Способ фазового управления асинхронным электродвигателем и устройство для его осуществления

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Сюэ СоветскихСоциалистическихРеспублик оо 928582(22) Заявлено 080678 (21) 2625094/24-07 РМ Кп з с присоединением заявки Р 2682378/07 Н 02 Р 7/42 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения Специальное.конструкторское бюро радиофизйческого приборостроения Научного центра фКаспий.-"- ., АН Азербайджанской ССР(54) СПОСОБ ФАЗОВОГО УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИИзобретение относится к электро- технике и может быть использовано для построения автоматических систем фазового управления вентильным асинх. ронным электроприводом с регулируе-.мым статорным или роторным напряжением.Известен способ фазового управления вентильным асинхронным электроприводом, заключающийся в том, что в зависимости от рассогласования по скорости вращения привода формируют управляющий сигнал, которым изменяют угол открывания вентилей преобразователя, регулирующего напряжение, подводймое к статорным цепям асинхронного электродвигателя (1).Однако данный способ требует длясвоей реализации специального датчика с)дорости вращения, сопрягаемого .с ва 4 вом электродвигателя, регулято- ра скорости с корректирующими цепями и системы импульсно-фазового управления (СИФУ), преобразующей сигнал управления в сдвиг по фазе импульсов управления вентилями тирнсторного регулятора напряжения статора асинхронного электродвигателя.Проблема сопряжения датчика скорости с налом электроднигателя усложняется из-за отсутствия специального выхода вала,у асинхронных электродвигателей и механизмов, с которымиони соединены, что требует применения специальных механических редукторов, снижающих их точность и надежность. Создание точного стабильного датчика скорости с аналоговымвыходным сигналом, особенно для взры"ноопасных производств также является сложной проблемой. Применение жеимпульсных датчиков скорости требуетпоследующего преобразования частотыдатчика в напряжение, поскбльку сов ременные СИФУ управляются ан ,говымсигналом. Это, кроме дополнительнойошибки, усложняет систему, увеличи-.вает инерционность из-за наличияфильтра на выходе преобразователяи ухудшает надежность системы. Необходимость использования дополнительной СИФУ усложняет систему, увеличивает ошибку и УхудШает надежность.Известен способ фазового управления вентильным асинхронным электроприводом, например, по схеме асинхронно-вентвльного каскада, заключающийся в том, что в зависимости от ЗО рассогласования по скорости вращения20 928582 режимеПри достижении сигналом раз=вертывающего напряжения алгебраической суммы Цо и (1 с выхода блока 13на выходе компаратора 39 формируетсясигнал, преобразуемый формирователем40 в остроконечный импульс. За счетэтого производится дополнительныйсдвиг в зависимости от сигнала, скорсимости от рассогласования и производной скорости вращения электро- привода (фиг,4), Блок коррекции в этом случае содержит два последовательно соединенных блока (фиг,2), ,Где на втором блоке 12 между блоками 30 и 31 дополнительно включена схема И 37, второй вход которой )подключен к выходу блока 30 в первом блоке 12. На выходе блока 32 в первом блоке 12 формируются импульсы коррекции Г, сднинутые на величину К (Т;-Ц,), пропорциональную расаогласованию по скорости вращения электропривода. На входе блока 30 формируется временной интервал ьТ = := Т - Т 1. На входе схемы И 37 формируется временной интервал, общий для ать и дти равный.ьт: т,-(т-, - т,) к, - Т 1 (18) ректированного по току преобразователя. 10 Для защиты замкнутой системы регулирования от опрокидывания (выхода иэ синхрониэма), возможного прибольших и резких возмущениях, когда сдниг по фазе пренышает допустимый диапазон изменения угла управления,дополнительно устанавливается блок 9 ограничения углов включения нентилей, который может работать, например, следующим образом. В блоке 41иэ сетевого напряжения в зависимостиот уставок на углы, управления формируются ограничивающие импульсы,Блок 41 может работать, например,следующим образом. В момент естественного включения .вентилей формируется развертывающее напряжение ив моменты достижения развертывающимнапряжением уровней, соответствующих1 макс и 6 мин , на выходе компаратора формируются ограничивающие импульсы. В сети, где напряжение несильно искажено, ограничения могутбыть сформированы в моменты достижения напряжением сети уровней, соответствующим граничным углам, Импульсы ограничения логически сравниваются по времени поступления с импульсами управления н блоке 42. Если имТак как Т - т, = Лт;, то, подставляя в (21) значение для Т; получимат =т-тк 1+ьт; к+Як-то 1(19) пРи ТО 1= То,1= То выРажение (25) можно записать в следующем видеьт = (1-к)т; - (1-к)то +ат,. к=(1-К) (т-т )+от; К,Таким образом величина ат. содержит временные интервалы, пропорциональные рассогласованию и производной скорости, Импульсы йна выходе блока 32 сдвигаются по фазе относительно входных на величину ьт К 1. Общее выражение для сдвига по Фазе импульсов управления при введении коррекции по скорости запишется пульс управления находится внутри 1 р (йдьд.=а(. ФьА +ьд. = - к ьпФьОЖФк /,О и В=щ(,оо 5 Па/ Огдек: (1-к ) к. т, к= кк 1Рассмотрим работу блока 12 диск" ретной коррекции, в котором формируется дополнительный сдвиг по фазе в зависимости от тока преобразователя.Аналоговый сигнал с датчика 7, подключенного к вентильному преобразователю 2 или 3, поступает на вход блока 13 аналоговой коррекции н котором формируется корректирующий ситнал П -- Ч(ьЧ) по требуемому закону в зависимости от изменения токапреобразователя. Этот сигнал поступает на один вход компаратора 39, на второй вход которого подается сигнал опорного напряжения 1)0, а на третий - сигнал развертывающего напряжения с выхода блока 38, запускаемого импульсами обратной связи йо , Опорное напряжение Уо выбирается из расчета предварительного сдвига на величину ТсДщ в установившемся временного интервала между ограничи О йающими импульсами, то он пропускается на управляющий вход соответствующего вентиля. Если же импульс управления находится вне интервала между ограничивающими импульсами,т.