Устройство для экстремального управления асинхронным электродвигателем

ц 1 01)рр Н 02 Р 1/32 А 1 ЗОБРЕТЕНИЯ ИСА ИДЕТ ЕЛЬСТВ К АВТОРСКО ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И (ЛНРЦТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Казанский филиал Московского энергетического института (72) О.А.Бурунин .(53) 62-83:621,313,333(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР В 1184063, кл. Н 02 Р 7/36, 1985,.Авторское свидетельство СССР Ф 1099367, кл. Н 02 Р 1/32, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭКСТРЕМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ Э 31 ЕКТРОДВ 11 ГАТЕЛЕМ(57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления нерегулируемым по частоте вращения асинхронным электродвигателем с короткозамкнутым ротором, Целью изобретения является повышение энергетических показателей. В основу управления положена зависимость потребляемой электродвигателемактивной мощности от отношения действующих значений тока статора к току намагничивания, которому пропорционально выходное напряжение блока3 вычисления контролируемого параметра, в состав которого входят блок18 деления и функциональный преобразователь 19, реализующий степеннуюфункцию у=х, где 2 г .3. Устройство содержит коммутаторы 1, 2 включения по схемам "треугольник" и"звезда", датчики 4, 5 и 7 соответственно нагрузки, напряжения статораи питающей сети, пороговый элемент6, блок 8 переключения, блоки 10 и12 задания и импульсно-фазового управления, регулятор 11, три ключа13-15 и формирователь 16 импульсов.Коэффициент мощности увеличиваетсяза счет сочетания фазоимпульсного ирелейного регулирования, 1 ил.Изобретение относится к электротехнике и может быть использованодля управления нерегулируемым почастоте вращения асинхронным электродвигателем с короткозамкнутым ротором,Цель изобретения - повышение энергетических показателей,На чертеже приведена структурнаясхема устройства для экстремального управления асинхронным электродвигателем.Устройство содержит тиристорныйкоммутатор 1 включения статорной 15обмотки электродвигателя по схеме"треугольник", тиристорный коммутатор 2 включения статорной обмотки11электродвигателя по схеме звездаблок 3 вычисления контролируемого параметра, датчик 4 нагрузки электродвигателя, датчик 5 напряжения статорнойобмотки электродвигателя, пороговыйэлемент 6, датчик 7 напряжения питающей сети, блок 8 переключения, узел9 сравнения, блок 1 О задания контролируемого параметра, регулятор 11 кконтроля параметра, блок 12 импульсно-фазового управления, три управляемых ключа 13-15 и формирователь 16импульсов. Выход датчика 4 нагрузкиэлектродвигателя соединен с однимвходом блока 3 вычисления контролируемого параметра, другой вход которого соединен с выходом датчика 5 на 35пряжения статорной обмотки электродвигателя и одним входом порогового элемента 6, другой вход которого соединен с выходом датчика 7 напряжения питающей сети, Выход порогового элемента 6 соединен с входом блока 8 переключения. Выход блока 3 вычисленияконтролируемого параметра соединен свычитающим входом узла 9 сравнения,суммирующий вход которого соединен с 45выходом блока 10 задания контролируемого параметра. Выход узла 9 сравнения соединен с входом регулятора 11контролируемого параметра и информационным входом первого ключа 13. Выход регулятора контролируемого параметра через блок 12 импульсно-фазового управления соединен с информационными входами второго и третьего управляемых ключей 14, 15. Один выход блока 8 переключения соединен с одним55 входом формирователя 16 импульсов и с управляющим входом второго ключа 14, выход которого соединен с тиристорным коммутатором 1 включения статорной обмотки электродвигателя по схеме "треугольник". Другой выход блока 8 переключения соединен с другим входом формирователя 16 импульсов и с управляющим входом третьего ключа 15,выход которого соединен с тиристорным коммутатором 2 включения статорной обмотки электродвигателя по схеме "звезда". Выход формирователя 16 импульсов соединен с управляющим входом первого ключа 13, выход которого подключен к общей шине 17 устройства.