Способ частотного регулирования скорости вращения двигателя переменного тока

ОЛ ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(53) УДК 62,1.316 .718 (088.8) Опубликовано 15,09,80. Бюллетень34Дата опубликования описания 23.09.80 но делам изобретений и еткрытий(72) Авторы изобретения В. А. Барков и Г, В. Булыгин Ленинградский ордена Ленина политехнический институт им. М. И, Калинина(54) СПОСОБ ЧАСТОТНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ ВРАШЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в автоматизированном электроприводе в станкостроении, приборостроении, химической промышленности и т, д.При создании современных высококачественных систем электропривода с широким диапазоном регулирования скорости на базе двигателей переменного тока применяются частотные способы управления,Известны два способа частотного регулирования скорости двигателя переменного тока: пропорционально-частотный 1) и разностно-частотный, осуществляемый с помощью машины двойного питания 2).При пропорционально-частотном способе регулирования обмотку статора (ротора) короткозамкнутого асинхронного двигателя подключают к преобразователю, выходную частоту которого изменяют от нуля до номинальной частоты сети 1 с для регулирования, скорости от нуля до номинальной.При использовании современных тиристорных преобразователей частоты, выпус. каемых промышленностью, диапазон регу лирования скорости не превышает 1: 20 Кроме того, при снижении скорости иапря жение на двигателе уменьшается, что приводит к возрастанию угла регулирования х выпрямителя. При этом возрастает содержание высших гармонических в питающей сети, что вредно отражается на работе остальных потребителей, и увеличиваютсяпульсации выходного напряжения выпрямителя. Для обеспечения нормальной работы инвертора возникает необходимость применения громоздкого силового фильтра, увеличивающего вес и габариты всего устрой ства и снижающего быстродействие системы,Кроме того, оптимальный режим работы двигателя при пропорционально-частотном управлении возможен только в пределах изменения частоты от номинальной до приблизительно (зависит от типа и мощности двигателя) половины ее номинального значения), т. е. в диапазоне регулирования 1: 2.При дальнейшем изменении частоты начинает оказывать влияние активное сопротивление статорной (роторной) обмотки, 20 что приводит к возникновениюколебатель.ности и резкому ухудшению всех эксплуатационных характеристик. Применение специальных режимов с использованием средств автоматического регулирования (режим по764082 3стоян ного абсолютного скольжения, по стоянство потока н т. д.) значительно услож.ияет систему и снижает надежность.Ряд указанных недостатков устраняетсяпри разностно-частотном способе управления. При этом обмотку статора (ротора) подключают к сети, а обмотку ротора (статора) - к преобразователю. Частоту на выходе преобразователя изменяют рт частоты сети до нуля для регулирования скорости от нуля до синхронной. Затем, изменив порядок следования фаз напряжения воз- р буждения на обратный и отрегулировав частоту преобразователя от нуля до частоты сети доводят скорость двигателя до двойной синхронной.Низкие скорости вращения при разностночастотном способе получаются при частоте ф и напряжении роториой (статорной) обмотки, близких к номинальным значениям, Следовательно, угол зажигания я минимальный, пульсации выходного напряжения выпрямителя на низких скоростях незначительны, коэффициент мощности роторного (статорного) преобразователя имеет максимальное значение и генерация высших гармоник.в питающую сеть практически отсутствует.При этом отпадает необходимость в использовании силового фильтра, в связи с чем возрастает быстродействие системы, снижаются вес и габариты устройства и колебател ьность, Быстродействие возрастает также потому, что на низких скоростях перегрузочная способность двигателя увеличивается в 1 О - 12 раз. Бесконтактный реверсзадвигателя осуществляется повышением частоты обмотки возбуждения по отношению к частоте сети. Однако при повышении скорости двигателя (снижение частоты питания обмотки возбуждения) начинает оказывать и влияние активное сопротивление обмотки и энергетические и динамические характеристики всей системы привода ухудшаются так же, как при пропорционально-частотном управлении в зоне низких скоростей.