Способ управления асинхронным электродвигателем и устройство для его осуществления

СО 1 ОЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН А 19 1 11 Н 02 Р 7/4 ГОСУДАРСТВЕННЫ ПО ДЕЛАМ ИЗОБ ОМИТЕТ СССР ТЕНИЙИОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯИ АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ.(71) Ворошиловградский машиностроительный институт(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЬЮЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ.(57) 1Способ управления асинхронным электродвигателем с короткозамкнутым ротором, питаемым от мостового инвертора напряжения с углом проводимости ключей 120 эл,град при кото.ромзадают начальную частоту питания электродвигателя, измеряют электрический параметр в отключенной от ис" точника питания фазе электродвигателя, ,характеризующий положение векторапотокосцепления ротора и по.измерен,ному электрическому параметру Формируют команду на переключение ключей инвертора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения и повышения быстродействия, осуществляют . широтно-импульсную модуляцию напряжения инвертора в интервале 0- 60 эл.град. угла проводимости каждого ключа инвертора, измеряютимпульсы тока в отключенной от источника питания фазе электродвигателя, сравнивают их с заданным пороговым уровнем и при достижении импульсом тока заданного порогового уровня формируют ко" манду, которую используют в качестве команды на переключение ключей инвертора, Ф1037103 2. Устройство для управления асинхронным электродвигателем с коротко- замкнутым ротором, содержащее мостовой инвертор напряжения, предназначен ный для подключения через датчики тока к асинхронному двигателю, распределитель тактовых импульсов, .выход которого через модулятор подключен к 1 управляющему входу инвертора, а вход через формирователь сигналов управления - к генератору управляющих импульсов, эадатчик тока, соединенный с модулятором, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения и повы 1Изобретение относится к электротехнике, а именно к области частотного управления электродвигателями с короткозамкнутым ротором, питаемым от инверторов напряжения. 5Известен способ управления трехфазным асинхронным электродвигателем с короткозамкнутым ротором, при котором Формируют трехфазную симметричную систему токов в Фазах двигателя, 10 а частоту питания изменяют путем суммирования частоты вращения ротора с заданной частотой абсолютного сколь" жения ротора Г 1 1 .Устройство по указанному способу содержит инвертор напряжения, датчики тока, модулятор, задатчик тока, изме" ритель частоты вращения ротора1,Недостатком данного способа является низкое быстродействие, обусловленное тем, что при управлении не используется информация об угле между вектором тока статора и вектором потокосцепления ротора. Заданная час" тота скольжения ротора получается, как производная угла между вектором тока статора и осью ротора асинхронного двигателя, и отрабатывается регулятором момента с большим запаздыванием. Недостатком способа также является сложность, связанная с необходимостью формирования синусоидальной системы токов в фазах электродвигателя, большие габариты и низкая надежность привода, вследствие наличия в системе управления большого колищения быстродействия, в него введенФазовый синхронный детектор реактивного тока, входы которого соединеныс датчиками тока и с выходом распределителя тактовых импульсов, а выходс формирователем сигналов управления..3Устройство по п.2, о т л и ч а юю щ е е с я тем, что в него введен фазовый синхронный детектор полного тока, входы которого соединены с датчиками тока и с выходом распределителя тактовых импульсов, а выхода задатчиком тока.чества механических и электромеханических преобразователей.Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ управления трехфазным электродвигателем, питаемым от мостового инвертора напряжения с углом проводимости клю - чей 120 эл.град, при котором задают начальную частоту питания, измеряют в отключенной от источника питания Фазе сигнал ЭДС, индуцированный магнитным потоком ротора и при достижении им определенного уровня Формируют команду на переключение ключей инвертора 2 1 .Устройство для осуществления известного способа содержит инвертор напряжения, к которому подключен трех фазный электродвигатель распределитель .