Спосіб двухзонного керування частотно-регулівним електроприладом і пристрій для його здійснення

союз СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК (19) SLU (5D5 1676059 А1 Н 02 Р 7/42 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1 (21)4632956/07 (22)06.01.89 (46)07.09.91. Бюл. №33 (71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт силовых полупроводниковых устройств (72) А.В.Волков и А.С.Шехтер (53)62.83:621.313.333.072.9(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 879724, кл. Н 02 Р 7/42, 1979. Авторское свидетельство СССР Г* 1246321. кл. Н 02 Р 7/42. 1984. (54) СПОСОБ ДВУХЗОННОГО УПРАВЛЕНИЯ ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике. Цель - повышение точности стабилизации частоты вращения во втором диапазоне регулирования частоты при колебании напряжения сети. В способе двухзонного управления асинхронным электродвигателем, подключенным к сети через преобразователь частоты, измеряется на выходе системы управления выпрямителем текущее значение угла регулирования тиристоров, сравнивается с заданным и при достижении углом значения ниже заданного уменьшается уставка напряжения. Этим достигается сохранение замкнутой обратной связи по напряжению и току во втором диапазоне регулирования частоты вращения, что способствует достижению цели. 2 с.п.ф-лы, 2 ил. Изобретение относится к электротехнике, а частности, может быть использовано в различных отраслях промышленности: химической, горно-добывающей, металлургической и других. Целью изобретения является повышение точности стабилизации частоты вращения во втором диапазоне регулирования при колебаниях напряжения питающей сети. На фиг. 1 приведена блок-схема устройства для дзухзонного управления частотнорегулируемым асинхронным двигателем; на фиг. 2 - схема блока совпадения и расширителя импульсов. Устройство для двухзонного управлений частотно-регулируемым асинхронным двигателем содержит преобразователь час тоты 1 (фиг.1), выполненный в виде после доеательно соединенных управляемого выпрямителя 2, силового фильтра 3, автономного инвертора 4, к выходу которого подключен асинхронный двигатель 5, Управляющий вход выпрямителя 2 подключен к выходу системы 6 управления, а управляющий вход инвертора - к выходу системы 7 управления. Входы систем 6 и 7 управления соединены с выходами блока 8 регулирования. Устройство содержит также узел 9 задания управляющих сигналов с тремя выходами, регулятор 10 частоты, узел 11 двухзонного регулирования и первый сумматор 12. Управляющий вход регулятора 10 частоты соединен с первым выходом узла 9 1676059 задания управляющих сигналов, а вход обратной связи регулятора частоты - с выходом датчика 13 частоты, входом подключенный к выходу системы 7 управления Второй выход узла 9 задания управляющих сигналов подключен к второму входу первого сумматора 12, первый вход которого подключен к выходу узла 11 двухзонного регулирования, входом обратной связи соединенный с выходом датчика 14 напряжения статорной цепи асинхронного двигателя 5. Устройство для двухзвенного управления снабжено вторым сумматором 15, узлом 16 задержки и последовательно соединенным трехвходовым блоком 17 схем совпадения, расширителем 18 импульсов и импульсно-аналоговым преобразователем 19, выход которого подключен к первому входу второго сумматора 15, вторым входом соединенного с третьим выходом узла 9 задания управляющих сигналов. Выход сумматора 15 подключен к второму входу узла 11 двухзвенного регулирования, а выход первого сумматора 12 подключен к первому управляющему входу блока 8 регулирования, вторым управляющим входом подключенного к выходу регулятора 10 частоты. Система 6 управления составлена из блока 20 синхронизации с третя выходами, блока 21 формирования диапазона регулирования узла, блока 22 формирования предельного угла, блока 23 фазоимпульсного управления, логического блока 24 совпадения и распределителя 25 импульсов, выход которого является выходом системы 6 управления, вход которой образован входом блока 20 синхронизации и объединен с входом управляемого выпрямителя Управляющий вход системы 6 управления образован управляющим