Устройство для управления трехфазным асинхронным электродвигателем

, К, Аракелян и Б. В. Михайло 71) ЗаяВите увашский государственный университет пм. И. И. Ульянов 54) РОЙСХВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХФАЗНЫМАСИНХРОИ 11 Ь М ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМочередь, дополнительнойры. В момент же отключепуска, возникают ощутим гой аппаратусти, нОСлЕжения в цеммутац я этойемко е перенапря ра и резкое пдвигателя, и пях ст ,момен жение электромагнитног ящее к его опрокидыва ни ЧЕН Ной Изобретение относится к области автоматически регулируемых злектроприводов малой мощнос. ти с короткоэамкнутыми двигателямн, используемы ми в однофазных, в часности в осветительных сетях. фИзвестно устройство для управления трехфазным асинхронным двигателем, подключенным к однофазнсй сети, содержащее активно.емкостный эле. мент в свободной фазе двигателя и тиристор.В этом устройстве симметричный режим реализуется только для вполне Определенного значения скольжения асинхронного двигателя. Параметры фазосдвигающего элемента выбираются, как правило, по пусковым условиям двигателя для обеспьчения необходимого пускового момента, Однако в рабочем 1 б режиме, особенно при малых нагрузках на валу двигателя,симметрия фаэовьх напряже 1 ий и токов может нарушиться в такой степени, что нормальная эксплу. атацня двигателя по условиям его нагрева, надехэ 1 ости и безопасности затрудняется. При выборе же паЯ раметров фазосдвигающего элемента для рабочих иик возникает необходимость повы 111 енияГО момента посредством дополнительно Вклюпериод пуска емкости, требующей, в свою Целью изобретения является обеспечение сим метричного режима работы электродвигателя независимо от его скольжения.Изобретение позволяет получить близкий к уравновешенному регулируемый режим рабо 1 ы дви. гателя в Оносительно большем интервале нагрузок , и скоростеи; формировать желаемую пусковую характеристику двигателя, получить сеьлейства регули. ровочных механических характеристик, пригодных дпя практиче, кого пользования, снизить уров ш электрических и электромагнитных потерь в 11 яигатс ле, снизить габариты фазосдвигающего устройства, сбесл 1 ечив бесконтактное управление электроприводом. Указанная цель достигается тем, что в ирсд 1 агаемом устройстве тирнстор включен последователь НО с фазосдвигаюшим конденсатором активно-емкое520683,на его выходе, т. е. сигнал У о минимален. Этот сигнал в схеме с тахомашиной равен нулю. Если задающий сигнал - Уотсутствует, то на базу транзйстора18 (фиг. 4) релейного элемента подается отрицательное напряжение, он открыт, а запускающий транзистор 19 заперт напряжением смещения, происходитзаряд конденсатора 20, что в последующем обеспечивает сдвиг отпирающего импульса в сторону его от- ,ставания по сравнению с напряжением фазы С на угот1 сА.Ю Генератор импульсов 5 не работает, тнристор4 заперт, резистор 3 включен полностью, что усугубляет пуск двигателя из-за ограничения тока в кон.денсаторной фазе,Для нормального пуска двигателя до желаемой15 скорости задатчиком 9 подается положительная разность напряжений ( Ц - 0 ) на базу транзистора 18 релейного элемента, последний закрывается,что обуславливает переключение релейного элемента8. В результате этого переключения на базу запускайбющего транзистора 19 подается сигнал, компенсирую.,щий напряжение смещения. Таким образом,под действием синусондального напряжения генератора синусоидальных импульсов 7 запускающий транзистор 19формирует запускающие импульсы, дифференциру.емые конденсатором 21, подаваемые на вход генератора импульсов 5. Одновременно происходит отпирание транзистора 22 и разряд конденсатора 20, что пре.пятствует быстрому запиранию транзистора 23. ЭтимЯ и обеспечивается временное изменение угла сдвигаимпульса генератора импульсов по отношению к анодному напряжению, снимаемому между фазами двига.теля. Тиристор 4, открываясь,шунтирует демпфиру.