Устройство для регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя

 

Использование: в. частотно-регулируемых электроприводах переменного тока с асинхронным электродвигателем Сущность изобретения: устройство содержит преобразователь 1 частоты с выходными зажимами переменного тока, предназначенными для подключения к асинхронному двигателю 2, датчики 3, 4, 5 тока фаз статора , блок 6 управления силовыми ключами преобразователя 1 частоты, входные зажимы которого связаны через регуляторы тока 7,8,9с датчиками 3, 4, 5 тока фаз статора и через преобразователь 10 фаз с выходными зажимами блока 11 формирования синусоидальных сигналов задания тока фаз статора, связанного первым входом с выходом блока 12 задания частоты тока фаз статора, вторым входом - с выходом блока 13 задания амплитуды активной составляющей тока фаз статора, снабженного регулятором 14 скольжения, один из входов первого суммирующего усилителя 17 связан через выпрямитель 18с выходом задатчика 15 частоты вращения, а выход через диод 19-с первым входом второго суммирующего усилителя 20, выпрямитель 21. пороговый элемент 22, диод 23, множительный блок 24, сумматор 25, первый вход которого подключен, например , через терморезистор 26 к источнику смещения первого усилителя 17, второй его вход через пороговый элемент 22 и выпрямитель 18 к выходу задатчика 15 частоты вращения, а выход через диод 23 связан с первым входом множительного блока 24, второй вход которого подключен к выходу регулятора 14 скольжения и входу выпрямителя 21, а выход - к второму входу блока 12 задания частоты тока фаз статора и второму входу блока 13 задания амплитуды активной составляющей тока фаз статора, причем выход выпрямителя 21 связан с третьим входом второго суммирующего усилителя 20, четвертый вход которого связан с пороговым элементом 22. 2 ил. (Л С XI Јь О СЛ О VI

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sl)s Н 02 P 7/42

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4840325/07 (22) 15.06.90 (46) 07.07.92,Бюл. N. 25 (71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт релестроения (72) В,Ф.Шепелин (53) 621.313 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N. 1614089, кл. Н 02 P 7/42, 1988, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ

ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ АСИНХРОННОГО

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ (57) Использование: в. частотно-регулируемых электроприводах переменного тока с . асинхронным электродвигателем, Сущность изобретения: устройство содержит преобразователь I частоты с выходными зажимами переменного тока, предназначенными для подключения к асинхронному двигателю 2, датчики 3, 4, 5 тока фаз статора, блок 6 управления силовыми ключами . преобразователя 1 частоты, входные зажимы которого связаны через регуляторы тока

7, 8, 9 с датчиками 3, 4, 5 тока фаз статора и через преобразователь 10 фаз с.выходными зажимами блока 11 формирования синусоидальных сигналов задания тока фаз статора, Изобретение относится к электротехнике, в частности к области частотно-регулируемого электропривода переменного тока с асинхронным электродвигателем, Известено устройство для регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя; содержащее преобразователь частоты и асинхронный электродвигатель, в Ы 1746507 А 1 связанного первым входом с выходом блока

12 задания частоты тока фаз статора, вторым входом — с выходом блока 13 задания амплитуды активной составляющей тока фаз статора, снабженного регулятором 14 . скольжения, один из входов первого суммирующего усилителя 17 связан через выпрямитель 18 с выходом задатчика 15 частоты вращения, а выход через диод 19 — с первым входом второго суммирующего усилителя

20, выпрямитель 21, пороговый элемент 22, диод 23, множительный блок 24, сумматор

25, первый вход которого подключен, например, через терморезистор 26 к источнику смещения первого усилителя 17, второй его вход через пороговый элемент 22 и выпрямитель 18 к выходу задатчика 15 частоты вращения, а выход через диод 23 связан с первым входом множительного блока 24, второй вход которого подключен к выходу. регулятора 14 скольжения и входу выпрямителя 21, а выход — к второму входу блока 12 задания частоты тока фаз статора и второму входу блока 13 задания амплитуды активной составляющец тока фаз статора, причем выход выпрямителя 21 связан с третьим входом второго суммирующего усилителя 20, четвертый вход которого связан с пороговым элементом 22. 2 ил. котором выполняется закон регулирования напряжения и частоты 0 f=corist.

