Устройство для управления асинхронным двигателем

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИК 0; Н 02 7/ н 0 Э ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ НИ СУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(72) И,И. Соколов, В.П. Рубцов, Н.А. Лавринов и Л.В, Еремеева (71) Иосковский ордена Ленина и ордена Октябрьской революции энергетический институт(53) 621.313.13:62-83(088.8) (56) 1. Чиликин И,Г. Общий курс электропривода. И., "Энергия", 1965, с. 165-166.2, Авторское свидетельство СССР У 748765, кл. Н 02 Р 7/62, 1980. (54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕ-. НИЯ АСИНХРОННЫИ ДВИГАТЕЛЕИ с фазным ротором в режимах непрерывного вращения и шаговом, содержащее связывающие питающую сеть с фазами статора двигателя силовые коммутирующие элементы, например тиристоры, с блоками импульсно-фазового управления, подкпюченными входами к первому выходу блока выбора режима работы, силовой коммутирующий элемент с блоком импульсно-фазового управления, подключенный к Фазе ротора двигателя, гене" ратор импульсов, ключ, соединенный управляющим входом с вторь 1 м выходом блока выбора режима работы и связывающий выход генератора импульсов с тактовым входом распределителя импульсов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения колебаний скорости и величины шага при работе в шаговом режиме, в него введены дополнительный силовой коммути рующий элемент с блоком импульсно,80102627 фазового управления, по два дополнительных ключа и два элемента И-НЕ на каждую Фазу статора и инвертор, подключенный выходом к входу блока импульсно-фазового управления дополнительного силового коммутирующего элемента, связывающего своими силовы" ми электродами две Фазы ротора, одна из которых соединена с нулевым проводом питающей сети, а вторая через основной силовой коммутирующий элемент ротора - с общей точкой соединения фаз статора, причем входы блоков импульсно-фазового управления основного и дополнительного силовых коммутирующих элементов ротора сое- Я динены с третьим выходом блока выбора режима работы и первыми входами всех элементов И-НЕ, подключенных вторыми входами к выходам распреде" лителя импульсов, а выходами - к управляющим входам дополнительных ключей, соединенных сигнальными. входами с выходами блоков импульсно-фазового управления силовых коммутирующих эле- С ментов статора, подключенных своими Ж управляющими электродами к выходам 1 Ь дополнительных ключей. Ю2. Устройство по и. 1, о т л и - в,Д ч а ю щ е е с я тем, что в него фф введен дополнительный ключ, связываю щий один из управляющих электродов дополнительного силового коммутирующего элемента ротора с одним из вы- аь ходов своего же блока импульсно-фазового управления и .подключенный управляющим входом к четвертому выходу блока выбора режима работы .10262 Изобретение относится к электро"технике а именно к управлению асинхронным электроприводом, работающимв широком диапазоне изменения скорости движения, особенно при наличиидвух режимов работы: с большими,близкими к номинальной скоростямии "ползучей" скоростью, и может бытьприменено в механизмах подъемныхкранов, электротермических установок,10лебедок и т,д,Известны устройства для управленияэлектроприводами, обеспечивающие какноминальную, так и пониженную скорости вращения двигателя, используемые 15для различных режимов работы элект.ропривода, в частности, подъемныхустройств в электротермических установках кранов и т.