е.когда сдвиг по фазе превышаетвозможности регулирования (допустимого диапазона изменения углауправления), то на вентиль пропускается ограничинающий импульс. О Этот режим соответствует насыщению системы регулиронания, когда исполнительный механизм вентильный преобразователь) работает наупор до момента, пока система сноване войдет в линейную область,Система позволяет также производить ограничение тока преобразователя, Для этого сигнал, пропорциональный току преобразователя от датчикатока 7 поступает на вход компаратора11, где он сравнивается с установкойтока ограничения Е (, . При достижении током преобразователя 1токаограничения на выходе компаратора 11формируется сигнал, по которому в ь 5 блоке 41 на вентили преобразователяподаются ограничивающие импульсы, вызывающие уменьшение тока преобразователя. Для сглаживания релейных воздействий на преобразователь сигнал тока преобразователя предварительно корректируется в.блоке 13. 5Устройство позволяет суцественно упростить структуру и ее реализацию, а также повысить надежность за счет исключения специальных механически связанных с валом двчгателя датчиков скорости, промежуточных преобразователей формы информации и системы импульсно-фазового управления вентильным преобразователем. Это достигается за счет использования физической сущности процессов, протекающих в элементах системы, так в качестве источника импульсов обратной связи используется сам асинхронный электродвигатель, а в качестве интегрального цифрового регулятора и СИФУ используется вентильный преобразователь, который работает как фазовый дискриминатор, выделяющий действующее на двигатель напряжение пропорционально сдвигу фаз между импульсами синхронизации и управленияОтсутствие механических датчиков и многократного преобразования сигналов позволяет построить цифро вую .систему управяения полностью на дискретных элементах. Это существенно упрощает структуру, повышает ее стабильность и надежность, Система обладает широкими Функциональными возможностями, позволяющими прос тыми средствами вводить коррекцию по рассогласованию и производной скорости врацения электропривода, а также по току преобразователя, обеспечивая высокое качество переходО ных процессов. Устройство позволяет также ограничивать воздействие на преобразователь по углу управления и по току. Устройство обладает широкой областью применения, поскольку охватывает все способы воздействия на асинхронный электропривод с помоцью фазового управления вентильным преобразователем, установленным в цепях статора или ротора.50Формула изобретения1, Способ фазового управления асинхронным электродвигателем с обмотками, подключенными к питающей сети через вентильный преобразова" тель, синхронизированный сетью, при котором формируют опорную последовательность импульсов с частотой, 40 кратной частоте сети, и управляюцую последовательность импульсов, сдвинутую относительно первой на угол управления, которой коммутируют вентили преобразователя, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упроце"ния и повьааения надежности, измеряютчастоту скольжения ротора и умножая ее на коэффициент К =ф , форПамируют управляющую послед 8 вательность импульсов, при этом величинуугла управления ограничивают в заданном диапазоне, где по и псинхронная и заданная скорости вра-.щения, т - число Фаз вентильногопреобразователя.2. Способ по п, 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что Формируют.дополнительный сигнал коррекции, по которому регулируют Фазу сформированнойуправляющей последовательности импульсов,3. Способ по и . 1 и 2, о т л ич а ю ц и й с я тем, что сигналкоррекции получают путем измеренияприращения периода управляющей пос"ледовательности импульсов.4. Способ по пп, 1 и 2, о т л ич а ю щ и й с я тем, что сигнал.коррекции получают путем измеренияразницы между текущим периодом управляюцей последовательности импульсови заданным постоянным временныминтервалом.5. Устройство для реализации способа по п. 1, содержащее управляемыйв-фазный вентильный преобразовательнапряжения, снабженный выводами дляподключения к обмоткам асинхронногоэлектродвигателя, управляюцие входывентилей указанного преобразователяподключены через блок формирователей-усилителей к выходам распределителя импульсов, вход синхронизации которого подключен к выходу формирователя импульсов синхронизации,снабженного выводами для подключенияк сети, преобразователь код-частота,состоящий из схемы ИЛИ, группы элементов И и счетчика-делителя, цифро"вой, задатчик числа, подключенный выходами к входам разрядов цифровогозадатчика интенсивности, импульсныйвход которого подключен к выходугенератора эталонной частоты, а выходы его разрядов подключены к первым входам группы элементов И, квторым входам которых подключенывыходы разрядов счетчика-делителя,а выходы указанных элементов И подключены к входам схемы ИЛИ, блокипереноса кода, регистр памяти, триэлемента задержки, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью упрощения системы и повышения ее надежности, в него введены датчик частотыскольжения, второй счетчик-делитель,счетчик-измеритель периода, неуправляемый делитель частоты, втораясхема ИЛИ и второй формирователь импульсов синхронизации, подключенный,к выходу датчика частоты скольженияэлектродвигателя, выход генератора5 10 20 через компаратор, второй вход которого подключен к источнику уставки 4 б тока ограничения.14. Устройство по пп. 5 и 10,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок дискретной коррекции содержит блок опорного интервала и последо вательно соединенные между собойблок выделения разности временных эталонной частоты подключен к первому входу второй схемы ИЛИ, второй вход которой подключен через первый элемент задержки к выходу первой схемы ИЛИ, а выход второй схемы ИЛИ подключен к счетному входу счетчика- делителя преобразователя код-частота ик счетному входу второго счетчика елителя, входы разрядов которогоодключены через первый блок переноса кода к выходам разрядов регистра памяти, входы разрядов которого через второй блок переноса кода подключены к выходам разрядов счетчика- измерителя периода, счетный вход которого подключен