е енно плавное напряжение ь,на фазосдвигающей емкости 2, на кото3 рое подключен трансформатор 13, (в свою очередь нагружаемый на обмотку управления 14 магнитногоч усилителя через выпрямт тель 15) и током в главнои фазе двигателя, Пропорциональный этому току сигнал через выттряьчтель 16 ттодает я на обмоку 17. Обмотки управления 14 и 17 включаются так, что йх намагничивающие силы направлены встречно. Об. мотка смещения используется для формировании нуж. ной выходной характеристики магнитного усилителя в процессе настройки схемы.IПуск двигателя осуществляется следующим обра. зом, При подключении к питаюпей сети фаз на третью фазу подается напряжение через фазосдвигающий кон., денсатор 2. Уровень этого напряжения в ттосттедующем,1 меняется в зависимости от скольжения двигателя, Дей., ствие сигнала, пропопционального этому напряжению, особо проявляется со снижением скольжения, ког. да напряжение возрастает примерно 1,5.2 раза. Сиг. нал жс от токовой обратной связи максимален в об ласти больших скольжений, когда по главной фазе А; течет наиболытщй ток двигателя. Поэтому в первый момент пуска на входс магнитного усилителя имеет место примерное равенство намэгничиватощих сил, Поэтому магттитльти устюнтстл 1 заперт, а сигналЙ ного элемента и параллельно резистору укаэанного элемента, при этом управляющий переход тиристора соединен с блоком управления, на вход которого по. дан сигнал обратной связи по скольжению,На фиг, 1 и 2 приведены два варианта предлага. емого устройства; на фиг. 3 - векторная диаграмма/ , цепей асчнхронного двигателя, построенная по пер. вым гармоникам напряжения и тока; на фиг. 4 -эЛе ментная схема блока управления.На асинхронный двигатель 1 подано напряжение двух фаз питающей сети, а третья фаза двигателя че. рез фазосдвигают 1 тий конденсатор 2 и демпфирующий резистор 3 подключена к одному иэ двух сетевых за. жимов в зависимости от желаемого направления вра. щения механизма. Демпфирующий резистор 3 частично или полностью, что определяется при расчете пара. метров фазосдвигающего утсройства, шунтируется одним полупроводниковым вентилем (тиристором) 4 управляемым, например, посредством полупровод- . никового генератора импульсов 5. Генератор 5 работает в ждущем режиме, и запуск его осуществляет ся узлом 6 в сочетании с источником синусоидаль ного напряжения 7. Репейный режим работы системы в целом обеспечивается полупроводниковым реле 8 и регулируемым коэффициентом возврата ( й ).На входе релейного элемента сравниваются два сигнала: задающее напряжение ( 0 ), снимаемое с датчика скорости 9, и напряжение обратной связи13 ), снимаемое с потенциометра 10 или таасхомашины 11 (фиг, 2). Сигнал обратной связи (на фиг. 1), снимаемьтйтс выхода дроссельного мапппного усилителя 12, определяется переменными системы 1 ющии резистор 3, обеспечивая одновр мизменение напряжения (тока) в конденсаторной фа.зе двигателя от минимального до его максимальногозначения. Пуск двигателя 1, имеющего сопротивлениекороткого замыкания 7., происходит при мак.сксимальной эквивалентной емкости фаэосдвигающегоэлемента Ьк, обеспечивающей расчетный пусковой мс мент двигателя (фиг. 3),По мере увеличения скорости вращения ротора двигателя возрастает регулирующая н, с. подмагничи вания магнитного усилителя 12 (или же напряжения на зажимах тахомашины 11), вызывая его на-ьнцение.Теперь сигнал на входе релейного элемента 8 О, опре. деляемый разностью 11- 1 Уос, уменьтпается.По достижении этой разностью величины нечувствительности релейного элементаС 11., - О =Ь 0 0) он опрокидывается, и тирнстор 4, эакоьтваясь, вводит резистор 3 в конденсаторную фазу двигателя.Этим обеспечивается перераспределение напряжения между резистором 3 и конденсат ром 2 и реализуется тем самым плавное снижение его уровня на фазовой обмотке двигателя, В таком состоянии схемы дальттейттлй рост скорости двигателя прекращает.,ся. Снижение же скорости приводит к повышению на.ф Тб о 5520пряжения на входе релейного элемента и к отпиранию)тиристора 4. В дальнейшем этот процесс повторяетсяи по мере достижении заданной скорости переходит:в автоколебательный режим. Устанавливается ста.бильный режим вк. почения и отключения резистора 3,благодаря чему поддерживается необходимая экви..валентная емкость конденсаторной фазы и заданнаяскорость двигателя,С изменением уставки установившейся скоро(сти двигателя 1 З ) илй нагрузкй на его валу при, заданной скорости частот включения шунтирующего, тиристора 4 изменяется, что приводит к снижению либоповышению эквивалентной емкости фазосдвигающегоэлемента и тем самым способствует поддержанию1уравновешенного режима двигателя.Для схем фиг. 1 справедливы следующие урав.