входом блока 23 импульснофэзового управления. Выходы блока 20 синхронизации соединены с входами блоков 21-23, выходы которых подключены соответственно к входам логического блока 24 совпадения, выходом соединенного с входом распределителя 25 импульсов. Первый, второй и третий входы блока 17 схем совпадения подключены соответственно к выходам блока 21 формирования диапазона угла регулирования, угла 16 задержки и блока 23 импульсно-фазового управления. Вход угла 16 задержки соединен с выходом блока 22 формирования предельного угла. Блок 17 схем совпадения составлен из шести аналогичных каналов, содержащих последовательно соединенные логические 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 4 элементы ЗИ-НЕ 26-31 (фиг.2)и диоды 3237. Аноды всех диодов 32-37 объединены и являются выходом блока 17 схем совпадения. Расширитель 25 импульсов выполнен в виде логического элемента 2И-НЕ 38, инвертирующей схемы 39, конденсатора 40 и резисторов 41 и 42. При этом вход инвертирующей схемы 39 подключен к общей точке соединения конденсатора 40 и резистора 42. Другим выводом конденсатор 40 соединен с выходом элемента 2И-НЕ 38, а другой вывод резистора 42 - с общей шиной питания. Один вход элемента 2И-НЕ связан с одним выходом резистора 41, подключениего вторым выводом к кпемме источника питания, и является входом расширителя 18 импульсов. Выход инвертирующей схемы 39 подключен к второму входу логической схемы 2И-НЕ 38 и является выходом расширителя 18 импульсов. Способ двухзонного управления асинхронным электродвигателем осуществляется следующим образом. С второго выхода узла 9 задания управляющих сигналов на первый вход первого сумматора 12 поступает сигнал задания номинальной імн намагничивающей составляющей статорного тока двигателя (т.е. соответствующей созданию в двигателе номинального магнитного потокосцепления .WH На второй вход первого сумматора 12 с выхода угла двухзонного регулирования 11 поступает сигнал коррекции Ді/г намагничивающей составляющей статорного тока двигателя. С третьего выхода узла заданий управляющих сигналов 20 на второй вход второго сумматора 15 поступает сигнал задания номинального напряжения UH (ЭДС) двигателя, а на первый вход - сигнал коррекции UK задания напряжения. Выходной сигнал второго сумматора 15 поступает на второй вход задания узла 11 двухзвенного регулирования, являясь сигналом уставки напряжения U при двухзонном регулировании. На вход обратной связи узла 11 двухзонного регулирования поступает сигнал U фактического выходного напряжения формирователя статорного тока с выхода датчика 14 напряжения (ЭДС). С первого выхода узла 9 заданий управляющих сигналов на вход регулятора частоты 10 поступает сигнал задакия частоты f электропривода, а на вход обратной связи регулятора 10 частоты сигнал фактической выходной частоты f электропривода с выхода датчика 13 выходной частоты. Регулятор 10 частоты формирует на своем выходе сигнал la задания активной составляющей статорного тока 1676059 •двигателя, а первый сумматор 12 на своем выходе-сигнал I fi задания намагничивающей составляющей статорного тока двигателя Сигналы заданий активной la* и намагничивающей і ft проекций статорного тока воздействуют на входы блока 8 регулирования проекций статорного тока, который стабилизирует (путем воздействия через систему управления выпрямителем 7 и инвертором І7, соответственно, на управляемый выпрямитель 2 и автономный инвертор 4) выходное напряжение и частоту формирователя статорного тока на заданных уровнях U и f , При работе электропривода с выходными частотами f ниже номинального значения fH, сигнал U датчика 14 напряжения (ЭДС) ( a > «min ) При этом узлом 11 двухзонного регулирования на выходе формируется сигнал А \(л неравный нулю, вследствие чего выходной сигнал сумматора 12 уменьшается и равен #«(8н-Д^ (5) При значении угла управления выпрямителя a > Omin на входе блока 17 схем совпадения формируются логические сигналы, поступающие с выходов блока 23 формирования угла 25, блока 22 формирования предельных углов регулирования через узел 16 задержки блока 23 импульсно-фазового упрзвления, приводящие к