Электропривод с комбинированным частотно-параметрическим управлением

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 690 А 5)5 Н 02 Р 7/ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ(53) 62-83:621,313,333156) Авторское сеидеМ 1223323, кл, Н 02Авторское свидеМ 1541751, кл, Н 02 нием у тах, ш изобре ности и ударн механи электр но-пар блок о 9нический институт.072.9(088,8)ельство СССРР 7/42, 1983. ельство СССРР 7/42, 1987. 54) ЭЛ Е КТР ОП РИ В ВАННЫМ ЧАСТОТ СКИМ УПРАВЛЕНИЕ (57) Изобретение отн ке, а именно к управ ду на основе асин непосредственного ты, и может быть ис мах, где необходимо вращения в широком обоих знаков на вал Д С КОМБИНИРО- О-ПАРАМЕТРИЧЕосится к электротехниляемому электропривохронного двигателя и преобразователя частопользовано в механизрегулирование частоты диапазоне с моментом у двигателя с ограничеК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Изобретение относится к электротехнике, а именно к управляемому электроприводу на основе асинхронного двигателя и непосредственного преобразователя частоты, и может быть использовано в механизмах, где необходимо регулирование частоты вращения в широком диапазоне с моментом обоих знаков на валу двигателя с ограничением ускорения и рывка, например в лифтах, шахтных подъемных машинах. Целью изобретения является повыше ние долговечности и надежности путем обеспечения безударной работы в четырех квадрантах механических характеристик,скорения и рывка, например в лифахтных подъемных машинах, Целью тения является повышение долговечнадежности путем обеспечения безой работы в четырех квадратных ческих характеристик, Для этого в опривод с комбинированным частотаметрическим управлением введены граничения 17, элемент И 18, комму. Блок 11 выбора режимов работы онного двигателя 1 и канал 6 регулиия амплитуды выходного напряжения нены с дополнительными выходами. троприводе осуществляется управляработа двигателя 1 в диапазоне частот ния от 0,5 до 1,0 номинального знапри тормозном моменте на валу. Соие законов частотного и етрического управлений в зависимо- частоты вращения и знака момента ечивает безударную работу в четырех антах механических характеристик. татор асинхр рован выпол В алек емэя враще чения четан парам сти от обесп квадр 2 ил. На фиг. 1 представлена функциональная схема электропривода с комбинированным частотно-параметрическим управлением; нэ фиг. 2 - механические характеристики для различных режимов,Электропривод с комбинированным частотно-параметрическим управлением содержит асинхронный двигатель 1 (фиг. 1), подключенный к непосредственному преобразователю частоты (НПЧ) 2, многоканальную систему 3 импульсно-фазового управления тиристорами преобразователя частоты 2, многоканальный блок 4 сравнения и синхронизации, каналы 5, 6 регулирования частоты и амплитуды соответственновыходного напряжения преобразователя частоты 2, командоаппарат 7, задатчик 8 интенсивности разгона и торможения асинхронного двигателя 1, задатчик 9 управляю.щих напряжений низкой частоты, датчик 10 частоты вращения двигателя, блок 11 выбора режимов работы, трехканальный коммутатор 12 сигналов управления, узел 13 блокировки каналов системы 3 импульсно- фазового управления, узел 14 формирования начальных условий, первый одноканальный коммутатор 15, первый компаратор 16. Причем каждый канал системы импульсно-фазового управления выполнен с элементом И, первые входы которых подключены к выходам соответствующих каналов многоканального блока 4 сравнения и синхронизации, вторые входы элементов И первого, четвертого, восьмого и одиннадцатого каналов системы 3 импульсно-фазового управления объединены с первым выходом узла 13 блокировки, вторые входы элементов И третьего, шестого, девятого, двенадцатого, тринадцатого, четырнадцатого, шестнадцатого и семнадцатого каналов .системы 3 импульсно-фазового управления объединены и соединены с третьим выходом узла 13 блокировки, выход командоаппарата 7 соединен с первым входом задатчика 9 управляющих напряжений низкой частоты, первым входом узла 13 блокировки и с входом задатчика 8 интенсивности разгона и торможения двигателя, выход которого соединен с первым входом канала 5 регулирования частоты, первым входом канала 6 регулирования амплитуды выходного напряжения преобразователя и с первым входом .