через неуправляемый делитель частоты к выходу генератора эталонной частоты, выход второго Формирователя импульсов синхронизации подключен к входу обнуления регистра памяти и к входу второго элемента задержки, выход которого подключен к управляющему входу второго блока переноса кода и к входу третьего элемента задержки, выход которого подключен к входу обнуления счетчика-измерителя периода, а выход второго счетчикаделителя подключен к управляющему входу первого блока переноса кода и к сднигающему входу распределителя импульсов.6. Устройство по п 5, о т л ич а ю щ е е с я тем, что асинхронный электродвигатель,выполнен с фазным ротором, а датчик частоты сколь- и:ения электродвигателя - в виде индукционного датчика переменного напряжения, выходные обмотки которого подключены к Фазам обмотки ротора асинхронного электродвигателя.7. Устройство по п. 5, о т л ич а ю щ е е с я . тем, что асинхронный электродвигатель выполнен с короткозамкнутым ротором, а датчик частоты скольЖения электродвигателя выполнен в виде датчика эЛектромагнитного поля, установленного нормально потоку рассеяния ротора.8, Устройство по пп, 5 и 7, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что датчик электромагнитного поля выполнен в виде катушки индуктивности с ферромагнитным сердечником.9; Устройство по пп. 5 и 7, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что дат" чик электромагнитного поля выполнен в йиде гальваномагнитного элемента, например, датчика Холла или магнитодифда, или магниторезистора, или магнитотиристора, или комбинированного магнитного прибора.10. Устройство по и. 5, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью улучшения динамических характерис" тик, в него введены источник уставки коррекции и блок дискретной коррекции, включенный между входом распределителя импульсов и выходом второго счетчика-делителя, причемвторой вход блока дискретной коррек; ции подключен к источнику уставки коррекции,11. Устройство по и, 5, о т л ич а ю щ е е с я тем, что в него введены источник уставки ограничения углов включения вентилей и блок ограничения углов включения вентилей, подключенный между выходами распределителя импульсов и входами блока Формирователей"усилителей, причем второй вход блока ограничения углон включения. вентилей подключен к второму выходу первого Формирователя импульсон синхронизации, а третий вход - к источнику уставки ограничения углов включения вентилей.12. Устройство по пп. 5 и 10, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что в него введены источник уставки аналоговой коррекции, блок аналоговой коррекции и датчик тока, подключенный входом к выходу управляемого п-Фазного нентильного преобразователя, а выходом - к блоку аналоговой коррекции, выход которого подключен к третьему входу блока дискретной коррекции, второй вход блока аналоговой коррекции подключен к источнику уставки аналоговой коррекции.13. Устройство по пп. 5, 11 и 12,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что внего введены источник уставки токаограничения и компаратор, а второй35 выход аналогового блока коррекцииподключен к четвертому входу блока ограничения углов включения вентилей интервалов, блок изменения временного интервала и блок формирования импульсов, причем первый вход блока 50 дискретной коррекции подключен квходам блока выделения разностивременных интервалон и блоха опорного временного интервала, второй вход блока дискретной коррекции под 55 ключен к второму входУ блока изменения временного интервала, а выходблОка опорного временного интервала подключен к второму входу блока выделения разности временных интервалов.15, Устройство по пп, 5 и 10,о тф л и ч а ю щ е е с я тем, что в блокдискретной коррекции введены последовательно соединениые между собой блок выделения приращения периода, блок изменения временных интервалов 65 и блок Формирования импульсов, причем первый вход блока дискретнойкоррекции подключен к входу блокавыделения приращения периода, а второй вход - к второму входу блока изменения временных интервалов,16. Устройство по пп. 5 , 10 и14, о т л и ч а ю щ е е с я тем, чтооно снабжено вторым блоком дискретной коррекции, выполненным аналогично пеовому и последовательно с нимсоединенным, и схемой И, включенной 10между блоком выделения разности временных интервалов и блоком изменениявременного интервала, второй входкоторой подключен к выходу блока выделения разйости временных интерваЛов первого блока дискретной коррекции.17. Устройство по пп. 5, 10 и 12,о т л и ч а ю щ е е с я тем, чтоблокдискретной коррекции снабжен 2 ппоследовательно соединенными блокомразвертывающего напряжения, компаратором и формирователем импульсов,причем первый вход блока дискретнойкоррекции подключен к блоку развертьаающего напряжения, а третий вход -к второму входу компаратора, третийвход которого подключен к источнику.опорного напряжения.18. Устрсйство по пп. 5,11 и 13, ЗОо т л и ч а ю щ е е с я тем, что в блок ограничения углов включениявентилей введены последовательносоединенные блок формирования им-,пульсов ограничения и логическийблок сравнения, причем первые входыблока ограничения углов включениявентилей соединены с вторыми входамилогического блока сравнения, второйи третий входы блока ограниченияуглов включения вентилей соединеныс первым и вторым в:.одами блока фор"мирования импульсов ограничения, ачетвертый вход этого блока ограниче"ния соединен с третьим входом логического блока сравнения.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Шубенко В.А Браславский И,ЯГиристорный асинхронный электроПривод с фазовым управлением, МЛ., 1 Энергия, 1972, с. 147-150.2. Сандлер А.С., Тарасенко Л.М.,Динамика каскадных асинхронныхэлектроприводов, М., Энергияф,1977, с. 151-168.3. Бирюков А.Б. и др. Влияниедискретизации и квантования сигналовна работу цифроаналогового регулятора скорости электропривода в стационарном режиме, 1 Электрическаяпромыыпенность, серия Электропривод, вып. 8/67/, 1977.