Система электропитания и управления группами гистерезисных электродвигателей

(19) (И) 7 74 1)4 Н Е ИЗОБРЕТЕНИЯ ОПИС ОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Н АВТ арасов,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Московский ордена Ленина иордена Октябрьской Революции энергетический институт и Всесоюзныйэлектротехнический институтим. В,И.Ленина(56) Заявка ФРГ 1(- 2244757,кл, Н 02 Р 7/62, 1976.Мастяев Н.З., Орлов И.Н. Гистерезисные электродвигатели. Часть 1,Вопросы теории и применения. М,:Энергия, 1963.Делекторский Б.А., Тарасов В.Н.Импульсные возбудители для микрома 3шин с магнитным возбуждением. Электричество",. У 6, 1978,Авторское свидетельство СССРУ 534015, кл, Н.02 Р 1/10,Н 02 Р 7/42, 1976.Орлов И.Н., Прудников С,В Тара- .сов В.Н. Возможности гистерезисногоэлектродвигателя в многодвигательном электроприводе, 1982, вып. 562,с. 48-53.Заявка ФРГ 9 2726534,кл. Н 02 Р 7/76, 1977.(54) СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ ГРУППАМИ ГИСТЕРЕЗИСНЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ(57) Изобретение относится к электротехнике, позволяет повысить надежность и экономичность системыэлектропитания и управления гистерезисными электродвигателями за счеттого, что последняя состоит из основного источника питания с блокомуправления частотой и напряжением,подключенного выходом к магистральным шинам питания, соединенным через ключи с индивидуальными шинамипитания (ИШП), к которым подключенычерез компенсирующие конденсаторыгруппы гистерезисных электродвигателей (ГЭ). На каждую группу ГЭ приходится блок импульсного намагничивания (БИН) с блоком управления (БУ),блок задания частоты импульсов. Накаждую группу ГЭ, кроме первой, имеется блок задержки, причем БИН первыми вторым выходами включен в разрыводной из фаз ИШП, а третьим выходоми первым входом подключен к другойфазе ИШП между компенсирующими конденсаторами и группой ГЭ, а вторымвходом - к выходу БУ, первый и второй входы которого соединены с ИШП,а третий - с выходом блока заданиячастоты импульсов этой же грВход блока задания частоты и вдля первой группы ГЭ соединен сблоком управления частотой и напряжением основного источника питания,а блоки задания частоты импульсоввсех последующих групп соединеныс блоком задания частоты импульсов первой группы ГЭ через блоки задержки . 1 з.п. ф- лы41339 2телей 7, а вторым входом - к выходублока 9 управления, первый.и второйвходы которого соединены с ин,пивидуальными шинами 5 питания, а третий - с выходом блока 10 заданиячастоты импульсов этой же группы,вход блока 10 задания частоты импульсов для первой группы гистерезисных электродвигателей 7 соединен 1 О с блоком 2 управления частотой и напряжением основного источника 1 питания, а блоки 10 задания частотыимпульсов всех последующих группсоединены с блоком 10 задания 15 частоты импульсов первой груп -пы гистерезисных электродвига -телей 7 через блоки 11 задерж 12 На фиг,1 изображена структурная схема системы электропитания и управления (п.1); на фиг.2 - структурная схема системы электропитания и управления (п,2); на Фиг.3 - структурная схема варианта выполнения блока импульсного намагничивания и блока его управления; на Фиг.4 и 5 варианты структурного выполнения блока импульсного намагничивания; на фиг.6 и 7 - принципиальные схемы выполнения блока импульсного намагничивания по фиг.4 и Фиг,5 соответственно; на фиг,8 - структурная схема выполнения блока формирования частоты и фазы импульсов; на фиг.,9 временные диаграммы, поясняющие принЗО цип задания параметров импульсов,Система электропитания и управления группами гистерезисных элект. родвигателейй (Фиг. 1) содержит основной источник 1 питания с блоком 2 управления частотой и напряжением, К выходам основного источника 1 питания подключены магистральные шины 3 питания, соединенные через ключи 4 с индивидуальными шинами 5 питания, к которым подключены через компенсирующие конденсаторы 6 группы гистерезисных электродвигателей7.