дВ одном из известных устройств 20для управления асинхронным электродвигателем номинальная и "ползучая"скорости обеспечиваются за счет включения в каждую фазу статора двигателя силовых коммутирующих элементов 25и командного блока, подключенного квходам управляющих органов коммутирующих элементовОднако устройство имеет недостаточно большой диапазон регулирования скорости двигателя и, связаннуюс этим, недостаточную надежность работы злектропривода при оцень низкихскоростях,Наиболее близким по технической35сущности и достигаемому результатук предлагаемому является устройстводля управления асинхронным двигателем с Фаэным ротором в режимах непрерывного вращения и шаговом, содержащее связывающие питающую сетьс Фазами статора двигателя силовыекоммутирующие элементы, например тиристоры, с блоками импульсно-фазового управления, подключенными входами к первому выходу блока выборарежима работы, силовой коммутирующийэлемент с блоком импульсно-Фазовогоуправления, подключенный к фазе ротора двигателя, генератор импульсов,ключ, соединенный управляющим входом с вторым выходом блока выбора режима работы и связь 1 вающий выход генератора импульсов с тактовым входомраспределителя импульсов 2 .Указанное устройство обеспечивает 55работу асинхронного двигателя в режиме естественного трехфазного включения с регулированием скорости посред 76 2ством изменения угла включения силовых элементов, При этом скорость регулируется в сравнительно небольшомдиапазоне. По сигналу командного устройства асинхронный двигатель переводится в шаговый режим работы с несимметричным (двухфазным) включением обмоток статора и ротора. При этомобеспечивается вращение двигателя снизкими ползучими) скоростями.Недостатком указанного устройстваявляются значительные колебания скорости и угла в шаговом режиме, обусловленные наличием большой переменной составляющей (соизмеримой с постоянной составляющей) синхронизирующего момента, Кроме того, устройствоне позволяет уменьшить величину шагадвигателя, что также ухудшает плавность движения. в области низких скоростей.Цель изобретения - уменьшение ко"лебаний скорости и величины шага вшаговом режиме,Поставленная цель достигается тем,что устройство, содержащее связывающие питающую сеть с Фазами статорадвигателя силовые коммутирующие элементы, например тиристоры, с блокамиимпульсно-фазового управления, подключенными входами к первому выходублока выбора режима работы, силовойкоммутирующий элемент с блоком импульсно-Фазового управления, подключенный к фазе ротора двигателя, гене.ратор импульсов, ключ, соединенныйуправляющим входом с вторым выходомблока выбора режима работы и связывающий выход генератора импульсовс тактовым входом распределителя импульсов, снабжено дополнительнымсиловым коммутирующим элементом сблоком импульсно-фазового управления,дополнительными ключами и элемента"ми И-НЕ по даа на каждую Фазу статора и инвертором, подключенным выходомк входу блока импульсно-Фазового управления дополнительного силовогокоммутирующего элемента, связывающего своими силовыми электродами двеФазы ротора, одна из которых соединена с нулевым приводом питающейсети, а вторая через основной силовойкоммутирующий элемент ротора - с общей точкой соединения Фаэ статора,причем входы блоков импульсно-фазового управления основного и дополнительного силовых коммутирующих элементов ротора соединены с третьим102627 выходом блока выбора режима . работы и первыми входами всех элементов И-НЕ, подключенных вторыми входами к выходам распределителя импульсов, а выходами - к управляющим входам до полнительных ключей, соединенных сигнальными входами с выходами блоков импульсно-Фазового управления силовых коммутирующих элементов статора, подключенных своими управляющими электродами к выходам дополнительных ключей.Кроме того, в устройство введен дополнительный ключ, связывающий один из управляющих электородов дополнительного силового коммутирующего элемента ротора. с одним из выходов своего же блока импульсно-фазового управления и подключенный управляющим входом к четвертому выходу 2 О блока выбора режима работы.Такое выполнение устройства обеспечивает питание ротора постоянным, (выпрямленным) током, а Фаз статора - импульсами выпрямленного тока одной или изменяющейся полярности, Питание асинхронного двигателя выпрямленным током резко сокращает переменную составляющую синхронизирующего момента, развиваемого двигателем, улучшает его использование и приводит к снижению колебаний мгновенной скорости. Питание фаз статора выпрямленным током позволяет при введении электрического дробле ния изменять величину шага, что по-. выщает точность движения и расширяет функциональные возможности привода.