SU1115192A1 - Многодвигательный электропривод - Google Patents

Abstract

1. МНОГОДВИГАТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД , содержащий N гистерезисных электродвигателей, преобразователь частоты, составленный из регул торов частоты и напр жени  и усилител  мощности , В.ХОДЫ которого св заны с выходами регул торов частоты и напр жени  соответственно, а выход - с гистерезисными электродвигател ми, блок задани  тока и датчик тока, блок задани  напр жени  и датчик напр жени , блок задани  частоты и два блока сравнени , отличающийс  тем, что, с целью повьшени  КПД путем снижени  потерь в пусковом и рабочем режимах, один из N гистерезисных электродвигателей снабжен датчиком частоты вращени  и в цепи питани  указанного электродвигател  установлен датчик тока, а датчик напр жени  включен в цепь питани  И -1 гистерезисных электродвигателей, и введены блок выделени  низкой частоты вращени  с двум  входами, блок регулировани  скольжени  и сумматор частот с двум  входами, причем выход датчика тока св зан с первым входом первого блока сравнени , а выход датчика напр жени  - с первым входом второго блока сравнени , второй вход которого подключен к блоку задани  напр ж,ени , а выход через блок задани  тока св зан с вторым входом первого блока сравнени , выходом соединенного с регул тором напр жени , один вход сумматора частот подключен к выходу тахогенератора, второй вход сумматора частот св зан с выходом блока регулировани  скольжени , входом соединенного с выходом тахогенератора, выход сумматора частот подключен к одному входу блока выделени  низкой частоты вращени , второй вход которого соединен с блоком задани  частоты вращени , а выход - с входом регул тора частоты. 2.Электропривод по п. 1, о т л ичающийс  тем, что, с целью повышени  устойчивости, в него введены блок суммировани  с двум  входами , включенный по первому входу и выходу между блоком регулировани  скольжени  и вторым входом сумматора частот, и последовательно соединенные между собой второй датчик тока, установленный в цепь питани  М -1 гистерезисных электродвигателей, фильтр низких частот, фазосдвигающий блок, выходом соединенный с вторым входом блока суммировани . 3.Электропривод по пп. 1 и 2, отличающийс  тем, что

Description

блок выделени  низкой частоты вращени  снабжен дополнительным выходом, блок задани  напр жени  выполнен с переменной уставкой и снабжен управл ющим входом и введены блок выдержки времени с двум  выходами , и переключатель с управл ющим входом и дйум  информационными входами, св занными соответственно с датчиком напр жени  и первым из. упом нутых

датчиков тока, выход переключател  соединен с первым входом первого блока сравнени , а управл ющий вход переключател  - с первым выходом блока выдержки времени, входом подключенного к дополнительному выходу блока выделени  низкой частоты вращени , а второй выход блока выдержки времени соединен с управл ющим входом блока задани  напр жени .

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в многодвигательных установках с общим числом электродвигателей от двух до дес ти тыс ч и более, например , в инерционном приводе центрифуг , гироскопов и т.д. Известен многодвигательный электр привод, содержащий гистерезисные электродвигатели, подключенные к преобразователю частоты, состо щему из инвертора йапр жени  и выпр мител  напр жени  сети, которые соединены между собой LC-фильтром. Дл  компенсации реактивной энергии на выход преобразовател  частоты подключены .конденсаторы. Схема управлени  содер жит блоки регулировани  напр жени  и частоты, датчики, напр жени , при этом выход последних через измерител ньй выпр митель и пороговьш элемент соединен с блоком регулировани  напр жени . Выход измерительного выпр  мител  через блок задани  формы напр жени  соединен с сумматором, вто рой вход которого соединен с задатчиком частоты, а выход сумматора св  зан с блоком регулировани  частоты преобразовател  L13. Наиболее близким к изобретению  в л етс  многодвигательный электропривод , содержащий Ыгистерезисных электродвигателей , преобразователь частоты составленный из регул торов частоты и напр жени  и усилител  мощности, входы, которого соединены соответстве но с выходами регул торов частоты и напр жени , а выход усилител  мощнос ти подключен к N -1 гистерезлсным электродвигател м. Регул тор напр жени  выполнен в виде выпр мител , а регул тор частоты - в виде инвертора, выполн ющего функцию и усилител  мощности . Выпр митель и инвертор соединены между собой через RC-фильтр. Дополнительно к вькоду инвертора напр жени  подключены конденсаторы дл  компенсаций реактивной мощности. Электропривод содержит блок задани  тока и датчик тока, блок задани  напр жени  и датчик напр жени , три блока сравнени  и блок зада1|и  частоты вращени , причем выходы датчиков тока и напр жени , установленные на выходе инвертора, через блок умножени  и нелинейный блок св заны с соответствующим входом первого блока сравнени , к другому входу которого подключен задатчик напр жени , выход первого блока сравнени  через первый пропорциональный регул тор, второй блок сравнени , второй пропорциональный регул тор, третий блок сравнени  и третий пропорциональный регул тор соединен с выпр мителем. Вторые входы второго и третьего блоков сравнени  соединены соответственно с датчиком напр жени , установленным на выходе LC-фильтра, и датчиком тока, включенным в цепь питани  выпр мител . Электропривод содержит также блок управлени  частотой, в состав которого входит блок задани  частоты вращени , и обеспечивает ступенчатое регулирование частоты и напр жени , осзацествл   тем самым частотно-регулируемый запуск, а в рабочем рех(име стабилизацию основных параметров электродвигателей CZ1. 3 Однако в известных устройствах дискретность регулировани  частоты и напр жени  не позвол ет осуществл  запуск с мнниьсумом потерь скольжени  в электродвигател х, увеличиваетс  врем  запуска, поскольку переход с о ной ступени частоты вращени  на друг сопровождаетс  большой выдержкой времени, необходимой дл  синхронизации отстающих электродвигателей, что снижает КПД электропривода. Компенсаци  энергии на зажимах инвертора не исключает циркул ции больших реактивных токов в цеп х электродвигатель - компенсатор, что вызьшает потери энергии, компенсируемые за счет потреблени  активной энергии из сети, поэтому КПД рабочего режима также мал. Устойчивость системы во многом оп-го ни 