Система содержит также на каждую группу гистерезисных электродвигателей 7 блок 8 импульсного намагничивания с блоком 9 управления, блок 10 задания частоты импульсов и на каждую группу гистерезисных электродвигателей 7, кроме первой, - блок 11 задержки. При этом блок 8 импульсно-, 1го намагничивания первым и вторым своими выходами включен в разрыв одной из фаз индивидуальных шин 5питания, а третьим выходом и первым входом подключен к другой Фазе ин дивидуальных шин 5 питания, между компенсирующими конденсаторами 6 и группой гистерезисных электродвигаки Изобретение относится к электротехнике а именно к системам электропитания и управления гистерезисными двигателями многодвигательного электропривода технологических линий.Цель изобретения - повышение экономичности за счет увеличения КЩ и надежности обеспечение устойчивости, надежного ввода в синхронизм всех групп электродвигателей, защиты источника питания. Система электропитания и управления группами гистерезисных электроцвигателей (фиг.2) содержит такжеблок 12 выбора режима управления счетырьмя выходами для каждой группыгистерезисных электродвигателей 7и на каждую группу электродвигате.лей 7 - блок 13 задания параметровработы группь гистерезисных электродвигателей 7, блок 14 сравнения,блок 15 измерения параметров работыгруппы гистерезисных электродвигате.лей 7, измерительные входы которыхподключены к индивидуальным шинам 5питания, логическую схему ИЛИ 16,логическую схему И 17, элемент 18,имеющий зону нечувствительности.Приэтом для каждой группы электродвигателей 7 соответствующие выходы блока 12 выбора режима управления сое,цинены с входамиблока 15 измеренияпараметров работы группы гистерезисных электродвигателей 7, блока 13задания параметров работы этой группы электродвигателей 7, элемента 18,имеющего зону нечувствительности, илогической схемы ИЛИ 16, выходомподключенной к одному из входов логической схемы И 17, второй вход кото -рой соединен с выходом блока 10 за,цания частоты импульсов, а выход -с входом блока 9 управления блока 8импульс. ного намагничивания. Выходблока 15 измерения параметров работы группы гистерезисных электродвигателей 7 подключен к соответствующимвходам блока 14 сравнения, выход которого через элемент 18 связан свторым входом логического элементаИЛИ 16, 1241339Каждый блок 8 импульсного намагничивания (Фиг.3) содержит трансформатор 19 тока, замыкающий ключ 20, разрядный ключ 21, конденсатор 22, зарядный блок 23. Блок 9 управления 5 (фиг,3) состоит из блока 24 Формирования частоты и фазы импульсов, блока,25 формирования длительности импульсов и логического элемента НЕ 26. При этом трансформатор 19 то О ка первичной обмоткой включен в одну из фаз индивидуальных шин 5 питания, вторичная обмотка зашунтирована замыкающим ключом 20 и через разрядный ключ 21 подключена к конденсатору 22, Управляющие входы разрядного ключа 21 непосредственно, а замыкающего ключа 20 через логический элемент НЕ 26 соединены с выходом блока 25 Формирования длительности импульсов, вход которого соединен с выходом блока 24 формирования частоты и Фазы импульсов, Входы последнего являются входами блоков 9 управленйя, Конденсатор 22 подключен к за- д рядному блоку 23, входы которого подключены к индивидуальным шинам 5 питания. Каждый блок 8 импульсного намагничивания (фиг,4) содержит разделительный ключ 27 и разрядный ключ 21,конденсатор 22, подключенный к зарядному блоку 23, При этом конденсатор 22и разрядный ключ 21 соединены последовательно и включены в разрыв однойиз индивидуальных шин 5 питания ишунтированы разделительным ключом 27.В блоке 8 импульсного намагничивания (фиг.5) конденсатор 22, подключенный к зарядному блоку 23, и разрядный ключ 21 соединены последовательно и включены параллельно индивидуальнымшинам 5 питания. Разделительный ключ 27 включен в разрыв одной 45из индивидуальных шин 5 питания между точкой соединения цепочки конденсат ор 22 - раз ряд ный ключ 21 и компенсирующими конденсаторами 6,Блок 24 формирования частоты и 50Фазы импульсов (фиг 8) состоит изблока 28 синхронизации, регулято. -ра 29 фазы и триггера 30, При этомодин вход триггера 30 через регулятор 29 фазы, блок 28 синхронизации 55подключен к индивидуальным шинам 5питания, второй - к блоку 1 О заданиячастоты импульсов, Выход триггера 30 является входом блока 25 формирования ллительности импульсов,Система электропитания и управления группами гистерезисных электродвигателей (фиг.1) работает следующим образом,Группа гистерезисных электродвигателей 7 подключена к индивидуальнымшинам 5 питания, которые червз ключи 4 соединены с магистральными шинами 3 питания. Магистральные шины 3питания подключены к основному источнику 1 питания, имеющему блок 2 управления частотой и напряжением, Покоманде блока 10, определяющего частоту следования импульсов, черезблок 9, задающий фазу и длительностьимпульсов, блок 8 импульсного намагничивания формирует импульс тока поиндивидуальным шинам 5 питания,Для исключения пульсаций тока виагистральньгх шинах 3 питания и защиты источника 1 питания в устройствовведены блоки 11 задержки, обеспечивающие несинфазное импульсное намагничивание различных групп электродвигателей 7,В многодвигательном гистерезисномэлектроприводе с целью компенсацииреактивной мощности, потребляемойгруппой электродвигателей 7, на индивидуальные шины 5 питания подключаются конденсаторы 6, В этом случаеблок 8 импульсного намагничиваниявключается в разрыв одной из фаз индивидуальных шин 5 питания между компенсирующими конденсаторами 6 и группой гистерезисных электродвигателей 7,Это позволяет обеспечить разряд конденсатора блока 8 импульсного намагничивания на фазы статоров группыэлектродвигателей 7,В режиме запуска группы гистерезисных электродвигателей 7 наличиенамагничивающих импульсов деформирует механическую характеристику гистерезисного электродвигателя, В области малых скольжений ротора электромагнитный момент, развиваемыйэлектродвигателем, увеличивается.Это происходит вследствие малого поворота намагниченности ротора относительно поля статора в интервалевремени между двумя последующими импульсами.Благодаря этому эффекту повышается надежность ввода в синхронизм всех групп гистерезисных электродвисистемы управления. 3 12413 гателей 7, Напряжение питания электродвигателей, установленных в конце магистральных шин 3 питания, вследствие падения напряжения из-за потерь в проводах в предсинхронной области буцет с пониженным электромагнитным моментом. Наличие блока импульсного намагничивания позволяет ввести в синхронизм и эту группу гистерезисных электродвигателей 1 О Импульсное намагничивание гистерезисных электродвигателей 7 в синхронном режиме работы позволяет повы. сить и стабилизировать энергетические 15характеристики, эффективно демпфировать качания роторов,Намагничивающие импульсы могутследовать периодически с частотой,превышающей частоту собственных качаний роторов электродвигателей, номеньше частоты основного источникапитания, Однако подобный режим работы в некоторых случаях недостаточно рационален, 25Устройство (фиг,2) работает следующим образом.Блок 12 выбора режима управленияявляется вычислительным устройством,выходные сигналы которого представляют собой цифровые коды, каждому изкоторых соответствует .определенныйрежим управления, Простейший код логической "1" и логического "0" подается на первый вход логической схе,мы И 17, При подаче сигнала логической "1" на первый вход логическойсхемы И 17 осуществляется режим периодического следования намагничивающих импульсов. При подаче сигналовлогического "0 - режим, задаваемыйблоком 12,Блок 15 измерения параметров представляет собой сочетание датчиков на.пряжения и тока, а также схем вычисления, позволяющих получить такие45параметры работы группы гистерезисных электродвигателей, как, например, ток, активная и реактивная мощности, Блок 3 задания параметров содержит ряд потенциометров по числууправляемых .параметров, Блок 14 сравнения является типовым и может быть выполнен на основе усилителя постоянного тока (компаратора). Элемент 18,имеющий зону нечувствительности, представляет собой сочетание потенциометров и компаратора, на первый входкоторого подается выходной сигнал 39 9бгока 14 сравнения, а на второй вхоц сигнал с соответствующего .потенциометра, определяющий минимально допустимый уровень изменения регулируемого параметра,Даннь.й узел в режиме цемпфирования качаний роторов электродвигателей рабстает слегующим образом.