Таким образом, оптимальные характеристики привода получаются при изменении частоты питания двигателя от частоты сети до половины ее номинального значения.Общим недостатком обоих способов является то, что при глубоком регулировании скорости напряжение и частота должны изменяться в широких пределах, Из-за изменения параметров двигателя возникает необходимость в использовании корректирующих устройств с переменной структурой и параметрами для достижения требуемого качест- в ва регулирования во всеМ диапазоне, что в значительной степени усложняет и удорожает систему электропривода.Наиболее близким по технической сущ. ности к изобретению является способ регулирования скорости двигателя переменного тока, по которому в цепь обмотки ротора (статора) включают преобразователь, об мотку статора (ротора) замыкают накоротко,а частоту на выходе преобразователя изменяют от нуля до половины частоты сети для регулирования скорости от нуля до зна. чения, соответствующего половине синхронной скорости, после чего статор (ротор) размыкают 13. Затем статор (ротор) включают в сеть н изменением частоты преобразователя от половины частоты сети до нуля доводят скорость двигателя до синхронной скорости. После этого, изменив порядок следования фаз напряжения возбуждения на обратный, изменением частоты преобразователя от нуля до половины частоты сети доводят скорость двигателя до номинальной, равной полуторному значению синхронной скорости.Можно также преобразователь частоты подключать вначале к обмотке статора (рогора) двигателя, а его обмотку ротора (статора) эакорачивать. При достижении ротором скорости, равной половине синхронной скорости, преобразователь подключают к обмотке ротора (статора), а обмотку статора (ротора) подключают к сети.Этот способ характеризуется значительным диапазоном изменения частоты (О до 1 ) т. е. отношение 1/1 - э при регулировании скорости двигателя. Это приводит к необходимости иметь переменными структуру и параметры корректирующих устройств из-за значительного изменения параметров двигателя. Кроме того, при малых скоростях ротора, двигатель развивает незначительный электромагнитный момент, увеличение которого ограничивается насыщением машины. При регулировании скорости двигатель работает не в оптимальной области частот (О до 0,5 , где его характеристики значительно ухудшаются.Цель изобретения - расширение диапазона регулирования скорости двигателя переменного тока и повышение энергетических показателей.Это достигается тем, что по способу регулирования скорости двигателя переменного тока с помощью преобразователя частоты, подключенного к ротору, заключающемуся в том, что замыкают обмотки статора накоротко, регулируют частоту преобразователя в заданном диапазоне, после чего обмотку статора размыкают, до замыкания обмотки статора накоротко подключают обмотки статора к сети, изменяют частоту преобразователя от частоты. сети до полуторного ее значения для регулирования скорости двигателя от нуля до величины, соответствующей половине синхронной скорости, после чего статор отключают от сети, уменьшают частоту преобразователя до половины частоты сети с последующим регулированием частоты преобразователя в диапазоне от половины .частоты сети до полуторного ее. значения, обеспечивая величину скорости двигателя, равную полуторасинхронной скорости, затем уменьшают частоту преобра- . зователя до половины частоты сети, подключают статор к сети с обратным порядкомчередования фаз по отношению к напряжению возбуждения и увеличением частотывновь до полуторного значения доводят скорость ротора до номинальной, равной двух. споловинной синхронной скорости.На чертеже показана схема включениядвигателя,Подключение статора 1 двигателя к сетии эакорачивание его обмоток осуществляется соответственно переключателями 2 и 3.Частота и напряжение в обмотке ротора 4двигателя регулируется посредством преобразователя 5.