Устройство для частотного управления асинхронным двигателем

,80,1 457142 51 4 Н 02 Р 7/4 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АвТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬГТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Научно-исследовательский электротехнический институт Производственного объединения "ХЭИЗ"(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЧАСТОТНОГО УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ(57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано вмеханизмах общепромышленного назначения. Целью изобретения является повьппение надежности работы при частотном торможении с высокой, рабочей частотой. Устройство для частотного управления асинхронным двигателем снабжено элементом ИЛИ 20, элементом И 21 и компаратором 22, Один вход компаратора 22 соединен с выходом датчика 17 напряжения автономного инвертора 2 напряжения; другой вход компаратора 22 соединен с выходом уставки ограничения тока нелинейного блока 4, реализующего зависимость амплитуды напряжения статора от частоты. Выход компаратора 22 соединен с первым входом элемента И 21, второй вход ко- а торого объединен с вторым входом элемента ИЛИ 20 и подключен к выходу командоаппарата 19. Элемент ИЛИ 20 по первому входу и выходу включен между выходом элемента НЕ 18 и управ1457142 ляющим входом нелинейного блока 14.Выход элемента И 21 соединен с управляющим выводом клюЧа 12, включенногомежду блоком 11 задания и задатчикоминтенсивности 13, подключенного к нелинейному блоку 14 и системе 6 управления автономным инвертором 2; подклюенным к выходу выпрямителя 3 через датчик 4 тока и ЬС-фильтр 5. Выход датчика 4 подключен к входу 9системы 7 управления реверсивным выпрямителем и одному входу регулятора16 тока С вторым входом регулятора16 соединен выход регулятора 15 напряжения, на входы которого поступают сигналы с выходов нелинейного блока 14 и датчика 17. Вход элемента НЕ Изобретение относится к электротехнике, а именно к частотно-регулируемым электроприводам, построенным на основе асинхронного двигателя и . преобРазователя частоты с автономным инвертором напряжения и реверсивным выпрямителем, и может быть использовано для механизмов общепромьппленного назначения. 10Целью изобретения является повьппение надежности. работы при;частотном торможении с высокой частоты.На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для частот ного управления асинхронным двигателем; на фиг. 2 - схема системы управления реверсивным выпрямителем; на фиг. 3 - нелинейный блок, реализующий зависимость амплитуды напряжения 20 статора от частоты; на фиг. 4 - задатчик интенсивности.Устройство для частотного управления асинхронным двигателем 1 (фиг, 1) содержит автономный инвертор 2 напря жения, предназначенный для подключения к двигателю 1, реверсивный выпрямитель 3, подключенный выходом через датчик 4 тока и ЬС-фильтр 5 квходу автономного инвертора 2 напряжения, 30 систему 6 управления автономным инверторой напряжения, систему 7 управления с входом 8 по фазе, входом 9 для сигнала тока, входом О для задасоединен с третьим выходом системыуправления 7. Входы 8, 9 этой системыподключены соответственно к выходамрегулятора 16 и 15. К выходу инвертора 2 подключена статорная обмоткаасинхронного двигателя 1. При частотном торможении с высокой частотыобеспечивается благоприятный переходный процесс. Если исходная рабочаячастота ниже номинальной и угол управления выпрямителем 3 Кц,т.е. напряжение на датчике 17 низкое,то компаратор 22 имеет на выходе "1".Снижение частоты за счет размыканияключа 2 происходит сразу же послевыключения командоаппарата 19. 1 з.п.ф-лы, 4 ил. ния направления тока и тремя выходами, два из которых соединены с .управляющим входом реверсивного выпрямителя 3, последовательно соединенные -блок 11 задания, управляемый ключ 12,задатчик 13 интенсивности и нелинейный блок 14, реализующий зависимостьамплитуды напряжения статора от частоты и выполненный с управляющим входом и выходом уставки ограничения,регулятор 15 напряжения, подключенныйодним входом к выходу нелинейногоблока 14,а выходом - к одному извходов регулятора 16 тока, соединенного выходом с входом 8. управленияпо фазе системы 7 управления реверсивным выпрямителем.Устройство содержит также датчик17 напряжения, установленный на входе автономного инвертора 2 напряжения1и подключенный выходом к другому входу .регулятора 1 5 напряжения, элементНЕ 18, подключенный входом к третьему выходу системы 7 управления, икомандоаппарат 19,Выход датчика 4 тока подключен квходу 9 для сигнала тока системы 7управления выпрямителем и к другомувходу регулятора 16 тока. Выход задатчика 13 интенсивности подключен квходу системы 6 управления автономныминвертором напряжения, а выход регулятора 5 напряжения - к входу О для145714 задания направления тока системы 7 управления выпрямителем.В устройство введены элемент ИЛИ20, элемент И 21 и компаратор 22, один вход которого подключен к выхо 5 ду датчика 17 напряжения, другой входсоединен с выходом уставки ограничения нелинейного блока 14, а выходподключен к одному из входов элемента И 21, соединенного выходом с управляющим выводом управляемого ключа 12.