С блска 12 выбора режима управления в. соответствующем коде управляющие сигналы подаются на блок 15 измерения параметров, блок 13 задания параметров и элемент 18, имеющий зону нечувствительности При этом в блоке 15 измерения параметров включаются датчики напряжения и тока,схемы вычисления и фильтры, в результате чего на выхсде появляется сигнал, пропорциональный переменной составляющей изменения активной мощности,потребляемой группой гистерезисныхэлектродвигателей 7, который подаетсяна второй вход блока 14 сравнения, Сблока 13 по команде блока 12 выбора режима управления в этом случае напервый вход блока 14 сравнения подается сигнал нулевого потенциала, Вэлементе 18:".а второй вход компаратора подается сигнал, соответствуюшийминимально допустимому уровню качаний,На выходе элемента 18 появляется сигнал логической ",", которыи подаетсяна первый вход логической схемы И 17,Таким образом, сигнал с выхода блока10 задания частоты импульсов поступает на индивидуальный блок 9 управления, и на обмотки статоров электродвигателей подаются намагничивающие импульсы,Наличие элемента 18 с зоной нечувствительности необходимо цля исключения возможности режима Звонка В,качестве регулируемых параметров могут быть выбраны созс, потребляемая электродвигателями активная мощность Р, ток двигателя 1 и т,д.На фиг,3 представлен вариант выполнения блока 8 импульсного намагничивания и блока 9 его управления, Сигнал, определяющий частоту следования импульсов, поступает с блока 10 непосредственно, либо через логическую схему И 17 и логическую схему ИЛИ 16. В случае работы системы электропитания в режиме контроля параметров сигнал поступает через логическую схему ИЛИ 16 с выхода эле 124133920 Конденсатор 22 (фиг.5) последовательно с разрядным ключом 21 включен между фазами индивидуальных шин 5 питания, В одну из этих фаз включен 40 разделительный ключ 27, Схема работает аналогично.На фиг.8 представлен вариант выполнения блока 24 формирования частоты и Фазы импульсов, Вход блока 28 45 синхронизации подключен к фазам индивидуальных шин 5,питания. В бло.ке 28 синусоидальное напряжение питания группы электродвигателей 7 преобразуется в серию импульсов. Таким 50 образом, выходной сигнал Г блока 28 несет в себе информацию о фазе основного напряжения питания (фиг.,9), Этот сигнал подается на регулятор 29 фазы намагничивающих импульсовВ 55 зависимости от величины управляющего сигнала, подаваемого на второй вход регулятора 29, осуществляется фамента 18. После блока 24 формирования частоты и фазы импульсов сигнал поступает на блок 25 формированиядлительности импульсов, Таким образом, выходной сигнал блока 25 содер жит всю информацию о параметрах импульса, При йоявлении сигнала на выходе блока 25 разрядный ключ 21 замыкается, а замыкающий ключ 20 размыкается, Это обеспечивает разряд конденсатора 22 на первичную обмотку трансформатора 19 тока, что приводит к созданию импульса тока в цепях статоров группы гистерезисных электродвигателей 7. После исчезнове ния сигнала на выходе блока 25 ключ 20 замыкается, а ключ 21 размыкается и конденсатор 22 заряжается от блока 23, подключенного к индивидуальным шинам 5 питания.На Фиг,4 показан другой вариант построения блока 8 импульсного намагничивания. Здесь конденсатор 22 включен в одну из Фаз индивидуальных шин 5 питания и шунтирован разделительным ключом 27, Последовательно с конденсатором 22 в ту же Фазу включен разрядный ключ 21. Конденсатор 22 подключен также к зарядному блоку 23. При поступлении сигнала с блока 9 управления на ключи 21 и 27 разделительный ключ 27 размыкается, а разрядный ключ 21 замыкается, обеспечивая разряд конденсатора 22 на фазы статоров группы гистерезисных элект 35 родвигателей 7,зовый сдвиг сигнала Г на выходе регулятора 29.