первого компаратора 16, второй вход канала 5 регулирования частоты объединен с вторым входом канала 6 регулирования амплитуды, первым входом блока 11 выбора. режимов и вторым входом первого компаратора 16 и соединен с выходом датчика 10 частоты вращения двигателя 1. Выходы задатчика 9 управляющих напряжений низкой частоты соединены с первыми входами трехканального коммутатора 4, вторые входы которого объединены и соединены с вторым входом эадатчика 9 управляющих напряжений. Управляющие входы трехканального коммутатора 14 объединены с вторым входом узла 13 блокировки и соединены с первым входом блока 11 выбора режимов работы, выходы трехканального коммутатора 12 соединены с входами блока 4 сравнения и синхронизации системы 3 импульсно-фазового управления. Три входаузла 14 формирования начальных условий подключены к трем силовым выходам преобразователя частоты 2, а выход узла 14формирования начальных условий подключен к первому входу первого одноканального коммутатора 15, второй вход которого объединен с выходом канала 5 регулирования частоты выходного напряжения преобразователя, а выход первого одноканального коммутатора 15 подключен к третьему входу канала 5 регулирования частоты выходного напряжения преобразо вателя. Выход первого компаратора 16 соединен с вторым входом блока 11 выбора режимов. В электропривод с комбинированным частотно-параметрическим управлением введены блок ограничения 17, элемент И 18 и второй одноканальный коммутатор 19. Блок 11 выбора режимов работы выполнен с компаратором 20, элементом НЕ 21, эле 15 ментом И - НЕ 22. Первый выход компаратора 20 предназначен для подключения опорного напряжения, второй вход компа 20 ратора 20 и вход элемента НЕ 21 образуют соответственно первый и второй вход блока 11 выбора режимов работы. Входы элемента И - НЕ 22 подключены соответственно к выходам компаратора 20 и элемента НЕ 21, а его выход и выход компаратора 20 образуют соответственно первый основной и второй дополнительный выходы блока 11 выбора режимов работы. Канал 6 регулирования амплитуды выходного напряжения преобразователя содержит пять элементов суммирования 23 - 27, два неинвертирующих усилителя 28, 29, инвертирующий усилитель 30 и усилитель абсолютного 30 значения сигнала 31, Вычитающий и суммирующий входы первого элемента суммирования 23 образуют соответственно второй ипервый входы канала 6 регулирования ампли-:туды. Вход первого неинвертирующего уси 40 лителя 28 образуют третий вход канала 6регулирования амплитуды. Выход первого элемента суммирования 23 соединен с входом усилителя абсолютного значения сигнала 31 и с входом инвертирующего усилителя 45 30. Выход усилителя абсолютного значениясигнала 31 соединен с первым входом третьего элемента суммирования 25, Выход первого неинвертирующего усилителя 28 подключен к объединенным первым входам 50 второго и пятого элемента суммирования24, 27. Второй вход второго элемента суммирования 24 предназначен для подачи постоянного напряжения, а выход его подключен к объединенным вторым входам 55 третьего и четвертого элементов суммирования 25, 26, Выход инвертирующего усилителя 30 подключен к первому входу четвертого элемента суммирования-вычитания 26, третий вход которого подключен к выходу второго неинвертирующего усилите 1686690ля 29. Второй вход пятого элемента суммирования 27 предназначен для подачи постоянного напряжения, а выход его соединен с входом второго неинвертирующего усилителя 29, Выходы третьего и четвертого элементов суммирования 25, 26 образуютсоответственно первый основной и второй дополнительный выходы канала 6 регулирования амплитуды выходного напряжения преобразователя,Вход блока 17.ограничения сигнала соединен с выходом канала 5 регулированиячастоты, а его выход - с третьим входом эадатчика 9 управляющих напряжений итретьим входом канала 6 регулирования амплитуды, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому и второму входам второго одноканального коммутатора 19, соединенного выходом свторым входом задатчика 9 управляющих напряжений, Входы элемента И 18 соединены соответственно с выходами первого компаратора 16 и вторым выходом блока 11 выбора режимов работы. Выход элемента И18 соединен с управляющим входом второго одноканального коммутатора 19, Преобразователь частоты 2 выполнен на тиристорах 2.1 - 2.18. Система 3 импульсно- фазового управления выполнена с каналами 31 - 318На фиг, 2 обозначено; 32 - естественная механическая характеристика