Устройство для регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ-, содержащее тиристорный коммутатор и блок управления, входы которых предназначены для подключения к шинам питания, тахогенератор , предназначенный для соединения с валом электродвигателя, генератор импульсов и блок сравнения, один вход которого соединен с первый выходом блока управления, а второй - с выходом тахогенератора, блок усилителей, выходом подключенный к управлякнцему входу тиристорного коммутатора , блок датчиков тока, одни входы которого предназначены для подключения к фазным выводам асинхронного электродвигателя, а другие связаны с выходами тиристорного коммутатора , блок определения разности токов, один вход которого соединен с выходом блока датчиков тока, а другой - со вторым выходом блока управления , отличающееся тем, что, с целью повышения его КПД. путем исключения несимметрии токов в фазах электродвигателя, в него введены последовательно соединенные между собой блок сумматоров с тремя входами, второй блок сравнения и пороговый элемент , блок управления снабжен дополнительными входами и выходами, первый вход блока сумматоров соединен с выходом блока определения разности токов, а второй вход - с третьим выходом блока управления, реверсивный счетчик, два цифро-аналоговых преобразователя и второй генератор импуль сов, две И с тремя входами, блок регистров и блок счетчиков с четырьмя входами, выходом соединенный с одним входом блока усилителей и дополнительным входом блока управления , первый вход блока счетчиков соединен с выходом первого генератора импульсов, второй и третий входы блока счетчиков связаны соответственно с четвертым и пятым выходами блока управления, четвертый вход блока счетчиков подключен к выходу реверсивного счетчика, входу первого цифро-аналогового преобразователя и одному входу блока регистров, два других входа которого соединены с шестым и седьмым выходами блока управ;ления , выход,, блока регистров соединен с первым входом второго цифроаналогового преобразователя, второй вход которого подключен к восьмому выходу блока управления, а выход к третьему входу блока сумматоров, девятый выход блока управления соединен с первыми входами схем И, вторые входы которых соединены с выходом порогового элемента, третьи входы - с выходом второго генератора импульсов, выходы схем И подключены к входам реверсивного Jcчeтчикa, второй вход блока усилителей связан с выходом первого блока сравнения, а выход первого цифро-аналогового преобразователя - со вторым входом второго блока сравнения.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

5(511 Н 02 Р 7/42

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ. ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ вЂ” ----- — -- — - ) (21) 2718214/24-07 (22) 29.01.79 (46) 07.04.83, Вюл. 9 13 (72) И.Л .Прощин (53) 62.13. 621. 313.333. 072. 9 (088.8) (56) 1. Патент ФРГ Р 2550961, кл. Н 02 P 7/62, 1977.

2; Патент Японии Р 52-37166, кл. 55 С 22, 1977. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ АСИНХРОННОГО

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ, содержащее тиристорный коммутатор и блок управления, входы которых предназначены для подключения к шинам питания, тахогенератор, предназначенный для соединения с валом электродвигателя, генератор импульсов и блок сравнения, один вход которого соединен с первьм выходом блока управления, а второй - с выходом тахогенератора, блок усилителей, выходом подключенный к управляющему входу тиристорного коммутатора, блок датчиков тока, одни входы которого предназначены для под. ключения к фазным выводам асинхронного электродвигателя, а другие связаны с выходами тиристорного коммутатора, блок определения разности токов, один вход которого соединен с выходом блока датчиков тока, а другой - со вторым выходом блока управления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения его КПД путем исключения несимметрии токов в фазах электродвигателя, в него введены последовательно соединенные между собой блок сумматоров с тремя входами, второй блок сравнения и пороговый элемент, блок управления снабжен допол„,Я0„„1010713 А нительными входами и выходами, первый вход блока сумматоров соединен с выходом блока определения разности токов, а второй вход — с третьим выходом блока управления, реверсивный счетчик, два цифра-аналоговых преобразователя и второй генератор импуль сов, две схемы И с тремя входами, блок регистров и блок счетчиков с четырьмя входами, выходом соединенный с одним входом блока усилителей и дополнительным входом блока управления, первый вход блока счетчиков соединен с выходом первого генератора импульсов, второй и третий входы блока счетчиков связаны соответствен но с четвертым и пятым выходами бло- Е ка управления, четвертый вход блока счетчиков подключен к выходу реверсивного счетчика, входу первого цифра-аналогового преобразователя и одному входу блока регистров, два других входа которого соединены с шестым и седьмым выходами блока управ;ления, выход., блока регистров соединен с первым входом второго цифроаналогового преобразователя, второй вход которого подключен к восьмому выходу блока управления, а выходк третьему входу блока сумматоров, девятый выход блока управления соединен с первыми входами схем И, вторые входы которых соединены с выходом порогового элемента, третьи входы — с выходом второго генератора импульсов, выходы схем И подключены к входам реверсивного, счетчика, второй вход блока усилителей связан с выходом первого блока сравнения, а выход первого цифра-аналогового преобразователя « со вторым входом второго блока сравнения.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в регулируемых асинхронных электроприводах с фановым управлением, находящих применение в текстильной промыш" ленности, 5 .Известно устройство для регулиро" вания скорости, асинхронного электродвигателя, содержащее тиристорный коммутатор и два трансформатора тока, включенные н статорныв обмотки двигателя, логическое устройство, свя» эанное через импульсные генераторы