Недостатками такого устройства являются малый рабочий диапазон регулирования выходной частоты преобразователя (5-60 Гц), малый рабочий диапазон регулирования частоты вращения электродвигателя с учетом точности ее поддержания (5 — 7), 1746507

55. a также отсутствие пускового момента и перегрузки при трогании электродвигателя.

Известно также устройство для регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя с повышенным пусковым моментом и повышенным диапазоном регулирования частоты вращения, в котором заложен принцип частотно-токового управления асинхронным двигателем.

Устройство для регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя содержит силовой блок преобразователя частоты, выходные зажимы переменного тока которого предназначены для подключения к зажимам асинхронного электродвигателя, а входные — к зажимам промышленной сети, блок формирования задания частоты вращения, блок управле-. ния силовыми ключами преобразователя частоты, входные зажимы которого связаны через регуляторы тока с датчиками тока фаз статора и непосредственно или через преобразователь фаз с выходными зажимами блока формирования синусоидальных сигналов задания тока фаз. статора двигателя, связанного первым входом с выходом блока задания частоты тока фаз.статора двигателя, вторым входом с выходом блока задания амплитуды активной составляющей тока фаз статора, один из выходов которого соединен с выходом блока формирования задания частоты вращения, а другой — с датчиком обратной связи, диод и два суммирующих усилителя, образующих узел формирования амплитуды реактивной составляющей тока статора, один из входов первого усилителя соединен непосредственно (в нереверсивном электроприводе) ипи через выпрямитель (в реверсивном электроприводе) с выходом блока задания частоты вращения, а выход — через диод с первым входом второго суммирующего усилителя, выход которого связан с третьим входом, являющимся каналом задания амплитуды реактивной составляющей тока статора, блока формирования сигналов задания частоты и тока фаз статора, вторые входы суммирующих усилителей соединены с источниками смещения.

Силовой блок содержит неуправляемый силовой выпрямитель, конденсатор фильтра, разрядный резистор, ключ, обратный диодный мост, блок ключей инвертора. Блок формирования сигналов задания частоты и тока фаз статора двигателя состоит из программируемых запоминающих устройств (функций синуса и косинуса), преобразователей код — аналог, сумматоров, Блок задания частоты тока статора двигателя состоит из последовательно соеди5

25 ненных сумматоров, преобразователя аналог — частота, счетчика импульсов. Блок задания амплитуды активной составляющей тока. статора двигателя содержит сумматоры, интегральный регулятор скольжения, выход которого связан с входами сумматоров и через резистор и параллельно ему включенную RC-цепочку с входом операционного усилителя.

Датчик обратной связи содержит датчик напряжения, выход которого связан с входом преобразователя фаз (трех в две), преобразователи код-аналог функций синуса и косинуса, входы задания амплитуды которых подключены к выходу преобразователя фаз, а кодовые входы — к выходу программируемых запоминающих устройств, инвертирующий усилитель и сумматор.

Устройство обеспечивает пуск торможение и регулирование частоты вращения вниз от номинальной при M=const и вверх от номинальной при U=const и f=var, Диапазон регулирования электродвигателя вниз от номинальной составляет обычно 1:10 и ограничивается влиянием падения напряжения от тока нагрузки на активных сопротивлениях фаз двигателя, которое на этих частотах вращения становится соизмеримым с величиной ЭДС вращения. Полной компенсации падения напряжения с помощью положительной обратной связи с выхода интегратора на вход сумматора, сигнал на выходе которого пропорционален активной составляющей тока нагрузки; достичь обычно не удается, так как величина активного сопротивления фаз двигателя в значительной степени зависит от температуры, а регулятор частоты вращения в этом режиме работает не эффективно.

Дпя частичного устранения указанного, недостатка в устройстве предусмотрено принудительное увеличение тока двигателя по каналу задания тока намагничивания с помощью элементов, которое осуществляется в области малых частот вращения в функции сигнала с выхода блока формирования задания частоты вращения, т.е. функции частоты вращения.

