Устройство для частотного управления асинхронным двигателем

(1% (1) 3 ШН 02 Р 742 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯТ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНР 1 ТИЙ К АВТОРСКОМУ СМАОВТВЪСТВУ(71) Научно-исследовательский электротехнический институт производственного объединения.фХЭМЗ"(56) 1. Авторское свидетельство СССРВ 845255, кл. Н 02 Р 7/42, 1979.(54)(57) УСТРОНСТВО ДЛЯ ЧАСТОТНОГОУПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМпо авт. св. 9 845255, о т л и ч а -ю щ е е с я тем, что, с целью улучшения динамических характеристик двигателя и повышения производительности приводного механиэма, в него введены потенциометр, дополнительный блок суммирования и блок Функционала, состоящий из последовательно соединенных блока выделения модуля и нелинейного элемента, причем вы-. ход блока Функционала подключен к входу управления амплитудой напрязения преобразователя частоты, вход блока функционала подключен к выходу дополнительного блока суммирования, первый вход которого подсоединен к входу блока управления частотой преобразователя, а второй вход через потенциометр подсоединен к выходу блока суммирования. еРИзобретение относится к электротехнике, может быть использовано в частотно-регулируемом злектроприводе, выполненном на основе тиристорного преобразователя частоты и асинхронного двигателя с короткозам кнутым ротором.По основному авт.св. Р 845255 известно устройство для частотного управления асинхронным двигателем, подключенным к преобразователю час О тоты. Устройство содержит задатчик интенсивности, блок смещения и блок суммирования, один вход которого под ключен к выходу эадатчика интенсивности, а выход - к блоку управления частотой преобразователя, второй вход блока суммирования подключен к выходу блока смещения, блок смещения выполнен в виде блока дефференцирования, а его вход подключен к выходу задатчика интенсивности. Кроме того, в устройство введен нуль-индикатор, подключенный входом к выходу блока суммирования, а выходом - к входу блока управления порядком чередования Фаз выходного . напряжения преобразователя частоты г.Недостатком устройства является низкие динамические характеристики двигателя на малых частотах, которые ЗО обусловлены тем, что в устройстве не поедусмотрена компенсация падения напряжения на активных сопротивлениях обмотки статора и амплитуда напряжения регулируется пропорцио" 35 нально частоте во всем рабочем диапазоне. В результате в динамических режимах (раэгонах и торможениях) асинхронный двигатель не развивает достаточного момента на низких часто тах, что приводит к задержке начала Фактического разгона и остановке двигателя после частотного тортю жения и к низкой производительности приводного механизма. 45Цель изобретения - улучшениединамических характеристик асинхронного двигателя на низких частотах и повышение производительности приводного механизма.,50Поставленная цель достигаетсятем, что в устройство для частотного управления асинхронным двигателемвведен потенциометр, дополнительный блок суммирования и блок функционала, состоящий из последовательно соединенных блока выделения модуляи нелинейного элемента, причем выход блока Функционала подключен квходу управления амплитудой напря Ожения преобразователя частоты, входблока Функционала подключен к выходудополнительного блока суммирования,первый вход которого подсоединен квходу блока Управления частотой преобразователя, а второй вход через потенциометр подсоединен к входу блока суммирования.На Фиг, 1 приведена схема устройства для частотного управления асинхронным двигателем; на Фиг. 2 - графики зависимости амплитуды напряжения от частоты для постоянства потокосцепления статора и изменении нагрузки двигателя; на Фиг. 3 вариант выполнения функционала.Устройство содержит асинхронный двигатель 1 с короткозамкнутым ротором повышенного сопротивления, который подключен к выходу преобразователя 2 частоты с системой управления. Блок 3 суммирования подключен к выходу эадатчика 4 интенсивности, имеющему выход 5. Выход блбка 3 суммирования подключен к входу блока 6 управления порядком следования Фаз преобразователя 2 через нуль-индикатор 7 и к входу 8 блока 2 управления частотой преобразователя частоты. К выходу 5 задат чика интенсивности 4 подключен потенциометр 9, выход которого подкжчен к входу дополнительного блока 10 суммирования, второй вход которого подключен к выходу блока 3 суммирования. Выход блока 10 подключен через блок 11 Функционала к входу 12 управления амплитудой напряжения преобразователя 2 частоты.Блок 11 Функционала состоит из блока 13 выделения модуля сигнала и нелинейного элемента 14 (Фиг. 3).Один иэ возможных вариантов исполнения блока 13 (Фиг. 3) состоит из двух операционных усилителей 15 и 16, резисторов 17-21 и диодов 22 и 23.Такое постооение устройства диктуется следующим соображеииями. Вы- сокая эффективность работы асинхронного двигателя на низких частотах обеспечивается в режиме постоянства потокосцепления статора ( = Солями, которое достигается за счет компенсации падения напряжения на активных сопротивлениях обмотки статора , . Амплитуда напряжения йа зажимах статора в фукнкции частотыи абсолютного скольжения двигателядля линейной области механической характеристики, где собственно и происходит работа двигателя, описывается выражениемхх хл х хугдех хх - параметры схемы заме- щения1Г.Г -приведенное сопротивлениевторичной обмотки. где г В режиме идеального холостогохода= О) Формуле (1), определяющей зависимость 0(к) для различных Р соответствуют геометрически подобные Функционалы на фиг. 2, построенные в плоскости Ос, причем расчет подтверждает подобие Функционала с высокой точностью (с 7). Левая часть полужесткости в физическом смысле соответствует среверсированному двигателю (К с О) .