Способ импульсного регулирования частоты вращения асинхронного электропривода

ИЕ ИЗОБРЕТЕ СВИДЕТЕЛЬСТВУ, СА Н АВТОРСКОМУ ГОСУД АРСТВЕННЬ 9 КОМИТЕТ С ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКР(7 2) И.К. Хрусталев и С.В. Кольцов (71) Иогилевский машиностроительный институт(56) 1, Авторское свидетельство СССР Р 904160, кл. Н 02 Р 1/18, 1979,2. Авторское свидетельство СССР. У 600681, кл. Н 02 Р Г/40, 1975, (54)(57) СПОСОБ ИМПУЛЬСНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ ВРИЦЕНИЯ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА, при котором контролируют частоту вращения электродвигателя, а также соотношение по фазе между напряжениями питаний и , ЭДС наводимых затухающим полем ротора в обмотках статора, при достижении верхней границы диапазона регу- . лирования частоты вращения отключают напряжения питания, при достижении нижней границы диапазона регулирования ;частоты вращения подключают на;,К801072227 А пряжения питания с выдержкой време.ни, определяемой достиженщж заданного соотношения по фазе между напряжениями питания и ЭДС наводимой затухающим полем ротора в обмотках статораотличающийся тем, что,с целью .повьшения экономичности засчет снижения динамйческих перегру-,зок, указанную выдержку времени-осуществляют в два этапа, при этом напервом этапе выдержки времени определяют две обмотки статора, в которых наведены наибольшие ЭДС,совпада.ющие по знаку с напряжениями сети,определяют две фазы источника питания, между которыми напряжение максимально, и подключают это напряже-ние на указанные обмотки статора ссоблюдением заданного порядка чередования фаз, после :.чего на второмэтапе выдержки времени, длящемсячетверть периода напряжения питания,подключают напряжение питания ктретьей обмотке статораИзобретение относится к электротехнике и может быть использованопри создании электропрнводов с асинхронным электродвигателем, питаемымот источника электроэнергии черезуправляемый коммутатор, позволяющийосуществить детерминированную коммутацию обмотки статора в процессеимпульсного регулирования в заданномдиапазоне частоты вращения ротора,для механизмов со спокойным характером нагрузки и значительными маховыми массами, например, сепараторы,центрифуги и др,Известен способ импульсного регулирования частоты вращения асинхронного привода, электродвигатель которого питают от источника электроэнергии через тиристорный коммутатор,при котоРом осуществляют детерминированную коммутацию обмоток статора в два этапа. На первом этапе.определяют две фазы источника электроэнергии, между которыми напряжение максимально, подключают его кдвум обмоткам статора, на второмэтапе через двенадцатую часть периода подключают .напряжение питания к третьей обмотке статора 113. Недостатком данного способа явля.ется отсутствие, контроля ЭДС наведенной в обмотках статора затухающим полем короткозамкнутого ротора, отключенного от источника электроэнергии электродвигателя,что приводит к значительным динамическим З 5перегрузкам при повторных включениях.Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности и достигаемому результату является способ импульсного регулирования частоты вра щения асинхронного электропривода,при котором контролируют частоту вращения электродвигателя, а также .соотношение по фазе между напряжениямипитания и ЭДС наводимых затухающим 45полем ротора в обмотках статора, придостижении верхней границы диапазонарегулирования частоты вращения отключаЮт напряжения питания с выдержкойвРемени, опРеделяемой достижениемзаданного соотношения по фазе междунапряжениями питания и ЭДС наводимымизатухающим полем ротора в обмоткахстатора 12.Недостатком известного способаявляется низкая экономичность, обусловленная одновременной коммутациейобмоток статора после выдержки времени, что повышает динамические перегрузки, приводящие к повышенномуизносу и сохращению срока службы обо рудования как электропривода, таки приводного механизма,Цель изобретения - повышение экономичности за счет снижения динамических перегрузок в злектроприводе. 65 Указанная цель достигается тем,что согласно способу импульсно-.го регулирования .