тактовых импульсов, выход которого через модулятор подключен к управляющему входу инвертора, а вход - к генератору управляющих импульсов, соединенному с формирователем сигналов управления, задатчик тока, соединенный с модулятором2Недостаток известного способа и устройства состоит в том, что для измерения сигнала ЭДС и выделения его, на Фоне помех требуются специальные Фильтры, усложняющие реализацию. Кроме того, для управления двигателем с уровнем момента, близким к предельному, обеспечивающему максимальное быстродействие, необходимо использование дополнительных блоков, кор 41037403 3ректирующих величину абсолютногоскольжения. При осуществлении режиматорможения в Фазе, в которой измеряется ЭДС, не может протекать реактивный ток, а,следовательно, отсутствуетмагнитный поток, создающий тормозноймомент, цто также снижаетбыстродействие. Условие измерения ЭДС вфазе может привести к значительнымперенапряжениям на ключах инвертора 1 Опри их коммутации, что снижает надежность привода,Цель изобретения - упрощение реализации при одновременном повышениибыстродействия. 15Поставленная цель достигается тем,что согласно способу управленияэлектродвигателем с короткозамкнутым ротором, питаемым от мостовогоинвертора напряжения с углом проводимости ключей 120 эл.град,при котором задают начальную частоту питания электродвигателя, измеряют электрический параметр в отключенной отисточника питания фазе электродвига- д 5теля, -характеризующий положение вектора потокосцепления ротора, и по измеренному электрическому параметруформируют команду на переключениеключей инвертора, осуществляют широт- Зно-импульсную модуляцию напряженияинвертора в интервале 0-60 эл,град,угла проводимости каждого ключа инвертора, измеряют импульсы тока вотключенной от источника питания фа 35зе электродвигателя, сравнивают их сзаданным пороговым уровнем и при достижении импульсом тока заданного порогово.го уровня формируют команду, которуюиспользуют в качестве команды на переключение ключей инвертора.В устройство для управления асинхронным электродвигателем с короткозамкнутым ротором, содержащее мостовой инвертор напряжения, к которому45через датчики тока подключен асинхронный двигатель, распределительтактовых импульсов, выход которогочерез модулятор подключен к управляющему входу инвертора, а вход черезформирователь сигналов управления 50к генератору управляющих импульсов,задатцик тока, соединенный с модулятором, введен Фазовый синхронный детектор реактивного тока, входы которогосоединены с датчиками тока и с выходом 55распределителя тактовых импульсов, авыход " с формирователем сигналовуправления,4В другом варианте может быть введен фазовый синхронный детектор полного тока, входы которого соединеныс датчиками тока и с выходом распределителя тактовых импульсов, а выходс задатчиком тока.На фиг.1 показана структурная схема устройства для управления асинхронным электродвигателем; на фиг.2 диаграмма фазных токов.Генератор 1 управляющих импульсовсоединен с распределителем 2 тактовых импульсов, выход которого и выход задатцика 3 тока подключены к модулятору 4, Выход модулятора 4 подсоединен к управляющему входу инвертора 5, силовой вход которого подключен к источнику 6 постоянного тока,Выходы инвертора 5 через датчики 7-9тока соединены с асинхронным электродвигателем 10, Выходы датчиков 7-9тока соединены через синхронный детектор 11 реактивного тока с формирователем 12 сигналов управления. Кроме того, выходы этих же датчиков 7-9тока подключены к синхронному детектору 13 полного тока, дополнительныйвход которого соединен с распределителем 2 импульсов,Генератор 1 управляющих импульсов задает начальную частоту. Ее величина определяется максимальной частотой питания электродвигателя, при котО- рой на его естественных механических характеристиках нет участка провала момента. Распределитель 2 тактовых импульсов формирует временную последовательность шести тактовых импульсов шириной 120 эл,град. периода частоты питания электродвигателя каждый. Задатцик 3 тока формирует импульсы напряжения, частота и скважность ко" торых задает величину тока в фазах электродвигателя либо скважность широтно-импульсной модуляции, Зги импульсы поступают на модулятор 4 и модулируют поступающие туда же с распределителя 2 тактовые импульсы. Причем тактовые импульсы модулируются в интервале 0-60 эл.град., форма и последовательность которых показана на диаграмме фиг.2. Инвертор 5 напряжения выполнен по традиционной трехфазной мостовой схеме и управляется тактовыми импульсами (фиг.2), Синхронный детектор 11 реактивного тока позволяет выделить сигнал реактивного тока, протекающего в фазеэлектродвигателя, отключенной от ис-точника питания постоянного тока изамкнутой через один из диодов мос"та обратного тока инвертора и ключ, находящийся в открытом состоянии,на другую фазу. Выход фазового син" хронного детектора 11 реактивного тока соединен с формироваелем 12 сигналов управления, который в зависимости от задания режима (двигатель ного или тормозного) формирует команды, синхронизирующие генератор управляющих импульсов.