Способ реверса асинхронного электродвигателя и устройство для его осуществления

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(61) Дополнительное к авт. сеид-ву(22) Заявлено. 04. 08, 80 (21) 2969079/24-07 Р 11 М К з Н 02 Р 7/42 с присоединением заявки М 9 2973602/07 Государственный комитет СССР по ледам изобретений н открытий(23) Приоритет -Опубликовано ЗШ 082. Бюллетень М 9 40 Дата опубликования описания 301082(72) Авторизобретени 1 Крут Научно-исследовательский институт За Преобразователь 71) Заявите АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 54) СПОС ИРЕВЕРС ТРОЙСТ ие,часемомулектроачально Изобреттехнике идля управлми электрораслях протекстильноческой,Известен способ реверса асинхронного двигателя, питаемого от преобразователя частоты путем изменениячередования фаз питающего напряжения на выходе преобразователя частоты 1) .При торможении кинетическая энергия вращающихся частей рассеиваетсяв роторной цепи, что приводит к повышенному нагреву электродвигателя.Кроме того, такой реверс не оптималенпо быстродействию, так как эффективность работы асинхронной машины вгенераторном режиме при скольжениях,боЛьших критических, мала. Изменениечередования фаз выходного напряженияна номинальной частоте и напряжениисопровождается большими токами, чтоможет привести к срыву коммутациипреобразователя частоты.Наиболее близок к предлагаспособ реверса асинхронного эдвигателя, при котором первон ение относится к электроможет быть использованоения частотно-регулируемыприводамй в различных отмьмленности, в частностий, химической, металлурги осуществляется частотное торможеннапример, по линейному закону дототы, приблизительно равной частотескольжения, после этого производитсяизменение чередования фаз выходногонапряжения, а затем частотный пускасинхронного электродвигателя в обратном направлении. При частотном 10 торможении асинхронный электродвигатель переходит в генераторный режим ввиду того, что частота статорауменьшается быстрее, чем угловая скорость ротора, и кинетическая энергиявращающихся масс не рассеивается вроторе, а возвращается источнику питания, откуда она может быть возвращена в сеть, если источник питания реку"перативный или если энергия рассеянана пассивных элементах (резисторах),предусматриваемых для этого случаяв источниках. Поскольку для управления электродвигателем между частотойи напряжением преобразователя поддерживается примернолинейная зависи мость, то при снижении частоты од- новременно пропорционально снижаетсявыходное напряжение преобразовате"ля, После снижения до частоты, прибли зительно равной частоте скольжения 30 асинхронного электродвигателя (0,5 9706201,0 Гц) изменяют чередование фаз выходного напряжения преобразователя частоты и осуществляют частотный пуск асинхронного электродвигателя. В этом случае броски тока и момента не превосходят двух-, трехкратных значений от номинальных и реверс на небольшой частоте (ниже 5 Гц) не является опасным для электропривода 2.Недостатком известного способа ре верса электропривода является то, что вследствие несинусоидальности формы выходного напряжения преобразователя при реверсе и пуске электродвигателя на низкой частоте в момент после первой коммутации наблюдается отсутствие пускового момента, он появляется только при следующих коммутациях. Это объясняется увеличением времени установления потокосцеплений при низких частотах питающего напряжения асинхронного электродвигателя, Относительная длительность электромагнитного переходного процесса при реверсе асинхронного электродвигателя по мере снижения частоты возрас тает и вследствие этого электромагнитный переходной процесс в асинхронном электродвигателе заканчивается позже механического.Таким образом, при реверсе асинх раиного электродвигателя известным способом после изменения чередования фаз на выходе преобразователя частота электродвигателя начнет разгоняться в другую сторону не раньше, чем пройдет один межкоммутационный период равныйсн = - Т16где- период между двумя коммута 40циями;Т - период выходной частоты, который необходим для установления потокосцеплений асинхронного двигателя.45При частоте скольжения 0,5 Гц указанное время составит-( ) = - = 0 33 с1 1 1 н=605 - 3 50Это является существенной задержкой, так как весь процесс частотного пуска двигателя длится 1-1,5 с при номинальном токе и незначительном моменте инерции механизма.