редел етс  соотношени ми реактивных сопротивлений -в системе компенсатор группа электродвигателей. Изменение эквивалентных реактивных сопротивлений в пуске по мере разгона разных электродвигателей при. неизменных параметрах конденсаторов снижает устойчивость системы. Аналогичное  вление имеет место при выключении части электродвигателей в рабочем режиме или при изменении режима их работы и т.д.

Цель изобретени  - повьшзение КПД путем снижени  потерь в пусковом и рабочем режимах и повышение устойчивости . Поставленна  цель достигаетс  тем, что в многодвигательном электро приводе, содержащем N гистерезисных электродвигателей, преобразователь частоты, составленный из регул торов частоты и напр жени  и усилител  мощ ности, входы которого св заны с выходами регул торов частоты и напр жени  соответственно, а выход с гистерезисными электродвигател ми, блок задани  тока и датчик тока, блок задани  напр жени  и датчик напр жени , блок задани  частоты вращени  и два блока сравнени , один из W гистерезистых электродвигателей снабжен датчиком частоты вращени  и в цепи питани  указанного гистерезистого электродвигател  установ лен датчик тока, а датчик напр жени  включен в цепи питани  N -1 гистерезисных электродвигателей, и введены блок выделени  низкой частовход которого соединен с блоком задани  частоты врдщени , а выход с входом регул тора частоты.

