Устройство для управления асинхронным короткозамкнутым электродвигателем (его варианты)

. СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 14 2 Р 7/4 1 ЖОВЗЮщур"" 1 фЦ 11 г, Ь,ИО Е Е И А ОсудАРственный хОмитетпо изоБРетениям и ОТНРытиямПРИ ГКНТ СССРОПИСАНИЕ РСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Всесоюзный научно-исследофйтельский и проектно-конструкторский институт по автоматизированному электроприводу в промышленности, сельскомхозяйстве и на транспорте(56) Авторское свидетельство СССРУ 928587, кл. Н 02 Р 7/42, 1980.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ КОРОТКОЗАМКНУТЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ (ЕГО ВАРИАНТЫ)(57) 1Устройство для управленияасинхронным короткозамкнутым электродвигателем по авт.св,Р 928587, о т -л и ч а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения надежности работы при колебаниях нагрузки на,валу, введеныдва управляемых ключевых элемента,один из которых снабжен замыкающимконтактом, а другой снабжен размыкающим контактом, логический элементИ и два регулируемых пороговых элемента, второй сумматор снабжен третьим входом, вход первого регулируемого порогового элемента соединен с выходом первого элемента сравнения, вход второго регулируемогопорогового элемента соединен с первымвходом третьего элемента сравненияи.через замыкающий контакт первогоуправляемого ключевого элемента подключен к третьему входу второго сумматора, второй вход которого черезразмыкающий контакт второго управляемого ключевого элемента соединен с выходом второго пропорционального регулятора, управляющие входы обоих управляемых ключевых элементов соединены с выходом логического элемен та И, входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго регулируемых пороговых элементов,2, Устройство для управления асинхронным короткозамкнутым электродвигателем по авт.св. У 928587, о т - л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности работы при колебаниях нагрузки на валу, введены два управляемых ключевых элемента, один из которых снабжен замыкающим контактом, а другой снабжен размыкающим и замыкающим переключающими контактами, логический элемент И и два регулируемых пороговых элемента, второй сумматор снабжен третьим входом, второй интегральный регулятор снабжен вторым входом, вход первого регулируемого порогового элемента соединен с выходом первого элемента сравнения, вход второго регулируемого порогового элемента соединен с первым входом третьего элемента сравнения и через замыкающий контакт первого управляемого ключевого элемента подключен к третьему входу второго сумматора, выходы обоих регулируемых пороговых элементов соединены соответственно с входами логического элемента И, выход которого соединен с управляющими входами первого и второго управляемых ключевых элементов, переключающий контакт второго управляемого ключевого элемента соединен с выходом3 1495969 4пропорционального регулятора, раз- замыкающий контакт второго управляемыкающий контакт второго управляемо- мого ключевого элемента подключен к го ключевого элемента подключен к второму входу второго интегрального второму входу второго сумматора, а ,. регулятора.Изобретение относится к электро; технике, в частности к частотно регуируемымм электроприводам на базеасинхронных короткозамкнутых элек, тродвигателей, питаемых от тиристор-ных преобразователей частоты с не посредственной связью.По основному авт.св, 81 928587 известно устройство для управления асинхронным короткозамкнутым электро; двигателем, содержащее тиристорный преобразователь силовой вход котоФрого снабжен выводами для подключения к сети, а выход через датчики фазных25 токов соединен с обмоткой статора, датчик частоты вращения электродвигателя, три элемента сравнения, блок задания частоты вращения, выход которого соединен с одним из входов первого элемента сравнения, второй вход которого соединен с выходом датчика частоты вращения электродвигателя, преобразователь трехфазногонапряжения в двухфазное, вход которого соединен с датчиками фазных токов, а выход - с входом преобразователя напряжения из неподвижной вовращающуюся систему координат, выходкоторого соединен с входом фазорегулятора, выходы которого соединены спефйййи входами второго и третьего 40элементов сравнения, блок заданиямагнитного потока, выход которогосоединен с вторым входом второго элемента сравнения, два прЬпорционально-интегральных регулятора, входы 45которых соединены соответственно свыходами второго и третьего элементов. сравнения, а выходы - с входомпреобразователя напряжения из вращающейся в неподвижную систему координат, выход которого через преобразо, ватель двухфазного напряжения в трехфаэное соединен с управляющим входомтиристорного преобразователя, опорныевходы преобразователей напряжения изнеподвижной во вращающуюся системукоординат и наоборот соединены с выходом генератора опорных синусоидальных колебаний, два сумматора, два пропорциональных и интегральный регуляторы, входы которых объединены и соединены с выходом первого элемента сравнения, выходы пропорциональных регуляторов соединены соответственно с одними из входов сумматоров, другие входы которых соединены с выходом интегрального регулятора, выход второго сумматора соединен с входом генератора опорных синусоидальных колебаний, а выход первого сумматора соединен с вторым входом третьего элемента сравненияПо основному авт.