Устройство для регулирования скорости асинхронного электродвигателя

О П И С А Н И Е моо 14 оИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскмкСоциалистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(23) Рриоритет -Опубликовано 28,02.83. Бюллетень М 8 Дата опубликования описания 28.02.83(5 З ) Л К 621. 31 3. . 333. 1.077, (088.8) пе делан лзееретеккк н етернтнквтор В. Гуцзь и изобретения малых невский орцена Ленина политехнм, 50 летия Великой Октябрьской среволюции й.институтиалисФЪческой /(71) Заявитель 54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГА Т 1ие относится к элекгротех быть использовано в элек-, бщепромышленных механизб тагор,сто ике и мож ового управллецовательн привоцах ов. зации, генеения, нульульсов соеци ания я 5 регулиро роцвигат Известно усгроисгво цля скорости асинхронного элек соцержашее тиристорные ком в цепи обмотки сгатора и в электродвигателя, блок импутагор цепи ротора льсно-фазошим вхопом параллельно ока синхрони"когорого блока зацацагчиком а выхопти 1 2 .ус гройсгва ние скорости ется в облас. ас и частоты ьжении из-за низкв обмотке ротора зового управления о, При выходе из с импульсно-фазового малых ско напряжени пульсно-фа неустойчив тов блока блок имбогаег я эле вления вого управления, поцключенныик тиристорным коммутаторам,скорости электродвигателя, соецс вхопом блока импульсно-фазового управления11 .Недостатком панного устройства является сложность системы управления цлядвух тиристорных коммутаторов, котораясодержит раздельные каналы формирования управляющих импульсов.Наиболее близким к предлагаемомуявляется устройство цля регулированияскорости асинхронного электроавигагепя,гсодержащее резисторы, соединенныезвезцой и подключенные к обмотке ротора электродвигателя, тиристорный копоцключенный параллельно резит"и блока импульсно-фазния, выполненные из пос соединенных блока синхрониратора пилообразного напряжоргана и формирователя импненного выходом с управляютиристорного коммутаторакоторому. подключен вход блзации, сумматор, опии входсоединен с первым выхопомния, другой вход соединен сскорости элекгроцвигателя,с входом регулятора скоросНецостагком известногоявляется то, что регулироваэлекгроцвигагеля осушесгвлти большого скольжения, а10 4органа 11 и формирователя 12 импульсов, резисторы 13 в цепи обмотки ротора подключен тиристорный коммутатор 14 ивход блока 9 синхронизации блока 8 импульсно-фазового управления, управляющийвхоц тиристорного коммутатора 14 соецинен с выхоцом формирователя 12 импульсов и с выходом релейного блока 7,выход регулятора 5 тока соединен с другим входом нуль-органа 11 блоков 8импульсно-фазового управления. Обмоткастатора электродвигателя 15 подключены к источнику переменного тока, Релейный блок 7 соцержиг цва операционныхусилителя 16 и 17, охваченные положительной обратной связью, инвертируюшиевходы которых соединены с выходом регулятора 5 тока, а неинвертируюшиевходы поцключены к регулируемым источникам опорного напряжения. Выходы операционных усилителей 16 и 17 черездиоды соединены с базами соответствукьших транзисторов, 18 и 19, работающихв ключевом режиме. В коллекторные цепитранзисторов 18 и 19 включены катушкиреле 20 и 21, контакты когорых включеныв цепи управления тиристорным коммутатором 14.С выхоцом датчика 4 скорости электродвигателя соединен вход усилигеля22, выход которого соединен с цругимвхоцом генератора 10 пилообразногонапряжения блоков 8 импульсно-фазового управления, а также выход датчика 4скорости электроцвигателя соециненчерез пороговый элемент 23 с другимвхоцом релейного блока 7.Усгройство рабогаег следующим образом,На входы сумматора 2 подаются напряжения с первого выхода блока 1 задания и с цагчика 4 скорости элекгродви.