СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ МНОГОДВИГАТЕЛЬНЫМ ГИСТЕРЕЗИСНЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ
CONTROL METHOD FOR MULTI-MOTOR HYSTERETIC ELECTRIC DRIVE

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для многодвигательного гистерезисного электропривода различного технологического назначения, например для привода намоточных узлов в текстильной промышленности, для привода газовых центрифуг и в других областях машиностроения, где требуется обеспечить синхронную рабочую частоту вращения роторов всех двигателей.
2
Известен способ управления многодвигательным гистерезисным электроприводом, при котором осуществляют периодическое повышение на 1 секунду и снижение напряжения, добиваясь реализации режима перевозбуждения и его стабилизации [патент ФРГ №2601567, МКИ Н02Р 7/62. Опубл. 22.07.1976 (приоритет JP 16.01.1975). Anordnung zur Steuerung von. Hysteresismotoren, Hitachi Ltd. Авторы изобретения: Miyachita К. и др.].
Недостаток способа состоит в больших изменениях момента синхронно-гистерезисных двигателей (СГД) при очередном импульсе повышения напряжения, что вызывает качания роторов СГД и приводит к их частичному развозбуждению со снижением КПД привода. Кроме того, значительные периодические пульсации тока в цепях питания преобразователя создают помехи и снижают устойчивость преобразователя.
Известно, что для уменьшения колебаний роторов двигателей целесообразно при кратковременном повышении напряжения, в целях перевозбуждения, последующее плавное снижение напряжения [Делекторский Б.А., Тарасов В.Н. Управляемый гистерезисный привод. М.: Энергоатомиздат, 1983, с.78]. Такой способ управления реализуется в качестве прототипа заявляемому с помощью, например, преобразователя частоты СПЧС5-380Т еК3.105.002 для питания группы гистерезисных двигателей [Номенклатура изделий, изготавливаемых Приборным заводом УЭХК в 2004-2009 г. Средства измерения и автоматизации. г.Новоуральск, Уральский электрохимический комбинат, 2004, с.25]. Данный преобразователь позволяет проводить подмагничивание гистерезисных двигателей (ГД) путем резкого увеличения напряжения до 500 В, а затем плавного его снижения до рабочей величины. Рабочая величина напряжения, как правило, выбирается из условия, что если по какой-либо причине ГД выйдет из режима перевозбуждения, то момент на валу, развиваемый неперевозбужденным двигателем, должен быть больше момента нагрузки. В противном случае двигатель начнет тормозиться. Таким образом, для обеспечения требуемого или нормативного запаса по моменту с использованием известного преобразователя величина номинального напряжения устанавливается близкой к значению пускового напряжения, при котором осуществляют разгон роторов двигателей до синхронной частоты вращения и создают номинальную нагрузку на валу каждого двигателя. Для улучшения энергетических характеристик гистерезисных двигателей после выхода их из синхронизма процесс перевозбуждения повторяют. Коэффициент полезного действия ГД при этом достигает 77%, что значительно меньше, чем при управлении предлагаемым способом.
Технический результат заявляемого изобретения предусматривает повышение энергетических показателей синхронно-гистерезисных двигателей при реализации режима перевозбуждения за счет снижения величины номинального напряжения при сохранении нормативного запаса по моменту, т.е. более полное использование двигателей, входящих в технологическую линию.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе управления многодвигательным гистерезисным электроприводом, при котором запуск двигателей осуществляют путем разгона роторов всех двигателей до рабочей синхронной частоты вращения при уровне пускового напряжения питания, проводят постоянный контроль частоты вращения каждого ротора и сравнение ее с заданной рабочей, а номинальную нагрузку на валу каждого двигателя создают при наличии синхронности вращения каждого ротора, при сохранении синхронности вращения каждого ротора осуществляют перевозбуждение гистерезисных двигателей путем кратковременного увеличения напряжения до форсированного уровня, намагничивая роторы двигателей, и последующего его снижения до номинального уровня, при выходе любого или нескольких роторов из синхронизма процесс перевозбуждения повторяют, согласно предлагаемому изобретению в процессе перевозбуждения снижение напряжения с форсированного уровня осуществляют до глубокого понижения величины номинального напряжения, при котором запас электромагнитного момента перевозбужденного двигателя остается на уровне нормативного, как при создании номинальной нагрузки на валу двигателя, а при выходе любого или нескольких роторов из синхронизма перед повторением процесса перевозбуждения сначала увеличивают напряжение с номинального до уровня пускового напряжения и создают выдержку времени, необходимую для вхождения в синхронизм выпавших из синхронизма двигателей, восстанавливая нормативный запас по моменту.
Изобретение иллюстрируется следующими чертежами.
На фиг.1 приведена структурная схема многодвигательного электропривода, реализующая заявляемый способ управления.