Однако из-за возможного перегрева обмоток двигателя установить постоянное значение тока фазы выше номинального по каналу тока намагничивания практически невозможно. Поэтому двигатель при низких частотах вращения плохо воспринимает перегрузку по моменту, что дополнительно ограничивает нижний диапазон регулирования частоты вращения. Диапазон регулирования частоты вращения выше номинальной во второй зоне с U=const и f=var также ограничивается требуемой перегруз174650? кой двигателя по моменту. поскольку критический момент электродвига геля зависит от уровня приложенного напряжения и частоты тока статора (пропорционален квадрату приложенного напряжения и обратно пропорционален квадрату частоты тока статора).

При этом частота тока статора зависит от задаваемой частоты вращения и не может быть изменена, а напряжение, прикладываемое к двигателю во второй зоне регулирования, в некоторой степени зависит от закона управления силовыми ключами инвертора, работающего в режиме ШИМ (широтно-импульсной модуляции), При этом в области малых и средних значений частот вращения, когда амплитуда напряжения на двигателе меньше амплитуды напряжения сети, на выходе инвертора имеется ток, повторяющий заданное синусоидальное значение, и система управления инвертора работает в режиме регулятора тока.

При номинальной частоте вращения электродвигателя и выше ее напряжения сети уже недостаточно для формирования полной синусоиды заданного тока, так как противоЭДС фазы двигателя становится близкой к максимальному значению напряжения сети, В этом случае системой автоматического регулирования отрабатываются лишь начальные отрезки синусоиды задания тока фазы двигателя (ключи инвертора работают в режиме ШИМ), а в верхней части синусоиды задания тока фаз ключи инвертора полностью открыты и к фазам двигателя прикладывается полное напряжение сети.

Истинное значение тока фазы на этом участке определяется круговой частотой вращения поля статора, от которой зависит полное индуктивное сопротивление двигателя, и величиной скольжения. При этом чем больше амплитуда задания тока фазы, тем более длителен участок открытого состояния ключей инвертора и тем большее среднее значение напряжения (за полупериод) прикладывается к фазе двигателя, а значит, создается больший ток намагничивания и критический момент электродвигатель возрастает.

В устройстве при работе электропривода во второй зоне сигнал с выхода блока формирования задания частоты вращения превышает сигнал с выхода датчика обратной связи и операционный усилитель интегрального регулятора скольжения находится в насыщении, выдавая максимальное задание активной составляющей тока фазы. В то же время суммирующий операционный усилитель, выходной сигнал которого является заданием тока намагничивания во второй зоне, по-прежнему выдает сигнал, соответствующий номинальному току намагничивания, который меньше задаваемого тока намагничивания двигателя в области малых

5 частот вращения. Поэтому на номинальной и выше номинальной частотах вращения на выходе инвертора имеется не максимально возможное напряжение и, соответственно, двигатель имеет не максимально возмож10 ный критический момент, который ограничивает момент допустимой перегрузки двигатель.

Целью изобретения является расширение диапазона регулирования частоты пу15 тем повышения перегрузочной способности двигателя в области малых и больших частот вращения.

В устройстве для регулирования частоты вращения асинхронного электродвигате20 ля второй суммирующий усилитель снабжен третьим и четвертым входами, дополнительно введены выпрямитель, пороговый элемент, диод, множительный блок, сумматор, первый вход которого подключен к источни25 ку.смещения первого усилителя, второй его вход через введенный пороговый элемент и выпрямитель связан с выходом задатчика частоты вращения, а выход через введенный диод — с первым входом множительного

30 блока, второй вход которого подключен к выходу регулятора скольжения блока задания амплитуды активной составляющей тока фаз статора и входу введенного выпрямителя, а выход — к второму входу

35 блока задания частоты тока фаз статора и второму входу блока задания амплитуды активной составляющей тока фаз статора,. причем выход введенного выпрямителя связан с третьим входом второго суммирующе40 го усилителя, четвертый вход которого связан с пороговым элементом.

Сущность устройства заключается в том, что за счет введения выпрямителя, порогового элемента (стабилитрона), суммато45 ра, диода и множительного устройства и их оригинальной связи осуществляется в функции температуры электродвигателя коррекции положительной обратной связи по активной составляющей тока нагрузки и до-

50 полнительной составляющей по частоте скольжения, увеличение составляющей тока намагничивания в функции тока нагрузки, а также увеличение наряду с активной составляющей задания тока статора и его реактив55 ной составляющей до предельного значения при работе электродвигателя во второй зоне при одновременном снижении добавки по частоте скольжения.