Кроме того, введены блок суммировани  с двум  входами, включенный по первому входу и выходу между блоком регулировани  скольжени  и вторым входом сумматора частот, и последовательно соединенные между собой второй датчик тока, установленный в цепи питани  N-1 гистерезисных электродвигателей, фильтр низких частот , фазосдвигающий блок, выходом соединенный с вторым входом блока 92 ты вращени  с двум  входами, блок регулировани  скольжени  и сумматор частот с двум  входами, причем выход датчика тока св зан с первым входом первого блока сравнени , а выход датчика напр жени  - с первым входом второго блока сравнени , второй вход которого подключен к блоку задани  напр жени , а выход через блок задйни  тока св зан с вторым входом первого блока сравнени , выходом соединенного с регул тором напр жени , один вход сумматора частот подключе к выходу тахогенератора, второй вход сумматора частот св зан с выходоь4 блока регулировани  скольжени , входом соединенного с выходом тахогенератора , выход сумматора частот подключен к одному входу блока вьщеленизкой частоты вращени , второй суммировани  Блок вьщелени  низкой частоты вращени  снабжен дополнительным выходом , блок задани  напр жени  выполнен с переменной уставкой и снабжен управл ющим входом и введены блок выдержки времени с двум  входами , и переключатель с управл ющим входом и двум  информационными входами , св занными соответственно с датчиком напр жени  и первым из упом нутых датчиков тока, выход переключател  соединен с первым входом первого блока сравнени , а управл ющий вход переключател  - с первым BEJXO- дом блока вьдержки времени, входом подключенного к дополнительному выходу блока выделени  низкой частоты вращени , а второй выход блока выдержки времени соединен с управл ющим входом блока задани  напр жени . На фиг. 1 представлена блой-схема многодвигательного электропривода; на фиг. 2 и 3 - варианты выполнени  многодвигательного электропривода. $1 Многодвигательный электропривод содержит N гистерезисных электродви гате,лей 1, преобразователь 2 частоты составленный из регул тора 3 частоты регул тора 4 напр жени  и усилител  мощности, входы которого соединены с выходами регул торов частоты и напр жени , а выход - с гистерезисными электродвигател ми. Гистерезисный электродвигатель 6 снабжен тахогенератором 7 и в электропривод введены сумматор 8 частот с двум  входами, блок 9 регулировани  скольжени  и 10 выделени  низкой частоты вра щени  с двум  входами. В цепи питани  гистерезисного электродвигател  6 установлен датчик 11 тока, в цепь питани  гистерезисЛых электродвигателей 1 включен датчик 12 напр жени  Выход датчика 11 тока св зан с первым входом первого блока 13 сравнени , а выход датчика 12 напр жени  с первым входом второго блока 14 сравнени , второй вход которого подключен к блоку 15 задани  напр жени  Выход второго блока 14 сравнени  через блок 16 задани  тока св зан с вторым входом первого блока 13 сравнени , выходом соединенного с регул  тором 4 напр жени . Один вход сумматора 8 частот подключен к выходу тахогенератора 7, второй вход св зан с выходом блока 9 регулировани  скол жени , входом соединенного с выходом тахргенератора 7, а выход пoдклfoчeн через делитель 17 частоты к одному входу блока 10 выделени  низкой частоты вращени , второй вход которого соединен с блоком 18 задани  частоты вращени , а выход - с входом регул тора 3 частоты. В многодвигательный электропривод могут быть введены последовательно соединенные между собой второй датчи 19 тока (фиг, 2), установленный в цепи питани  гистерезисных электродвигателей 1, фильтр 20 низких часто и фазосдвигающий блок 21, выход кото рого подключен к второму входу блока 22 суммировани , включенному по первому входу и выходу между блоком 9 регулировани  скольжени  и вторым входом сумматора 8 частот. Кроме того, в электроприводе блок 10 вьщелени  низкой частоты вращени  может быть снабжен дополнительным выходом, блок 15 задани  напр жени  выполнен с перемен 1ой ус2 тавкой и снабжен управл ющим входом, и введены блок 23 вьщержки времени ( фиг. 3) и переключатель 24 с управл ющим входом и двум  информационными входами, один из которых св зан с датчиком 12 напр жени , другой - с датчиком 11 тока. Выход переключател  соединен с первым входом первого блока 13 сравнени , а управл ющий вход переключател  - с выходом блока 23 выдержки времени, входом подключенного к дополнительному выходу блокЛ 10 выделени  низкой частоты вращени . Второй выход блока 23 выдержки времени подключен к управл ющему входу блока 15 задани  напр жени . Выполнение отдельных элементов схемы может быть различно. Сумматор 8 частот может быть аналоговым или импульсным в зависимости от тока тахогенератора 7. В последнем случае при следовании импульсов произвольной частоты возникает проблема обеспечени  равномерности. Она достигаетс  путем повышени  собственной частоты тахогенератора 7, блока 9 регулировани  скольжени  с последующим делением в делителе 17 частоты,, а также применением специальных схем сдвига последовательностей импульсов. При аналоговом выполнении сумматор частот должен содержать преобразователь напр жение - частота. Блок 9 регулировани  скольжени  в простейшем случае обеспечивает неизменную величину скольжени , а в более сложной реализации - сложную функцию, учитывающую изменение механической характеристики гистерезистого электродвигател  на разной частоте питани , Блок 16 задани  тока имеет ограничение по максимуму и пропорциональное снижение задани  тока при приближении .