формированию на выходе блока схем 17 совпадения и расширителю 19 импульсов сигналов логических единиц а на выходе импульсно-аналогового преобразователя 19 - нулевого сигнала и т ^ҐН \\) U* = 0. Описанная ситуация характерна и не превышает номинального значения напри работе электропривода с номинальпряжения (ЭДС). ным напряжением питающей сети и выше и U тн) и питающем напряжении І^н) В соответствии статорного тока {\fi Uc > и и осуществляется работы двигателя с указанным сигналом задания намагничипри постоянном напряжении (ЭДС), равном вающей составляющей J^H тока и сигнаноминальному значению UH При этом потолом задания ! а * активной составляющей 35 косцепление двигателя изменяется обратстаторного тока (поступающего с выхода рено-пропорционально выходной частоте гулятора частоты 10) посредством формирователя статарного тока в двигателе создаются * f • ' номинальное потокосцепление Ч/н и заРассмотрим режим работы во второй данная активная составляющая статорного тока i a = U , а значит создается 40 зоне (f > Гц) при пониженном напряжении питающей сети (Uc fH) и питааналоговый корректирующий сигнал UUH, (4) зонного регулирования в соответствии с а угол управления выпрямителя превывыражением шает свое максимальное значение { п 1676059 U = U H -1Л. (8) Узлом 11 двухзонного регулирования поддерживается напряжение (ЭДС) на выходе формирователя статорного тока равным U* = U H *~UK=U = f - Щ (9) В результате описанного функционирования устройства в режиме работы при пониженном напряжении питающей сети (U c < UH) В двигателе создается для данного фактического значения питающего напряжения максимальное значение потокосцепления, при котором обеспечивается замкнутость всех контуров автоматического регулирования (тока и частоты устройства при минимальном значении угла управления выпрямителем a^Omin. Создание максимально возможного потокосцепления двигателя обеспечивает наибольшую жесткость механической характеристики электропривода. Это означает, что при осуществлении стабилизации регулятором частоты заданного значения частоты статора f = f обеспечивается минимальное значение скольжения двигателя, а следовательно, достигается повышение точности стабилизации частоты вращения двигателя при колебаниях напряжений питающей сети. Преимуществами данного способа является осуществление контроля текущего значения угла регулирования выпрямителем и сравнения его с предельным минимальным значением угла регулирования выпрямителя. Это позволяет создать^ двигателе максимально возможное (для данного фактического напряжения питающей сети) потокосцепления, при котором обеспечивается режим стабилизации частоты двигателя при работе управляемого выпрямителя преобразователя частоты с минимальным углом управления {а значит, с наибольшим выходом напряжения). При этом в рассматриваемом способе при пониженном напряжении сети обеспечивается наибольшая жесткость механической характеристики двигателя ( наименьшее скольжение), а следовательно, при стабилизации частоты электропривода на неизменном заданном уровне повышается точность стабилизации частоты вращения двигателя. Преимуществом устройства является создание в двигателе максимально возможного (для данного фактического напряжения питающей сети) потокосцепления, при котором обеспечивается режим стабилизации частоты двигателя при работе управляющего выпрямителя преобразователя частоты с минимальным углом управления ( 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 а значит, с наибольшим выходным напряжением). При этом в данном устройстве при пониженном напряжении сети обеспечивается наибольшая жесткость механической характеристики двигателя (наименьшее скольжение), а следовательно, при стабилизации частоты электропривода на неизменном заданном уровне повышается точность стабилизации частоты вращения. В данном устройстве отклонение фактической частоты вращения заданного стабилизирующего значения частоты уменьшается примерно на 25-40%. Указанное повышение точности стабилизации чзстоты вращения при колебаниях напряжения питающей сети обеспечивает поддержание заданных технических режимов рабочих механизмов и