SU1418882A1 - Частотно-регулируемый электропривод - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к электротехнике , в частности к частотно-управл емым электроприводам, и может быть использовано в различных отрасл х промышленности: химической, горнодобь вагощей, металлургической и других дл  осуществлени  останова электроприводов с реактивным моментом статической нагрузки.

Целью изобретени   вл етс  уменьшение времени торможени .

На фиг.1 изображена функциональна  схема частотно-регулируемого электропривода; на фиг.2 - функциональна  схема электропривода с повышенной эффективностью торможени .

Частотно-регулируемый электропривод (фиг.1 содержит асинхронный электродвигатель 1, статический преобра- зователь 2 частоты, выходом подклю ченный к статорной обмотке асинхронного двигател , систему 3 управлени  напр жением и систему 4 управлени  частотой, регул тор 5 ЭДС с двум  входами, регул тор 6 тока с двум  входами, узел 7 задани  ЭДС, датчик 8 частоты вращени , датчик 9 тока и датчик 10 ЭДС, С выходом узла 7 задани  ЭДС соединен вход первого компаратора 11. Выход датчика 9 тока соединен с первым входом регул тора 6 тока, а выход датчика 10 ЭДС - с первым входом регул тора 5 ЭДС и с входом системы 4 управлени  частотой, второй вход регул тора 5 ЭДС подключен к выходу узла 7 ЭДС, а выход - к второму входу регул тора 6 тока, выход которого соединен с входом системы управлени  напр жением. Выходы указанных систем управлени  подключены к соответствующим управл ющим входам статического преобразовател  2 .частоты. Регул тор ЭДС шунтирован ключом 1 2, а регул тор тока - 1 3 .

В электропривод введены второй компаратор 14, входом соединенный с выходом датчика 8 частоты вращени  и логических элемента И-НЕ 15 - 17

три

Первые входы первого и второго логических элементов И-НЕ 15 и 16 подключены к выходу первого компаратора 1 1 , второй вход логического элемента И- НЕ 16 соединен с выходом второго компаратор 14, а выходы логических элементов Н-НЕ 15 и 16 подключены соответственно к входам третьего логического элемента И-НЕ, выход которого св зан с управл ющими входами ключей

10

5

0 . -.

0

5

45

0

5

12 и 3, ныполненш тх на полевых транзисторах , и с вторым входом первого логического элемента И-НЕ 15.

Регул торы тока и ЭДС датчики тока и зле образуют блок 18 регулировани , а ключи 12 и 13 - блок 19 шунтировани .

Электроп{)ивод работает следуюпц м образом.

С выхода узла 7 задани  ЭДС на входы регул тора 5 ЭДС и первого компаратора I поступает сигнал задани  ЭДС Е . В установившемс  режиме работы, электропривода в соответствии с рассогласованием между сигналами заданной Е и фактической ЭДС Е электродвигател  (поступающей с выхода датчика 10 ЭДС) регул тор 5 ЭДС формирует на своем выходе заданное значение I активной составл ющей статорного тока электродвигател. . Регул тор 6 тока, на входе которого сравниваетс  заданное значение 1 и фактическое значение I тока, поступающее с выхода датчика 9 тока, воздействует выходным сигналом на вход системы 3 управлени  напр жением преобразовател  2 частоты, обеспечиваетс  регулирование фактического тока, равного заданному значению. Путем задани  частоты f электродвигател ,пропорциональной ЭДС Е (так как выход датчика 10 ЭДС подключен к входу системы 4 управлени  частотой преобразовател  2 частоты), осуществл етс  управление электродвигателем 1 при посто нстве потокосцеплени  (E/f Const), что обеспечивает удовлетворительные энергетические, динамические и перегрузочные характеристики электропривода. Установившемус  режиму работы электропривода соответствуют следующие выходные сигналы и состо  ни  остальных элементов устройства: выходные сигналы первого 11 и второго 14 компараторов - выходные сигналы первого 15, второго 16 и третьего 17 логических элементов И-НЕ - соответственно 1, 1 и О, ключи 12 и 13 в блоке 19 шунтировани  регул торов закрыты.

Режимы торможени  и останова электропривода . Пусть на выходе узла 7 задани  ЭДС сиг}1ал задани  ЭДС Е изменилс  скачком до нулевого значени , соответствующего команде на останов электропривода. При этом измен етс  (по отнптеш1ю к исходному) вы314

родной сигнал первого компаратора 11 на 1, а выходные сигналы логических элементов И-НЕ 15-17 остаютс  по- прежнему неизменными, вследствие чего ключи 12 и 13 в блоке шунтировани  регул торов остаютс  закрытыми. Из-за по вившегос  рассогласовани  (лЕ - «СО) на входе регул тора 5 ЭДС измен етс  пол рность его выходного сигнала на отрицательную, вследствие чего регул тор 6 тока, воздейству  на систему 3 управлени  напр жением преобразовател  2 частоты, создает и поддерживает в электродвигателе 1 активную составл ющую статор- ноге тока, отрицательной пол рности, что означает создание в электродвигателе тормозного электромагнитного момента . Под действием развиваемого тормозного электромагнитного момента электродвигатель 1 эффективно тормозитс  до нулевой частоты вращени  с отдачей накопленной кинетической энергии привода в сеть (через устройства рекуперации в составе преобразовател  2 частоты). В случае нерекуперативного выполнени  преобразовател  2 частоты возможен сброс накопленной кинетической энергии на резисторы динамического торможени , В режиме торможени  автоматически поддерживаетс  закон управлени  E/f Congt, а значит, посто нство потокооцеплени  электродвигател , что повышает эффективность осуществл емого торможени .