СоставительРедактор Н. Воловик Техред Е. Хари Корректор Н. Стец аказ 3279/7 НИИП 113 жгород, ул. Проектная, 4 Патент,П Тираж 719Государственноелам изобретенква, 3-35, Рауш коми и окая Подписноета СССРрытийб д. 4/5привода формируют управляющий сигнал, которым изменяют угол открывания вентилей преобразователя, регулирующего противоЭДС, вводимую в цепь выпрямленного тока ротора, фазного асинхфонйого электродвигателя 2). 5Данный способ также требует для своей реализации специального датчика скорости вращения и сложной СИФУ для преобразования сигнала управлеиия от регулятора в сдвиг по фазе ,0 Импульсов управления вентилями тиристорного преобразователя, работающего в режиме инвертора и установлен- його в цепи выпрямленного тока ротора фазного электроднигателя. Недостатком 5 является еще и то, что система требует применение специальных датчиков скорости и сложной схемы управления.Наиболее близким к изобретению является устройство управления асинхронным двигателем, содержащее цифровой эадатчик числа, подключенный вы-," ходами к входам разрядов цифрового задатчика интенсивности, импульсный вход которого подключен к выходу генератора эталонной частоты, а выходы его разрядов подключены к входам преобразователя код-частота в составе счетчика-делителя, выходы разрядов которого подключены кпервым входам группы элементов И, ЗО вторые входы которых подключены к входам преобразователя, а выходы подключены к входам схемы ИЛИ, импульсный же вход преобразователя подключен к выходу генератора эта" 35 донной частоты, а выход схемы ИЛИ, являющийся выходом преобразователя,подключен к входу первого преобразователя частота-напряжение и к первому входу устройства синхронизации, 4 О второй вход которого подключен.к входу второго преобразователя частота-напряжение и к выходу частотно-импульсного датчика скорости, установленного на валу электродвигателя, подключенного к тиристорному преобразователю, управляющие входы вентилей которого подключены к выходам системы .импульсно-фазового управления, выходы узла синхронизации подключены к входам реверсивного счетчика, выходы разрядов которого подключены к входам преобразователя код-напряжение, выход которого подключен к первому входу сумматора напряжения, два других входа которого подключены к выходам преобразователей частота"напряжение, выход сумматора напряжения подключен к входу СИФУ тиристорного преобразователя непосредственно или 6 О через аналоговый регулятор тока,нторой вход которого подключен к датчику тока тиристорного преобразователя. Эта система позволяет сформировать ПИ-закон регулирования по скорости вращения электропривода,причем задание представлено в видедесятичного кода, интегральная составляющая формируется в цифровомвиде как интеграл от разности частот, пропорциональных заданию и текущей скорости, а пропорциональнаясоставляющая формируется в аналоговом виде путем сравнения напряжений, пропорциональных заданной итекущей скорости. В систему можетбыть введена последовательная коррекция по аналоговому сигналу датчика тока преобразователя 31.Однако данное устройство имеетсложную структуру, требует применения большого количества преобразователей форм представления сигналов, каждый из которых вносит в систему ограничение по точности ибыстродействию. Использование жев последнем звене аналоговых элементов (операционных усилителей) вноситн систему ограничения, свойственныеаналоговым элементам недостатки(нестабильность, дрейф нуля, зависимость от температуры и напряженияПитания), что снижает динамическуюточность системы. Кроме того, использование аналоговой СИФУ такжевноси дополнительные погрешности инестабильность,Цель изобретения - упрощение ипонышение надежности.Постанленная цель достигаетсятем, что н способе фазового управления асинхронным электродвигателем,обмотки которого подключены к питающей сети через вентильный преобразователь, синхронизированной сетью,при котором. формируют опорную последовательность импульсов с частотой,кратной частоте сети, и управляющуюпоследовательность импульсов, сдвинутую относительно первой на уголуправления, которой коммутируютвентили преобразователя, измеряютчастоту скольжения ротора и, умножая ее на жоефЩициент Кформируют управляющую последовательность импульсов, при этом величину угла управления ограничиваютн заданном диапазонеКроме того, в способе форьируютдополнительный сигнал коррекции, но,которому регулируют фазу сформированной управляющей последовательности импульсов.Сигнал коррекции может быть получен путем измерения приращения периода управляющей последовательностиимпульсов.Кроме того, сигнал коррекции может быть получен путем измерения разницы между текущим периодом управляющей последовательности импульсови заданным постоянным временным интервалом, где п). и пъ - синхроннаяи заданная скорости вращения; п- Фазность вентильного преобразователя.В устройстве для реализации сйособа, содержащем асинхронный электродвигатель, статорные или роторные обмотки которого подключены к уп" равляющему е -Фазному вентильному ,преобразователю напряжения, управляющие входы вентилей которого подключены через блок Формирователей-усилителей к выходам распределителя им пульсов, вход синхронизации которого подключен к выходу формирователя импульсов синхронизации, подключенного к сетевому напряжению питания,преобразователь код-частота, состоящий 5 из схемы ИЛИ, счетчика-Делителя и группы элементов И, цифровой задатчик числа, подключенный выходами к входам разрядов цифрового задатчика интенсивности, импульсный вход кото" 20 рого подключен к выходу генератора эталонной частоты, а выходы его разрядов подключены к первым входам группы элементов И, к вторым входам которых подключены, выходы разрядов счетчика-делителя, а выходы укаэанных.