св. В 928587 известно также устройство для управления асинхронным короткозамкнутым электродвигателем, содержащее тиристорный преобразователь, силовой вход которого снабжен выводами для подключения к сети, а выход через датчи-ки фазных токов соединен с обмоткой статора, датчик частоты вращения электродвигателя, три элемента сравнения, блок задания частоты вращения, выход которого соединен с одним из входов первого элемента сравнения, второй вход которого соединен с выходом датчика частоты вращения электродвигателя, преобразователь трехфаз-. ного напряжения в двухфазное, вход которого соединен с датчиками фазных токов, а выход - с входами преобразователя напряжения из неподвижной во вращающуюся систему координат, выход которого соединен с входом фазорегулятора, выходы которого соединены с одними из входов второго и третьего элементов сравнения, блок задания магнитного потока, выход которого соединен с другим входом второго элемента сравнения, два пропорционально-интегральных регулятора, входы которых соединены соответственно с выходами второго и третьего элементов сравнения, а выходы - с входом преобразователя напряжения из вращающейся в неподвижную систему координат, выход которого через преобразователь двухфазного напряжения в трехфазное соединен с управляющим50 5 14959 входом тиристорного преобразователя, опорные входы преобразователей напряжения из неподвижной во вращющуюся систему координат и наоборот соедине 5 ны с выходом генератора опорных синусоидальных колебаний, два сумматора, два пропорциональных и интегральный регуляторы, входы которых объединены и соединены с выходом первого элемен та сравнения, выходы пропорциональных регуляторов соединены соответственно с одним из входов сумматоров, другие входы которых соединены с выходом интегрального регулятора, вы ход одного из сумматоров, соединен с входом генератора опорных синусоидальных колебаний, а выход другого сумматора - с другим входом третьего элемента сравнения. 20Недостатком известных устройств для управления асинхронным коротко- замкнутым электродвигателем является невысокая надежность работы, определяемая отсутствием коррекции по час тоте статора при резком возрастании нагрузки на валу, что .приводит к нежелательным динамическим возмущениям на механические части.Цель изобретения - повышение на" З 0 дежности работы при колебаниях нагрузки на валу за счет коррекции скорости вращения (частоты токов статора).Указанная цель достигается тем, что в известное устройство (по пер 35 вому варианту) введены два управляемых ключевых элемента, один из кото.рых снабжен замыкающим контактом, а другой снабжен размыкающим контактом, логический элемент И и два регулируемых пороговых элемента, второй сумматор снабжен третьим входом, вход первого регулируемого порогово-. го элемента соединен с выходом первого элемента сравнения, вход второго регулируемого порогового элемента соединен с первым входом третьего элемента сравнения и через замыкающий контакт первого управляемого ключевого элемента подключен к третьему входу второго сумматора, второй вход которого через размыкающий контакт второго управляемого ключевого элемента соединен с выходом второго пропорционального регулятора, управ 55 ляющие входы обоих управляемых ключевых элементов соединены с выходом логического элемента И, входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго регулируемыхпороговых элементов,Указанная цель достигается такжетем, что в известное устройство (повторому варианту) введены два управляемых ключевых элемента, один изкоторых снабжен замыкающим контактом, а другой снабжен размыкающим изамыкающим переключающими контактами, логический элемент И и два регулируемых пороговых элемента, второйсумматор снабжен третьим входом, второй интегральный регулятор снабженвторым входом, вход первого регулируемого порогового элемента соединенс выходом первого элемента сравнения,вход второго регулируемого цорогово"го элемента соединен с первым входомтретьего элемента сравнения и череззамыкающий контакт первого управляемого ключевого элемента подключен ктретьему входу второго сумматора,выходы обоих регулируемых пороговыхэлементов соединены соответственнос входами логического элемента И,выход которого соединен с управляющими входами первого и второго управляемых ключевых элементов, переключающий контакт второго управляемогоключевого элемента соединен с выходом пропорционального регулятора,размыкающий контакт второго управляемого ключевого элемента подключенк второму входу второго сумматора,а замыкающий контакт второго управляемого ключевого элемента подключенк второму входу второго интегрального регулятора.На фиг.1 и 2 представлены блоксхемы устройства для управления асинхронным короткозамкнутым электродвигателем, варианты.