В основу экстремального управления положена зависимость потребляемой электродвигателем активной мощности от отношения действующих значений тока статора к току намагничивания. Для обеспечения работы электродвигателя в точках минимума потребляемой активной мощности устройство управления обеспечивает поддержание заданной величины отношения действующих значений тока статора к току намагничивания, В этом случае выходное напряжение блока вычисления контролируемого параметра должно быть пропорционально отношению действующих значений тока статора к току намагничивания. Поэтому блок 3 вычисления контролируемого параметра содержит блок 18 деления и функциональный преобразователь 19, при этом вход "Делимое" блока 18 деления образует один вход блока вычисления и соединен с выходом датчика 4 нагрузки, а вход "Делитель" блока 18 соединен с выходом функционального преобразователя 19, вход которого образует второй вход блока 3 вычисления и подключен к выходу датчика напряжения статорной обмотки электродвигателя.Выход блока 18 деления образует выход блока 3 вычисления и соединен с вычитающим входом узла 9 сравнения. Функциональный преобразователь 19 реализует степенную функ 2цию у=х, где 2 й г ы 3, отражающую зависимость тока намагничивания от напряжения на статорной обмотке электродвигателя. Поэтому выходной сигнал функционального преобразователя пропорционален току намагничивания и не зависит от скольжения электродвигателя. Датчик 4 нагрузки контролирует токовую нагрузку электродвига5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 5 165 теля и его выходной сигнал пропорционален току статорной обмотки,Устройство работает следующим образом.С датчика 5 напряжения на один вход порогового элемента 6 подается напряжение Бь, пропорциональное напряжению на статорной обмотке электродвигателя Б , а с датчика 7 на другой вход порогового элемента 6 подается напряжение П , пропорциональное фазному напряжению питающей сети П . Верхний порог срабатывания порогового элемента 6 равен Б =Ыс,. ЬКл где 1.=0,95-1,0, а его нижний порог срабатывания, - Б =% где й =0 68 Ыкп С ф ( Э 0;9. Поэтому, если напряжение на статорной обмотке 0. Ыс, то на выходе порогового элемента 6 устанавливается сигнал "1", вызывающий включение статорной обмотки электродвигателя по схеме "треугольник". Если же напряжение на статорной обмотке 08 61 эБ , то на выходе порогового элемента устанавливается сигнал "0, вызывающий включение статорной обмотки электродвигателя по схеме " "звезда". Команды на отключение одного. коммутатора и включение другого формируются блоком 8 переключения,Переключение статорной обмотки электродвигателя с одной схемы соединения на другую фактически вызывает дискретное регулирование выходного напряжения питания системы коммутатор - электродвигатель (линейное или фазное напряжение). Плавное, фазоимпульсное регулирование выходного напряжения (напряжение, прикладываемого к статорной обмотке электродвигателя) коммутаторов 1 и 2 осуществляется с помощью блока 12 фазоимпульсного управления.Пусть двигатель работает с небольшой нагрузкой (порядка 20-307. номинальной), напряжение на выходе порогового элемента 6 соответствует сигналу "О", который поступает на вход блока 8 переключения. На одном (верхнем по схеме) выходе блока 8 переключения сигнал управления соответствует "0", а на другом (нижнем по схеме) выходе - "1", .который поступает на управляющий вход третьего ключа 15. В результате импульсы управления с выхода блока фазоимпульсного управления поступают на управляющий вход коммутатора 2 включения статорной об 3111 6 мотки электродвигателя по схеме звезда"При увеличении нагрузки возрастает ток статора электродвигателя за счет увеличения его скольжения, т.еувеличивается сигнал с датчика 4 тока, что также приводит к увеличению сигнала на выходе блока 18 деления. На выходе узла 9 сравнения появляетсяссигнал ошибки, который йодается на вход регулятора 1 1 контролируемого параметра (например, ПИ-регулятора отношения тока статора к току намагничивания),выходное напряжение которого поступает на вход блока 12 фазоимпульсного управления. В результате увеличивается напряжение на статоре электродвигателя. Если напряжение на статоре электродвигателя становится равным ОЪЖс, то на входе порогового элемента 6 появляется сигнал 1", который поступает на вход блока 8 переключения.