Дл  повьшени  эффективности останова электропривод может быть дополнительно снабжен одновибратором 20 и сумматором 21 (фиг.2), причем сумматор 21 подклочен между одним из выходов блока 18 регулировани  и входом системы 3 управлени  напр жением, другой вход сумматора 2 соединен с вторым входом системы 4 управлени  частотой и св зан через одновибратор 20 с выходом третьего логического элемента И-НЕ 17. Одновибратор 20 содержит операционный усилитель 22, входную дифференцирующую цепочку, собранную на конденсаторе 23 и резисторе 24, отсекающий диод 25, цепи обв зки усилител , включающие резисторы 26 и 27, конденсатор 28 и диод 29.

При достижении частотой вращени  двигател  нулевого значени  в электроприводе наступает режим останова. При этом по нулевому выходному сигналу датчика В частоты вращени  изме8882

н етс  пол рность выходного сигнала второго компаратора 14 на 1. При этом в устройстве измен ютс  вькод- ные сигналы и состо ни  следующих

элементов: выходные сигналы первого 15, второго 16 и третьего 17 логических элементов И-НЕ станов тс  разны

ми (соответственно О, О, 1), открываютс  ключи 12 и 13, в блоке шунтировани  регул торов, шунтиру  регул торы ЭДС 5 и тока 6 в блоке 18 регулировани . Вследствие этого снй- жйетс  напр жение со статорных обмо- ,ток электродвигател  1 (нулевому входному сигналу системы 3 управлени  напр жением соответствует выходное напр жение , равное нулю, преобразовател  2 частоты). Если в качестве датчика 8 частоты вращени  используетс  датчик скорости электродвигател  1, то с момента рассмотренного шунтировани  регул торов электропривода и сн ти  статорного напр жени  электродвигатель 1 остаетс  неподвижным, т.е. в режиме останова. Если же в качестве датчика 8 частоты вращени  используетс  датчик статора или ЭДС электродвигател , то с момента наступлени  шунтировани  регул торов электропривода (в блоке 18 регулировани ) и сн ти  статорного напр жени  режим торможени  электродвигател  не заканчиваетс , так как нз-за наличи  скольжени  скорость вала ротора электродвигател  при нулевой частоте статора или ЭДС еще не равна нулевому значению , а отличаетс  на величину скольжени . В последнем случае с момента

шунтировани  регул торов электропривода продолжаетс  режим торможени  электродвигател  на выбеге под действием сил трени  и момента статического сопротивлени , который заканчиваетс  остановом привода при достижении скоростью ротора электродвигател  нулевого значени . Предлагаемое техническое решение распростран етс  на область электроприводов с реактивным моментом статической нагрузки на валу электродвигател .

В случае использовани  одновибра- тора 20 с момента времени наступлени  шунтировани  регул торов электропривода одновибратор 20 формирует на выходе (катод диода 25) сигнал 1, поступающий на вторые входы системы 4 управлени  частотой и сумматора 21 (фиг.2). При этом по ука рнном-/

5U

выходному сигналу оцновибратора 20 осуществл етс  останов частоты задающего генератора (или кольцевого распределител ) в составе системы 4 управлени  частотой и создаетс  (1-1,5 кратный от нормального значени  ток статорных обмотках электродвигател  1. Вследствие этого электродвигатель 1 с момента времени, соответствуюше- го шунтированию регул тора электропривода , до момента полного останова эффективно тормозитс  в режиме динамического торможени  посто нным током . По истечении некоторого интервала времени, регулируемого переменным резистором 26 одиовибратора 20 и задаваемого заведомо исход  из маховых масс привода и момента статической нагрузки, одновибратор 20 возвращаетс  в исходное устойчивое состо ние характеризующеес  его выходным сигналом (на катоде диода 25), равным О При этом прекращаютс  блокирование частоты задающего генератора (или кольцевого распределител ) в составе системы А управлени  частотой и протекание тока по статорным обмоткам электродвигател  1. Таким образом, по статорным обмоткам электродвигател  посто нный ток протекает кратковременно (в течение времени до момента полного останова привода), а с момента времени после наступлени  останова ток отсутствует. Применение режима динамического торможени  посто нным током повьппает эффективность торможени  электропривода в области малых частот, а прекращение подачи посто нного тока в обмотки электродвигател  после наступлейк  полного останова привода снижает электрические потери в электродвигателе и преобразователе частоты в режиме длительного останова, а значит, улучшает энергетические показатели электропривода в целом.

