Устройство для регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя

(5)5 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ ЕТЕЛЬСТВ(71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт релестроения(56). Авторское свидетельство СССРМ 1534736, кл. Н 02 Р 7/42, 1987,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ АСИНХРОННОГОЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ(57) Изобретение относится электротехнике. Цель изобретения - повышение пускового момента и улучшение динамическиххарактеристик в области малых частот вращения. Поставленная цель достигается тем,что в устройс 1 до для регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя введены диод 16 и два суммирующих усилителя 17,18. один из входов первого усилителя 17 соединен с.выходом блока 3 формирования задания частоты вращения, а выход через диод 16 - с первым входом второго суммирующего усилителя 18, выход которого связан с входом задания амплитуды реактивной составляющей тока статора блока 12 формирования сигналов задания частоты и тока фаз статора. Вторые входы суммирующих усилителей 17,18 соединены с источниками смещения, В устройство введены также дифференцирующая цепочка 20 и инвертирующий усилитель 21, выход которого подсоединен к третьему входу первого суммирующего усилителя, а вход связан с выходом блока 3 формирования задания частоты вращения. 1 э.п.ф-лы, 2 ил.1614089 онных усилителей, имеет на выходе в качестве сигнала одной из двух фаз сигналфазы А0= Од=Оп соз (оЯ + ф,а второй сигнал получается иэ соотношения 5О)В= - 1 Я - ВпсоФл - 3 +Ф)+2 е+ 0 сов(ал + - + ф) - Оз п(со + ф),2 лБлоки 45-48 реализуют следующие математические соотношения; где Оп 1 - амплитуда фазного напряжениядвигателя,048 = Овсоз (Ол + ф) созОЙ ++ Оз и (ай + ф) з 1 п йл = Оп,соз ф,15где 048 - напряжение на выходе датчикаобратной связи.На фиг. 1 и фиг.2 приведены обозначения;Ос - напряжение питающей сети; 20Осм 1, Осм 2 - напряжение смещения;Оз,Оп,01 в,019,021 - форма сигналов на выходе соответствующих элементов схемы фиг. 1.Устройство работает следующим образом. 25РрВ исходном состоянии схемы напряжение на блок 1 преобразователя частоты ицепи управления подано, но сигнал нг выходе блока 3 формирования задания частоты вращения отсутствует, сигнал на выходе 30выпрямителя 19 равен нулю, а на выходеусилителя 17 имеется отрицательный сигнал, пропорциональный напряжению смещения Осм.Отрицательный сигнал с выхода усилителя 17 через диод 16 проходит на входусилителя 18 и суммируется с напряжениемсмещения на его входе, увеличивая начальный сигнал на выходе усилителя 18, являющийся сигналом задания амплитуды тока 40намагничивания двигателя.Сигнал на выходе блока 14 задания активной составляющей тока фаз статора двигателя также равен нулю, равна нулю ивыходная частота преобразователя 37 аналог - частота, счетчик импульсов 38 не переключается, его состояние соответствуеткакому-то неизменному числу импульсов,Данному же числу импульсов соответствуети код синуса на выходе устройства 28 и код 50косинуса на выходе устройства 29,При этом поскольку сигнал на выходе регулятора 41 скольжения равен нулю, то на выходе преобразователей 30 и 31 код-ана лог сигнал также равен нулю; а на выходе преобразователей 32 и 33 сигнал соответственно равен 1 р зпОДи созО(где 9- угол, соответствующий коду на выходе счетчика 38 импульсов), а на выходах блока 11 преобразования фаз сигнал равензпО зп(+ - ) зп(0 - 3)2 й 2 кВ соответствии с уровнем этих сигналов регуляторами 5 - 7 тока поддерживается ток в фазах двигателя, При этом, в исходном состоянии схемы, поскольку частота равна нулю, по фазам двигателя протекает постоянный ток, который не создает вращающего момента, двигатель находится в неподвижном состоянии, Постоянный ток фаэ двигателя протекает по их активным сопротивлениям, вызы.- Ф вая появление на зажимах двигателя напряжения, которое через датчик 43 напряжения и преобразователь 44 фаз поступает на аналоговые входы преобразователей 45 и 46 код-аналог, на частотные входы которых подается сигнал с выхода программируемых запоминающих устройств 28 и 29. При этом на выходе преобразователей 45 и 46 имеются сигналы:О г = - ОсозО; О р = Оз пО,После суммирования соответствующих инверсного и прямого сигналов на выхоце сумматора 48 получают сигнал Оп соз О п ри одном заданном направлении вращения и -Ов созО при другом заданном направлении вращения.