На нижнем (по схеме) выходе блока 8 переключения устанавливается сигнал 0", что приводит к закрытию третьего ключа 15, запиранию тиристоров коммутатора 2 включения статорной обмотки электродвигателя по схеме "звезда". На верхнем(по схеме) выходе блока 8 переключения устанавливается сигнал "1", чтоприводит к открыванию второго ключа14, отпиранию тиристоров коммутатора1 включения статорной обмотки электродвигателя по схеме "треугольник"импульсами с выхода блока 12 импульснофазового управления, Одновременно сигнал "1" поступает на вход формирователя 16 импульсов, который формируетимпульс задержки с уровнем "1". Этотимпульс поступает на управляющий входпервого ключа 13, обнуляя сигнал управления на входе регулятора 11 контролируемого параметра. Выдержка времени необходима для отстройки системы управления от кратковременныхбросков тока при переключении статорной обмотки электродвигателя с одной схемы соединения на другую. Длительность импульса задержки выбирается равной длительности протеканияпереходных процессов при переключениях статорной обмотки. По окончаниидействия импульса задержки сигналдатчика 4 тока вновь будет соответствовать нагрузке электродвигателя.Ключ 13 закрывается, а сигнал реальной ошибки передается на вход регуля 1653111тора. 11 контролируемого параметра,Напряжение на статоре электродвигателя увеличивается до тех пор, покаотношение токов статорной обмоткии намагничивания не достигнет прежнего своего значения,При сбросе нагрузки скольжениеэлектродвигателя уменьшается, уменьшается ток статора, что приводит куменьшению напряжения на электродвигателе до тех пор, пока величина отношения токов не достигнет своегопрежнего значения.Если в процессе отработки сигналарассогласования отношения токов напряжение на статоре электродвигателястановитсЯ Равным Пб( ЯНс, то навыходе порогового элемента 6 появляется сигнал "О", который поступаетна вход блока 8 переключения. Наверхнем (по схеме) выходе блока 8переключения устанавливается сигнал"1" поступает на вход формирователя16.импульсов, который формирует импульс задержки с уровнем "1", поступающий на управляющий вход ключа 13.Ключ 13 открывается, обнуляя сигналуправления на входе регулятора 11 контролируемого параметра. По окончании импульса задержки ключ 13 закрывается, разрешая отработку сигнала рассогласования, Напряжение настаторе электродвигателя уменьшаетсядо тех пор, пока отношение токовстаторной обмотки и токов намагничивания не достигнет прежнего своего значения,45Таким образом, предложенное устройство позволяет сочетать Фазоимkульсноерегулирование напряжения на статорнойобмотке электродвигателя с дискретным(релейным) регулированием в резуль)50тате повышаются коэффициенты сдвига иискажения, увеличиваются энергетические показатели электропривода, снижаются потери электроэнергии в питающей сети.Формула из обретенияУстройство для экстремального управления асинхронным электродвигателем, содержащее тиристорный коммутатор включения статорной обмотки электродвигателя по схеме "звезда" и тиристорный коммутатор включения статорной обмотки электродвигателя по схеме "треугольник", блок переключения, узел сравнения, датчик нагрузки электродвигателя и датчик напряжения питающей сети, пороговый элемент, выход которого соединен с входом блока переключения, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения энергетических показателей, введены блок вычисления контролируемого параметра, блок задания контролируемого параметра, регулятор контролируемого параметра, блок импульсно- Фазового управления, датчик напряжения статорной обмотки электродвигателя, формирователь импульсов и три ключа, причем выход датчика нагрузки электродвигателя соединен с одним входом блока вычисления контролируемого параметра, другой вход которого соединен с датчиком напряжения статорной обмотки электродвигателя и одним входом порогового элемента, другой вход порогового элемента соединен с выходом датчика напряжения питающей сети, выход блока вычисления контролируемого параметра соединен с вычитающим входом узла сравнения, суммирующий вход которого соединен с выходом блока задания контролируемого параметра, выход узла сравнения соединен с входом реГулятора контролируемого параметра и информационным входом первого ключа, вход блока импульсно-Фазового управления соединен с выходом регулятора контролируемого параметра, а выход блока импульсно-Фазового управления - с информационными входами второго и третьего ключей, один выход блока переключения соединен с одним входом Формирователя импульсов и управляющим входомвторого ключа, выход которого соединенс тиристорным коммутатором включениястаторной обмотки электродвигателя посхеме "треугольник", другой выход блока переключения соединен с другим входом формирователя импульсов и управляющим входом третьего ключа, выходкоторого соединен с тиристорным коммутатором включения статорной обмотки электродвигателя по схеме "звезда", выход формирователя импульсов соединен с управляющим входом первого клю ча, выход которого подключен к общей шине устройства.