двигателя (в относительных единицах); 33 - механическая характеристика двигателя в режиме частотного управления при частоте 25 Гц(зона1); 34 - механическая характеристика двигателя в промежуточной зоне 2; 35, 36, 37 - механические характеристики двигателя при параметрическом управлении на фиксированной выходной частоте НПЧ, равной 30 Гц, и тормозном моменте на валу (эона 111);38, 39 - механические характеристики двигателя при параметрическом (фазовом) управлении,В предлагаемом электроприводе обеспечивается управляемая работа двигателя в диапазоне частот вращения от 0,5 до 1,0 номинального значения при тормозном моменте на валу. При этом анализируются сигнал зоны работы (частота вращения меньше 102025 ЗО354050 или больше 0,5 от номинального значения),сигнал знака момента и определяется соот- .ветствующий закон управления двигателем,После достижения двигателем половиныноминальной частоты вращения при двигательном моменте на валу производят перестройку системы управления тиристорами НПЧ таким образом, что оставшиеся в работе шесть тиристоров (по два в каждой фазе, подключенные встречно-параллельно к фазам А, В, С сети соответственно) образуют симметричную схему фазового управления, обеспечивая разгон двигателя на полную частоту вращения 50 Гц. Однако если момент на валу двигателя тормозной, то переключения в режим фазового управления не происходит и разгон двигателя выше 0,5 - 0,6 от номинальной частоты вращения не осуществится, т,к. выходная частота преобразователя не превышает значения 25 - 30 Гц, Кроме того, в начале замедления с номинальной частоты вращения в случае тормозного момента на валу происходит переключение в режим частотного управления при частоте вращения двигателя, равной 1,0 номинальной, Выходные частота и напряжения НПЧ при этом устанавливаются произвольными, что приводит к скачкообразным изменениям момента двигателя, колебаниям скорости, рывкам и ударам в передачах. Для обеспечения управляемой работы двигателя в четырех квадрантах механических характеристик выделяют еще один режим работы злектропривода (помимо частотного и фазового управления); режим параметрического управления двигателем на фиксированной выходной частоте НПЧ, равной ЗО Гц. Характеристики 34 - 37 на фиг. 2 относятся к этому режиму, Как видно, они аналогичны харак. теристикам 7, 8 режима фазового управления, но относятся к генераторному режиму и получены на частоте 30 Гц, а не 50 Гц, Такимобразом, при работе привода в режиме преобразователь частоты - асинхронный двигатель (ПЧ - АД) необходимы два принципа управления: частотное, когда изменяются и выходная частота преобразователя и амплитуда его напряжения (зона 1, фиг. 2), и параметрическое (в случае тормозного момента на валу), когда изменяется только напряжение при неизменной частоте, равной 30 Гц (максимально возможная для НПЧ). Такое управление относится к зоне И фиг, 2,Осуществление описанных принципов управления требует решения нескольких задач:- идентификации режима работы электропривода (частотное управление, фазовое управление или параметрическое на частоте 30 Гц);- осуществление закона управления параметрическим режимом;- согласование законов управления смежными режимами,Электропривод с комбинированным частотно-параметрическим управлением работает следующим образом. Пока частота вращения двигателя меньше 0,5 номиналь 1686690ной выходной сигнал компаратора 20 блока выбора режимов 11 равен нулю, при этом блоки 12, 13 обеспечивают работу электро- привода в режиме ПЧ - АД так же, как в известном, Вместе с тем на выходе элемента И 18 также будет уровень нуля, чта удерживает коммутатор 19 в указанном на фиг. 1 положении, При этом на выходе канала 6 формируется сигнал в соответствии с выражением061 = Оо+ Ка+ К 1(О О )(1) где Оо - начальное значение напряжения, необходимое для компенсации падения напряжения в обмотках двигателя; Кг - коэффициент пропорциональности усилителя 28; О - сигнал задания выходной частоты НПЧ; К 1 - коэффициент стабилизации магнитного потока двигателя; Оц, О; - сигналыьзаданной и действительной частоты вращения двигателя. Закон (1) является типовым для частотнога управления, При достижении двигателем в процессе разгона частоты вращения,.