Устройство для управления асинхронным электродвигателем

(у Н 02 Р 5/28 еОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Новокузнецкое отделение Всесоюзного научно-исследовательского проектного института "Тяжпромэлектропроект" им, Ф.Б.Якубовского(56) 1. Патент США В 3876918,кл. 318-203,1975.2. Автоматизированный электропривод в промышленности. Труды У 1 Всесоюзной конференции по автоматизированному электроприводу. М., "Энергия",1974, с.263-266, рис. 4.(54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ,содержащее подключенный к статорнойобмотке электродвигателя тиристорныйрегулятор с системой импульсно-фазового управления, к входу которойподключен регулятор частоты вращения,датчик частоты вращения, подключенныйк входу регулятора частоты вращения,задатчик интенсивности, выполненныйв виде соединенных последовательнои охваченных отрицательной обратнойсвязью элеменуа ограничения и элемента интегрирования, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышенияточности остановки в заданном положении и КПД, в него введены блок переключения режимов и блок заданияускорения, нелинейный элемент, который выполнен в виде операционногоусилителя с ключевым элементом в цепиобратной связи и включен между выходом задатчика интенсивности и входомрегулятора частоты вращения, а уп"равляющий вход ключевого элемента подключен к первому выходу блока переключения, режимов, первый и второй входы которого подключены к выходу задатчика интенсивности и выходу датчика частоты вращения, второй и третий выходы блока переключения режимов подключены к первому и второ. му входам блока задания ускорения, первый и второй выходы которого подключены соответственно к входу и в цепь обратной связи элемента ограничения, третий, четвертый и пятый входы блока задания ускорения ;подключены соответственно к источнику напряжения задания ускорения, к первому и четвертому выходам блока .переключения режимов.2. Устройство по п, 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок переключения режимов содержит элемент запоминания частоты вращения, компа ратор, элемент И, ключевой элемент . й и датчик начала торможения, один .вход компаратора соединен с выходом элемента запоминания частоты вращения, вход которого подключен к выходу Ю ключевого элемента, входы элемента И подключены к выхоДу компаратора ффЬ и выходу датчика начала торможения, мй к выходу которого подключен также в 1 управляющий вход ключевого элемента, причем другой вход компаратора и вход ключевого элемента являются соответственно первым и вторым входами блока переключения режимов, выход ) элемента И, два выхода элемента запоминания и выход датчика начала торможения являются .соответственно первым, вторым, третьим и четвертым выходами блока переключения режимов.3. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок задания12447 ветственно третьим, вторым и первым входами блока задания ускорения, управляющий вход третьего ключевого элемента является четвертым входомблока задания ускорения, а выход первого ключевого элемента и выход промежуточного усилителя являются соответственно первым и вторыь выходами блока задания ускорения. Изобретение относится к электрот технике и может быть использовано в регулируемых электроприводах пере,менного тока с асинхронными электродвигателями с короткозамкнутой 5 обмоткой ротора.Известно устройство для управления асинхронным электродвигателем, содержащее педключениый к статорной . обмотке двигателя тиристорный 1 О .регулятор напряжения,с системой импульсно-фазового управления тнристорами, переключатель направления движения,два компаратора для режимов разгона и торможения, подключенные к их входам датчик частоты вращения электродвигателя и задающий генератор, состоящий из узлов ускорения и замедления, причем вход последнего подключен к путевым Датчикам, и блок 2 О задания режимов работы электродвигателя. Режим торможения в устройстве начинается по команде путевых датчи- . ков, а его интенсивность определяется узлом замедления Цр 5Недостатком устройства является невысокая точность остановки электро. двигателя в заданном положении,вслед" ствие зависимости тормозного агути от момента нагрузки на валу электродвига-, теля.ЗО ускорения содержит промежуточныйусилитель и три ключевых элемента,выходы которых подключены к промежу.точному усилителю, причем управляющие входы первого и второго ключевых элементов соединены между собойи образуют пятый вход блока задания ускорения, входы первого, второго и третьего ключевых элементов являются соотНаиболее близким к предложенному ,но технической сущности и достигаемому результату является устройство для управления асинхронным электродвигателем, содержащее подключенный к статорной обмотке электродвигателя тиристорный регулятор с систеМой импульсно"фазового управления, к входу которой подключен регулятор частоты вращения, датчик частоты вращения, подключенный к входу регулятора частоты вращения задатчик интенсивности, выполненный в виде соединенных последовательно и охваченных отрицательной обратной связью элемента ограничения и элемента интегрирования 12В известном устройстве интенсивность торможения является постоянной величиной и не зависит от величины нагрузки на валу электродвигателя, По этой причине снижается точность остановки электродвигателя в заданном положении, увеличивается время торможения, а следовательно, и время работы тиристорного регулятора напряжения,:что приводит к увеличению дополнительных потерь в электродвигателе.