напр жени  на зажимах гистерезисных электродвигателей 1 к предельному значению на данной частоте вращени  . Блок .10 выделени  низкой частоты вращени  осуществл ет управление регул тором 3 частоты от сумматора 8 частот и стабильного блока 18 задани  частоты вращени , если период импульсов, задаваем 1х сумматором 8 частот, становитс  меньше периода импульсов блока 18 задани  частоты вращени . Устройство работает следуюищм образом. В начальный момент запуска, когда отсутствует вращение гистерезисных электродвигателей 1 и 6, исходную частоту коммутации преобразовател  2 частоты задает блок 9 регулироваки  скольжени . Величина абсолютног скольжени  Ji невелика и составл ет обычно не более 50 Ги (зависит от особенностей механической характерис тики электродвигателей 1 и 6). Блок 16 задани  тока задает ток на уровне максимально допустимого значени  дл  электродвигател  6. За счет наличи  обратной св зи по цепи питани  элект родвигател  6 на выходе преобразовател  2 частоты устанавливаетс  напр  жение, соответствующее этому предель ному току. Электродвигатели 1 и 6 однотипны, при этом момент инерции ротора элект родвигател  6 равен или несколько больше момента инерции любого из электродвигателей 1. В электромагнит ном отношении электродвигатель 6 не должен иметь соотношение электромагнитный момент - ток выше, чем любой средний по этому показателю электродвигатель 1. В этих услови х уровень задаваемого на выходе преобразовател  2 частоты напр жени  обеспечивает пусковой момент каждого из элек . родвигателей 1 на уровне пускового момента электродвигател  6. По мере увеличени  частоты вращени  электродвигател  6 увеличиваетс  сигнал тахогенератора 7 и растет час тота fg на выходе сумматора.8 частот котора  равна fg К f вр + fg К„. Делитель 17 частоты и блоки управлени  регул тором 3 частоты выбираютс  из услови  получени  частоты на выходе преобразовател  2 частоты, рав- , f ной f 5 при уровне входi , т- 1.1 ной частоты f ( fS - абсолютна  частота скольжени ; ййр,р - частота вращени  электродвигател  6). В результате образуетс  положительна  обратна  св зь по скорости при сохранении посто нства скольжени  ведущего электродвигател  6. Отрицательна  обратна  св зь по току обеспечивает его стабилизацию за счет изменени  (роста) напр жени  при изменении (росте) частоты вращени . Посто нство тока и скольжени  обеспе чивает регулирование практически с неизменным уровнем потока. Электродвигатели 1 измен ют свою частоту вращени  под действием изменени  частоты питани  и напр жени  на зажимах ЭJiгктpoдвигaтeлeй в уело- ВИЯХ посто нства потока на каждом из них, так как соотношение напр жение - частота задаетс  и контролируетс  электродвигателем 6. По отношению к источнику питани  (преобразователь 2 частоты) группа электродвигателей 1 работает как от источника напр жени  . Блок сравнени  контролирует напр жение на зажимах электродвигателей. При достижении предельного значени , выбранного из условий работы либо преобразовател  частоты, либо электродвигателей , автоматически уменьшаетс  сигнал задани  тока в блоке 16 задани  тока и уменьшаетс  ток. Наступает стабилизаци  напр жени , а разгоно электродвигателей продолжаетс  в услови х стабилизации напр жени  на предельном уровне. По достижении частотой на выходе сумматора 8 частот величины, задаваемой блоком В задани  частоты, осуществл етс  переключение канала регулировани  частоты на режим стабилизации частоты. Все электродвигатели продолжают разгон тьс , постепенно уменьша  свое скольжение, и вход т в синхронизм. В описанном запуске имеет место эффект самовыравнивани  электродвигателей за счет индивидуального выбора электродвигател ми величины абсолютного скольжени  и тока нагрузки в зависимости от уровн  текущего момента статической нагрузки на валу каждого из них и разброса электромагнитных соотношений. Это св зано с тем, что гистерезисные электродвигатели в области низких скольжений имеют падающую механическую характеристику , подобную асинхронным электрвдвигател м . Выбором частоты скольжени  электродвигател  6 на среднем участке этой части механической характеристики обеспечиваетс  режим самовьфавнивани . Более нагруженные электродвигатели работают с несколько большим скольжением, но и с большим моментом (током), а менее нагруженные - наоборот. Б результате все они успевают отследить темп изменени  частоты, задаваемой электродвигателем 6.