по отношению к сигналуна его входесВыходной сигнал регулятора 29Фазы подается на первый входтриггера 30, на второй вход которого поступает сигнал Г р с блоОка 10 задания частоты импульсов, Посигналу, с блока 10 триггер 30 взводится, а по сигналу с регулятора 29сбрасывается (временная диаграмма Ана фиг9). Выходной сигнал триггера 30, содержащий информацию о фазеи частоте следования импульсов (временная диаграмма В на фиг.9), подается на вход блока 25 формированиядлительности импульсов. Выходной сигнал блока 25 несет информацию о дли-,тельности, фазе и частоте намагничивающих импульсов, Амплитуда импульсов определяется напряжением, до которого заряжается конденсатор 22 отзарядного блока 23,Таким образом данная система обладает рядом преимуществ. Использованиеблока импульсного намагничивания приразном фазовом сдвиге между намагничивающими импульсами различных группгистерезисных электродвигателей позволяет значительно повысить их энергетические характеристики (КПД,соя) и устойчивость системы. Засчет снижения потерь в меди статора,потерь в сети и преобразователе длябтехнологической линии в 10 электродвигателей достигается значительныйэкономический эффект. Повышение КПДи соя(позволяет снизить ток в шинах питания, а следовательно, умень шить установленную мощность источника питания, При сохранении мощностиисточника питания использование изобретения позволяет подключить к магистральным шинам питания дополнительные группы электродвигателей, Для пере- возбужденного гистерезисного электродвигателя характерны также меньшие поля рассеяния статора и ротора,что, в свОю очередь, снижает тормозной момент и потери от взаимодействия двигателя с элементами конструкции.Формула изобретения1, Система электропитания и управления группами гистерезисных электродвигателей, содержащая основной источник питания с блоком уп-равления частотой и напряжением, подключенный выходом к магистральнымшинам питания, соединенным черезключи с индивидуальными шинами питания, к которым подключены через. компенсирующие конденсаторы группы гистерезисных электродвигателей, о т - 5л и ч а ю щ а я с я тем, что, сцелью повышения экономичности и надежности в нее введены на каждуюгруппу гистерезисных электродвигателей блок импульсного намагничивания с блоком управления, блок задания частоты импульсов и на каждуюгруппу .гистерезисных электродвигате, лей, кроме первой, - блок задержки,при этом блок импульсного намагничивания первым и вторым своими выходами включен в разрыв одной из фазиндивидуальных шин питания, а третьимвыходом и первым входом подключен кдругой фазе индйвидуальных шин питания между компенсирующими конденсаторами и группой гистерезисных электродвигателей, а вторым входом - к выходу блока управления, первый и второй входы которого соединены с индивидуальными шинами питания, атретий - с выходом блока задания частоты импульсов этой же группы, входблока задания частоты импульсов дляпервой группы гистерезисных электродвигателей соединен с блоком управления частотой и напряжением основного источника питания, а блокизадания частоты импульсов всех последующих групп соединены с блокомзадания частоты импульсов первой группы гистерезисных электродвигателейчерез, блоки задержки,2, Система по п.1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что введены блок выбора режима управления с четырьмя выходами для каждой группы гистерезисных электродвигателей и на каждую группу электродвигателей - блокзадания параметров работы группы гистерезисных электродвигателей, блоксравнения, блок измерения параметровработы группы гистерезисных электродвигателей, измерительные входы которых подключены к индивидуальным ши-,нам питания, логическая схема ИЛИ,логическая схема И, элемент, имеющий зону нечувствительности, при этомдля каждой группы электродвигателейсоответствующие вьгходыблока выборарежима управления соединены с входамиблока измерения параметров работы группы гистерезисных электродвигателей,блока задания параметров работы этойгруппы, элемента, имеющего зону нечувствительности, и логической схемыИЛИ, выходом подключенной к одномуиз входов логической схемы И, второйвход которой соединен с выходом блока задания частоты импульсов, а выход - с входом блока управления блока импульсного намагничивания, выходблока задания и измерения параметровработы группы гистерезисных электродвигателей подключен к соответствуюшим входам блока сравнения, выходкоторого через элемент, имеющий зонунечувствительности , связан с вторым входом логического элементаИЛИ,1241339 ФЬчгСоставитель Х.Кряхтуио ор И.Касарда Техред О .Сопко Реда Корректор 0,11 угова з 3 дпис кое аж оиэводствеиио-полиграфическое предприятие, г,ужгород оектная,606/49ВНИИИИ Госудпо делам113035, Москва,1 По комитета СССРй и открытийшская иаб д. 4 ственио обретен Ж, Ра