элементов И подключены к входам схемы ИЛИ, блоки переноса кода, ре- гистр памяти, три элемента задержки, введен датчик частоты скольжения, второй счетчик-делитель, счетчик-измеритель периода, неуправляемый делитель частоты, вторая схема ИЛИ и второй Формирователь импульсов синхронизации, подключенный к выходу датчика частоты скольжения электродвигателя, выход генератора эталонной частоты подключен к первому входу второй схемы ИЛИ, второй вход которой подключен через первый элемент задержки к выходу первой схемы ИЛИ, 46 ;а выход второй схемы ИЛИ подключен ,к счетному входу первого счетчика- целителя в преобразователе код-частота и к счетному входу второго счетчика-делителя, входы разрядов 43 которого подключены через первый блок переноса кода к выходам разряцов регистра памяти, входы разрядов которого через второй блок переноса кода подключены к выходам разрядов счетчика-измерителя периодасчетный вход которого подключен через неуправляемый делитель частоты к выходу генератора эталонной частоты, выход второго формирователя импульсовсинхронизации подключен к входу обнуления регистра памяти и к входу второго элемента задержки, выход которого подключен к управляющему входу второго блока переноса кода и к входу третьего элемента задержки, выход которого подключен к входу обнуления счетчика-измерителя периода, а выход второго счетчика-делителя подключен к управляющему входу пер" вого блока переноса кода и к сдви-. 65 гающему входу распределителя импульсов; Причем в качестве датчика частоты скольжения для фазного асинхронного электродвигателя используется датчик переменного напряжения, подключенный к фазным обмоткам ротора электродвигателя, а для коэоткозамкнутого асинхронного электродвигателя используется датчик электромагнитного поля, установленный нормально потоку рассеяния ротора у вала электродвигателя, при этом в качестве дат" чика электромагнитного поля может 5 ыть использована катушка индуктивности с Ферромагнитным сердечником или гальваномагнитный элемент, например, датчик Холла или.магнитодиод, или магниторезистор, или магнитотранзистор, или магнитотиристор, илн комбинированный магнитный прибор.Для улучшения динамических характеристик в систему могут быть введены источник установки дискретной коррекции и блок дискретной коррекции, включенный между входом распределителя импульсов и выходом второго счетчика-делителя, причем второй вход блока дискретной коррекции подключен к источнику установок коррекции.Для ограничения углов управления и защиты системы регулирования от опрокидывания в нее введены источник уставки ограничения углов включения вентилей и блок ограничения углов включения вентилей,. подключенный между выходами распределителя импульсов и входами блока усилителей- формирователей, причем второй вход блока ограничения углов включения вентилей подключен к второму выходу первого формирователя импульсов синхронизации, а третий вход - к источнику уставок ограничения углов включения вентилей.Для введения коррекции по току вентильного преобразователя в устройство могут быть введены источник установки аналоговой коррекции, датчик тока, подключенный входом к вентильному преобразователю И выходомк блоку аналоговой коррекции, выход которого подключен к третьему входу блока дискретной коррекции, второй вход блока аналоговой коррекции подключен к источнику уставки аналоговой коррекции.Для ограничения тока преобразователя второй выход аналогового блока коррекциИ может быть подключен к четвертому входу блока ограничения углов включения вентилей через компаратор, второй вход которого подключен к источнику уставки тока ограни-, чения преобразователя.20 Для введения коррекции, пропорциональной ошибке по скорости вращения электропривода, блок дискретной коррекции может быть выполнен,например, из последовательно соединенных блока выделения разности вре 5менных интервалов, блестка изменениявременного интервала и блока формирования импульсов, а также блокаопорного временного интервала, причем первый вход блока. дискретной 1 Окоррекции подключен к входам блокавыделения разности временных интер-,валов и блока опорного временногоинтервала, второй вход блока дискретной коррекции подключен к второмувходу блока изменения временногоинтервала, а выход блока опорноговременного интервала подключен квторому входу блока выделения разности временных интервалов,Для введения коррекции по производной скорости вращения электропривода блок дискретной коррекцииможет быть выполнен, например, изпоследовательно соединенных блокавыделения приращения периоца, блокаизменения временных интервалов иблока Формирования импульсов, причем первый вход блока дискретнойкоррекции подключен к входу блокавыделения приращения периода, а второй вход - к второму входу блока изменения временных интервалов.Для введения коррекции, пропорциональной ошибке по скорости ипроизводной скорости вращения элект ,35ропривода, блок дискретной коррекциивыполнен из двух последовательносоединенных блоков дискретной коррекции, пропорциональной ошибке по ско- ,рости вращения электропривода, причем 40во втором блоке дискретной коррекции между блоком выделения разностивременных интервалов и блоком изменения временного интервала дополкительно введена схема И, второй входкоторой подключен к выходу блока вы"деления разности временного интерва"ла в первом блс)не дискретной коррек-.ции.Для дополнительного сдвига поФазе импульсов управления в зависимости,от сигнала коррекции по токувентильного преобразователя, блокдискретной коррекции может быть выполнен, например, из последовательно Соединенных блока развертывающегонапряжения, компаратора и ФормироватЬля импульсов, причем первый входблока дискретной коррекции подключен к блоку развертывающего напряжения, а третий вход - к второму 6 Овходу компаратора, третий вход которого подключен к источнику опорНОГО НаПРЯжЕНИЯ еВ системе блок ограничения угловвключения вентилей может быть . выполнен, например, из последовательно соединенных блока Формирования импульсов ограничения и логического блокасравнения, причем первые входы блока ограничения углов включения вентилей соединены с вторыми входами логического блока сравнения, второй и третий входы блока ограничения углов включения вентилей соединены с первым и вторым входами .блока формирования импульсов ограничения, а четвертый вход этого блока ограничения соединен с третьим входом логического блока сравнения.Способ заключается в следующем.Известно, что частота вращения ГЗр вала асинхронного электродвигателя связана с частотами токов статора Г и ротора йр следующим выражениемй, й Г (1) причемп.рВР 60 Р сгде и - скорость вращения в об/мин;р - число пар полюсов двигателя;Я - скольжение двигателя.Тогда выражение (1) можно записать в видепор с. 60(2)Из выраження (2) следует, что при замыкании системы Фазного управления вентильным асинхронным электроприво.