Цель изобретения - повышениеГточности остановки электродвигателя в заданном положении.и повышение КПД электропривода в целом.. Указанная цель достигается тем, что в устройство для управления асинхронным электродвигателем, содержащее подключенный к статорной обмотке электродвигателя тиристорный регулятор с системой импульсно-фазового управления, к входу которой подключен регулятор частоты вращвния, датчик частоты вращения, подключенный к входу реГулятора частоты вращения, задатчик интенсивности, выполненный в виде последовательно соединенных и охваченных отрицательной обратной связью элемента ограничения и элемента интегрирования, введены блок переключения режимов и блок задания ускорения, нелинейный элемент, который выполнен в виде операционного усилителя с .ключевым элементом в цепиобратной связи и включен между выходом задатчика интенсивности и входомрегулятора частоты вращения, а управ-.ляющий вход ключевого элемента подключен к первому выходу блока переключения режимов, первый и второйвходы которого подключены к выходузадатчика интенсивности и выходу,датчика частоты вращения, второй итретий выходы блока переключения 1 Орежимов подключены к первому и второму входам блока задания ускорения,первый и второй выходы которогоподключены соответственно к входуи в цепь обратной связи. элемента15ограничения, третий, четвертый ипятый входы блока задания ускоренияподключены соответственно к источнику напряжения задания ускоренияркпервому и четвертому, выходам блокапереключения режимов.Блок переключения режимов содер.жит элемент запоминания частотывращения,компаратор, элемент И,ключевбй элемент и датчик началаторможения, один вход компараторасоединен с выходом элемента запомина.ния частоты вращения, вход которогоподключен к выходу ключевого элемента, входы элемента И подключены к30выходу компаратора и выходу датчиканачала торможения, к выходу которогоподключен также управляющий вход ключевого элемента, причем другой входкомпаратора и вход ключевого элемента являются соответственно первым З 5и вторым входами блока переключениярежимов, выход элемента И, два выхода элемента запоминания и выходдатчика начала торможения являютсясоответственно первым, вторым,40третьим и четвертым выходами блокапереключения режимов.1Блок задания ускорения содержитпромежуточный усилитель и три ключевых элемента, выходы которых подключены к промежуточному усилителю,причем управляющие входы первогои второго ключевых элементов соединены между собой и образуют пятый входблока задания ускорения, входы.пер;вого, второго и третьего ключевыхэлементов являются соответственнотретьим, вторым и первым входамиблока задания ускорения, управляющийвход третьего ключевого элементаявляется четвертым входом блока задания ускорения, а выход первого ключевого элемента и выход промежуточного усилителя являются соответственно первым и вторым выходами блока задания ускорения.На чертеже приведена структурнаясхема устройства.Устройство содержит подключенный к статорной обмотке электродвигателя 1, тиристорный регулятор 2 с системой 3 импульсно-фазового управления, к входу которой подключен регулятор 4 частоты вращения, датчик 5 частоты вращения, подключенный к входу регулятора 4 частоты вращения, задатчик 6 интенсивности, выполненный в виде соединенных последовательно и охваченных отрицательной обратной связью элемента 7 ограничения и элемента 8 интегрирования, ,блок 9 переключения режимов и блок 10 задания ускорения, нелинейнйй элемент 11, который выполнен в. виде операционного усилителя 12 с ключевым элементом 13 в цепи обратной связи и включен между выходом задатчика 6 интенсивности и входом регулятора 4 частоты вращения, управляющий вход ключевого элемента 13 подключен к первому выходу блока 9 переключения режимов, первый и второй входы которого подключены к выходу задатчика б,интенсивности и выходу датчика 5 частоты вращения, второй и третий выходы блока 9 переключения режимов подключены к первому и второму входам блока 1 О задайия ускорения, первый и второй выходы которого подключены соответственно к входу и в цепь обратной связи элемента 7 ограничения, третий, четвертый и пятый входы блока 1 О задания ускорения подключены соответственно к источнику напряжения задания ускорения, к первому и четвертому выходам блока 9 переключения режимов, который содер жит элемент 14 запоминания частоты вращения, компаратор 15, элемент И 16, ключевой элемент 17 и датчик 18 начала торможения, один вход компара- тора 15 соединен с выходом элемента 14 запоминания частоты вращения, вход которого подключен к выходу ключевого элемента 17, входыэлемента И 16 подключены к выходу кокпаратора 15 и выходу датчика 18 начала торможения, к выходу которого подключен также управляющий вход ключевого элемента 17, причем другой вход компаратора 15 и вход ключевого элемента 1 являются соответственнопервым и вторым входами блока 9 переключения режимов, выход элемента И 16, два выхода элемента 14, запоминания и выход датчика 18 начала торможения являются соответствен но первым - четвертым выходами блока 9 переключения режимов, блок 10 задания ускорения содержит промежуточный усилитель 19 и три ключевых элемента 20-22, выходы которых подключены 10 к промежуточному усилителю 19, причем управляющие входы первого 20 и второго 21 ключевых элементов соединены между собой и образуют пятый вход блока 10 задания ускорения, входы первого 20, второго 21 и третьего 22 ключевых элементов являются соответственно третьим, вторым и первым входами блока 1 О задания ускорения, управляющий вход третвего 20 22 ключевого элемента является четвертым входом блока задания ускорения, а выход первого 20 ключевого. элемента и выход промежуточного усилителя 19 являются соответственно 25 первым и вторым выходами блока 1 0 задания ускорения.