Известно устройство, реализующее способ реверса асинхронного электродвигателя, которое содержит преобразова. тель частоты, подключенный к асинхронному электродвигателю, вклю чающий соединенные между собой автономный инвертор, узел коммутации, регулируемый источник с фильтром, блоки регулирования частотЫ и напряжения, выходы которых подключены к 65 преобразователю частоты, датчик частоты вращения, цепь, составленную из последовательно соединенных двух усилителей, блока определения знака . аналогового сигнала и задатчика интенсивности, пороговый элемент, выхо," ды которого соединены с входами блока регулирования частоты, а вход порогового элемента, через схему И связан с выходами нуль-органа, датчика коммутации и точкой соединения выхода датчика частоты вращения с входом блока выбора полярности аналогового сигнала, причем вход нуль-органа соединен с выходом первого усилителя,.вход датчика коммутации связан с преобразователем частоты, а выход датчика частоты вращения связан с асинхронным двигателемСЯНедостаток данного устройства - повышенное время реверса из-за увеличения относительной длительности электромагнитных процессов.Цель изобретения - уменьшение времени реверса.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу реверса асинхронного электродвигателя, подключенного к инвертору, при котором осуществляют частотное торможение до заданных минимальных значений частот и напряжений, затем изменяют порядок чередования фаз на выходе инвертора и производят пуск в обратном направлении, после изменения порядка чередования фаз на выходе инвертора кратковременно повышают частоту и напряжение на выходе инвертора до номинальной величины на время не менее двух коммутаций инвертора, а затем уменьшают частоту и напряжение до минимальных величин.В устройство для осуществления способа реверса асинхронного электродвигателя введены два суммирующих блока и форсирующий блок, при этом первые входы суммирующих блоков подключены к выходу задатчика интенсивности, вторые входы суммирующих блоков подключены к выходу форсирующего блока, входы форсирующего блока подключены к точкам соединения выходов порогового элемента с входами блока регулирования частоты, выходы суммирующих блоков порознь подключены к блокам регулирования частоты и напряжения преобразователя.На чертеже представлена блок-схема устройства, реализующего способреверса асинхронного электродвигателя.Устройство содержит тиристоры 1-6, образующие инверторный мост, входящий в преобразователь 7 частоты, К выводам переменного тока инверторного моста подключен узел 8 коммутации и электродвигатель 9 переменного тока, а к выводам постоянного тока инверторного моста подключен регулируемый выпрямитель 10 и фильтр 11. Преобразователь 7 частоты может быть дополнен также другими элементами, например мостом обратных диодов в случае выполнения преобразователя частоты по схеме инвертора напряже нияУправление частотой и напряжением преобразователя 7 осуществляется с помощью блоков 12 и 13 регулирования частоты и напряжения. Управляющий сигнал подается на вход усилите ля 14, который совместно со вторымусилителем 15, блоком 16 определения знака аналогового сигнала и задатчиком 17 интенсивности образует последовательную цепь. К входам блока 12управления частотой подключены выхо-ды порогового элемента 18, управляющий вход которого соединен с выходомсхемы И 19. Первый вход схемы И через нуль-орган 20 соединен с выходом 20усилителя 14, второй вход схемы И через блок 21 отсутствия коммутациипреобразователя связан с преобразователем 7 частоты, а третий вход схемыИ через датчик 22 частоты вращения 25связан с электродвигателем переменного тока. Суммирующие блоки 23 и 24 первыми входами подключены к выходузадатчика интенсивности, а вторымивходами - к выходу форсирующего блока 25, входы которого подключены к точкам соединения выходов порогового элемента 18 с входами блока регулирования частоты, которые определяют программу работы блока 12 регулирования частоты.35Способ реверса осуществляется следующим образом.