дом непосредственно подачей импульсов с датчика частоты тока ротора на вентили преобразователя обратная связь по скорости вращения электро- привода получается отрицательной, Действительно, при снижении скорости двигателя (например, при набросе нагрузки) частота тока ротора увеличивается, так как увеличивается скольжение, следовательно, очередной импульс управления приходит на вентиль раньше, уменьшая угол открывания с( вентиля и увеличивая напряжение, которое увеличивает скорость двигателя до тех пор, пока она не станет равной заданной. При этом устанавливается новый уровень угла открытия вентилей, соответствующий новой нагрузке. Частота следования синхронизирующих импульсов, Формируеьых из напряжения сети в моменты естественного включения вентилей равна = щ йгде щ - Фазность преобразователя.В установившемся режиме частота следования импульсов управления равна Й дяр = щ.с.Таким образом, в установившемся режиме частота следования импульсов обратной связи, пропорциональная частоте тока ротора, должна быть равнаЕ ре = Ер К = йо щр (3)где К - коэффициент .умножения.Установившаяся скорость будетравна где и - синхронная скорость вращеония двигателя в об/минИэ выражения (4) находим значение для коэффициента ККв и ш(5)ир и ю 8 зст.Подставляя выражение (5) в (Э), получимЙ = -д - ед, )6)ио "ст 10 где д д дддт8 -рСледовательнотл Бдс )7)20Из этого следует, что период следования импульсов обратной связи, являющихся импульсами управления, прямо пропорционален периоду следования импульсов тока ротора и заданному скольжению и обратно пропорционален фазности преобразователя. Из выражения (б) видно, что способ тео-, ретически позволяет получить максимальный диапазон изменения скорости от им= О до имакс= и и соответЗО ствующим изменением коэффициента умножения К по выражению (5), Практический диапазон изменения скорости ограничивается энергетическими факторами. 35Как было отмечено выше, в установившемся режиме периоды следования импульсов синхронизацми По и импульсов управления Ои неизменны и равны тс 1 щ, 40 где Т - период сетевого напряжения.Между этими импульсами устанавливается в зависимости от сигнала задания и нагрузки определенный фазовый сдвиг, равный углу открытия вентилей, определяющий уровень выходного напряжения преобразователя, воздействующего на скорость двигателя. Появление возмущения в замкнутой системе (по заданию или нагрузке) вызывает изменение скорости и частоты тока ротора, что влечет за собой накопление фазового сдвига, и соот-ветственно изменение угла открытия вентилей и выходного напряжения в сторону уменьшения возникшего рассогласования по скорости. Причем изменение фазы равно интегралу от текущего рассогласования по частоте. В данном случае фазовый принцип управления выходным напряжением вен" тильного преобразователя позволяет испольэовать его в качестве фазового дискриминатора, на выходе которого выделяется напряжение в зависимости от фаэного рассогласования между 65 импульсами синхронизации и управления, поступающими на вход сравнения преобразователя. Исходя из этого, относительное изменение (скважность) фазы этих последовательностей импульсов для однофаэного преобразователя можно записать в видеСд- д 1 М= Й Ьт% ) (Ь)р р рьТгде - - относительное приращениеТтекущего периода импульсов .Т управления;ьс( - изменение фазового рассогласования между импульсамиБси Пе, равное измене"нию угла открывания вентилей 1ьЙЙС - число периодов за время0 1 переходного процесса.Учитывая, что скорость вращениядвигателя и частота токов статораи ротора связаны соотношениембОдля и)-фазного преобразователя выра-:жение (8) мосжно записать в видеан 12 ) ш 33 п)бО- у = - 1(к, - к )а = - -о) ) (и- и 1) Й ,ооткуда изменение угла открытия вентилей в-фаэного преобразователяможет быть записано выражениемдйдщ - +дпдд(9)т.е. изменение угла открытия вентилей пропорционально интегралу отрассогласования по скорости вращения двигателя.Следовательно, система, замкнутаяпо сигналу, пропорциональному частоте тока ротора, является аститической по скорости вращния электропривода.При широком диапазоне измененияскорости вращения и нагрузки и резком характере возмущений может потребоваться для улучшения динамикизамкнутой системы введения корректирующих сигналов по рассогласованию скорости, по производной скорости или их сумме. Способ позволяетвводить коррекцию беэ .специальныхдатчиков и преобразователей путемдополнительного сдвига по фазе импульсов управления на величину, .пропорциональную сигналу коррекции. Причем введение коррекции, пропорциональной рассогласованию по скорос"ти, производят в зависимости отразности между текущим периодомпоследовательности импульсов управления и постоянным временным интервалом Трд При этом относительноеизмененйе фазы управляющих импульсов,4 частоты скольжения электродвигателя, формирователи 5 и б импульсов, датчик 7 тока, распределитель 8 импульсов, блок 9 ограничения углов включения вентилей, блок 10 формирователей-усилителей, компаратор 11, блок 12 дискретной коррекции, блок 13 аналоговой коррекции, цифровой задатчик 14 числа, цифровой задатчик 15 интенсивности, генератор 16 эталонной частоты, счетчики-делители 17 и 18, счетчик-измеритель 19 периода, регистр 20 памяти, неуправляе" мюй делитель 21 частоты, группа элементов И 22, блоки 23 и 24 переноса кода, схемы ИЛИ 25 и 26 и элементы 27-29 задержки.