Устройство работает следующим образом.В период разгона привода на 30 вход задатчика 6 интенсивности поступает напряжение задания, соответствующеесинхронной частоте вращения электродвигателя 1, Привод разгоняет ся и вращается с частотой, определяемой величиной нагрузки. При достижении позиции начала торможения напряжение задания частоты вращения снимается с входа задатчика 6 интенсивности, выходное напряжение последнего 40 Начинает снижаться с темпом, определяемым мгновенным значением частоты. вращения привода в момент начала торможения. Одновременно ключевой элемент 13 разрывает обратную связь усилителя 12 нелинейного элемента 11. В результате на входе регулятора 4 частоты вращения сохраняется напряжение, соответствующее синхронной скорости электродвигателя. При достижении выходным напряжением задатчика0 6 интенсивности уровня, соответствующего мгновенному значению частоты вращения в момент начала торможения, темп его снижения уменьшается в два раза, Одновременно ключевой элемент 13 замыкает обратную связь усилителя 12. Привод переводится в режим торможения. Переключение темпа снижения выходного напряжения эадатчика 6 интенсивности осуществляется блоком 10 задания ускорения по управляющим сигналам, формируемым блоком 9 перет ключения режимов. На входе регулятора 4 частоты вращения сравнивается фактическое значение частоты вращения асинхронного электродвигателя с ее заданным значением, определяемым выходным напряжением эадатчика 6 интенсивности, чем обеспечивается постоянство темпа изменения частоты вращения в переходных режимах. Путь привода после прохождения позиции иачала торможения можно описать следующим выражениемО-К я,цоч-оо фМАо 2 КК(дсдо 2 ЕЯоО,а ЯКК ф гдето . - мгновенное значение частотывращения в момент прохождения позиции начала торможения;ч - время движения привода с .частотой И после прохождения позиции начала торможения,0-КаЮо1 2 КК сто"р - напряжение задания, соответствующее. синхронной частотевращения;1 ь - коэффициент передачи датчика частоты вращения;К - коэффициент пропорциональности замедления привода мгновенному значению частоты вращения в момент начала тормотжения К= --Э Я УоЕт - замедление привода;Мдд- динамический момент приводав режиме торможения,1,ц= т 5ф - момент инерции привода,Блок переключения режимов работает следующим образом,В период разгона и движенияпривода с рабочей частотой вращенияна вход элемента 14 запоминаниячастоты вращения через ключевой элемент 17 поступает выходной сигналдатчика 5 частоты вращения. При достижении позиции начала торможения на1124417 ШИ Зак 96/44 ТМраа 666 Родрвсве тфф, г.Уагород, ул.Проектная,выходе датчика 18 начала торможения появляется сигнал, поступающий на вход элемента И 16, на управляющие входы ключевых элементов блока 9 ускорения и ключевого элемента 7. При этом на выходе элемента 14 происходит запоминание мгновенного значения выходного напряжения датчика 5 часто. ты вращения, являющегося опорным напряжением .компаратора 15, на второй О . вход которого поступает выходное напряжение задатчика б интенсивности. При.превышении последним уровня опорного напряжения напряжение на выходе компаратора 15 отлично от нуля.Нали чие сигналов.на выходах компаратора 15 н датчика 8 начала торможения приводит к появлению сигнала на выходе элемента 16 И, который поступает на управляющие входы ключевых элементов 13 и 22 нелинейного элемента 11 и блока 10 задания ускорения, Снижение вьащдного напряжения задат.,чика 6 интенсивности до уровня опор-. ного напряжения.компаратора Ь ведет 2 к исчезновению выходного сигнала элемента 16 И.Блок 10 задания ускорения работает следующим образом.При отсутствии сигнала на выходе датчика 18 начала торможения ускорение привода формируется с помощью напряжения задания частоты вращения, поступающего на вход промежуточного усилителя 19 через ключевой элемент 20. Величина ускорения определяется коэффициентом передачи усилителя 19 по указанному входу. После достнае" ння позиции начала торможения вели"Ъ чина замедления привода определяется мгновеннья значением частоты вращения в момент начала торможения Соответствующие значения напряжения поступают с выхода элемента 14 за" поминани и через ключевые элементы 22, 21 на другие входы усилителя 19, имеющие одинаковые коэффициенты передачи, При снижении вых(щй)ГО" напряжения задатчика 6 интенсивност ниже уровня опорного напряжения .компаратора 15 размыкается ключевой элемент 20 и заданное значение интейсивности торможения снижается в два разаТаким образом данное усФройство обеспечивает повьвение производителвности приводимого механизма путем снижения нагрева электродвигателя эа счет обеспечения иииимальио воз" можного времени работы тиристорного преобразователя с неполными углами . открывания тиристоров, а также не зависимость тормозного пути механиз ма от величины приложейной нагрузки