Один из входов элемента ИПИ 20подключен к выходу элемента НЕ 18,другой вход элемента ИЛИ 20 объединенс другим входом элемента И 2 и подключен к выходу командоаппарата 19,а выход элемента ИЛИ 20 соединен суправляющим входом нелинейного блока 14.Система 7 управления реверсивнымвыпрямителем содержит блок фазовогоуправления 23 (фиг.2), ключи 24 и 25управления группами вентилей соответственно "Вперед" и "Назад" и переключатель 26 групп вентилей, входы которого образуют вход 9 для сигналатока и вход 1 О для задания направления тока. Выход блока 23 фазового уп- ЗОравления подключен к входам ключей 24 и 25 управления. Управляющие выводы указанных ключей подключены к выходам переключателя 26 групп вентилей, один из выходов которого и выходы ключей 24 и 25 образуют выходысистемы 6 управления реверсивным выпрямителем.Нелинейный блок 14. выполнен наоперационном усилителе 27 (фиг.3) с резистором 28 в цепи обратной связи, резисторами 29 - 32 во входной цепи,. потенциометром 33, отсекающим диодом 34 и стабилитроном 35. Узел ограничения выходного напряжения усилителя 27 выполнен с транзистором 36, управляемым ключом 37 и потенциометром 38, выход которого образует выход уставки ограничителя.Задатчик 13 интенсивности выполнен на основе операционного усилиФеля 39 (фиг.4) и интегратора 40. Цепь для задания темпа разгона составлена из диода 41 и резистора 42, а цепь для . задания темпа торможения - из диода 43 и резистора 44. Резистор 44 зашунтирован цепью, составленной из управляемого ключа 45 и резистора 46. Управляющий вывод ключа 45 подключен к 24выходу элемента НЕ 47, выход которого образует управляющий вход задатчика 13 интенсивности, подключенный к выходу элемента И 21.Устройство для частотного управления асинхронным двигателем работает следующим образом.Пусть в исходном состоянии командоаппарат 19 включен, управляемый ключ 12 замкнут, блок 11 задания через задатчик 13 интенсивности задает1частоту питания двигателя 1 вьппе номинальной. При этом на выходе усилителя 39 (фиг.4) сигнал равен нулю. Работает группа вентилей "Вперед" выпрямителя 3. Рекуперативное торможение двигательной нагрузки при снижении частоты обеспечивается автоматическим переводом реверсивного выпрямителя 3 в режим инвертора, ведомого сетью, путем запирания группы вентилей "Вперед" и отпирания группы вен - тилей "Назад". При этом, если минимальный угол управления группой вентилей Вперед" о= О, то минимальный угол управления группой вентилей "Назад" (угол инвертирования), безопасный с точки зрения коммутационной устойчивости инвертора, ведомого сетью,3 м ) 20-30 эл.град. Это означает, что в момент начала торможения с высокой частоты (в районе номинальной и вьппе номальной) разность напряжения на конденсаторе ЬС-фильтра 5, обусловленного Ымц , и напряжения на выходе реверсивного выпрямителя 3, обусловленного 3 мя , прикладывается к индуктивности ЬС-фильтра и может вызвать значительный бросок тока через группы вентилей "Назад", который суммируется с током, обусловленным отрицательным динамическим моментом, что может привести к аварийному отключению электропривода под действием защиты.Устранение этого недостатка связано со следующим. Задание напряжения на выходе блока 14 нелинейности в соответствии с его характеристикой такое, что угол управления о реверсивным выпрямителем 3 устанавливается 4 ( минУправляемый ключ 37 разомкнут.Задатчик уставки ограничения выходного напряжения предварительно настроен таким образом, что при замыкании ключа 37 задание в регулятор 15 напряжения соответствует напряжению45 50 55 5 14 на выходе реверсивного выпрямителя 3=.При выключении командоаппарата 19 (команда на торможение электропривоца) с его выхода на вход элемента ИЛИ 20 поступает сигнал замыкания ключа 37. Регулятор 15 отрабатывает снижение задания до уровня указанной выше уставки ограничения, При этом: команда на снижение частоты пока не поступает, перехода от группы вентилей "Вперед" к группе вентилей "Назад" реверсивного выпрямителя 3 пока не происходит и уменьшение фактического напряжения на выходе автономного инвертора 2 происходит за счет разря. да емкости ЬС-фильтра 5 через автономный инвертор 2 на нагрузку. При достижении сигналом датчика 1 7 напряжения уровня уставки ограничения, определяемого потенциометром 38, происходит переключение компаратора 22, который выдает сигнал логической "1" на выход элемента И 21. Последняя формирует сигнал, который размыКает ключ 12 задания частоты, а через элемент НЕ 47 замыкает ключ 45. При этом на выходе усилителя 39 возникает скачок отрицательного сигнала и интегратор 40 линейно снижает выходное напряжение с темпом, определяемым, восновном, резистором 4 б, так как46 4 ФВследствие уменьшения сигнала задания на выходе регулятора 15, его выходной сигнал изменяет свою полярность и, поступая на вход 10 системы 7, формирует команду на выключение группы вентилей "Вперед" и включение группы вентилей "Назад" реверсивного выпрямителя 3, Начинается рекуперативное торможение двигательной нагрузки. При этом дополнительного броска тока через вентили группы "Назад" не происходит, поскольку к моменту начала торможения напряжение на выходе ЬС-фипьтра 5, первоначально обусловленное углом управления реверсивным выпрямителем 3, снизилось до величины, соответствукщей углу инвертиров ания.