q тиристорным коммутатором, блок задания и связанный с ним блок обратной связи по скорости, а также блок 15 токоограничения, входы которого соединены с трансформаторами тока, а выход - с логическим устройством, второй вход которого подключен к выходу блока обратной связи по скорос- 2О ти (1) .

Недостатки известного устройства низкий кпД и повышенные потери в электродвигателе.

Наиболее близким к предлагаемому 25 по технической сущности является уст. ройство регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя, содержащее тиристорный комиутатор и блок датчиков тока, включенные в статорныв обмотки электродвигателя, блок сравнения и связанный с нэпом двигателя тахогенератор, выход которого соединен с входом блока сравнения, фазовый блок, один из входов которого подключен. к выходу блока сравнения, блок управления, входМ которого соединены с шинами питания, а выходы — с входами блока сравнения и фазового блока, связанный с блоком управления и блоком датчиков тока блок определения разности токов, генератор, выход которого подсоединен к фаэоному блоку и блок усилителей, причем входы блока усилителей подключены к выходам фазового блока, а 45 выходы - к управлякицим входам тиристорного коммутатора (2).

Повышенные потери и нагрев регулируемого асинхронного двигателя обусловлены несимметрией токов в фа- 5Q зах, являющейся следствием естественного разброса характеристик полупроводниковых вентилей и нвсимметрии асинхронного двигателя, сетевого напряжения, синхронизируницих импульсов между отдельными фазами, что снижает

КПД устройства.

Цель изобретения - повышение КПД путем исключения несимметрии токон в фазах асинхронного элвктроднигате" 60 ля.

Укаэанная цель достигается тем, что в устройство для регулирования частоты вращения асинхронным электродвигателем, содержащее тиристорный 65 коммутатор и блок управления, входы которых предназначены для подключения к шинам питания, тахогенератор, предназначенный для соединения с валом электродвигателя, генератор импульсов и блок сравнения, один вход которого соединен с первым выходом блока управления, а другой - с выхо-. дом тахогенератора, блок усилителей, выходом подключенный к управляющему

I входу тиристорного коммутатора, блок датчикон тока, одни нходы которого предназначены для подключения к разным выводам асинхронного электродви" гателя, а другие связаны с выходами тиристорного коммутатора, блок определения разности токов, один вход которого соединен с выходом блока датчиков тока, а другой - со вторым выходом блока управления, введены последовательно соединенные между собой блок сумматоров с тремя входами, второй блок сравнения и пороговый элемент, блок управления снабжен дополнительными нходами и выходами, первый вход блока сумматорон соединен с .выходом блока определения разности токов, второй вход - C трвтьим выходом блока управления, ренерсинный счетчик, дна цифро-аналоговых преобразователя и второй генератор импульсон, дне схемы И с тремя входами, блок регистров и блок счетчиков с четырьмя входами, выходом соединенный с одним входом блока усилителей и дополнительным входом блока управления, первый вход блока счет"