В режиме идеального холостого хода функционал О,щ (К) определяется кривой, симметричной относительно оси Ц . Э двигательном режиме./ (0) с увеличениемФункционал перемещается в левую полуплоскость, в генераторном режиме (с 0) с увели. чением /Р/ - в правую полуплоскость При этом все точки Функционала перемещаются по оси Ю, на величину АОСц = - А 3;(4), а по оси Ол вверх на величину ь Цсм = Юе А ( (5),хо ггде .А=-- параметрический,хкоэффициейт; Ас 1.Таким образом, необходимая зависимость(0 и) определяется функцио- налом холостого хода (3), который в функции абсолютного скольжения двигателя должен смещаться в плоскости 0, К на величины (4) и (5). Расчет показывает, что величина 6 0 ц при максимальном скольжении в рабочей области составляет всего 10 от минимального напряже-, ния преобразователя на минимальной частоте и им можно пренебречь.Операции должны выполняться в следующей последовательности: сигнал задания фактической частоты й смещается на величину - 6 Ком , полученный сигнал Ю - Ы с подстановкой в качестве % в выражение (3) преобразуется Функционалом .холостого ходаПолученный сигнал соответствует требуемому значе-.;нию 0В данном устройстве согласно фиг.1 абсолютное скольжение в дина.мических режимах определяется сигналом 3 м /3 на выходе 5 задатчика 4 интенсивности. Смещение сигнала% согласно Формуле (4) выполняется в ,цополнительном блоке 10 суммирования Функпионал холостого хода по Формуле (3) реализуется блоком 11.Потенциометр 9 предназначен для настройки коэфФициента А х /г согласно Формулам (4) и (2). Для реальных паоаметров двигателей величина Ы- 0,3(, т,е. потенциометр настраивается примерно на 0,3.Управление асинхронным двигатели лем 1 осуществляется следующим об 10.разом.Устройство применимо для управления двигателем с повыаенным скольжением. Такие двигатели используются в приводе рольгангов, где вбольшинстве случаев статическим моментом нагрузки можно пренебречь всравнении с динамическим, т.е. в ус"тановившемся режиме -",О. Рассматриваемое устройство обеспечиваетданное условие, поскольку, как указывалось выше, в качестве сигналаскольжения здесь используется сигнал с выхода 5 задатчика 4. В установившемся режиме на выходе 5 задатчика 4 сигнал производной 3 ю /д 1 = О,следовательно, частота выходного напряжения преобразователя 2 определяется выходным сигналом задатчика 4,поступающего на вход 8 преобразователя 2. Соответственно сигнал смещения на входе дополнительного блока10 суммирования равен нулю, Амплитуда напряжения,.0 преобразователя 2определяется выходным сигналом блока 11 Функционала й"соответствует 35 зависимости 04 о (к) для холостого ходасогласно формуле (3). В динамическом режиме, например, при частотномразгоне на выходе задатчика 4 - линейно нарастающий сигнал задания, 4 О на выходе 5 задатчика 4 - ступенчатый сигнал д Ю /3, пропорциональныйабсолютному скольжению двигателя.На выходе блока 3 суммирования исоответственно на входе блока 8 уп-.45 равления частотой преобразователя2 - сигнал задания частоты К . В пере.численной части работа устройстваполностью повторяет работу прототипа. Блбк 10 суммирования выполняетсложение сигнала Фактической частоты Ю, с сигналом с выхода 5 задатчика 4, пропорциональным абсолютномускольжению и равным- ЬМс согласноФормуле (4). Результирующий сигналпреобразуется блоком 11 Функционала. Происходит смещение Функционала холостого хода влево (Фиг. 2)..Выходной сигнал 11 поступает на вход12 управления амплитудой напряжения преобразователя 2 частоты в ка честве задания 0 .По окончании разгона возникаетустановившийся режим, рассмотренныйвьиае. Торможение протекает аналогично разгону с той разницей, что сиг нал абсолютного скольжения на выходе=У с 5 задатчика 4 изменяет знак и смещение функционала холостого хода согласно фиг. 2 происходит вправо.В процессе торможения может произойти реверс выходного напряжения в зависимости от величины абсолютного скольжения, определяемой темпом торможения. Реверс происходит при изменении знака с по сигналу, нуль-индикатора 7, поступающему на вход 6 преобразователя 2. В этой части работа устройства полностью повторяет работу прототипа.Функционал 11 работает следующим образом.При подаче на вход сигнала отрицательной полярности он прохбдит через резистор 17, усилитель 15, диод 22 на выход усилителя 16 не изменяя полярности, Через диод 23 сиг" нал не проходит. При подаче на вход 20 блока положительного сигнала он проходит через диод 23 и инвертируется усилителем 16, а через цепь диода 22 не проходит. Таким образом на выходе блока в любом случае имеем однополярный сигнал. В результате блок 13 выпрямляет двухполярный сигнал Ю, , а нелинейныйэлемент 14 реализует расчетный функционал холостого хода Оо(ес) по формуле (3) для правой полуплоскости на фиг. 2. Нелинейный элемент может быть выполнен по принципу кусочно-линейной аппроксимации нелинейной зависимости.Предлагаемое устройство, благодаря поддержанию неизменного потокосцепления статора двигателя, обеспечивает постоянство заданного в виде сигналадф /41 абсолютного скольжения.в области низких частот, и тем самым улучщает динамические характеристики двигателя в данной области и повышает производительность приводного механизма.Экономический эффект достигается эа счет повышения производительности .оборудования вследствие сокращения времени на динамические режимы (разгон и торможение) двигателей./5 лиал ППП фПатентф, г УЖйород, ул, Проектная, 4 каз 9855/57 Тирам 6 ВНИИПИ Государственн по делам изобрете 113035, Москва, Жгго комитета СССРий и открытийРауыская наб., д