гателя, когорые пропорциональны, соответственно, задаваемой и действительной скорости элекгроцвигателя 15. Сигнал ошибки с выхоца сумматора 2 поступает на вход регулятора 3 скорости, выходной сигнал которого, зависяший огточности воспооизведения заданного закона скорости, подается на вход регулятора 5 тока. На другие входы регулятора5 тока поцаются соответсгвенно сигналы,с выхода датчика 6 тоха элекгродвигателяи другого выхода блока 1 задания, который пропорционален цинамической составляюшей тока (требуемому ускорению)асинхронного электродвигателя 15, Управляющее воздействие с выхода регулятора 3 10014устройство становится неработоспособным, так как теряет управляемость тиристорный коммутатор, Известное устройство электроцвигателя, параллельно которымпри использовании регулятора скоросгив замкнутой системе регулирования с запаздыванием отрабатывает возмущаюшиеи задающие воздействия, что снижаетточность поддержания заданной скоростии соответственно диапазон регулирования,Бель изобретения - расширение диана 1 рзона регулирования скорости электродвигателя и повышение надежности работыустройства.Указанная цель достигается тем, чтов устройство цля регулирования скорости асинхронного электродвигателя введены датчик тока электродвигателя, регулятор тока и релейный блок, выход когорого соединен с управляющим входом тиристорного коммутатора, а его вхоц соединен с цругим входом нуль-органа блоковимпульсно-фазового управления и с выходом регулятора тока, оцин вход которогосоединен с датчиком тока электродвигателя, второй вход соединен с выходомрегулятораскорости, а третий входе другим выхоцом блока задания.Устройство также содержит усилигель,вхоц которого соединен с датчиком сксьрости асинхронного электроцвигателя,а выхоц соединен с цругим вхоцом генератора пилообразного напряжения блоковимпульсно-фазового управления.Кроме того, устройство содержит пороговый элемент, вхоц которого соединенс цатчиком скорости электродвигателя,а выхоц соединен с другим вхоцом релейного блока,На фиг, 1 показана блок-схеме прецлагаемого устройства," на фиг. 2 - схемарелейного блока, на фиг. 3 - схема включения усилителя, на фиг. 4 - схемапорогового элемента.Устройство соцержиг блок 1 зацания,один выход которого соецинен с входомсумматора 2, подключенного выходом к, ф 5входу регулятора 3 скорости, а другимвходом - к датчику 4 скорости электродвигателя, регулятор 5 тока оцним вхоцомсоецинен с датчиком 6 тока электроцвигагеля, вторым входом соединен с выходом регулятора 3 скорости, а третьим. входом - с другим выходом блока 1 задания, релейный блок 7, вход которогосоединен с выходом регулятора 5 тока,три блока 8 импульсно-. фазового управления, состоящие из послецовательно соециненных блока 9 синхронизации, генератора 10 пилообразного напряжения, нуль1410 63 скорости) задающее воздействие на этом тиристоры открываются поочередно в каждую полуволну фазного напряжения при перехоце его через нуль, чем обеспечивается постоянное шунтирование резистора 13 в каждой фазе ротора 55электродвигателя 15, Ток в цели обмотки ротора, ускорение и скорость электродвигателя возрастает, что приводит к увеличению сигналов на выходах цагчиков 4 5 100 5 тока подается на управляющие входы всех блоков 8 импульсно-фазового управления (входы нуль-органов 11). На вхоц нуль-органа 11 поцается напряжение с выхода генератора 10 пилообразного напряжения, который запускается блоком 9 синхронизации при переходе полуволны соответствующего фазного напряжения через нуль, Когда напряжение пилообразной формы на одном входе нуль-органа 11 станет равным напряжению управления на его цругом входе, то формирователь 12 вырабатывает управляющий импульс, который поступает в управляющую цепь тиристорного коммутатора 14, Открываясь, коммутатор 14 щунтирует параллельно включенный ему резистор 13 в соответствующей фазе роторной цепи в каждый полупериоц фазного напряжения, При этом изменяется результирующий ток в цепи обмотки ротора электроцвигателя 15, обеспечивая задаваемые блоком 1 законы изменения скорости и ускорения.В процессе регулирования скорости электродвигателя 15 регулятор 5 тока совместно с цагчиком 6 тока обеспечивают быструю отработку возмущающих и задающих воздействий. При цействии возмущающих возцействий изменяется прежце всего ты электродвигателя и, следовательно, сигнал на выходе датчика 6 тока и вхоце регулятора 5 тока, На выхоце регулятора 5 тока формируется управляющий сигнал, который через блоки 8 импульсно фазового управления воздействует на тиристорный коммутатор 14, изменяющий величину тока ротора электроцвигателя 15 цо прежнего уровня.