Замыкают переключатель 3 и изменяютчастоту преобразователя в роторной цепиот частоты сети до полуторакратного еезначения, а при достижении ротором скорости, равной половине синхронной скорости,отключают статор от сети, уменьшают частоту ротора от полуторакратного значениядо половины частоты сети, затем замыкаютнакоротко обмотку статора переключателем 3 и изменяют частоту преобразователяот половины частоты сети до полуторногоее значения, доводя скорость ротора до скорости, равной полуторасинхронной скорости,а затем размыкают переключатель 2, уменьшают частоту преобразователя от полуторного значения частоты до половины частотысети, подключают статор к сети с обратнымпорядком следования фаз по отношениюк напряжению возбуждения н изменениемчастоты преобразователя от половины частоты сети до полуторного значения доводятскорость ротора до номинальной, равнойдвухсполовинной синхронной скорости.Таким образом, предлагаемый способрасширяет диапазон регулирования (от нулядо двух с половиной синхронной скорости).Если момент иа валу двигателя М = сопз 1,а за номинальную мощность привода при.нять мощностьРщ - Мйщ = М 2,5 о)о,то мощность преобразователя составляетвеличину, равную, Р= 1,5 Мсоо = -Рф - " При данном способе регулирования мощность. преобразователя также уменьшается по сравнению с мощностью при других спо. , собах регулирования, что дает возможность получать более широкий диапазон регулирования при одновременном уменьшении диапазона питающих частот (максимальный диапазон варьирования выходной частоты преобразователя составляет всего 1: 3), В связи с этим параметры двигателя остаются практически постоянными, что позволяет иметь постоянными параметры и структуру цепей коррекции, значительно упрощающих систему регулирований. Из-зв малого диапазона изменения частоты преоб разователя напряжение на его выходе также изменяется незначительно. Поэтому угол регулирования 1 выпрямителя регулируетсявблизи нулевого значения в малом диапазоне, что приводит к уменьшению пульсацийвыпрямленнбго напряжения, повышениюкоэффициента мощности преобразователя,отсутствию генерации высших гармоникв питаюц 1 ув сеть, снижению габаритов силового фильтра или полное его устранение,а следовательно, повышению быстродействия всей системы в целом. Быстродействиеповышается также за счет высокой пере 10 грузочной способности двигателя во всемдиапазоне, достигаемой при данном способерегулирования скорости, Поскольку двигатель используется в той области частот,где роль активного сопротивления обмоток15не оказывает влияния, он имеет во всемдиапазоне скоростей и нагрузок оптималь.ные рабочие характеристики, Так как преобразователь в укаэанной области частоти напряжений имеет высокие энергетическиепоказатели, энергетические показатели вцелом всей системы также возрастают.Формула изобретенияСпособ частотного регулирования скорости вращения двигателя переменного токас помощью преобразователя частоты, подключенного к ротору, заключающийся в том,что замыкают обмотки статора накоротко,регулируют частоту преобразователя в заданном диапазоне, после чего обмотку статора размыкают, отличающийся тем, что,с целью расширения диапазона регулировазе ния скорости и повышения энергетическихпоказателей, до замыкания обмотки статоранакоротко подключают обмотки статорак сети, изменяют частоту преобразователяот частоты сети до полуторного ее значениядля регулирования скорости двигателя отнуля до величины, соответствующей половине синхронной скорости, после чего статоротключают от сети, уменьшают частоту преобразователя до половины частоты сетис последующим регулированием частотыпреобразователя в диапазоне от половинычастоты сети цо полуторного ее значения,обеспечивая величину скорости вращениядвигателя, равную полуторасинхроиной скорости, вновь уменьшают частоту преобразователя до половины частоты сети, под-.4 ф ключают статор к сети с обратным порядкомчередования фаз по отношению к напряжению возбуждения и увеличением частотывновь до полуторного значения доводятскорость ротора до номинальной, равнойдвухсполовинной синхронной скорости.Источники информации,принятые во внимание прн экспертизе1, Булгаков А, А. Частотное управлениеасинхронными электродвигателями. М., Наука, 1966, с. 58, 79,2. Ботвиник М. Н.,Шакарян Ю.Г. Управляемая машина переменного тока. М.,Наукаэ, 1969, с.71.3. Авторское свидетельство СССРСоставитель В. ТарасовТехред К. Шуфрич, Корректор Г.Тираж 783 ПодписноеГосударственного- комитета СССРлам изобретений и открытийква, Ж - 35, Раушская наб., д, 4/5Патентэ, г. Ужгород, .ул, Проектная, 4