Вход формирователя 5 импульсов подключен к обмоткам ротора (для фазного электродвигателя) или к выходу датчика 4 электромагнитного поля (частоты скольжения), установленного у вала короткозамкнутого электродвигателя нормально потоку рассеяния ротора. Выход формирователя 5 подключен к входу обнуления регистра 20 и ко входу элемента 28 задержки, выход которого подключен к управляющим входам блока 24 переноса кода и к входу элемента 29 задержки, выход которого подключен к входу обнуления счетчика 19. Выход генератора 16 подключен к импульсному входу задатчика 15 интенсивности, к первому входу схемы ИЛИ 25 и через неуправляемый делитель 21 частоты - к счетному входу счетчика 19, выходы разрядов которого подключены через блок 24 переноса кода к входам разрядов регистра 20 памяти, выходы разрядов которого подключены через блок 23 переноса кода к входам разрядов счетчика-делителя 18, счетный вход которого соединен со счетным входом счетчика-делителя 17 и подключен к выходу схемы ИЛИ 25, второй вход которой подключен черезлемент 27 задержки к выходу схемы ИЛИ 26, входы которой подключены к выходам группы элементов И 22,первые и вторые входы которой подключены соответственно к выходам разрядов счетчика-делителя 17 и задатчика 15 интенсивности, входы которого подключены к выходам цифрового задатчика 14 числа. Выход счетчика- делителя 18 подключен к управляющим входам блока 23 переноса кода: и к первому входу блока 12 дискретной коррекции, второй вход которого подключен к источнику уставок коррекции, третий вход подключен к выходу блока 13 аналоговой коррекции, а выход подключен к сдвигающему входу распределителя 8 импульсов, выходы которого подключены к первым входам блока 9 ограничения углов включения вентилей, второй вход которого подключен к второму выходу формирователя б импульсов синхронизации, третий вход подключен к источнику уста". ки углов огРаничения, четвертый входподключен к выходу компаратора 11, 5 выходы подключены к входам блока 10формирователей-усилителей, выходыкоторого подключены к управляющимвходам вентилей преобразователя 2или 3. Вход синхронизации распреде лителя 8 подключен к первому выходуформирователя б, вход которого подключен к источнику сетевого напряжения питания. Второй вход компара"тора 11 подключен к источнику сигнала установки тока ограничения, первый вход подключен к второму выходублока 13 аналоговой коррекции, второй вход которого подключен к источнику устанЬвки коррекции, а первыйвход - к выходу датчика 7 тока, подключенного входом к выходу вентильного преобразователя 2 или 3.Блок 12 дискретной коррекции,формирующий сдвиг по фазе, пропорциональный ошибке по скорости вращения электропривода (фиг.2), содержит последовательно соединенныеблок 30 выделения разности временныхинтервалов, блок 31 изменения временного интервала и формирователь ЗО импульсов 32, а также блок 33 опор-ного временного интервала, подключенный выходом к второму входу блока30, а входом - к первому входу блока30, являющегося первым входом блока ЗЗ 12 дискретной коррекции. Второй входблока 12 подключен к второму входублока 31.Блок дискретной коррекции, формирующий сдвиг по фазе, пропорциональ ный производной скорости вращенияэлектропривода (Фиг.3), содержитпоследовательно соединенные блок 34выделения приращения временного интервала, блок 35 изменения времен ного интервала и формирователь 36импульсов. Причем первый вход блока12 подключен к входу блока 34, авторой вход блока 12 подключен квторому входу блока 35. Блок диску ретной коррекции, формирующий сдвигпо Фазе, пропорциональный ошибке ипо скорости производной скоростивращения электропривода (фиг.4) представляет собой два последовательно у соединенных блока 12 дискретной коррекции, Формирующего сдвиг по фазе,пропорциональный ошибке по скоростивращения электропривода (фиг.2),причем во втором блоке 12 между бло- О ками 30 и 31 установлена дополнительно схемаИ 37, второй вход которой подключен к выхоцу блока 30 впервом блоке 12. Блок дискретнойкоррекции, Форьерующея сдвиг по фазе, пропорциональный сигналу коррек .ции, зависящему от тока преобразо 928582 16памяти записывается новое значение кода. Наконец после задержки в элементе 29, импульс поступает на вход обнуления счетчика 19, сбрасывая имеющийся в нем код, После этого в счетчике 19 производится подсчет импульсов частоты - с выхода небуправляемого делителя 21, подключенного входом к выходу генератора 16 эталонной частоты. Коэффициент деления В: делителя 21 выбирается в зависимости от коэффициента д пропорциональности частоты тока ротора, формируемой на .выходе формирователя 5. Если коэффициент А = 2(для короткозамкнутого асинхронного электродвигателя, когда формирователь 5 подключается к выходу датчика 4 частоты скольжения), то коэфФициент деления делителя 21 равен В -- . Если Аф= б (для фазного асинхронного электродвигателя, когда формирователь 5 подключается к трем фазам обмотки ротора двигателя), то коэффициент деления делителя 21 равен бф-и для трехфазного мостовоф-ьго вентильного преобразователя, у которого п = б, бф = 1, т.е. делитель 21 не устанавливается. В счетчике 19 производится подсчет импульсов частоты в " между двумя импульсами частоты ЙрА поступающими с выхода формирователя 5После окончания очередного цикла подсчета в счетчике 19 образуется кодИ = "- = - Т1 о Т ЙотР йЛ А щ Рпропорциональный закончившемуся периоду следования напряжения ротора и обратно пропорциональный фазности вентильного преобразователя. Этот код Итр переписывается в регистр 20 и является коэффициентом деления счетчика-делителя 18, обра зующего совместно с блоком 23 переноса кода, открываемого импульсами с выхода счетчика 18, управляемый делитель частоты, В счетчике-делителе 18 делится частота й,поступающая с выхода схемы ИЛИ 25. Счетчик-делитель 17, группа элементов И 22, схемы ИЛИ 25 и 26 и элемент задержки 27 образуют преобразователь кода, формируемого на выходах цифрового задатчика 15 интенсивности,в частоту следования импульсов. Преобразователь код-частота представляет собой двоичный умножитель частоты с положительной обратной связью. Импульсы частоты 21 с выхода элемента 27 задержки сдвинуты на Ой относительно импульсов частоты Гд, поступающих с выхода генератора 16, что обеспечивает отсутствие одновременного прихода импульсов на схему ИЛИ 25, на выходе которой образуется последовательность импульсов со средней частотой вателя (фиг. 5), содержит последовательно соединенные блок 38 формирования развертывающего напряжения, компаратор 39 и формирователь 40 импульсов, причем первый вход блока дискретной коррекции подключен к входу блока 38, а второй и третий входы - к второму и третьему входам блока 39. Блок 9 ограничения углов включения вентилей преобразователя (фиг,б) содержит последовательно 10 соединенные блок 41 формирования импульсов ограничения и логический блок 42 сравнения, входы которого подключены к первым входам и к четвертому входу блока 9, второй и третий входы которого подключены к входам блока 41,Устройство работает следующим образом.