Устройство регулирования скорости электроцвигателя построено,. по двухканальному принципу, в котором на вхоцы регулятора 5 тока поцаются сигналы, как с регулятора 3 скорости, так и непосрецственно с другого выхоца блока 1 задания, алгебраическая сумма которых является зацаюшим воздействием регулятора тока. Зацаюшее возцействие по ускорению (динамической составляющей тока), которое подается на третий вход , регулятора 5 тока, повышает быстродействие устройства и точность регулирования скорости. Так, например, при разгоне элекгроцвигателя 15 с линейным законом изменения скорости в начальный момент времени уровень сигнала зацания скорости на первом выходе блока 1 небольшой. Из за конечного значения чувствительности реальных элементов устройства (сумматора 2, регулятора 5 10 15 20 25 30 35 40 45 выходе регулятора 3 скорости появится с некоторым запаздыванием во времени относительно сигнала на первом выходе блока зацания, что неблагоприятно сказы вается на быстродействии и точности регулирования скорости. Однако сигнал на втором выхоце блока 1 зацания и, слецовательно, на третьем входе регулятора 5 тока является постоянным по величине и равен произвоцной по времени от сигнала на его первом выхоце, Реюгулятор 5 тока раньше включится в рабо ту, обеспечивая требуемый закон - изменения скорости электродвигателя 15.С выхода регулятора 5 тока управляющий сигнал поступает также на вход релейного блока 7, имеющего зону нечувствительности (инвертирующие вхоцы операционных усилителей 16 и 17, работаюших в релейном рехсиме), Если абсолютная величина сигнала на вхоце релсЛного блока 7 меньше его порога срабатывания т.е. меньше опорных напряжений, подаваемых на неинвертирующие входы усилителя 16 и 17, то напряжение на их выходах будут соответственно отрицательной и положительной полярностей. Поэто му транзисторы 18 и 19 заперты, а электромагнитные реле 20 и 21 обесточены, При этом регулирование скорости электроцвигателя 15 осуществляется тиристорным коммутатором 14 с фазовым управлением.Если вхоцной сигнал релейного блока 7 больше его порога срабатывания и положительной полярности, что соответст вует превышению сигнала задания по то ку на вхоце регулятора 5 тока нац дейст вительным значением сигнала с выхода датчика 6, то на выходе операционного усилителя 17 появляется напряжение отрицательной полярности, Транзистор 19 отпирается и реле 21 срабатывает. При применении в качестве коммутатора 14 двух встречно-параллельно соединенных тиристоров их управляющие электроцы контактными группами реле 21 отклю чаются от выхоца формирователя 12 им пульсов и соециняюгся между собой, При7 10)14108Управляющий сигнал В режиме фазового управле ния точность5 тока уменьшаеъ регулирования снижается в связи с измегся меньше порога нением амплитуды и частоты ЭДС обмотго блока 7, то ки ротора. Генератор 10 пилообразногое 21 ооесточивает 5 напряжения запускается блоком 9 синматически перево- хронизации при переходе полуволны фазого управления ти ного напряжения через нуль, частота коорами 14. торого уменьшается при увеличении скороал релейного блока сти электродвигателя 15. Для обеспече 4срабатывания и ог 10 ния постоянной амплитуаы напряженияти, что соогветсгву- развертки на другой.вхоа генератора 10ла с выхопа датчипилообразного напряжения через усилительом задания по току, 22 (фиг. 3) подается напряжение, проонного усилителя порциональное скорости электродвигателя,ение положительной;15 с полярностью, противоположной полярносор 18 отпирается ти опорного напряжения генерагора 10,ет. Его контактныеСуммарное напряжение, подаваемое наравляющие электроды вход генератора 10 пилообразного напряатора 14 от выхо- жения уменьшается с увеличением скорос.2 импульсов. Тирис 20 ти авигагеля и, при опрепеленном выборе4 закрыт и не шун коэффициента передачи усилителя 22,, чго привоаит к амплитуда пилообразного напряжения нера и замедлению меняется при изменении времени раэверт. Сигналы на выхопах ки. Если напряжение на выходе пагчикакрости и тока умень4 скорости меньше напряжения срабатысигнал на выхоае вания порогового элемента 23,то управеньшаегся по абсо- ляюший сигнал с выхода регулятора 5огпа он становится тока не поступает на инвертируюший входгывания релейного операционного усилителя 17 и электромагпереводится в режим Зф нитное реле 21 обесточено, Этим предтиристорным комму- отврашаегся воэможность полного шунтирования коммутаторами 14 резистора 13редлагаемое устрой- в начальный периоа пуска электропвигарежима регулиро- теля 15 (при малых скоростях) и, слепородвигагеля 15, 5 вательно, обеспечивается ограничениегпа управляющее пусковых токов через управляемые вене регулятора 5 тока тили коммутатора 14.