Благодаря введенным элементам и их связям происходит изменение положитель1746507 преобразователя 1 частоты, входные зажимы которого предназначены для подключе- 35

55 ной обратной связи по активной составляющей тока двигателя в функции температуры двигателя, что позволяет более точно компенсировать падение напряжения на активном сопротивлении фаз двигателя, повысив тем самым жесткость механических характеристик двигателя, а значить, и расширить диапазон регулирования частоты вращения. Кроме того, в функции нагрузки (сигнала на выходе регулятора скольжения) происходит наряду с увеличением активной составляющей и увеличение составляющей тока намагничивания, что повышает максимальный момент электродвигателя в области малых частот вращения, в увеличение задания активной и реактивной составляющих в функции частоты вращения во второй зоне повышает напряжение на зажимах электродвигателя, а значит, перегрузку во второй зоне, что также расширяет диапазон регулирования частоты вращения.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства для регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя; на фиг, 2 — временные диаграммы, поясняющие работу устройства, Устройство для регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя (фиг. 1) содержит преобразователь 1 частоты с выходными зажимами переменного тока, предназначеными для подключения к асинхронному двигателю 2, датчики 3 — 5 тока фаз статора, включенные на выходе ния к питающей сети, блока 6 управления силовыми ключами преобразователя частоты, входные зажимы которого связаны через регуляторы 7 — 9 тока с датчиками тока фаз статора и через преобразователь 10 фаз (двух в три) с выходными зажимами блока 11 формирования синусоидальных сигналов задания тока фаз статора, связанного первым входом с выходом блока 12 задания частоты тока фаз статора, вторым входом— с выходом блока 13 задания амплитуды активной составляющей тока фаз статора, снабженного регулятором 14 скольжения, один из входов которого соединен с выходом задатчика 15 частоты вращения, а другой — с выходом датчика 16 обратной связи, входы которого предназначены для подключения к фазам статора, один из входов первого суммирующего усилителя 17 связан через выпрямитель 18 с выходом задатчика

1.5 частоты вращения и первым входом задатчика 12 частоты тока фаз статора, а выход через диод 19 — с первым входом второго суммирующего усилителя 20, выход которого связан с входом задания амплиту5

30 ды реактивной составляющей тока статора блока 11 формирования синусоидальных сигналов задания тока фаз статора, вторые входы суммирующих усилителей 17 и 20 соединены с источниками смещения U>, Uz, вновь введенные выпрямитель 21, пороговый элемент 22, диод 23, множительный блок 24, сумматор 25, первый вход которого подключен, например, через термореэистор

26 делителя к источнику U> смещения первого усилителя, второй его вход через введенный пороговый элемент 22 и выпрямитель 18 связан с выходом задатчика 15 частоты вращения, а выход через введенный диод 23 — с первым входом множительного блока 24, второй вход которого подключен к выходу регулятора 14 скольжения блока 13 задания амплитуды активной составляющей тока фаз статора и входу введенного выпрямителя 21, а выход — к второму входу блока 12 задания частоты тока фаз статора и второму входу блока 13 задания амплитуды активной составляющей тока фаз статора, причем выход введенного выпрямителя 21 связан с третьим входом второго суммирующего усилителя

20, четвертый вход которого связан с пороговым элементом 22, Преобразователь 1 частоты содержит неуправляемый силовой выпрямитель 27, конденсатор 28 фильтра, разрядный резистор 29, ключ 30, обратный диодный мост 31, блок 32 ключей инвертора.

Блок 11 формирования синусоидальных сигналов задания тока фаз статора двигателя состоит из программируемых запоминающих устройств (функций синуса и косинуса) 33 и 34, преобразователей код— аналог 35-38, сумматоров 39 и 40.

Задатчик 12 частоты тока фаз статора двигателя состоит из последовательно соединенных сумматоров 41, преобразователя

42 аналог-частота, счетчика 43 импульсов.

Блок 13 задания амплитуды активной составляющей тока фаз статора двигателя содержит сумматоры 44 и 45, интегральный регулятор 14 скольжения, выход которого связан через резистор и параллельно ему включенную RC-цепочку с входом операцион ного ус ил ител я 46.