I чиков соединен с ныходом первого ге, нератора импульсов, второй и третий входы блока счетчиков связаны соот нетстненно с четвертым и пятым выходами блока управления, четвертый вход блока счетчиков подключен к выходу реверсивного счетчика, входу первого цифро-аналогового преобразователя и одному входу блока регистров, дна других входа которого соединены с шестым и седьмым выходами блока управления, выход блока рвгистрон соединен с первым входом второго цифро-аналогового преобразователя, второй вход которого подключен к вось мому выходу блока управления, а выход — к третьему входу блока суммато" рон, девятый выход блока управления соединен с первыми входами схвм И, вторые входы которых соединены с вы" ходом порогового элемента, третьи входы — с выходом второго генератора импульсов, выходы схем И подключены к входам реверсивного счетчика, второй вход блока усилителей связан с выходом первого блока сравнения, а выход первого цифро-аналогового преобразователя - co вторым входом второго блока сравнения, 1010713

На фиг. 1 представлена блок схема устройства для управления асинхронным электродвигателем; на фиг. 24 - эпюры напряжений, поясняющие работу устройства.

Устройство для регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя содержит тиристорный коммутатор 1 и блок 2 датчиков тока, одни входы которого предназначены для подключения к фаэным выводам асинхронного электродвигателя 3, а другие связаны с выходами тиристорного коммутатора, а также блок 4 управления. Тиристорный коммутатор и блок управления предназначены для 15 подключения к шинам источника питания. На валу асинхронного электродвигателя установлен тахогенератор 5.

Устройство также содержит генератор б импульсов и блок 7 сравнения, один вход которого соединен с первым вы-. ходом блока 4 управления, а второй— с выходом тахогенератора. Выход блока

8 усилителей подключен к управляющему входу туристорного коммутатора.

Один вход блока 9 определения разности .токов соединен с выходом блока датчиков тока, а другой вход - co вторым выходом блока управления, снабженного дополнительными входом и выходами. В устройство введены последовательно соединенные между собой блок 10 сумматоров, снабженный тремя входами, второй блок 11 сравнения и пороговый элемент 12. Первый вход блока 10 сумматоров соединен с выхо.дом блока 9 определения разности токов, второй вход — с третьим выходом блока управления. Кроме того, в уст- ройство введены реверсивйый счетчик

13, два цифро-аналоговых преобразова- 40 теля 14 и 15, второй генератор 16 им1пульсов, две схемы И 17 и 18 с тремя входами, блок 19 регистров и блок 20 . счетчиков, имеющий -четыре входа.Выход блока 20 счетчиков соеди- 45 нен с одним входом блока 8 уси-. лителей и дополнительным входом блока 4 управления. Первый вход блока

20 счетчиков соединен с выходом первого генератора б импульсов, второй и третий входы блока 20 счетчиков связаны с четвертым и пятым выходами блока 4 управления соответственно. четвертый вход блока 20 счетчиков пОдключен к выхОду РеверсивнОГО счет 55 чика 13, входу первого цифро- аналогового преобразователя 14 и одному входу блока 19 регистров, два других входа которого соединены с шестым и седьмым выходами блока 4 управления. Выход блока 19 регистров соединен с первым входом второго цифроаналогового преобразователя 15, второй вход которого подключен к восьмому выходу блока 4 управления. Выход цифро-аналогового преобразоватз- 65 ля 15 соединен.с третьим входом блока 10 сумматоров ° Девятый выход блока 4 управления подключен к первым входам схем И 17 и 18, вторые входы которых соединены с выходом порогового элемента 12, а третьи входы— с выходом второго генератора 16 импульсов ° Выходы схем И 17 и 18 подключены к входам реверсивного счетчика 13. Второй вход блока 8 усилителей связан c выходом первого блока 7 сравнения, а выход первого цифро-аналогового преобразователя 14 со вторым входом второго блока 11 сравнения.