тывания релейного Таким образом, предлагаемое устройсяосуществляет регу- во обеспечивает широкий диапазон регули.утем фазового управ- о рования скорости электродвигателя, гакммугагора 14. Во как устойчивая работа электродвигателяабсолютная вели- возможна в обласги малых скольженийздейсгвия на выходе при релейном режиме работы тиристорвышает порог сра- ного коммутатора, Переход в релейныйб Ока 7, устройство 45 р жим р боты хущесг ляегся также прирегулирование неисправности блока импульсно-фазовогогеля 15 при периоаи управления, чем повышается напежностьзисто ов 13 в це- работы устройства,и 6 скорости и тока.на выходе регуляторася и, если он становисрабатывания релейноэлектромагнитное релся и устройство автодигся в режим фазоврисгорными коммутатЕсли входной сиги7 больше его порогарицательной полярносег превышению сигнака 6 тока над сигналто на выходе операци16 появляется напряжиоп ярности. Т ранзисти реле 20 срабатывагруппы отключают упвсех тиристоров коммутда формирователей 1торный коммутатор 1тирует резисторы 13уменьшению тока роэоэлектродвигателя 15датчиков 4 и 6 скошаются. Управляющийорегулятора 5 тока умлюгной величине и, к, меньше порога срабаблока 7, устройствофазового управлениятатором 14,Таким образом, иство обеспечивает дваванЪя скорости элекгВ первом режиме, ковоздействие на выходменьше порога срабаблока 7, устройстволирование скорости пления тиристорами ковтором режиме, когдачина управляющего ворегулятора 5 тока пребатывания релейногообеспечивает релейноескорости электропвигаческом шунтировании ре рпях обмотки ротора, В этог режим предлагаемое усгройство автоматически перевоаится при пейсгвии значительных повеличине возмущающих и запающих воздействий аля быстрой их отработки. Поскольку этот режим рабогы осущестяляегся без использования блоков 8 импульс 5нофазового управления, то устройствовыполняет свои функции и при их неисправности или нарушении синхронизациив области номинальной скорости,Формула изобретения 1. Устройство пля регулированияскорости асинхронного электродвигателя,содержащее резисгоры, соединенные9 100 го управления, выполненные из последова . тельно соециненных блока синхронизации, генератора пилообразного напряжения, нуль органа и формирователя импульсов, соединенного выходом с управляющим вхоцом тиристорного коммутатора, параллельно которому подключен вход блока синхронизации, сумматор, один вхоц которого соединен с первым выходом блока задания, другой вход соединен с датчиком скорости электродвигателя, а выхоц - с входом регулятора скорости, о т л и ч аю ш е е с я тем, что, с целью расширения диапазона регулирования скорости и повышения надежности работы, в него введены цатчик тока электродвигателя, регулятор тока и релейный блок, выхоц которого соединен с управляющим входом тиристорного коммутатора, а его вхоц соецинен с другим входом нуль-органа блоков импульсно-фазового управления и с выходом регулятора тока, оцин вход которого соединен с цагчиком тока Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 20 1, фЭлектричество", 1974, М 12,с. 42-45. 2. Авторское свидетельство СССР1410 10электродвигателя, второй вход соединен свыходом регулятора скорости, а третийс другим выходом блока задания,2. Устройство по п, 1, о т л и ч аю ш е е с я тем, что в него введен усилитель, вход которого соединен с цатчикомскорости электродвигателя, а выход соединен с другим входом генератора пилообразного напряжения блоков импульсно10 фазового управления.3. Устройство по п, 1, о т л и ч аю ш е е с я тем, что в него введен пороговый элемент, вход которого соединенс датчиком скорости электроцвигателя,а выход соединен с другим входом ре1001410 Оуг. Г фиг ор Н,71Тираж 685НИИПИ Государственногопо делам изобретений13035, Москва, Ж,. ПодписноеСССР ит крыт набд. 4 аушск филиал П Патент, г. Ужгород, ул, Проектная,Составитель В, Боевева Техред Т.фанта Корректор А. Дзятко,