Датчик 16 обратной связи содержитдатчик 47 напряжения, выход которого связан с входом преобразователя 48 фаз (трех в две), преобразователи 49 и 50 код — аналог функций синуса и косинуса, входы задания амплитуды которых подключены к выходу преобразователя фаз, а кодовые входы.— к выходу программируемых запоминающих устройств 33, 34, инвертирующий усилитель

51 и сумматор 52, 1746507

I,и д = I p m s in (l) t;

1,и и = 1,и ® sin (в с — );

2л

1ис =1,и, sin(sit+ );

2_#_

UA=-0m COS(В t + ф);

Ов=-Um соз(и) t — — З вЂ” + ф);

2л

Uc=-Um соз(гл t + + >/ ), 2л

UQ=UA= Um COS(О) t + t/r );

1,и sin О, 1,и cos О, + Um cos(вt+ — — + tP)j-2д.

= 0 sin(cwt+tP) )и sin 0, 1и з1п (0+

Блоки 49 — 52 реализуют математические 40 3 соотношения,и з1п (О ).

Usz=Um cos(et+t/i) cos c ) t+Um х з1п(вt+ф) sin àt= Um cos т/г.

При этом, если по фазам статора двигателя протекает намагничивающий ток, описываемый формулами то на выходе датчика 47 напряжения имеются сигналы, определяемые соотношениями

Преобразователь 48 фаз, выполняемый обычно на базе суммирующих операционных усилителей, имеет на выходе в качестве сигнала одной из двух фаэ сигнал фазы А а второй сигнал получается иэ соотношения

Up =-1/1Л(-Um соз(а t — — + t/r) +

2.7г

В указанных соотношениях Ip m — амплитуда тока намагничивания фаэ двигателя;

UA, 0в, Uc — синусоидальные сигналы, пропорциональные напряжениям на зажимах асинхронного двигателя; Ugy — напряжение на выходе датчика обратной связи; /г — угол сдвига между векторами напряжения и ЭДС фаз двигателя;

Устройство работает следующим образом.

B исходном состоянии схемы напряжения подается на блок 1 преобразователя частоты и цепи управления, но сигнал на выходе эадатчика 15 частоты вращения отсутствует, сигнал на выходе выпрямителя 18 равен нулю, а на выходе усилителя 17— отрицательный, пропорциональный напря5 жению смещения 01, Отрицательный сигнал с выхода усилителя 17 через диод 19 проходит на вход усилителя 20 и суммируется с напряжением смещения на его входе, увеличивая началь10 ный сигнал на выходе усилителя 20, являющийся сигналом задания амплитуды тока намагничивания двигателя, Сигнал на выходах регулятора 14 скольжения. множительном блоке 24 и блока 13

15 задания активной составляющей тока фаз статора двигателя также равен нулю, равна нулю и выходная частота преобразователя

42 аналог — частота, счетчик 43 импульсов не переключается, но его состояние соответст20 вует какому-то неизменному числу импульсов. Данному же числу импульсов соответствует и код синуса на выходе устройства 33, и код косинуса на выходе устройства 34..

25 При этом поскольку сигнал на выходе регулятора 14 сколь>кения равен нулю, то на выходе преобразователей 35 и,36 код-аналог сигнал также равен нулю, а на выходе преобразователей 37 и 38 соответственно

30 равен где Π— угол, соответствующий коду на выхо35 де счетчика 43 импульсов, а на выходах блока 10 преобразования фаз равен

45 В соответствии с уровнем этих сигналов регуляторами 7 — 9 тока поддерживается и ток в фазах двигателя. Причем в исходном состоянии схемы, поскольку частота равна нулю, по фазам двигателя протекает постоянный ток, который не создает вращающего момента и двигатель находится в неподвижном состоянии, Постоянный ток фаэ двигателя протекает по их активным сопротивлениям, вызывая появление на зажимах двигателя напряжения, которое через датчик 47 напряжения, преобразователь 48 фаз поступает на аналоговые входы преобразователей

49 и 50 код-аналог, на частотные входы ко1746507 торых подается сигнал с выхода программируемых запоминающих устройств 33 и 34.

При этом на выходах преобразователей 49 и 50 имеются соответственно сигналы

Ucg = — U сов 0; UP =Um sin 9; теля) и реактивной (уровень напряжения с выхода усилителя 20) составляющим тока статора в эквивалентном двухфазном двигателе.