С подачей отрицательного сигнала управленияна вход усилителя 14 напряжения на его выходе меняет свой 40 знак (усилитель пропорциональный инвертирующий) и изменяется по законуизменения входного сигнала. Усилитель 15 также изменяет знак выходного сигнала. 45Блок 16 определения знака аналогового сигнала выполнен управляемым и пропускает на вход задатчика интенсивности только одну (положительную) полярность сигнала. С момента появле ния сигнала задания на торможение и до момента окончания торможениясигнал с выхода блока 16 равен нулю. Это достигается связью между выходом блока 22 измерения скорости и входом С блока 16. При появлении сигнала (например, отрицательного) -Пвх сигнал задания инвертируется усилителем 14 и инвертируется знак на положительный вход В, и через блок 16 поступает на вход задатчика 17 ин- О тенсивности. Отрицательный сигнал с усилителя 15, поступающий на вход А блока 16, блокируется и далее не проходит. Задатчик интенсивности интегрирует поступающий на его вход поло жительный сигнал с выхода блока 16 и на его выходе происходит плавное изменение выходного сигнала с заданньи темпом, например, по линейному закону (в общем случае закон может быть отличным от линейного, например, экспоненциальным) . Выходной сигнал задатчика 17 интенсивности поступает на первые входы суммирующих блоков 24 и 25 и с выходов указанных суммирующих блоков поступает на входы блока 12 регулирования частоты и блока 13 регулирования напряжения преобразователя, являясь сигналом задания на выходные частоту и напряжение преобразователя 7. Сигналы с выхода форсирующего блока 25 на вторых входах суммирующих блоков 23 и 24 равны нулю. Блок 12 регулирования ча:тоты увеличивает частоту импульсов, поступающих на тиристоры 1-6 инвертора. Блок 13 управления напряжением преобразователя, воздействуя на управляемый выпрямитель 10, увеличивает выходное напряжение на зажимах асинхронного двигателя 9Двигатель разгоняется в соответствии с законом изменения выходного напряжения задатчика 17 интенсивности. При изменении полярности сигнала с - навх +напряжение на выходе устройства 16 становится раным нулю, так как при спаде частоты двигатель начинает тормозиться (переходит в генераторный режим) и сигналом, поступающим на вход С с датчика 22 частоты вращения, блок 16 блокируется, напряжение на его выходе становится равным нулю и напряжение на выходе задатчика 17 интенсивности начинает плавно уменьшаться, например, по линейному закону, Нуль-орган 20 меняет свой знак на выходе, Знак на выходе нуль-органа 20 определяет состояние порогово. - го элемента 18, т,е. определяет наличие сигнала на выходе А или выходе Б порогового элемента 18.Однако при переключении нуль-органа 20 переключения порогового элемента 18 не происходит, так как необходимо наличие еще двух логических единиц на втором и третьем входах элемента И 19. При снижении частоты питающего напряжения двигателя до частоты скольжения (0,5- 10 Гц) на третьем входе схемы И 19 появляется вторая логическая единица. В момент появления на втором входе схемы И 19 третьей логической единицы с датчика коммутации, свидетельствующей о том, что в данный момент коммутация отсутствует, пороговый элемент 18 меняЕт свое состояние, т.е. единица появляется на выходе Б, а на выходе А сигнал становится равньм нулю, блок 12 регулирования частоты меняет программу.работы, т.е., если при прямом чередова 9706 20формула изобретения 65 нии Фаз на выходе инвертора тиристо" ры инвертора включились по программе в шесть циклов:1 1,2,311 2,3,4111 3,4,51 Ч 4,5,6Ч 5,6,1Ч 1 61,2,то после переключения порогового элемента вентили включаются по следующей программе:1 1, б, 511 б, 5, 4111 5, 4, 31 Ч 4, 3, 2Ч 3, 2, 1Ч 1 2, 1, б Одновременно с переключением программы работы блока 12 регулирования частоты включается форсирующий блок 25, выходной сигнал которого подается с его выходов на вторые входы суммирующих блоков 23 и 24, форсируя тем самым напряжение и частоту на выходе преобразователя частоты до величины, равной или выше номинальной (50-60 Гц), на время, необходимое для обеспечения на данной частоте двух или трех коммутаций.