Устройство для управления асинхронным короткозамкнутым электродвигателем (фиг.1 и 2) содержит асинхронный короткозамкнутый электродвигатель 1, тиристорный преобразова-тель 2 частоты, силовой вход которого снабжен выводами для подключения к сети, а выход через датчики 3фазных токов соединен с обмоткой статора, датчик 4 частоты вращения электродвигателя, три элемента 5-7 срав-нения, блок 8 задания частоты вращения, выход которого соединен с однимиз входов первого элемента 5 сравнения, второй вход которого соединенс выходом датчика 4 частоты вращения, преобразователь 9 трехфазного напряжения в двухфазное, вход которого соединен с датчиками 3 фазных токов, а выход - с входом преобразователя 10 напряжения из неподвижной во вращующуюся систему координат, выход кото. рого соединен с входом фазорегулято: ра 11, выходы последнего соединеныс первыми входами второго 6 и третье-го 7 элементов сравнения, блок 12 задания магнитного потока, выход которого соединен с вторым входом вто, рого элемента 6 сравнения, два пропорционально-интегральных регулятора 13 и 14, входы которых соединены 1 соответственно с выходами второго 6 и третьего 7 элементов сравнения, а выходы - с входом преобразователя 20 15 напряжения из вращающейся в неподвижную систему координат, выход которого через преобразователь 16 двухфазного напряжения в трехфазное соединен с управляющим входом тиристорного преобразователя 2, опорные входы преобразователей 15 и 10 из неподвижной во вращающуюся систему координат и наоборот соединены с выходом генератора 17 опорных синусоидальных колебаний, два сумматора 18 и 19,.два пропорциональных 20 и 21 и интегральный 22 регуляторы, входы которых объединены и соединены с выходом первого элемента 5 сравнения, выходы пропорциональных регуляторов 20 и 2135 соединены соответственно с одним из входов сумматоров 18 и 19, другие входы которых соединены с выходом интегрального регулятоРа 22, выход 40 второго сумматора 19 соединен с входом генератора 17 опорных синусоидальных сигналов, а выход первого сумматора 18 - с вторым входом третьего элемента.7 сравнения.45Согласно первому варианту (фиг.1) в устройство для управления асинхронным короткозамкнутым электродвигателем введены два управляемых ключевых , элемента 23 и 24, один из которыхснабжен замыкающим контактом, а дру 50 гой снабжен размыкающим контактом, логический элемент И 25 и два регулируемых пороговых элемента 26 и 27, второй сумматор 19 снабжен третьим входом, вход первого регулируемого порогового элемента 26 соединен с выходом первого элемента 5 сравнения, вход второго регулируемого порогового элемента 27 соединен с первым входом третьего элемента 7 сравнения, а через замыкающий контакт первого уп" равляемого ключевого элемента 23 подключен к третьему входу второго сумматора 19, второй вход которого через размыкающий контакт второго управляемого ключевого элемента 24 соединен с выходом второго пропорционального регулятора 21, управляющие входы обоих удравляемых ключевых элементов 23 и 24 соединены с выходом логического элемента И 25, входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго регулируемых пороговых элементов 26 и 27.Согласно второму варианту (фиг.2) в устройство, содержащее, кроме того, два интегральных регулятора 28 и 29, пропорциональный регулятор 30, введены два управляемых ключевых элемента 31 и 32, один из которых (элемент 31) снабжен замыкающим контактом, а другой (элемент 32) снабжен размыкающим н замыкающим переключающими контактами, логический элемент И 25 и два регулируемых пороговых элемента 26 и.27, второй сумматор 19 снабжен третьим входом, второй интегральный регулятор 29 снабжен вторым входом, вход первого регулируемого порогового элемента 26 соединен с выходом первого элемента 5 сравнения, вход второго регулируемого порогового элемента 27 соединен с первым входом третьего элемента 7 сравнения и через замыкающий контакт первого управляемого ключевого элемента 31 подключен к третьему входу второго сумматора 19, выходы обоих регулируемых пороговых элементов 26 и 27 соединены соответственно с входами логического элемента И 25, выход кото- роРо соединен с управляюЩими входами первого 31 и второго 32 управляемых ключевых элементов, переключающий контакт второго управляемого ключевого элемента 32 соединен с выходом пропорционального регулятора 30, размыкающий контакт второго управляемого ключевого элемента подключен к второму входу второго сумматора 19, а замыкающий контакт второго управляемого ключевого элемента 32 - к второму входу второго интегрального регулятора 29.Устройство для управления асинхронным короткозамкнутым электродви 1495969 10гателем по первому варианту (Фиг.1) работает следующим образом.В установившемся режиме холостого хода при любой скорости вращения,в том числе нулевой, Фазорегулятором 11 активная составляющая тока статора сводится практически к нулю, при этом корректируется намагничивающая составляющая тока статора блоком 12 задания магнитного потока до необходимой величины, например, номинальной. Уточняются путем подстройки коэффициенты передачи в регуляторах 13, 14, 20, 21 и 22, необходимые для получения автономности каналов управления активным и намагничивающим токами статора. Качество процессов .