Сигнал с выхода усилителя 20 определяется суммой трех входных сигналов — нэпря45 жения смещения Uz, сигнала с выхода регулятора 14 скольжения и сигнала с выхода усилителя 17, который определяется апгебраической суммой двух сигналов— напряжения смещения U< и сигнала с выхода выпрямитеЛя 18, суммируемого с противоположным знаком.

На выходах блоков 35-38 имеют сигналы задания активной и реактивной состав50

55 ляющих тока статора 8:двухфазной системе координат где U — амплИтуда фазного напряжения двигателя.

После суммирования соответствующих 10 инверсного и прямого сигналов на выходе сумматора 52 имеется сигнал "U cos 9" при одном заданном направлении вращения и

"-U cos 0" при другом заданном направлении вращения. 15

В рассматриваемом режиме при нулевой частоте, когда весь ток двигателя задается по каналу задания тока намагничивания, угол равен 90О, и проекция его на ось, совпадающую с вектором активного то- 20 ка, равна нулю, т.е. сигнал с выхода датчика

16 обратной связи равен нулю и датчик обратной связи не оказывает влияния на состояние регулятора 14 скольжения.

При появлении сигнала на выходе эадатчика 15 появляется и аналоговый сигнал на выходе регулятора 14 скольжения, а на выходе преобразователя 42 аналог-частота непрерывная последовательность импульсов, частота которых определяется уровнем 30 входного сигнала. Счетчик 43 начинает считать импульсы, изменяя код сигнала на выходе запоминающих устройств 33 и 34, запрограммированных на функции синуса и косинуса. При этом на выходе преобраэовэ-. 35 телей 35-38 частота — аналог появляются гармонические сигналы, амплитуды которых пропорциональны задаваемым значениям активной (уровень напряжения с выхода блока 13 задания амплитуды актив- 40 ной составляющей тока фаэ статора двига135=1a3 sin О) t; !36= 1аз cos сО t;!

37= I+ 3 s inC0 t; 138= I /4 3 Соэ N t.

После суммирования попарно активной и реактивной составляющих тока статора в сумматорах 39 и 40 на их выходах имеют

139=1(п эlп(c0 i + p); 14Q=Im со$(и t +(p), ; р = aretg 1>/1,и. где In =

В дальнейшем сигналы Isg и 14о, сдвинутые один относительно другого на 90 эл.град.. преобразуются в преобразователе

10 фэз в три сигнала, сдвинутые между собой на 120 эл,град., которые и используются в качестве сигналов задания тока фаэ статора асинхронного двигателя 1зд= I sin(cot+p);

bB=lm sin(в1+ р — );

2тг

3. + + 3

2л

В соответствии с уровнем задающих сигналов на выходе блока 10 в фазах асинхронного электродвигателя начинает протекать ток, появляется вращающий момент и двигатель разгоняется, При работе двигателя на установившейся заданной скорости сигнал с эадатчика частоты вращения равен сигналу обратной связи с выхода обратного координатного преобразователя и при холостом ходе двигателя сигнал на выходе регулятора скольжения мал.

При набросе нагрузки ток и напряжение в первый момент сохраняются постоянными, не меняется и сигнал обратной связи с выхода обратного координатного преобразователя. В этом случае скорость двигателя начинает снижаться и в таке фаз двигателя появляется активная составляющая, созда-вая вращающий момент, Одновременно, поскольку заданное значение тока не изменилось, уменьшается реактивная составляющая, т;е. уменьшается ток намагничивания, а значит, уменьшается и фаз ЭДС двигателя, уменьшая сигнал обратной связи с выхода обратного координатного преобразователя, Сигнал обратной связи уменьшается несколько в большей степени, чем снижается

ЭДС, так как одновременно с перераспределением активной и реактивной составляющих тока статора двигателя происходит поворот в пространство вектора ЭДС Iz, что

13

1746507

5

45

55 дополнительно снижает ее проекцию на ось, перпендикулярную прежнему вектору тока намагничивания, который теперь совпадает с полным током статора.