частоты вращенияасинхронндго электропривода, прикотором контролируют частоту вращения электродвигателя, а также соотношение по фазе между напряжениямипитания и ЭДС наводимых затухающимполем ротора в обмотках статора,при достижении верхней границы диапазона регулирования частоты вращения отключают напряжения питания,при достижении нижней границы диапазона регулирования частоты вращения подключают напряжения питания с выдержкой времени, определяемой дости.:;ением заданного соотноношения по фазе между напряжениямипитания и ЭДС наводимой затухающим полем ротора в обмотках статора, указанную выдержку времени осуществляют в два этапа, при этом напервом этапе выдержки времени определяют две обмотки статора, в которых наведены наибольшие ЭДСсовпадающие по знаку с напряжениямисети,определяют две фазы источника питания, между которыми напряжение максимально, и подключают это напряжение на укаэанные обмотки статора ссоблюдением заданного порядка чередования фаз, после чего на второмэтапе .выдержки, времени, длящемсячетверть периода напряжения питания, подключают напряжение питанияк третьей обмотке статора,На фиг, 1 представлена функциональная схема одного из вариантовустройства для осуществления способа импульсного регулирования частоты вращения асинхронного электропривода, на фиг. 2 - диаграммафазового состояния коммутации обмоток статора,Устройство для осуществления способа содержит тиристорные коммутаторы 1-3, включенные в фазы статораасинхронного двигателя 4, управление которыми осуществляется Р 5 -триггерами 5-7, выходы которых черезусилители 8-10 подключены на входысоответствующих тиристорных коммутаторов 1-3, Р -входы триггеров 5-7объединены и через элемент НЕ 11подключены к выходу элемента 2 И 12,на один вход которого подключен сумматор 13 сигналов задания и обратнойсвязи по частоте вращения, а на второй вход - через элемент 4 ИЛИ 14 подключен выход элемента ЗИ-НЕ 15, входыкоторого через сумматоры 16-18 подключены к выходам усилителей 19-21и к выходам усилителей 22-24, подключенных к статорной обмотке двигателя 4, Напряжения с вторичных обмотоктрансформатора 25 синхронизации, имеющих средние точки, через последовательно соединенные элементы 2 И-НЕ26-31 и элементы ЗИ 32-37, подключены на входы элементов 3 ИЛИ 38"40, выходы которых подключены на Э -входы95-триггеров 5"7 соответственно. Выходы Р 5 -триггеров 5-7 подключены на входы элементов Зи 35-37 и черезэлемент ЗИЛИ-НЕ 41 на входы элемен"тов 32-34, имеющих по одному общему входу, которые подключены к выходуэлемента 2 И 12. Обратная связь насумматоре 13 поступает от датчика частоты вращения, например, тахогенефректора 42, Трансформатор 25, первичная обмотка которого имеет выводы .А, В, С для подключения к фазам источника электроэнергии для питанияэлектродвигателя 4 через управляемые коммутаторы 1-3, вторичные обмотки, а, Ь, с фазных напряжений,АВ, ВС, СА линейных напряжений которого подключены соответственно на входы элементов 2 И-НЕ 26-31, образуют блок 42 синхронизации с источником электроэнергии, например сетью.Элементы ЗИ 32-37, элементы ЗИЛИ 38-40, элемент ЗИЛИ-НЕ 41, триггеры 5-7, усилители 8-10 образуют блок 43 безударного пуска.Усилители 19-21 составляют основу блока 44 контроля Фазного положения напряжений питания,а усилители .22-24 - основу блока 45 контроля Фазного положения ЭДС, которые наведены в обмотках статора, затухающим полем ротора двигателя 4, Элементы 4 И 14, элемент ЗИ-НЕ 15, сумматоры 16-18 образуют, блок 46 контроля сотласованности по фазе напряжений питания и фазных ЭДС. Элементы НЕ 11, 2 И 12 и сумматор 13, являющийся элементом сравнения и усиления рассогласования измеренной частоты вращения Оо и заданной О , являющейся функцией управляющего воздействия, образуют блок, 47 регулирования .частоты вращения,В процессе осуществления способа регулирования устройство работает следующим образом.Датчик положения результирующего напряжения сети образован усилителями 19-21, которые формируют из входных синусоидальных сигналов двух полярные прямоугольные сигналы, а датчик положения вектора ЭДС наведенной в статоре затухающим полем ротора - усилителями 22-24, сигналы на инвертирующие входы которых поступают со статорных обмоток двигателя 4, Таким образом, осуществляется контроль углового положения указанных векторов с точностью до 60 эл,град в системе координат; неподвижной относительно статорафиг. 2). При этом вектор проходит секторы 1-ю результирующего напря-, ,жения сети последовательно в направ ленин, указанном стрелкой, а каждая зона характеризуется определенными знаками линейных напряжений. Чтобы векторы результирующего напряжения сети и ЭДС статора от затухающего 5 потокосцепления ротора находились впротивофазе необходимо, чтобы их проекции на оси координат .