На выходе формирователя 5 формируется последовательность импульсов, период следования которых пропорционален периоду изменения тока ротора Тр . Для Фазного асинхронного электродвигателя эти импульсы формируются в моменты перехода через нуль на" пряжения ротора путем подключения Фаз обмоток ротора и нуль-органам. При этом, для трехфазной обмотки ротора на выходе формирователя образуется последовательность импульсов с частотой 6 йр. Для короткозамкну" того асинхронного электродвигателя эти импульсы формируются в моменты перехода через нуль сигнала датчика 4 электромагнитного поля установ- З 5 ленного нормально потоку рассеяния ротора около вала вне или внутри корпуса асинхронного электродвигате" ля. При расположении датчика 4 внут,ри корпуса электродвигателя легко 46 решается проблема взрывозащиты;В качестве датчика 4 электромагнитного поля мбжет быть использована, например, катушка индуктивности с Ферромагнитным сердечником, в которой наводится ЭДС с частотой. тока ротора, поскольку поток рассеяния ротора изменяется с частотой тока ротора. В качестве датчика 4 может быть использован также гальваномаг-нитный полупроводниковый элемент,например, датчик Холла, магниторезистор, магнитодиод, магнитотранзистор, магнитотиристор или комбинироанйый магнитный прибор, Если выходой сигнал датчика подключить ко вхоунуль-органа, то в моменты перехода вйходным напряжением датчика на его выходе формируются импульсы с частотой 2 й. Каждый импульс с выхода Формирователя 5 поступает на 6 О вход обнуления регистра 20 памяти, сбрасывая записанный в нем код, Затем, после задержки в элементе 28, импульс открывает блок 24, через который из счетчика 19 в регистр 20 6517 928582 Если выбрать Бо = по и ИР то выражение (17) соответствражению (6).Таким образом на выходе счетчика- делителя 18 непрерывно образуется последовательность импульсов обратной связи, являющихся импульсами управления, Заданная скорость враще ния асинхронного электропривода Из, устанавливаетсяс,помощью цифрового задатчика 14 числа в десятичном коде. При уставке нового задания на выходе цифрового задатчика 15 интенсивности образуется линейно изменяющийся до величины заданного кода Н(1) со скоростью, определяемой частотой йо, поступающей на счетный вход задатчика 15 интенсивности.Скорость изменения заданного кода меняется изменением коэффициента деле" ния делителя частоты в задатчике интенсивности. Управляющие импульсы с выхода счетчика 18 поступают на сдвигающий вход распределителя 8 импульсов, который синхронизирован с сетью через формирователь б. Импульсы управления 08 с выходов распределителя 8 (числокоторых равно фазности преобразователя) поступают.через блок 10 усилителей-Формирователей на управляющие входы Я соответствующих вентилей преобразователя 2 или 3. Такая система управления, как отмечалось выше, является астатической, т.е. Формирует воздействие на электропривод в зависимости от интеграла от рассогласования по скорости вращения электропривода в соответствии с выражением (9). Для улучшения динамики при резких и больших по величине возмущениях в системе может быть -применен блок 12 дискретной коррекции, позволяющий без специальных датчиков производить коррекцию с помощью дополнительного сдвига по фазе импульсов управления в зависимости от рассогла.нта пропорциотся установкой ременного интерконечный импульс в момент окончания входного временного интервала. Тогд изменение Фазы управляющих импульсов для и-Фазного преобразователя соответствует выражению (13).Рассмотрим работу блока 12 дискретной коррекции, в котором форми руется дополнительный сдвиг в завио+ (14) Частота й на выходе схемы ИЛИ 26 двоичного умножителя равна К = - .Н Ио В(15) где Во - объем счетчиков 17 в цифровом задатчике 15 интенсивности; Я- заданный код, формируемый на выходах задатчика 15 интенсивностиИз выражений (14) и (15) получим(16)ноизо" Частота й делится в счетчике 1 делителе 18 на коэфФициент Н , и на выходе счетчика 18 образуется последовательность .импульсов с частотойЕ и йо 1 з Е = - Е.(п)ос й,Р й,-й Го -й,-з 10 15 20 25 ЗО 35 46 43 181сования или производной скорости вращения электропривода, или тока преобразователя, или их различных комбинацИЙ. В полном объеме воздействие на двигатель может быть произведено по ПИД-закону для скорости вращения электропривода и дополнительной коррекцией по току преобразователя.Рассмотрим работу блока 12 дискретной коррекции, в котором формируется дополнительный сдвиг по фазев зависимости от рассогласования по скорости вращения электропривода (фиг.2), Импульсы обратной связи Ес с выхода счетчика 18 поступают на входы блоков 30 и 33, По импульсу на входе в блоке 33 формируется опорный временный интервал То постоянной величины, привязанный началом к моменту поступления импульса. В блоке 30 определяется разность между временным интервалом, равным текущему периоду, и опорным временным интервалом, т.е. временный интервал между моментом окончания опорного временного интервала и следующим импульсом входной частоты Г Сигнал 6 Т = Т - То с выхода блока 30 поступает йа вход блока 31, в котором производится изменение длительности временного интерваа,т.е. умножение его на коэффициент Кп.Сигнал дТКп с выхода блока 31 поступает на вход формирователя 32, в котором формируется остроконечный импульс в момент окончания входного временного интервала.Изменение коэффициенальности Кп производинового коэффициента ввала блока 31.Рассмотрим работу блока 12 дискретной коррекции, в котором формируется дополнительный сдвиг по фазе в зависимости от производной скорости вращения электропривода (фиг.3). Импульсы обратной связи Го с выхода счетчика 18 поступают на вход блока 34, в котором формируется временный интервал, равный приращению периода импульсов обратной связи.Сигнал временного интервала ь Тв= = Т - Т,поступает на блок 35 из-менения временного интервала, где он умножается на коэффициент Кв,поступающий на второй вход блока 35. Сигнал временного интервала КПьТ,) поступает на Формирователь 36, на выходе котооого формируется остро