При уменьшении сигнала обратной связи нарушается баланс между ней и задающим сигналом с задатчика 15 и на выходе регулятора 14 скольжения появляется напряжение,.являющееся заданием на увеличение активной и реактивной составляющих тока статора, последние возрастают, увеличивая момент двигателя. Для уменьшения просадки скорости одновременно с увеличением активной составляющей тока статора увеличивается и его частота вследствие поступления сигнала с выхода множительного блока 24 на вход преобразователя 42 аналог — частота через сумматор 41. Имеющее место при этом увеличение сигнала обратной связи вследствие роста напряжения на двигателе компенсируется введением отрицательного сигнала с выхода множительного блока 24 на вход сумматора 45. который также компенсирует и увеличение напряжения за счет возрастания падения напряжения .на активных сопротивлениях фаз статора при росте активной составляющей тока нагрузки.

Постоянная времени интегрирования регулятора 14 должна выбираться близкой к электромагнитной постоянной времени всего контура регулирования тока статора. Для форсирования переходных процессов CAP в процессе отработки задаваемого уровня активной составляющей тока статора и стабилизации используется операционный усилитель 46, вход которого через пропорционально-дифференциальное звено (резистор с подключенной параллельно ему

RC-цепочкой) подсоединен к выходу регулятора 14 скольжения.

В первый момент пуска сигнал на входе операционного усилителя 20 равен сумме трех сигналов —.напряжению смещения U2. сигнала с выхода регулятора 14 скольжения и с выхода усилителя 17.

При этом сигнал напряжения смещения

Uz соответствует номинальному току намагничивания двигателя, а сумма сигналов с выходов усилителя 17 и регулятора 14 скольжения соответствует превышению тока намагничивания над номинальным. Поэтому пуск двигателя и работа.его на малых скоростях происходит с повышенным током намагничивания, обеспечивая появление на валу электродвигателя повышенного пускового момента несмотря на малый сигнал на выходе блока 13 задания амплитуды активной составляющей тока фаз статора двигателя.

В процессе разгона электродвигателя возрастает сигнал на выходе задатчика 15 частоты вращения. а также сигнал на выходе выпрямителя 18, который имеет знак, противоположный знаку напряжения смещения на входе усилителя 17. При этом сигнал на выходе усилителя 17 уменьшается по мере роста скорости, уменьшается и сигнал на выходе усилителя 20, являющийся сигналом задания амплитуды тока намагничивая. Ток намагничивания по мере роста скорости уменьшается.

При достижении скоростью заданного уровня (определяется величиной активного сопротивления обмоток фаз двигателя обычно до 0,1 и нОм) сигнал на выходе усилителя 17 меняет знак, диод 19 запирается и сигнал на выходе усилителя 20 определяется величиной напряжения смещения

Uz íà его входе и величиной напряжения на выходе регулятора 14 скольжения. При холостом ходе двигателя, когда сигнал на выходе регулятора скольжения близок к нулю, сигнал на выходе усилителя 20 соответствует номинальному току намагничивания.

При длительной работе на установившейся скорости с током нагрузки температура обмоток двигателя повышается и сопротивление терморезистора 26, встроенного в обмотку двигателя, уменьшается, При этом растет сигнал на входе сумматора

25 и его выходе, а значит, и на втором входе множительного блока 24 и его выходе, что увеличивает частоту тока статора на составляющую возросшего скольжения от тока нагрузки, сведя к минимум изменения частоты вращения. Возросшее при этом напряжение на зажимах двигателя, а значит, и на выходе датчика 16 обратной связи компенсируется возросшим отрицательным сигналом на входе сумматора 45, поступающим с выхода множительного блока 24, При достижении ротором двигателя частоты вращения, близкой к номинальной, когда напряжение на зажимах статора двигателя приближается к напряжению промышленной сети, пороговый элемент 22 пробивается и на вход сумматора 25 подается сигнал, действующий встречно с сигналом от источника смещения U>, а на вход суммирующего усилителя 20 подается сигнал, действующий согласно с сигналом от источника смещения Uz и сигналом с выхода выпрямителя 21, При этом сигнал на выходе множительного блока 24 уменьшается (становится равным нулю, когда полярность на выходе сумматора 25 меняет свой знак и диод 23 закрывается), уменьшается и добавка R0 частоте скольжения на вход сумматора 41, что