А, В, С имели одинаковый знак и по возможности одинаковую амплитуду. Тогда 10 приложенное напряжение сети будетуровновешиваться ЭДС статора и переходный процесс будет минимальным, т,е, необходимо расположение векторов результирующего напряжения сети 15 и обратной ЭДС статора в одном секторе системы координат фиг21, Включение двух обмоток двигателя на максимальное линейное напряжение возможно, когда вектор напряжения сети расположен на одной линии 1- а, где линейные напряжения дости гают максимального значения, Линии включения делят контролируемые секторы симметрично, следовательно,макслучае (максимального значения) про 60 ходит напряжение Осд, а нуль - напряжение О . В момент прохождения напряжения Оз нулевого значения э)темент 2 И-НЕ 27 формирует импульс напряжения, поступающий через эле.мент ЗИ 33 и элемент ЗИли 38 и 40 25 симальный угол между вектораминапряжения сети и обратной ЭДС статора от незатухающего потокосцепления ротора в момент включенияможет составлять 30 эл, грай. Поскольку линейные напряжения сетипреобразованы в прямоугольные сигналы без изменения знака, а ЭДС статора с изменением такового, то в момент расположения векторов в одномсекторе, на выходе сумматоров 16-18 35 будет уровень ф 01, поступающийна вход элемента ЗИ-НЕ 15, сигнал1 ф с выхода которого разрешит подключение двигателя к сети при условии,что скорость двигателя 4 40 меньше заданного значения. Предположим, что за время отключенногосостояния скорость двигателя 4уменьшилась ниже значения уставки,в этом случае на выходе сумматора 45 13 появится сигнал 1, поступающий на вход элемента 2 И 12. Есливзаимноерасположение векторов результирующего напряжения сети иЭДС статора противофазное, то сиг нал 11 с выхода элемента ЗИ-НЕ15 через элемент 4 ИЛИ 14 поступитна вход элемента 2 И 12 и на выходе последнего будет сигнал ф 1,поступающий на вход элементов ЗИ32-34 и снимающий запрет с Р -вхо дов Р 5 -триггеров 5-7 через элементНЕ 11, Предположим,что вектор ЭДСот незатухшего потокосцепления ротора расположен в 1 Ъ секторе, в этомиа Ь -входы Р 5 -триггеров 5 и 7.Это возможно, так как на третьемвходе элемента ЗИ 33 присутствуетсигнал11 с выхода элементаЗИЛИ"НЕ 4-, подключенного на входы Яэ -триггеров 5-7, Происходитустановка сигналов ф 1 ф на выходах Йз -триггеров 5 и 7, которыечерез усилители 8 и 10 включают.тиристорные коммутаторы 1 и 3 в,фазах Аи С асинхронного двигателя 4: 10и через элемент ЗИЛИ-НЕ 41 осуществят блокировку прохождения импульсов напряжения с выходов элементовЗИ 32-34. Через 30 эл,град, после,прОхождения напряжения Об нулевого значения положение нуля проходитнапряжение 0 и элемент 2 И-НЕ 29формирует импульс напряжения, нона одном из входов элемента ЗИ 35присутствует сигнал ф 10 ф с выходаРб-триггера б и прохождение сигналачерез. элемент ЗИ 35 невозможно. Через 60 эл.град. нуль проходит напряжение О; но элемент ЗИ 32 заблокирован сигналом 0 с выходаэлемента ЗИЛИ-НЕ 41. Через 90 эл,град;нуль проходит линейное напряжениеОсд и импульс напряжения с выходаэлемента 2 И-НЕ 31 через элементыЗИ 37 и ЗИЛИ 39 пропускает на иввход Р 5 -триггера б, устанавливаяна его выходе сигнал фф 1 фф, который,через усилитель 9 включает тиристорный коммутатор 2 в фазе В двигателя 4. Чтобы не произошло отклю- .чения двигателя 4 при работе вдвухфазном режиме, предусмотренаблокировка подключением выходовРз-триггеров 5-7 на входы элемента4 ИЛИ 14, при этом включение одного1 из тиристорных коммутаторов 1-3 устанавливает на выходе элемента4 ИЛИ 14 уровень 1 ф независимо отизменения положения векторов результирующего напряжения сети и ЭДС статора. Отключение двигателя 4 происходКт, когда скорость двигателя 4 превысит значение уставки. При этом навыходе сумматора 13 устанавливаетсяуровень ф 0 ф, а на выходе элемента2 И 12 сигнал 1 ф с выхода элемента НЕ 11 переводит триггеры 5-7 внулевое состояние, тиристорные коммутаторы 1-3 закрйваются и напряжение питания на двигатель 4 не подается, происходит останов двигателя 4 под действием статическогомомента, далее процесс повторяетсяТаким образом, осуществляется импульсное регулирование частоты вращения асинхронного двигателя приподключении двух обмоток двигателяк питающей сети в максимуме линейного напряжения с последующим подключением третьей обмотки через90 эл.град, с соблюдением условияпротивоазности векторов результирующего напряжения сети и ЭДС статора от незатухшего магнитного потока ротора. Предпагаемый способ импульсного регулирования частоты вращения обеспечивает уменьшение динамических перегрузок за счет исключения аперио. дических составляющих результирую= щего электромагнитного момента, благодаря чему снижается потребление электроэнергии, увеличивается срок службы и улучшаются энергетические 1 оказатели электропривода,