дпя частоты 50-60 Гц это время равно 5-10 мс. По истечении указанного времени сигналы с выходов форсирующего блока становятся равными нулю, а на первых входах суммирующих блоков появляется сигнал с выхода задатчика 17 интенсивности, обеспечивающий начальную частоту и начальное напряжение на зажимах двигателятак как блокирующий сигнал с входа С блока 16 снимается по окончании торможения. Далее осуществляется частотный пуск электродвигателя в направлении, обратном предыдущему аналогично описанному ,вышеПредлагаемый способ и устройство позволяют повысить быстродействие привода путем уменьшения времени установления потокосцепления асинхронного электродвигателя, которое при реверсе на начальной частоте, приблизительно равной частоте скольжения асинхронного двигателя, достигается кратковременным повышением частоты и напряжения на зажимах асинхронного электродвигателя. В устройстве это, обеспечено введением в схему двух суммирующих блоков и форсирующего блока и осуществлением новых связей, а именно между первыми входами суммирующих блоков и выходом. задатчика интенсивности, вторыми входами суммирующих блоков и выходами Форсирующего блока и точками соединения выходов порогового элемента с входами блока регулирования частоты,1. Способ реверса асинхронногоэлектродвигателя, подключенного кинвертору, при котором осуществляют5 частотное торможение до заданных минимальных значений частот и напряжений, затем изменяют порядок чередования фаз на выходе инвертора и производят пуск в обратном направлении,30 о, т л и ч а,ю щ и й с я тем, что, сцелью уменьшения времени реверса, после изменения порядка чередования фаз. на выходе инвертора кратковременноповышают частоту и напряжение на вы 15 ходе инвертора до номинальной величины на время не менее двух коммутаций инвертора, а затем уменьшают частоту и напряжение до минимальных величин,2 О 2. Устройство для осуществленияспособапо п. 1, содержащее преобразователь частоты, подключенный к асинхронному электродвигателю, выполненный на соединенных между собой автономном инверторе, узле коммутации,регулируемом источнике с фильтром,блоки регулирования частоты и напряжения,выходы которых подключены к преобразователю частоты, датчики частотывращения,цепь, составленную из последовательно соединенных двух усилите-лей, блока определения знака аналогового сигнала и задатчика интенсивности, пороговый элемент, выходы которого соединены с входами блока реЗ 5 гулирования частоты, а вход порогового элемента через схему И связан свыходами нуль-органа, датчика коммутации и точкой соединения выхода датчика частоты вращения с входом блока .40 выбора полярности аналогового сигнала, при этом вход нуль-органа соединен с выходом первого усилителя,вход датчика коммутации связан с преобразователем частоты, а вход датчика частоты вращения связан с асинхронным двигателем, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью уменьшения времени реверса, в него введены два суммирующих блока и форсирую 50 щий блок, пРичем первые входы суммирующих блоков подключены к выходузадатчика интенсивности, вторые входысуммирующих блоков подключены к выходу форсирующего блока, входы форсирующего блока подключены к точкамсоединения выходовпорогового элемента с входами блока регулированиячастоты, выходы суммирующих блоковпорознь подключены к блокам регулирования частоты и напряжения преобра 60 зователя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1. Мерфи Дж. Тиристорное Управление двигателями переменно970620 10 асинхронизированными двигателями. М., фЭнергия, 1974, с. 296,З.Авторское свидетельство СССР по ,заявке 92576229/07,кл.Н 02 Р 7/42,1976 Составитель В. ТарасовПчелинская ТехредХ.Пекарь КорректорА, ференц Редакт 721 венного ко етений и о Раушскаяа 4/5 илиал ППП фПатент, г. Уагород, ул. Проектная,го тока. М., "Энергия", 1979,с. 114.2. Сандлер А.С., Сарбатов Р.С.Автоматическое частотное управление 18/72 ТиравВНИИПИ ГосУДаРспо делам изоб113035, Москва, ЖПодписимитета СССРкрытийнаб , д