1746507 устранят несоответствие частоты вращения ротора двигателя, заданной при холостом ходе на номинальной и вышеноминальной частотах вращения двигателя и в режиме работы с U--const (операционный усилитель регулятора 14 скольжения в этом режиме вследствие превышения сигнала с эадатчика 15 над сигналом с блока 16 находится в насыщении, выдавая максимальное значение скольжения, которое не соответствует истинному его значению), Одновременно максимальное значение сигнала с выхода регулятора 14 скольжения подается на входы операционного усилителя 46 и выпрямителя 21, которые переходят в режим насыщения, выдавая максимальные значения задания активной и реактивной составляющих тока статора, Однако ток статора двигателя пропорционально его заданию возрасти не может, поскольку для его создания при больших . частотах вращения с U=const напряжения сети недостаточно, Силовые ключи при этом переходят в режим отработки задания синусоиды на на-чальном ее участке с последующим полным открытием и подключением всего выпрямленного напряжения сети к обмоткам двигателя. Чем больше амплитуда тока задания, тем больше длительность открытого состояния ключей и тем больше уровень приложенного к обмоткам двигателя напряжения, а значит, тем больше перегрузочная способность двигателя по моменту при его работе в режиме с 0=const (с ростом напряжения при неизменной частоте возрастает ток намагничивания, а значит, поток двигателя и его критический момент). Таким образом, предлагаемое устройство имеет большую перегрузочную способность двигателя в области малых частот вращения благодаря более точной компенсации падения напряжения на активных сопротивлениях фаз двигателя от тока нагрузки и увеличение тока намагничивания в функции тока нагрузки, а также большую перегрузочную способность в области больших частот вращения благодаря увеличению амплитуды задания тока фаэ до максимального значения (определяется уровнем напряжения питвния операционных усилителей).

Увеличение возможной перегрузки двигателя по моменту позволяет также расширить диапазон регулирования частоты вращения и выше, и ниже номинальной, Формула изобретения

Устройство для регулирования частоты . вращения асинхронного электродвигателя, содержащее преобразователь частоты с выходными зажимами переменного тока.

35 расширения диапазона регулирования час55

50 предназначенными для подключения к асинхронному двигателю, датчики тока фаз статора, включенные на выходе преобразователя частоты, входные зажимы которого предназначены для подключения к питающей сети, блок управления силовыми ключами преобразователя частоты, входные зажимы которого связаны через регулятор тока с датчиками тока фаз статора и через преобразователь фаэ — с выходными зажимами блока формирования синусоидальных сигналов задания тока фаэ статора, связанного первым входом с выходом блока задания частоты тока фаэ статора, вторым входом — с выходом блока задания амплитуды активной составляющей тока фаз статора, снабженного регулятором скольжения, один из входов которого соединен с выходом задатчика частоты вращения, а другой — с выходом датчика обратной связи, входы которого предназначены для подключения к фазам статора, один из входов первого суммирующего усилителя через выпрямитель связан с выходом задатчика частоты вращения и первым входом задатчика частоты тока фаз статора, а выход через диод— с первым входом второго суммирующего усилителя, выход которого связан с входом задания амплитуды реактивной составляющей тока статора блока формирования синусоидальных сигналов задания тока фаз статора, вторые входы суммирующих усилителей соединены с источниками смещения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью таты вращения путем повышения перегрузочной способности двигателя в области малых и больших частот вращения, второй суммирующий усилитель снабжен третьим и четвертым входами, дополнительно введены выпрямитель, пороговый элемент, диод, множительный блок, сумматор, первый вход которого подключен к источнику смещения первого усилителя, второй его вход через введенный пороговый элемент и выпрямитель связан с выходом задатчика частоты вращения, а выход через введенный диод— с первым входом множительного блока, второй вход которого подключен к выходу регулятора скольжения блока задания амплитуды активной составляющей тока фаз статора и входу введенного выпрямителя, а выход — к второму входу блока задания частоты тока фаз статора и второму входу блока задания амплитуды активной составляющей тока фаз статора, причем выход введенного выпрямителя связан с третьим входом второго суммирующего усилителя, четвертый вход которого связан с пороговым элементом.

1746507 канон

Рог. я

Составитель В.Шепелин

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор Л.Ливринц

Редактор И.Шулла

Заказ 2402 - Тираж

1 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