В рассматриваемом режиме при нулевой частоте, когда весь ток двигателя задается по каналу задания тока намагничивания, угол равен 90 и проекция его на ось, совпадающую с вектором активного тока, равна нулю, т,е. сигнал с выхода датчика 15 обратной связи равен нулю и датчик обратной связи не оказывает влияния на состояние регулятора 41 скольжения. При появлении сигнала на выходе блока 3 появляется и аналоговый сигнал на выходе регулятора 41 скольжения, а на выходе преобразователя 37 аналог-частота - непрерывная последовательность импульсов,частота которых определяется уровнем входного сигнала, Счетчик 38 начинает считать импульсы, изменяя код сигнала на выходе запоминающих устройств 28 и 29, запрограммированных на функции синуса и косинуса. При этом на выходе преобразователей 30-33 появляются гармонические сигналы, амплитуда которых пропорциональна задаваемым значениям активной (уровень напряжения с выхода блока 14 задания амплитуды активной составляющей тока фаз статора двигателя) и реактивной (уровень напряжения с выхода усилителя 18)составляющим тока статора в эквивалентном двухфазном двигателе. При этом сигнал с выхода усилителя 18 определяется суммой двух входных сигналов - напряжения смещения Осм 2 и сигнала с выхода усилителя 17, который определяется алгебраической суммой трех сигналов - напряжения смещения Осм 1, напряжения с выхода усилителя 21, напряжения, пропорционального производной сигнала на выходе блока 19 (темпу изменения скорости), суммируемых с одинаковым знаком, и сигнала с выхода выпрямителя 19, суммируемого с противоположным знаком,Усилитель 21 может работать и в ключевом режиме, выходя в насыщение и выдавая сигнал постоянного уровня при пуске электродвигателя (увеличивая ток намагничивания в этом режиме на низкой скорости на заданную величину);130= 1 аа 81 П Йй;Ы= 1,цз з 1 пж;131= 1 аЗСОЗ ЙМЗзцзсов.После суммирования попарно активной и реактивной составляющих тока статора в сумматорах 34 и 35 на их выходах получают,з 4 = 1 з 1 п(Й+ 9)35 = гпсоз(Йл + ф)где 1,= 2 2аз+1,из1 = агс 19 1 аЛи,В дальнейшем сигналы 34 и 35, сдвинутые друг относительно друга на 90 эл,градпреобразуются в блоке 11 преобразования,фаз в три сигнала, сдвинутые между собойна,120 эл.град., которые и используются вкачестве сигналов задания тока фаз статораасинхронного двигателя:13 А = 1 рзп(ЙЙ +ф);- РэпЙл+ф)2 д,1 зс = 1 рз 1 п(ЙМ +ф+ - );2 жВ соответствии с уровнем задающихсигналов на выходе блока 11 в фазах асинхронного электродвигателя начинает протекать ток, появляется вращающий момент идвигатель разгоняется.При работе двигателя на установившейся заданной скорости сигнал с эадатчикачастоты вращения равен сигналу обратнойсвязи с выхода обратного координатногопреобразователя и при холостом ходе двигателя сигнал на выходе регулятора скольжения мал,При набросе нагрузки ток и напряжениев первый момент сохраняются постоянным, 51015 20 55 с подключенной параллельно к нему ВС- цепью, подсоединен к выходу регулятора скольжения 41. 25 30 35 40 45 50 не меняется и сигнал обратной связи с выхода обратного координатного преобразователя. В этом случае скорость двигателя начинает снижаться и в токе фаз двигателя появляется активная составляющая, создавая вращающий момент, Одновременно, поскольку заданное значение тока не изменилось, уменьшается реактивная составляющая, т.е. уменьшается ток намагничивания, а значит, уменьшается и ЭДС фаз двигателя, уменьшая сигнал обратной связи с выхода обратного координатного преобразователя; Сигнал обратной связи уменьшается несколько в большей степени, чем снижается ЭДС, так как одновременно с перераспределением активной и реактивной составляющих тока статора двигателя происходит поворот в пространстве вектора ЭДС 12, что дополнительно снижает ее проекцию на ось, перпендикулярную прежнему вектору тока намагничивания, который теперь совпадает с полым током статора. При уменьшении сигнала обратной связи нару-, шается баланс между ней и задающим сигналом с блока 3 и на выходе регулятора 41 скольжения появляется напряжение, являющееся заданием на увеличение активной составляющей тока статора, Последняя возрастает, увеличивая момент двигателя, Для уменьшения просадки скорости одновременно с увеличением активной составляющей тока статора увеличиватся и его частота вследствие поступления сигнала с выхода регулятора скорости на вход преобразователя 37 аналог-частота через сумматор 