проверяют по реакции системы на возмущение со стороны вала и сети, Ин формационные напряжения с датчиков 3 фазных токов и датчика 4 частоты вращения электродвигателя после со,ответствующих преобразований посту-. ,пают на информационные входы соот ветствующих элементов 5-7 сравнения, где сравниваются с выходными сигналами соответственно блока 8 задания частоты вращения, блока 12 задания магнитного потока и сумматора 18.Рассогласования с выходов. элементов 6 и 7, преобразованные в пропорционально-интегральных регуляторах 13 и 14, подаются на вход блока 15 преобразования этих сигналов задания на ток статора, преобразуемые35 блоком 16 к числу Фаз, соответствующему фазности преобразователя 2 час-. тоты. Опорные синусоидальные напряжения с выхода генератора 17 задают 40 частоту тока в статоре, а ее задание поступает с выхода сумматора 19, которое формируется в зависимости от характера нагрузки на валу следующим образом.45При спокойной нагрузке, когда отсутствуют просадки скорости ротора, задание частоты формируется в виде суммы пропорционального воздействия в блоке 21 и интегрального в блоке 22, являющегося общим для канала формирования активной (моментообразующей) составляющей тока статора регуляторами 20 и 22, получаемого с выхода сумматора 18; При этом пропорциональные регуляторы 20 и 21 могут иметь как одинаковую, так и разную настройку. При колебательном характере нагрузки возникают значительные просадки скорости, подаваемыена вход регулируемого порогового элемента 26, при которых нельзя питатьстатор током с частотой, которая быладо просадки скорости, так как это может привести к аварийному отказутрансмиссии, для предотвращения которого надо снизить частоту питания. В этом случае возникают также значительные всплески активной составляющей тока статора, подаваемые на вход регулируемого порогового элемента 27, Пороги срабатывания элементов 26 и 27 отрегулированы, исходя из условий работы и возможностей механизма, В случае одновременного превьппения настройки напряжений, пропорциональных просадке скорости и всплеску активного тока, срабатывает логический элемент И 25, что приводит к замыканию контакта в управляемом клю,чевом элементе 23 и размыканию контакта в управляемом ключевом элементе 24. Это означает, что из задания частоты тока статора исключается полкостью пропорциональная составляющая, а интегральная составляющая компенсируется с интенсивностью роста активной составляющей тока статора, максимальное значение которой согласовано с заданием частоты путем выбора соответствующих коэффициентов передачи в сумматоре 19. После исчезновения возмущения на валу спадает активный ток статора на входе регулируемого порогового элемента 27 до допустимой величины (ниже порога настройки), что приводит к исчезновению напряжения на выходе логического элемента И 25 и возвращению ключей 23 и 24 к нормальному (первоначальному) положению. Скорость вращения ротора восстанавливается до величины, определяемой уставкой задания на выходе блока 8 задания частоты вращения. Таким образом может быть обеспечена заданная мягкость механической характеристики в зависимости от конкретных условий эксплуатации.Устройство для управления асинхронным короткозамкнутым электродвигателем по второму варианту (фиг.2) работает аналогично описанному прн спокойной нагрузке в пределах ниже уровней настройки регулируемых поро. говых элементов 26 и 27, Отличиеоставител ь А Лилинехред М,Ходанич . Корректор Н,Гунь Редактор М.Бланар аказ 4285/55НИИПИ Государ Тираж 550омитета по Подписное изобретениям и открытия 5, Раушская наб., д. 4/5ри ГКНТ СС венного113035 скв изводственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101 11 14959имеется в работе при колебаниях нагрузки, приводящих к срабатыванию логического элемента И 25, в результате чего замыкается контакт управляемого ключевогоэлемента 31 и перебра 5сывается контакт управляемого ключевого элемента 32, что приводит кдополнительному снижению задания частоты статора. Это позволяет получитьболее мягкие, по сравнению с первымвариантом, механические характеристики. Это особенно важно при использовании привода в качестветяговогона транспорте. Для получения прецизионных частот питания статора, соизмеряемых с частотой абсолютногоскольжения, сумматоры 18 и 19 необ,ходимо выполнять в виде цифровыхвычислительных устройств заданной 20точности,Использование изобретения позволяет сократить количество простоев,б 9 3 2увеличить срок службы оборудования и повысить надежность работы, так как при резком (колебательном) возрастании нагрузки на валу происходит автоматическое снижение скорости. Это повышает ресурс механической части агрегата. При возникновении динамических возмущений снижение скорости повышает безопасность работы. Таким образом, введение в устройство для управления асинхронным короткозамкнутым электродвигателем управляемых ключевых элементов, логического элемента И и регулируемых пороговых элементов позволяет обес" печить корректирование скорости вращения электродвигателя (частоты токов статора) при колебаниях нагрузки на валу и повысить надежность работы, по сравнению с основным изобретением.