На фиг. 1 и 2 приведены функциональные схемы двух вариантов выполне ния устройства для управления асинхронным приводом.Устройство содержит силовые коммутирующие элементы 1-3, например встречно-параллельно включенные ти- е ристоры связывающие фазы 4-6 стато-. ра асинхронного двигателя с фазами А, 8 и С питающей сети переменного тока. фазы 7-9 ротора двигателя под" , ключены через силовые коммутирующие элементы .10 и 11 к нулевому проводу "0" питающей сети. В первом варианте выполнения устройства (фиг. 1) фаза 7 ротора подключена через силовой коммутирующий элемент 10 к общей 55точке соединения фаз 4-6 статора. Силовой коммутирующий элемент 11 закорачивает фазы 7 и 8 ротора. Фаза 9 6 фможет быть либо отключена, либо непосоедственно соединена, например, сФазой 8 (что несущественно). Фаза 8непосредственно подключена к нулевому проводу "0" питающей сети,Силовые коммутирующие элементы1-3 и 7-9 снабжены блоками 12- 16 импульсно-Фазового управления, выходыкоторого связаны с управляемыми элект: родами коммутирующих элементов черезключи 17-23. Управление ключами17-22, установленными в цепях силовых коммутирующих элементов 1-3 статора, осуществляется от распределителя 24 импульсов через элементыИ-НЕ 25Тактовый вход распределителя 24импульсов связан с генератором 26импульсов через ключ 27. Распределитель 24.импульсов имеет также входывыбора направления движения В и Н.Задание режима работы устройствапроизводится блоком 28 выбора режи"ма работы, один из выходов которотосоединен с входом инвертора 29.Во втором варианте выполнения устройства (Фиг. 2) фаза 7 ротора подключена через силовой коммутирующийэлемент 10 и согласующий элемент(несущественно, к какому именно Фазному пооводу будет подключен коммутирующий элемент 10 и как конкретнобудет выполнен согласующий элемент).Устройство работает следующим образом.,Режим работы асинхронного двигателя задается блоком 28 выбора режимаработы в виде сигналов нулевого илиединичного уровней на его выходах,В режиме "Двигатель отключенфблок 28 на первом выходе задает нулевой уровень, запрещающий работувсех блоков 12-16 импульсно-Фазовогоуправления. При этом блоки имвульсщ"Фазового управления не вырабатываетимпульсы управления и силоам кои"мутирующие элементы 1, 2, 3 и 16,заперты независимо от состояния остальных элементов устройства. Двигатель отключен от питающей сети.В режиме асинхронное вращение"на первом выходе блока 28 устанэеиивается единичный уровень, разреа 4 вщий работу блоков 12-16 импульсыФазового управления. Состояния силовых коммутирующих элементов при этомопределяются уровнем сигнала на вто3 1026 ром выходе блока 28. При нулевом уров" не сигнала на втором выходе блока 28 все элементы И-НЕ 25 запираются и на их выходах появляется единич" ный уровень, разрешающий работу клю-чей 17-22. При этом блоки 12- 14 импульсно-фазового управления подключаются к управляющим электродам силовых коммутирующих элементов 1-3 статора и Формируют заданные величи ны фазных напряжений (в программном режиме или посредством цепей обратных связей, не показанных на чертежах), Нулевой уровень на втором выходе блока 28 выбора режима запреща" 15 ет работу блока 15 импульсно-фазового управления, запирая тем самым коммутирующий элемент 10 и отключая цепь ротора двигателя от сети переменного тока. Одновременно сигнал 20 нулевого уровня с второго выхода блока 28 через инвертор 29 разрешает работу блока 16 импульсно-Фазового управления, включая тем самым силовой коммутирующий элемент 11 и вако рачивая фазы 7 и 8 ротора. При таком состоянии элементов схемы обеспечивается подключение Фаз 4-6 статора асинхронного двигателя к питающей сети и закорачивание Фаз 7-9 ротоРа зб (для Формирования заданных характеристик в цепь ротора могут быть вклюцены добавочные сопротивления), т.е. двигатель работает в режиме естественного включения, обеспечивая асинхронный режим вращения.