36. Имеющее место при этом увеличениесигнала обратной связи вследствие роста напряжения на двигателе компенсируется введением отрицательного сигнала с выхо. да интегрального регулятора 41 скольжения на вход сумматора 40, который также компенсирует увеличение напряжения за счет возрастания падения напряжения на активных сопротивлениях фаз статора при росте активной составляющей тока нагрузки,Постоянная времени интегрирования регулятора 41 должна выбираться близкой к электромагнитной постоянной времени всего контура регулирования тока статора, Для форсирования переходных процессов САР в процессе отработки задаваемого уровня активной составляющей тока статора и стабилизации используется операционный усилитель 42, вход которого через резистор В момент пуска сигнал на выходе операционного усилителя 18 равен сумме двух сигналов - сигналу напряжению смещенияОсмг и сигналу с выхода усилителя 17. При напряжению система актиматического регуэтом сигнал напряжения смещения Осмгсо- лирования вследствие большого влияния ответствует номинальному току намагничи- падения напряжения на активных сопротиввания двигателя, а сигнал с выхода ленияхфаэдвигателяработаетнеэффективусилителя 17 соответствует превышению 5 но, Повышается и динамические тока намагничивания номинального. Поэто- характеристики электропривода в области . му пуск двигателя и работы егона малых малых частот вращения, так как при наброскоростях происходит с повышенным током сах и сбросах нагрузки ток статора двигатенамагничивания, обеспечивая появление на ля изменяется незначительно, а момент на валу электродвигателя повышенного пуско валу двигателя возникает лишь при перевого момента несмотря на малый сигнал нараспределении составляющих тока внутри выходе блока 14 задания амплитуды актив- двигателя, исключая инерционности регуляной составляющей тока фаэ статора двига- торов и индуктивность рассеяния статора теля. двигателя.В процессе разгона электродвигателя 15 ф о р м у л а и 3 о б р е т е н и я возрастает сигнал на выходе блока 3 форми,Устройство для регулирования часторования задания частоты вращения, а также. ты вращения асинхронного электродвигатесигнал на выходе выпрямителя 19, который ля по авт.св. М 1534736, о т л и ч а ю щ е еимеет знак, противоположный знаку напря- с я тем, что, с целью повышения надежножения смещения Осм 1 нв входе усилите сти путем увеличения пускового момента и ля 17, При этом сигнал на выходе. улучшения динамических характеристик в усилителя 17 уменьшается по мере роста области малых частот вращения, в него ввескорости, уменьшается и сигнал на выходе, дены диод, два суммирующих усилителя, усилителя 18, являющийся сигналом зада- один из входов первого усилителя соединен . ния амплитуды тока намагничивания, Ток 25 с выходом блоха формирования задания чанамагничивания по мере роста скорости. стоты вращения, а выход через диод - с перуменьшается. вым входом второго суммирующегоПри достижении скоростью заданного усилителя, выход которого связан с входом уровня(определяется величиной активного задания амплитуды реактивной составляю- сопротивления обмоток фаз двигателя, 30 щей тока статора блока формирования синуобычнодо=0,1 п)сигналнавыходеусили- соидальных сигналов задания тока фаз теля 17 меняет знак, диод 16 запирается и статора, вторые входы введенных суммирую- сигнал на выходе усилителя 18, соответст- щих усилителей соединены с источниками вующий номинальному значению тока на- смещения.магничивания, сохраняется постоянным и 35 2, Устройство по п.1. о т л и ч а ю щ е еопределяется величиной напряжения сме- с я тем, что, с целью повышения быстро- щения Осм 2 на его входе, действия, в него введены дифференцируюТакимобразом,предлагаемоеустройст- щая цепочка и инвертирующий усилитель, во для регулирования частоты вращения .выход которого подсоединен к третьему асинхронного электродвигателя обеспечи входу первого суммирующего усилителя, а вает повышенное значение тока фаз элект- вход через введенную дифференцирующую родвигателя и момента на его валу а области цепочку связан с выходом блока формиромалых частот вращения, где замкнутая по вания задания частоты вращения,1614089 7 Корректор В. Гирн роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 10 Редактор Л. ПчолинЗаказ 3897ВНИИПИ Госуда Составитель В, ТарасовТехред М.Моргентал Тираж 455 Подписноерственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5