Устойчивый режим шунтировани  регул торов электропривода при нулевом сигнале задан и  (на выходе узла 7 задани  ЭДС) независимо от пульсаций (вокруг нулевого уровн ) реального выходного сигнала датчика 8 частоты вращени  электродвигател , вызванных несинусоидальностью выходных напр жений и токов преобразовател  частоты, его процессами коммутации, а также вли нием на форму выходного напр жени  и тока пульсаций вьшр мителл в

826

составе преобразовател  частоты, обеспечиваетс  введением самоблокирующей обратной св зи с выхода третьего логического элемента И-НЕ 17 на один из входов первого логического элемента И-НЕ 15. Шунтирование регул торов электропривода в режиме останова обеспечивает разр д всех емкостных элекентов , содержащихс  в обратных св з х регул торов. При поступлении команды разгона электропривода (сигнал задани  на выходе узла задани  принимает значение, не равное нулю) измен ютс  выходные сигналы и состо ни  следующих элементов устройства: выходные сигналы компаратора 11, первого 15, второго 16 и третьего 17 логических элементов И-НЕ станов тс 

равн1,ми соответственно О, 1, 1 и О, ключи 12 и 13 в блоке 19 шунтировани  регул торов закрьгааютс , регул тор 5 ЭДС и регул тор 6 тока электропривода расшунтируютс , начинаетс  режим разгона электропривода до заданной скорости. При этом начальный нулевой зар д емкостных эле-, ментов в обратных св з х регул торов способствует формированию в началь-

ный момент разгона типовых переходных процессов регулировани  тока и скоро- с ти элек троприводов.

Сокращение времени останова электропривода достигаетс  за счет шунтировани  регул торов электропривода на фиксированной близкой к нулевой частоте вращени  электродвигател  (осуществл емого в функции нулевых

сигналов задани  и обратной св зи по частоте вращени , что расшир ет до самьк низких значений частоты область эффективного частотного торможени  электродвигател  и сокращает (до

близкого к нулевому значению) интервал времени с малоэффективным торможением на выбеге (под действием сил трени5} и момента статического сопротивлени ) . Сокращение времени останова достигаетс  также за счет обеспечени  (посредством самоблокирующей св зи между введенными логическими элементаьи) устойчивого шунтировани  регул торов независимо от пульсаций

фактического сигнапа датчика частоты вращени  на низкоГ частоте, вызванных несинусоидальттостью выходных напр жений токоп Преобразовател  частоты , его Цнч1(: ггг1ми коммутации. Повытенне эффективности останова при обеспечении повышенных энергетических показателей электропривода достигаетс  за счет осуществлени  при останове кратковременного режима динамического торможени  асинхронного электродвигател  посто нным током (1-1,5)-кратной амплитуды по отношению к номинальному значению тока При этом отсутствие протекани  тока по обмотке электродвигател  и фазам преобразовател  частоты в режиме длительного останова электропривода снижает электрические потери в указанных .элементах и, следовательно, обесU

8

печивает хорошие энергетические показатели электропривода.

Повьштение надежности электропривода достигаетс  за счет применени  в нем более надежных элементов (в частности , логических элементов, компаратора ) вместо элементов с невысокой надежностйю и ограниченным числом срабатьшаний (в частности, реле), что существенно про вл етс  дл  электроприводов , работающих в интенсивных пускотормозных режимах с частыми кратковременными остановами, характеризующимис  непрерывными процессами включени -отключени  реле.

ФигЛ

Фиг.2

Claims (1)

1. ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД, содержащий асинхронный электродвигатель, статический преобразователь частоты, выходом подключенный к статорной обмотке асинхронного электродвигателя, системы управления напряжением и частотой, регулятор ЭДС с двумя входами и регулятор тока с двумя входами, узед задания ЭДС, датчик частоты вращения, датчики тока и ЭДС, первый компаратор, вход которого соединен с выходом узла задания ЭДС, выход датчика тока соединен с первым входом регулятора тока, а выход датчика ЭДС - с первым входом регулятора ЭДС и с входом системы управления частотой, второй вход регулятора ЭДС подключен к выходу узла задания ЭДС, а выход - к второму входу регулятора тока, выход которого соединен с входом системы управления напряжением, выход каждой из указанных систем управления подключен к соответствующему управляющему входу статического преобразователя Частоты, два ключа, шунтирующие регулятор тока и регулятор ЭДС соответственно, отличающийся тем, что, с целью уменьшения времени торможения, введены второй компаратор, входом соединенный с выходом датчика частоты вращения, три логических элемента ИНЕ, а каждый ключ выполнен управляемым, причем первые входы первого и второго логических элементов И-НЕ подключены к выходу первого компаратора, второй вход второго логического элемента И-НЕ соединен с выходом второго компаратора, а выходы первого и второго логических элементов И-НЕ подключены соответственно к первому и второму входам третьего логического элемента И-НЕ, выход которого связан с управляющими входами ключей и подключен к второму входу первого логического элемента И-НЕ.