Работа устройства; реализующего данный способсостоит в следующем,15 При Формировании в фазах электродвигателя тока прямоугольной формы инвертором напряжения с углом проводи,мости силовых ключей 120 эл. град.и модуляции в промежутке 0 -20б 0 эл.град. в каждой из трех Фаз в течение 120 эл.град. полупериода протекает заданный ток, и в течение оставшихся бО эл.град. полупериода протекает реактивный ток, обусловленный 25 ЗДС, индуцированной магнитным потоком ротора. Мгновенные значения реактивного тока определяются абсолютной частотой вращения и величиной вектора потокосцепления ротора, а также З 0 ; углом между вектором тока статора и вектором потокосцепления ротора. Максимальная величина этого угла соответствует максимальной величине дви" гательного и тормозного электромаг" нитного момента для заданиого тока при скольжении, близком к критическому. При этом реактивный ток в отклю" ценной от источника питания фазе стремится к нулю.40При работе в двигательном режиме сигнал, переключающий инвертор 5, Фор. мируют при возрастании импульсов тока до уровня, определяемого нижним порогом чувствительности датчиков . 3-9 тока. Таким образом, абсолютная величина реактивной составляющей полного тока в фазах двигателя ограничивается на уровне, определяемом нижним порогом чувствительности и коэффициентом передачи датчиков тока и практически может сводиться к нулю. Это значит что при любых моментах нагрузки как статических, так и динамических,частота переключений автоматически устанавливается такой, что для любых заданных значений либо скважности широтно-импульсной модуляции электродвигатель находится всег-,да в точке скольжения, характеризующейся максимальным моментом.При работе электродвигателя в тормозном режиме сигнал, переключаю" щий инвертор 5, Формируют при снижении величины импульсов тока до уровня, определяемого чувствительностью датчиков тока. Автоматически устанавливающаяся при этом частота питания электродвигателя ниже частоты вращения ротора и ее величина такова, что электродвигатель находится близко к точке критического скольжения его механических характеристик в области отрицательных моментов. Ток в отключенной фазе представляет собой Функцию, убывающую от максимума в начале отключения до нуля в конце, когда, собственно, и формируют сигнал, переключающий инвертор. Бсли формировать сигнал переключающий инвертор до того, как ток достиг нуля, то при этом же задании тока в фазах электродвигателя тормозной моментбудет меньше. Если переключение производить позже того, как ток в отключенной фазе достиг нуля, произойдет переход на неустойчивую часть механических характеристик, т.еопрокидывание электродвигателя..На фиг.2, изображена диаграмма найряжений Т 1-Тб, управляющих ключами трехфазного мостового инвертора напряжения, и соответствующие им . токиА, 1 ф фс в фазах А, В и С для двигательного режима. Дополнительно показаны выделенные и продетектиро" ванные импульсы тока 1 Р в отключенных от источника питания постоянного тока фазах электродвигателя, Пунктирная линия показываетнижний порог чувствительности датчиков тока, при котором происходит переключение инвертора. Импульсы О, управляющие частотой тактов переключения инвертора, формируются в момент совпадения тока в отключенной фазе с порогом чувствительности датчиков тока. Из диаграммы видно, что широтно-импульсная модуляция производится в первые 60 эл.град, проводящего состояния ключей инвертора, только в этом случае осуществляется замыкание индуцированной ЭДС в отключенной фазе.Таким образом, способ управления асинхронным электродвйгателем и устройство для его осуществления позволяют, используя постой инвертор напря. женив, Формирующий ток прямоугольнойНИИПИ аз 603 ч раж 687 Подписн Патент", г, Ужгород, ул. Проект лиал 7 1037 фф 03 8 формы и прйменяя лишь датчики тока, кой к критическому скольжению его непосредственно получать сигналы, естественных механических характерис" управляющие фазой и частотой питаю- тик, что повышает быстродействие. Отщих электродвигатель токов как в , счтствие перенапряжений вследствие двигательном, так и в тормозном ре-замыкания индуцированных ЗдС, устой- жимах без необходимости формирования чивая работа в точках критического синусоидальных токов и без применения скольжения; ограничение абсолютного измерителей магнитного потока, часто- значения тока в фазах двигателя и клюты вращения и углового положения ро" чах инвертора, отсутствие возможности тора, за счет чего достигается упро для прохождения сквозных токов через щение. При этом получают устойчивую инвертор делают работу привода в це" работу электродвигателя в зоне, близ. лом значительно надежнее.