На эпюрах (фиг. 2 - 4) приняты следующие обозначения: 21 - 23 — напряжения П«, U g и U на статорных обмотках электродвигателя соответственно в фазах А, В и С; 24 — 26 — токи ip, ig, ip в статорных обмотках электродвигателя в фазах A В и С соответственно; 27 - 31 - выходные напряжения блока определения разности токов, пропорциональные разности между положительной полуволной тока фазы A .и отрицательными полуволнами фаз В и С соответственно; 32 - 36 .сигналы с блока управления,обеспечивающие прохождение кода на вход цифро-аналогового преобразователя 15 с регистра блока 19 фазы А, В, В, С и С соответственно; 37 — управляющий сигнал с выхода блока управления для ! синхронизации работы схем И 17 и 18, 38 — 47 — сигналы сброса и занесения соответственно фаз Aà В, В, С и С;

48 — 50 — синхронизирующие импульсы, совпадающие с моментами перехода напряжений в фазах A В и С через ноль соответственно; 51 — 56 - импульсы, определяющие моменты включения тирис" торов тиристорного коммутатора lg

57 — 59 — управляющие импульсы тиристоров в фазе,А В и С соответственноу

60 — выходное напряжение цифроанало гового преобразователя 15; 61 - напряжение на выходе порогового элемен-. та 12; 62 — импульсы на выходе генератора 16 импульсов 63 — выходное напряжение цифро-аналогового преобразователя 14.

В верхней части фиг. 2 - 4 показа- на ось времени.

Углы включения тиристоров, пропускающих на электродвигатель положитель. ные полуволны входного напряжения фаз

A, и С,обозначены Ж<, e z и о э, а углы включения тиристоров, пропускающих отрицательные полуволны входного напряжения фаз A В и С вЂ” a(«f им«соответственно.

Изменение угла включения положительной полуволны входного напряже" ния фазы A К происходит непосредственно по результату сравнения текущего значения частоты вращения и заданного.

1010713

Значения углов включения h >, сГ .,,41, Ж и о73 определяющих моменты начала протекания тока н соответствующей фазе, корректируются по результату сравнения значений токов н фазах двигателя с величиной положительной полуволны тока фазы А таким образом, чтобы .свести разность токов между положительной и отрицательной полуволнами н каждой Фазе и между фазами к нулю.

Устройство работает следующим образом, Сигнал, пропорциональный скорости вращения ротора двигателя, с ныхода тахогенератора 5 сравнивается н блоке 15

7 сравнения с. заданным. Выходной сигнал 56 (фиг. 3) схемы сравнения определяет угол включения тиристора н фазе А, пропускающего положительную полунолну тока 21 (фиг, 2). 20

В блоке 2 датчиков тока формируются напряжения, величина которых пропорциональна значениям токов 23 — 25 (фиг. 2) в фазах А, В и С, а в блоке

9 выделяются наг,ряжения, пропорцио- 75 нальные разности между положительной полуволной тока фазы А и отрицательными полуволнами фаз А, В и С и положительными полуволнами (выходные напряжения 27 — 31). Эти напряжения складываются в блоке сумматоров 10 с соответствующим выходным напряжением

60 (фиг. 4) цифро-аналогового преобразователя 15, пропорциональным текущим углам включения o -q, М о. и Ы соответствующих тиристорон.

I1o сигналам 32 - 36 (фиг, 3) с блока 4 управления на вход цифро-аналогового преобразователя 15 подается код только с того регистра блока 19, н котором записана информация о значении угла включения, корректируемого н текущий момент времени, а на вход блока 10 сумматоров поступает напряжение с выхода цифра-аналогового преобразователя 15 и напряжение, пропор- 45 циональное разности между положительной полуволной тока фазы А и соответствующей полунолной тока фазы, угол включения тиристора в которой корректируется в данный момент. 50

Например, в период времени gt t на сумматоре 10 суммируются выходное напряжение 31, пропорциональное разности между положительными полуволнами фаз А и С, и выходное напряжение 60,пропорциональное коду угла включения фазы С,так как с блока 4 Управления в это время на блок 9 и цифро-аналоговый преобразонатель 15 поступает разрешающий сигнал 35.

