения

35

Частотно-регулируемый электропривод, содержащий блок формирования статорного тока асинхронного двигателя, подключенный одним входом к выходу

0 регулятора частоты, один вход которого соединен с одним из выходов узла задания, а другой вход - с датчиком частоты, и датчик ЭДС, отличающийся, тем, что, с целью повышения энергетических показателей и на5дежности, в него введены узел двухзоного регулирования и сумматор, причем узел двухзонного регулирования одним из входов подсоединён к датчику ЭДС, а другим входом - к второму выходу узла задания, подключенного третьим выходом к одному из входов сумматора, выход которого соединен с вторым входом -блока формирования статорного тока, а второй

5 вход сумматора - с выходом узла двухзонного регулирования.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент ФРГ 2144422, 0 кл. Н 07 Р 5/28, 1978.

2.Авторское свидетельство СССР

по заявке № 2682788, кл. Н 02 Р 7/42 24.07.79.