В режиме шагового вращения на первом и втором выходах блока 28 устанавливаются единичные уровни. При этом силовой коммутирующий элемент10 включается, подключая цепь ротора к общей точке соединения Фаз статора (Фиг. 1) или к выходу трансформатора 30 (Фиг. 2), Коммутирующий элемент 11 запирается, размыкая Фазы 7 и 8 ротора. В обоих случаях в цепь ротора подается выпрямленный ток; в схеме фиг, 1 - через Фазы статора, а в схеме фиг. 2 - непосредственно от автотрансформатора 30. Коммутирующий элемент 10 работает в этом случае в режиме выпрямления.Единичный уровень на первых входах элементов И-НЕ 25 (задается сигналом на втором выходе блока 28) разрешает их работу по сигналам с распределителя 24. Распределитель 24 импульсов определяет комбинацию возбужденных элементов И-ЦЕ 25 (имеющих 276 4на еыходе единичный уровень) и соответствующую ей комбинацию проводящих состояний ключей 17-22, Связи выходов распределителя 24 импульсов с элементами И-НЕ 25 и ключами 17-22 обеспечивают в, каждый такт коммутации распределителя 24 только одностороннее проводящее состояние коммутирующих элементов 1-3, т,е. их работу в выпрямительном режиме. В зависимости от выбранного способа коммутации возможно одновременное включение одного или двух коммутирующих элементов 1-3 причем обеспечивается протекание тока как в прямом (от фазного провода к нулевому), так и в обратном направлениях,Последовательный перебор включенных и отключенных состояний коммутирующих элементов,1-3 задаваемый распределителем 24, обеспечивает пошаговое вращение ротора в прямом (при подаче единичного уровня на вход 8 и нулевого на вход Н) или в обратном (при подаче единичного уровня на вход Н и нулевого на вход В) направлениях. Частота т. переключения распределителя 24,определяющая скорость вращения двигателяЯ ц)где о(, = - - шаг двигателя;р - чигло пар полюсов ротора;п - число тактов коммутации распределителя, задается генератором 26 импульсов. Генератор 26 импульсов подключается к тактовому входу распределителя 24 по сигналам управления, поступающим с блока 28 выбора режима работы. ПРЪ единичном уровне сигнала на третьем выходе блока 28 ключ 27 подключает генератор 26 к тактовому входу распределителя 24, обеспечивая шаговое вращение двигателя. Если на третьем выходе блока 28 появляется нулевой уровень, то поступление импульсов с генератора 26 на вход распределителя 24 прекращается и последний запоминает последнее состояние, обеспечивая определенную комбинацию возбужденных фаз статора, по которым протекает выпрямленный ток. Такой режим работы устройства соответствует останову двигателя. При этом двигатель развизает статический синх" ронизирующий момент, обеспечивая фиксацию ротора в положении, соответст7 10262 вующем установленной комбинации возбужденных фаз статора.Для уменьшения пульсаций выпрямленного тока в цепи статора целесообразно аунтировать ее встречно вклю- ю ценным диодом, Функции которого может выполнять силовой коммутирующий элемент 11. При единичном уровне на четвертом выходе блока 28 ключ 23, связывающий блок 16 импульсно-фа зового управления с силовым коммутирующим элементом 11, находится в проводящем состоянии, что.соответствует симметричной работе элемента 11 (аключаются поочередно оба тиристо- м рв). Когда с выхода блока 28 на вход ключа 23 поступает нулевой уровень,76 8цепь, связывающая один из тиристоров элемента 11 с блоком 16,разрывается и силовой коммутирующий элемент 11 переходит в несимметричный режим, когда включается только один тиристор. Технико-экономический эффект от внедрения предлагаемого устройства обусловлен уменьшением установленной мощности коммутирующих элементов, повышением момента двигателя, т.е, улучшением его использования, а также повышением плавности и точности движения за счет уменьшения колебаний мгновенной скорости и величины шага.кКоРректор О. Билак к Государ елам из Москва Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул, Проектная, о 3/ 7 ВНИИП по 11303