Напряжение с выхода блока 10 сумматоров последовательно сравнивает/ ся с напряжением, пропорциональным записанному в счетчик 13 коду s блоке 11 сравнения. Результат сравне.ния поступает на пороговый элемент 65

LZ, Если значение напряжения с выхо да блока 10 в данный момент превышает напряжение с выхода цифро-аналогового преобразователя, то пороговый элемент 12 переключается н единичное состояние, схема И 17 откры" вается, а схема И 18 закрывается и ренерсивный счетчик 13 работает в режиме сложения импульсов 62 с выхода генератора 16. Код на его выходе, а следовательно, и напряжение на выходе цифро-аналогового преобразовате ля 14 увеличивается до момента равен. ства напряжений на входах блока 11 сравнения. Дальнейшее увеличение напряжения с цифро-аналогового преобра. эователя 14 приводит к переключению порогового элемента 12 в нулевое сос тояние. Схема И 17 закрывается, а схема И 18 открывается, реверсивный счетчик 13 начинает работать на нычитание. Код на его выходе и напря>кение на ныходе цифро-аналогового преобразователя 14 уменьшаются, Таким образом, напряжения на входах блока 11 сравнения поддерживаются равными, а следовательно, и код в счетчике 13 оказывается пропорциональным напрях<ению с выхода блока 10 сравнения, так как равное последнему напряжение с выхода цифро-аналогового преобразователя 14 пропорционально коду в счетчике 13.

В связи с тем, что работа устройства при коррекции всех углов включения тиристорон протекает идентично, Рассмотрим Работу Устройства, например, при коррекции угла ag включения тиристора в отрицательной полуволке тока фазы С.

В момент включения отрицательной полуволны (напряжения 23 фиг. 2) фазы С t((фиг. 3) переполнится соответствующий счетчик блока 20 счетчиков и с задержкой, равной t <=5 (фиг. 3) мс, с выхода блока управления на входы блока 10 сравнения и цифро.".аналогового преобразователя 15 поступит сигнал, разрешающий сложение напряжений, пропорциональных углу включения М и разности отрицательной полуволны тока фазы С и по-. ложительной полуволны тока фазы А.

Одновременно разрешается работа схем

И 17 и 18. В ренерсинный счетчик 13 записывается скорректированный код, C задержкой t 2 (фиг, 3), необходи" мой для прохрждения током фазы С максимума, на в оды схем И 17 и 18 поступает управляющий сигнал 37, сбрасынается соответствующий регистр блока 19 и счетчик генератора 16 импульса. Следующим импульсом сигнала сбро,са 47 код с реверсивного счетчика 13 ,переписывается в вышеупомянутый регистр и соответствующий счетчик блока 20. Этим сигналом сбрасывается соответствующий детектор блока 5 определенная разности токов.. Далее работа устройства повторяется и для других полуволн тока фаз.

Следовательно, в регистре блока

19 и счетчике блока 20 оказываются записанными скорректированные коды угла включения К . Причем, если величина положительной полуводны тока фазы A больше отрицательной-фазы С, то и код, записанный в счетчик и регистр, больше предыдущего, если нао- ® борот, то меньше. По сигналу с выхода блока управления счетчик фазы С блока 20 начинает подсчитывать импульсы с выхода генератора 6 импульсов. 15

При переполнении счетчика на его выходе возникает импульс 55, который, . перераспределяется и усиливается соответствующими усилителями блока 8.

Включаются соответствующие тиристоры „-@ тиристорного коммутатора.

Если код, записанный в счетчик, увеличивается, то угол включения тиристора аз уменьшается, так как счетчик блока 20 переполняется быстрее 25 (количество импульсов, которое должно поступить для полного заполнения счетчиков, уменьшается), величина отрицательной полуволны тока фазы С увеличивается, прнближаясь.к величине положительной* полуволны тока фазы A. Работа устройства для регулирования.. частоты вращения асинхронного двигателя основывается на том, чтобы свести разность токов между положительной и отрицательной полуволными в каждой фазе и между фазами к нулю. б

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает, независимо от величины несимметрии и причины, ее вызывающей (несимметрия.сетевого напряжения, несимметрия асинхронно- . го двигателя, естественный, разброс характеристикйполупроводииковых вентилей, несимметрия синхронизирующих импульсов между отдельными фазами)> одинаковые токи в фазах с исключением в них постоянной -составляющей, что позволяет избежать дополнительных потерь и нагрева асинхронного электродвигателя, а следовательно, улучшить его механические характеристики и повысить КПД-и надежность.

1010713

1010713

1010713

Составитель A,Ãîëos÷åíêî

Редактор Л.Пчелинская Техред М.Тепер Корректор А,Дзятко

Подписное

Заказ 2501/42 Тираж 685

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент, r.Óærîðoä, ул.Проектная, 4