91

Наличие обратной св зи по напр жению исключает чрезмерное насьпцение электродвигателей и ограничивает предельное значение тока в области больших частот вращени . Использование блока, 9 регулировани  скольжени  позвол ет йводить коррекцию в величину Скольжени  в зависимости от особенностей механической характеристики электродвигателей.

В электроприводе обеспечиваетс  повышение устойчивости за счет ввода корректирующего сигнала по частоте скольжени  в функции изменени  общего тока электродвигателей 1. Дл  этого датчик 19 тока (фиг. 2) измер ет общий ток, фильтр 20 низких частот вьщел ет изменение этого тока, вызванное низкочастотными колебани ми момента, и через фазосдвигающий блок 21 измен ет частоту задаваемого сколь жени  путем суммировани  в блоке 22 суммировани  сигналов блока 9 регулировани  скольжени  и фазосдвигающего блока 21. Низкочастотные колебани  тока (мощности), которые возникают в цепи преобразователь 2 частоты электродвигатели 1, гас тс  путем изменени  величины скольжени , привод щего к соответствующему изменению момента и потребл емой мощности электродвигателей 1.

В многодвигательном электроприводе обеспечиваетс  переход на рабочий режим с одновременньм перевозбуждением электродвигателей, что обеспечивает высокий КПД рабочего режима. Дл  этого в момент перехода на режим стабилизации частоты блок 10 выделени  низкой частоты вращени  формиру519210

ет сигнал, который через .блок 23 выдержки времени измен ет режим работы регул тора напр жени . Выдержка времени необходима дл  ввода в синхро5 низм всех электродвигателей, поскольку в момент синхронизации частота их вращени  отличалась от синхронной на частоту скольжени . Переключатель 24 обеспечивает перевод электропривода

o на режим стабилизации напр жени ,

а блок 15 задани  напр жени  понижает уровень задани  напр жени . За счет этого обеспечиваетс  перевозбуждение и повышаетс  КПД электродвигателей

5 в 1,2-3 раза в зависимости от особенностей выполнени  электродвигателей.

Таким образом, в электроприводе обеспечиваетс  формирование идеальной механической характеристики с

0 моментом, независ щим от частоты

дл  каждого из N гистерезисньпс электродвигателей , что позвол ет снизить врем  их разгона, при этом частота скольжени  всех электродвигателей

5 не превышает величину скольжени  ведущего электродвигател , что снижает потери скольжени  и повышает КПД запуска.

Использование обратной св зи по

0 колебанию общего тока с воздействием на частоту, питани  путем изменени  частоты скольжени  позвол ет повысить устойчивость всей системы в пусковом режиме.

Понижение напр жени  в рабочем режиме и изменение структуры обратной св зи обеспечивает режим перевозбуждени  гистерезисных электродвигателей с резким повышением КПД рабочего режима .

fe--r

p- РЧ I-

C

Claims (3)

1. МНОГОДВИГАТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД, содержащий N гистерезисных электродвигателей, преобразователь частоты, составленный из регуляторов частоты и напряжения и усилителя мощности, входы которого связаны с выходами регуляторов частоты и напряжения соответственно, а выход - с гистерезисными электродвигателями, блок задания тока и датчик тока, блок задания напряжения и датчик напряжения, блок задания частоты вращения и два блока сравнения, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД путем снижения потерь в пусковом и рабочем режимах, один из N гистерезисных электродвигателей снабжен датчиком частоты вращения и в цепи питания указанного электродвигателя установлен датчик тока, а датчик напряжения включен в цепь питания Η -1 гистерезисных электродвигателей, и введе ны блок выделения низкой частоты вращения с двумя входами, блок регулирования скольжения и сумматор частот с двумя входами, причем выход датчика тока связан с первым входом первого блока сравнения, а выход датчика напряжения - е первым входом второго блока сравнения, второй вход которого подключен к блоку задания напряжения, а выход через блок задания тока связан с вторым входом перво*го блока сравнения, выходом соединенного с регулятором напряжения, один вход сумматора частот подключен к выходу тахогенератора, второй вход сумматора частот связан с выходом блока регулирования скольжения, входом соединенного с выходом тахогенератора, выход сумматора частот подключен к одному входу блока выделения низкой частоты вращения, второй вход которого соединен с блоком задания час- тоты вращения, а выход - с входом ре гулятора частоты.

2. Электропривод поп.

отличающийся тем, что, с целью повышения устойчивости, в него введены блок суммирования с двумя входами, включенный по первому входу и выходу между блоком регулирования скольжения и вторым входом сумматора сл со hO частот, и последовательно соединенные между собой второй датчик тока, установленный в цепь питания N -1 гистерезисных электродвигателей, фильтр низких частот, фазосдвигающий блок, выходом соединенный с вторым входом блока суммирования.

3. Электропривод по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что блок выделения низкой частоты вращения снабжен дополнительным выходом, блок задания напряжения выполнен с переменной уставкой и снабжен управляющим входом и введены блок выдержки времени с двумя выходами , и переключатель с управляющим входом и дйумя информационными входами, связанными соответственно с датчиком напряжения и первым из. упомянутых датчиков тока, выход переключателя соединен с первым входом первого бло ка сравнения, а управляющий вход переключателя - с первым выходом бло ка выдержки времени, входом подключенного к дополнительному выходу бло· ка выделения низкой частоты вращения, а второй выход блока выдержки времени соединен с управляющим входом блока задания напряжения.