пения напряжений и токов:0=13 +13; О =1 У +5 ф 0Л В ж 1;7, =0 +1.1 А В С С К К К К %Решение этих уравнений относительно токов с учетом ихпримой ( 1 ) иобратной (1 ) после доватет ьностей и в последующем совместное реше-ние этих токов позволяет получить зависимость вектора комплексного сопротивления фазосдвигающего элемента: 683Демпфирующее сопротивление подбирается поусловию работы двигателя на рабочей скорости;39эр ср(где Ь - модуль полного сопротивления двигателядля рабочего скольжения, 6 =Р,Чср - угол сдвига межпу током и напряжениемпри рабочем скольжении.ЮТаким образом,по известной пусковой емкостии необходимой эквивалентной рабочей емкости фаэосдвигающего устройства определяется демпфируто.щее сопротивление К . Его величина береся эа.вышенной, с учетом частоты включения,ВРК В; н: /фф,Вгде Р - частота включений шунтирующего тири.стора,Выбранное сопротивление рассчитывается наэквивалентный фазовый ток двигателя.Средняя скорость на участке включенного иотключенного состояшй электродвигателя опреде.ляется следующим образом: 6 оц:Ящ,щ О 1 и Даао.1 и, Мя о а Р,где Ъ - полный импеданс фаэосднигающего экеэкменга при пуске двигателя;7, . модуль полного сопротивления двигателяСХпри 5= 1;- угол сдвига между током и напряжениемсидвигателя. комплекс полного сопротивления дви.гателя прямой последовательности приданном скольжении;5Ор д поворотный вектор.Графическая интерпретация комплексного коэф. фициента при векторе Ь проиллюстрирована нафиг. 3 в третьем квадранте, а комплексное сопротив ление - в четвертом, Из векторной диаграммы фиг, 3 следует, что автоматическое регулирование эквива. лентной емкости сопряжено с одновременной компенсацией потребной реактивно," мощности для уп. ,1 эавляемого в рассматриваемой схеме асинхронного ;двигателя.Расчет фазосдвигаюшего элемента веде гся по двум условиям: пусковому и рабочему.Выбор фазосдвигающей емкости по условиям пуска производится так: 6 огдето. Ф. - соответсгвенно время включения и(отключения шунтирующего сопротивления 1 иристор; ,а 1 РЖ,цзь - изменение скорости при разбеге и за медлении двигателя;Ю в - значение скоростей, при ко 1 орых про1;Если воспользоваться уравнением пвиж ния пр 49 вода д я участка разбегаМ -191си для участка замедлениясна46. где М,М - электромагнитный момент двигателяи момент сопротивления механизма,0 и 0,Р,Ф б - соответсгвешго номинальное напряжние двигателя и его составляющие прямой и обратн последовательности, то средняя скорость с достато 1 ной для практики точное;ью будет:6 1 4в:ц 1 - +шоР О, г, +Ф.ь +ф,о4 оЧастота автоколебаний будет зависеть от постоянной времени релейно. фазового блока управления, устройства. - Т:М1-О,17(1.-0" Цй Хащ М 1-МК ивт амм ти-иф) где Ц - фазное напряжение двитателя при 1 = О 1в относительных единицах;Ъ - момент инерции системы электропривода;,йМи- граничный момент двигателя, развиваемйР в естественной,схеме включения и номинальном и. пряжении питания.Анализ полученных основных соотношений показываетчто повышение установившейся скорости до скорости, близкой к скорости холостого хола двигателя, или разгрузка двигателя по моменту назаданной скорости приводит к снижению частоты включения демпфирующего резистора, что то же самое, к уменьшению эквивалентного емкостного сопротивления фазосцвигающего элемента. При обратном изменении этих переменных частота увеличи, вается, значит растет эквивалентное емкостное сопро . тивлелие контура, автоматически приспосабливая та а жесткость механической характеристики1" 1ЕО. 4 -Кгде- коэффициент отрицательной обратнойсвязи по скорости; К - коэффициент неравномерности скорос. С 16 ким образом двигатель к режиму, близкому к урал- повешенному,Формула изобретения В устройство для управления трехфазным асин.хронным электродвигателем, подключенным к однофаэной сети, содержащее активно емкостный эле.мент в свободной фазе двигателя и тиристор, о т л и.ч а ю щ е е с я тем, что, с целью обеспечения симмет. ф ричного режима работы электродвигателя от егоскольжения, тиристор включен последовательно с фазосдвигающим конденсатором активно-емкостно-.с элемента и параллельно резистору указанного элемента, при этом управляющий переход тиристора соединен с блоком управления, на вход которого додан сигнал обратной связи по скольжению.520683,Составигель В. Кузнецовахред А. Демьянова Корре Е, Ковалева дактор В, Фельдман Заказ 3 ОбаУ 233 истров СССР обретений и открытийЖ, Раушская наб., 4 по делам и13035, Москва,филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул, Проектн Ги раж 882 НИИПИ ГосудаПодписноеного комитет Совета Ми