равной 0,5 номинальной, на выходе компаратора 20 блока 11 устанавливается сигнал логической единицы. Если при этом момент на валу двигателя тормозной, та на выходе компаратора 16 также будет сигнал логической единицы, При этом привод остается в режиме ПЧ - АД так же, как в известном, и на выходе элемента И 18 появляется сигнал логической единицы, что вызывает переключение коммутатора 19 в нижнее положение, Выходной сигнал канала 6 при этом формируется в соответствии с выражением062 =,ОО+ К 101 Кф(01 - 00,5 г)- -К 2(Оы; Оя), (2) где 00,5 г - напряжение, пропорциональное половинной частоте питающего напряжения двигателя, т.е, 25 Гц; Кф, К 2 - коэффициенты пропорциональности усилителей 29, 30, В момент переключения, т.е, при частоте вращения, равной половине номинальной, О = 00,5 г, выражение (2) принимает вид062 = Оо + КО К 2(Оу - Ов) (3) т.к, при тормозном моменте О 0 - О О, таЯвидно из сопоставления (1) и (3), что 061 =062, и напряжение, подводимое к двигателю в момент переключения, практически не изменяется, т,е. переключение не сопровождается рывком момента, Придальнейшем разгоне блок 17 ограничивает значение О величиной, пропорциональной частоте 30 Гц, т.е. максимально допустимому значению О = Оо,ц.Если теперь подобрать величину ОО,И О 0,61 - О 0,5130 то очевидно, что при наступлении ограничения выходной частоты на уровне ЗО Гц, т,е. при О = Оо,д выполняется равенстко КОг = =Кф(О - 00,5 г) и выражение (2) принимает вид062 = ОО К 2(Оу - О,) (4) Учитывая, что в тормозном режиме Оо - ОЮ ы .О, выражение (4) является типовым законом параметрического управления.Зона частот вращения от 0,5 номинальной да 0,6 номинальной является переходной (зона П, фиг, 2), В этой зоне осуществляется плавный переход от закона управления (1) (частотное с поддержанием номинального потока в двигателе) к закону (4) (параметрического управление на частоте ЗО Гц). В промежутке(характеристика 34, фиг, 2) осуществляется частотное управление с постепенным ослаблением потока в машине, При замедлении с номинальной частоты вращения процесс осуществляется в обратном порядке.Работа электропривода с двигательным моментом на валу аналогична известному.Таким образом, в электроприваде обеспечивается безударная работа в четырех квадрантах механических характеристик, что позволяет повысить долговечность и надежность в работе. 35 40 45 50 55 формула изобретения Электропривод с комбинированным частотна-параметрическим управлением, содержащий асинхронный двигатель, подключенный к непосредственному преобразователю частоты, многоканальную систему импульсно-фазового управления тиристорами непосредственного преобразователя частоты, многоканальный блок сравнения и синхронизации, канал регулирования частоты и канал регулирования амплитуды выходного нап ряжения непосредственного преобразователя частоты, командоаппарат, задатчик интенсивности разгона и торможения асинхронного двигателя, задатчик управляющих напряжений низкой частоты, датчик частоты вращения асинхронного двигателя, блок выбора режимов работы, трехканальный коммутатор сигналов управления, узел блокировки каналов системы импульсно-фазового управления, узел формирования начальных условий, первый одноканальный коммутатор, первый кампаратор, причем каждый канал системы импульсно-фазового управления выполнен с элементом И, первые входы которых подключены к выходам соответствующих каналов многоканального блока сравнения и синхронизации, вторые5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 входы элементов И первого, четвертого, восьмого и одиннадцатого каналов объединены и соединены с первым выходом названного узла блокировки, вторые входы элементов И второго, пятого, седьмого, десятого каналов обьединены и соединены с вторым выходом узла блокировки, вторые входы элементов И третьего, шестого, девятого, двенадцатого, тринадцатого, четырнадцатого, шестнадцатого и семнадцатого каналов системы импульсно-фазового управления объединены и соединены с третьим выходом узла блокировки, выход командоаппэрата соединен с первым входом задатчика управляющих напряжений низкой частоты, первым входом узла блокировки и с входом задатчика интенсивности разгона и торможения асинхронного двигателя, выход которого соединен с первым входом канала регулирования частоты, первый входом канала регулирования амплитуды выходного напряжения преобразователя частоты и с первым входом первого компаратора, второй вход канала регулирования частоты объединен с вторым входом канала регулирования амплитуды, первым входом блока выбора режимов