Необходимость введения управляемого ключа 45 (фиг.4) в задатчик 13 интенсивности объясняется следующим.Наличие блока 11;,задания предполагает возможность ручного изменения частоты в процессе работы. Если исходная рабочая частота - в районе 57142 6 или выше номинальной, то при ручномснижении частоты (без выключения командоаппарата19) ключ 45 не замыка"ется, темп уменьшения частоты очень 5низкии за счет соответствующего выбора К и торможение двигателей происходит без рекуперации (беэ переключения групп вентилей выпрямителя и указанного броска тока), Электрическаяэнергия, обусловленная изменением кинетической энергии маховых массрассеивается в силовой схеме устройства. В этом случае высокий темп торможения и не требуется. При торможенииже устройства выключением командоаппарата 19 за счет замыкания ключа 45темп торможения определяется в основном величиной резистора 46, обусловленной технологическими требованиями.Таким образом, введение в устройство элементов И, ИЛИ и компараторапри частотном торможении (с возможнойрекунерацией) и ручном уменьшениичастоты (за счет исключения рекуперации) обеспечивает благоприятный переходный процесс (без бросков токачерез вентили группы "Назад" ), чтопозволяет повысить надежность работы З 0 предлагаемого устройства в сравнениис известным. Если исходная рабочаячастота ниже номинальной и угол управления реверсивным выпрямителем(группой "Вперед 1) М. ъ /3, т.е.напряжение с выхода датчика 17 ниже 35напряжения с задатчика уставки ограничения, то компаратор 22 имеет навыходе "1". В этом случае снижениечастоты за счет размыкания ключа 12происходит сразу же по выключениикомандоаппарата 19,Формула и з о б р е т е н и я 1. Устройство для частотного управления асинхронным двигателем, содержащее автономный инвертор напряжения, выходы которого предназначены для подключения к двигателю, реверсивный выпрямитель подключенный выходом через датчик тока и ЬС-фильтр к входу автономного инвертора напряжения, систему управления автономным инвертором напряжения, систему управления с входом управления по фазе, входом для сигнала тока, входом для задания направления тока и с тремя выходами, два из которых соединены с управляющими входамп реверсивного вы 71 Ь прямителя, последовательно соединен" ные блок задания, управляемый ключ, задатчик интенсивности, составленньп из последовательно соединенных операционного усилителя, входной цепи для задания темпа разгона, интегратора, входной цепи с резистором для.задания темпа торможения, подключенной параллельно входной цепи для задания темпа разгона, и нелинейный блок, реализующий зависимость амплитуды напряжения статора от частоты и выполненный с управляющим входом и выходом уставки ограничения, регулятор напряжения, подключенный одним входом к выходу нелинейного блока, а выходом - к одному из входов регулятора тока, соединенного выходом с вхбдом управления по фазе системы управления реверсивным выпрямителем, датчик напряжения, установленный на входе автономного инвертора напряжения и подключенный выходом к другому входу регулятора напряжения, элемент НЕ, подключенный входом к третьему выходу системы управления реверсивным выпрямителем, и командоаппарат, при этом .выход датчика тока подключен к входу для сигнала тока системы управленияреверсивным выпрямителем и к другому входу регулятора тока, выход задатчи,ка интенсивности подключен к входу системы управления автономным инвертором напряжения, а выход регулятора напряжения ; к входу для задания на 5142правления тока системы управления реверсивным выпрямителем, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью 5повышения надежности работы при частотном торможении с высокой частоты,введены элемент ИЛИ, элемент И и компаратор, один вход которого подключенк выходу датчика напряжения, другойвход соединен с выходом уставки ограничения нелинейного блока, а выходподключен к одному из входов элемента И, соединенного выходом с управляющим выводом управляемого ключа, 15 при этом один из входов элемента ИЛИподключен к выходу элемента НЕ, дру.гой вход элемента ИЛИ объединен с,другим входом элемента И и подключенк выходу командоаппарата, а выход 2 О элемента ИЛИ соединен с управляющимвходом нелинейного блока.2. Устройство по п,1, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что задатчикинтенсивности снабжен дополнительным 25 и управляющим входом и элементом НЕи цепью из последовательно соединенных управляемого ключа и резисторадля шунтирования резистора во входной цепи для задания темпа торможе- ЗО ния, выход дополнительного элементаНЕ подключен к управляющему входууказанного управляемого ключа, входдополнительного элемента НЕ образуетдополнительный управляемый вход задатчика интенсивности, подключенныйк выходу элемента И.н Коррект ерн Подписи КНТ СССР м