улучшение качества продукции (например, химического волокна, прокатываемого металла и др.). Формула изобретения 1. Способ двухзонного управления частотно-регулируемым электроприводом, подключенным к сети через преобразователь частоту, составленный из выпрямителя и автономного инвертора, ^ при котором в первом диапазоне изменения частоты инвертора регулируют напряжение выпрямителя путем регулирования угла включения вентилей выпрямителя таким образом, чтобы обеспечить заданный уровень тока в двигателе, а во втором - при изменении частоты инвертора выше номинального значения напряжение двигателя поддерживают на заданном уровне, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности стабилизации частоты вращения во втором диапазоне регулирования при колебаниях напряжения сети, измеряют текущее значение угла регулирования выпрямителя, сравнивают с заданным предельным максимально допустимым значением угла включения выпрямителя и при ихсовпадении формируют дополнительное управляющее напряжение, которое уменьшает задание напряжения во втором диапазоне регулирования. 2. Устройство для двухзонного управления часготно-регулируемым электроприводом , содержащее преобразователь частоты, состоящий из последовательно соединенных управляемого выпрямителя, автономного инвертора, содержащее две системы управления с выходами для подключения соответственно к управляющему входу выпрямителя и к управляющему входу автономного инвертора, блок регулирования с двумя управляющими входами, выходы которого подключены к 9 1676059 входам систем управления инвертором и выпрямителем, датчик выходной частоты, связанный входом с выходом системы управления инвертором, датчик напряжения статорного напряжения асинхронного дви- 5 гателя, узел задания управляющих сигналов с тремя выходами, регулятор частоты, подключенный управляющим входом к первому выходу узла задания управляющих сигналов, входом обратной связи - к выхо- 10 ду датчика частоты, а выходом - к первому управляющему входу блока регулирования, узел двухзонного регулирования, подключенный входом обратной связи к выходу датчика напряжения, а выходом к одному 15 из входов первого сумматора, другой вход которого соединен с вторым выходом узла задания управляющих сигналов, выход первого сумматора подключен к второму управляющему входу блока регулирования, 20 отличающееся тем, что, с целью повышения точности стабилизации частоты вращения во втором диапазоне регулирования при колебаниях напряжения сети, введены узел задержки, второй сум- 25 матор и последовательно соединенные между собой блок схем совпадения, формирователь импульсов и импульсно-аналоговый преобразователь, выходом подключенный к первому входу второго 30 сумматора, второй вход которого соединен 10 с третьим выходом узла задания управляющих сигналов, а выход - с вторым входом узла двухзонного регулирования, а система управления выпрямителем составлена из блока синхронизации, вход которого является входом системы управления, предназначенным для подключения к сети, блока формирования диапазона регулирования угла, блока формирования предельного угла, логического блока совпадения сигналов, блока импульсно-фззового управления и распределителя импульсов, выход которого образует выход системы управления выпрямителем, а вход подключен к выходу логического блока совпадения сигналов, входами подключенного к выходам блока формирования диапазона регулирования угла, блока формирования предельного максимально допустимого угла и блока имг.ульсно-фазового управления, входами соединенных с соответствующими выходами блока синхронизации, первый, второй и третий входы блока схем совпадения соединены с выходами блока формирования диапазона регулирования угла, узла задержки и блока импульсно-фазового управления, управляемый вход которого является управляющим входом системы управления выпрямителем, а вход узла задержки соединен с выходом блока формирования предельного угла. Фиг.1 1676059 ' / Фиг.I Редактор Н.Лазоренко Составитель В.Тарасов Техред М.Моргентал Корректор М.Максимишинец ' Заказ 3012 Тираж $э4 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101