работы и вторым входом первого компарэтора и соединен с выходом датчика частоты вращения асинхронного двигателя, выходы задатчика управляющих напряжений низкой частоты соединены с первыми входами трехканального коммутатора, вторые входы которого обьединены и соединены с вторым входом задатчика управляющих напряжений низкой частоты, управляющие входы трехканального и первого одноканального коммутаторов обьединены с вторым входом узла блокировки и соединены с первым входом блока выбора режимов работы, выходы трехканального коммутатора соединены с соответствующими входами многоканального блока сравнения и синхронизации, три входа узла формирования начальных условий подключены к трем силовым выходам непосредственного преобразователя частоты, а выход узла формирования начальных условий подключен к первому входу первого одноканального коммутатора, второй вход которого объединен с выходами канала регулирования частоты выходного напряжения преобразователя, а выход первого одноканального. коммутатора подключен к третьему входу канала регулирования частоты выходного напряжения преобразователя, выход первого одноканального компаратора соединен с вторым входом блока выбора режимов работы, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения надежности путем обеспечения безударной работы в четырех квадратах механических характеристик, введены блок ограничения сигнала, элемент И, второй одноканальный коммутатор, блок выбора режимов работы выполнен с компаратором, элементами НЕ и И - НЕ, первый вход компаратора предназначен для подключения опорного напряжения, второй вход компараторэ и вход элемента НЕ образуют соответственно первый и второй входы блока выбора режимов работы, входы элемента И - НЕ подключены соответственно к выходам компаратора и элемента НЕ, а его выход и выход компаратора образуют соответственно первый основной и второй дополнительный выходы блока выбора режимов работы, канал регулирования амплитуды выходного напряжения преобразователя частоты выполнен с пятью элементами суммирования, двумя неинвертирующими усилителями, инвертирующим усилителем, усилителем абсолютного значения сигнала, вычитающий и суммирующий входы первого элемента суммирования образуют соответственно второй и первый входы канала регулирования амплитуды выходного напряжения преобразователя частоты, вход первого неинвертирующего усилителя образует третий дополнительный вход какала регулирования амплитуды выходного напряжения, выход первого элемента суммирования соединен со входом усилителя абсолютного значения сигнала и со входом инвертирующего усилителя, выход усилителя абсолютного значения сигнала соединен с первым входом третьего элемента суммирования, выход первого неинвертирующего усилителя подключен к объединенным первым входам второго и пятого элемента суммирования, второй вход второго элемента суммирования предназначен для подключения постоянного напряжения, а выход его подключен к обьединенным вторым входам третьего и четвертого элементов суммирования, выход инвертирующего усилителя подключен к первому входу четвертого элемента суммирования, третий вход которого подключен к выходу второго неинвертирующего усилителя, второй вход пятого элемента суммирования предназначен для подключения к источнику напряжения, а выход его соединен со входом второго неинвертирующего усилителя, выходы третьегои четвертого элементов суммирования образуют соответственно первый основной и второй дополнительный выходы канала регулирования амплитуды выходного напряжения преобразователя частоты, вход блока ограничения сигнала соединен с выходомканала регулировани частоты, а его выход - с третьим входом задатчика управляющих напряжений низкой частоты и третьим входом канала регулирования амплитуды выходного напряжения преобразователя частоты, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому и второму входам второго одноканального коммутатора, соединенного выходом со вторым входом эадатчика управляющих напряжений низкой частоты, входы элемента И соединены соответственно с выходами пер вого компаратора и вторым выходом блокавыбора режимов работы, а выход элемента И соединен с управляющим входом второго одноканального коммутатора,Корректор М, Кучерявая Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 1 Заказ 3610 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва, Ж; Раушская наб., 4/5