На фиг.2 - временная диаграмма работы привода (для сравнения пунктиром показана диаграмма напряжения в случае управления по способу-прототипу).
э
н макс
На фиг.3 - график изменения электромагнитного момента двигателя М и максимальный момент нагрузки М.
На фиг.4 - график изменения КПД двигателя при регулировании напряжения и постоянной номинальной нагрузке на валу двигателя.
Устройство на фиг.1 содержит N технологических объектов 1 с приводными синхронными гистерезисными двигателями 2 и датчиками частоты вращения 3. Обмотки двигателей 2 через общую цепь питания 4 и фильтр 5 подключены к инвертору 6. Последний через звено постоянного тока 7 и выпрямитель 8 соединен с питающей сетью. Система управления инвертором 6 содержит типовой набор блоков, осуществляющих регулирование частоты и широтно-импульсное регулирование напряжения, а именно блок драйверов 9, блок широтно-импульсной модуляции (ШИМ) 10, распределитель импульсов 11, задающий генератор 12. Регулятор напряжения 13 входами 14 и 15 соединен с датчиком напряжения на выходе фильтра 5, а выходом 16 подключен к управляющему входу блока широтно-импульсной модуляции 10. В свою очередь управляющий вход 17 регулятора напряжения 13 соединен с выходом блока выдержки времени 18, вход которого подключен к блоку 19 контроля частоты вращения двигателей. Входы последнего соединены с датчиками частоты вращения 3 и при необходимости с выходом распределителя импульсов 11, который может выполнять дополнительную роль задатчика синхронной частоты. Дополнительный выход 20 блока выдержки времени предназначен для подключения блока сигнализации несинхронного вращения (не показан) ротора любого гистерезисного двигателя 2.
Способ управления многодвигательным гистерезисным электроприводом в соответствии с настоящим изобретением осуществляется следующим образом.
1
2
3
1
2
3
п
п
н
3
п
эп
н.ном.
Группа объектов 1 с помощью двигателей 2 при подключении к инвертору напряжения 6 разгоняется каким-либо принятым из известных способом, например частотным способом с дискретным регулированием частоты: f, f, f (фиг.2). Соответственно регулируется с помощью блока ШИМ 10 напряжение U, U, U=U, где U - напряжение в конце пуска. Двигатели спроектированы так, что при номинальной частоте f=f с напряжением питания U после входа в синхронизм развивают электромагнитный момент М (фиг.3), достаточный для поддержания синхронности вращения двигателей при номинальной нагрузке М В то же время уровень намагниченности роторов и уровень потока в двигателях значительно меньше максимально возможного. Двигатели работают в синхронизме без перевозбуждения, имея достаточно низкий КПД (55÷62%).
ф
эп
эф
п
опр
эп
н
эп
н.ном
Для повышения КПД необходимо перевозбудить двигатели. Блок контроля частоты вращения 19 после достижения всеми двигателями синхронной частоты вращения формирует задание в регулятор напряжения 17 повысить напряжение до форсированного уровня U в течение нескольких периодов питания (3-5 и более), что приведет к увеличению тока в фазах двигателя и намагничиванию ротора. Максимальный электромагнитный момент, который способен развить каждый СГД, увеличится с М до М. При снижении напряжения до начального уровня U величина момента опрокидывания М будет значительно больше М, т.е. запас по моменту возрос. Это позволяет снизить дополнительно рабочее напряжение до номинального уровня U, сохраняя прежний нормативный запас по моменту ΔМ=М-М.
КПД двигателей достигает предельных значений при cosφ>0,7.
н
н
п
ф
н
Если по каким-либо причинам при напряжении питания, равном U, один или несколько двигателей выходят из синхронизма, то это фиксируется блоком контроля частоты вращения 19 и формируется команда на повышение напряжения с уровня U до U. Это реализует регулятор напряжения 13 с помощью блока ШИМ 10. Блок выдержки времени 18 задает интервал времени Δt, достаточный для доразгона выпавшего из синхронизма двигателя или группы двигателей. Если по истечении времени Δt двигатели вошли в синхронизм, то повторяется процедура намагничивания с увеличением напряжения до уровня U и последующим его снижением до номинальной величины U.
н
При необходимости значение U может быть изменено после вмешательства оператора в систему управления, т.е. в ручном режиме.
п
Если при напряжении питания U двигатель не входит в синхронизм в течение времени Δt, то блок 18 формирует на выходе 20 сигнал на отключение данного двигателя, что осуществляется оператором.
В данном способе управления многодвигательным гистерезисным электроприводом за счет реализации намагничивания с последующим глубоким снижением напряжения до уровня, при котором сохраняется нормативный запас по моменту, повышается КПД (фиг.4) синхронно-гистерезисного двигателя, что увеличивает общий КПД электропривода. Проведенные испытания показали, что коэффициент полезного действия гистерезисного двигателя при этом достигает (87-90)%.