Устройство для регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя

01646 А Н 02 Р 7/4 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ ТВ ТОРСНОМУ СВИ 683681/074.04.890.04.91. Бсесоюзный нпроектно-коческий инс(21) 4 (22) 2 (46) 3 (71) В ский, пологи (72) В юл. Р 16 а учи о-кссл едо в а т иструкторский ититут релестроени и А.А,Сушенцов3. 333, (088. 8) идетельство СССР 02 Р 7/42, 1987. ьЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ синлРоннОГО х 1 ектноситсяышение ния пуско электродежности ого модля реасинхрон в устройств ты вращения гулирования частного электродвигмитель 43, блок вв ы выпря ия знак опр еделе) асти часоприводаиным электсовершенсттсв,пиеиие наения пускоНа Фиг, 1 приведе схема устройства для частоты вращения аси родвигателя; на Фиг. диаграммы, где обозн а структурная регулирования элект хроиног 2 - вре иые еиы и яще ГОСУААРСТВЕНКЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(54) УстРойство рЧАСТОТН ВРАЩЕНИЯРОДВИГАТЕЛЯ(57) Изобретениетехнике. Цель - ппуска путем иовышмента. Дпя этого Изобретение относится к электро технике, в частности к обг тотно-регулируемого электр переменного тока с асинхро родвнгателем, и является у вованием изобретения по ав Р 1534736.Цель изобретения - повь дежности пус:.з и;тем иовьш вого момента электродвига производной изменения сигнала выходе выпрямителя и ключи 45, 46, оиз которых включен в цепь связи обного координатного преобразователя23 с входом регулятора 16 скольжения,а второй - в цепь связи выхода регулятора скольжения с входом преобразователя 6 аналог-частота, управляющие входы ключей связаны с выходомблока 44 определения знака производной изменения сигнала на выходе выпрямитепя, вход которого связан с выходом блока 3 Формирователя заданиячастоты вращения электродвигателя.В начальный момент пуска ток статораэлектродвигателя Аормированно нарастает до тока отсечки, одновременноотключается и добавка по частотескольжения на увеличение частоты токастатора. Это увеличивает пусковой момент. 2 ил. ния на выходе соответствующих блоков схемы и ток через конденсатор.Устройство для регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя содержит силовой преобразователь 1 частоты, выходы которого предназначены для подключения к базам асинхронного электродвигателя 2, а силовые входы - к питающей сети. Формирователь 3 задания частоты вращения, задатчик 4 тока намагничивания, блок 5 прямого преобразования координат, выполненный с преобразователем 6 аналог-частота, счетчиком 7 импульсов, двумя Формирователями 8, 9 Функций синуса и косинуса соотдам Аильтра через ключ 31, обратным диодным мостом 32 и блоком 33 управляемых ключей инвертора. В выходных цепях инвертора установлены датчики 34-36 Аазных токов, подключенные вы;- ходами к первым входам соответствующих регуляторов 37-39 Аазных токов, вторые входы указанных регуляторов соединены с выходами преобразователя 40 числа Ааз, входы которого образуют управляющие входы силового преобразователя 1 частоты. Выходы регулятора 37-39 через блок управления 41 связаны с управляющими входами блока 33 управляемых ключей инвертора.Пропорционально-диААеренцирующее звено 20 выполнено на основе операционного усилителя 42 с резистором в цепи обратной связи и резисторами и конденсатором - во входной цепи,В схему введены выпрямитель 43, вход которого подключен к выходу блока Аормирователя задания частоты вращения электродвигателя, блок 44 определения знака производной изменения сигнала на выходе выпрямителя и два ключа 45, 46, один из которых включен в цепь связи обратного координатного преобразователя 23 с входомрегулятора 16 скольжения, а второйв цепь связи выхода регулятора 16скольжения с входом преобразователяаналог-частота. Управляющие входыключей 45, 46 связаны с выходом блока44 определения знака производной изменения сигнала на выходе выпрямителя 43, вход которого связан с выходом блока 3 Формирователя задания частоты вращения электродвигателя 2.Блок 44 определения знака производной изменения сигнала на выходе выпрямителя состоит из усилителя 47, один вход которого подключен к выходу выпрямителя, а второй - к источнику смещения Б повторителя на транзисторе 40 и резистора 49, вход которого связан с выходом усилителя 47, а выход через конденсатор 50 с входом нуль-органа 51, который связан также с источником смещения.Б, Общая точка конденсатора 50 и нуль-органа 51 связана через разрядный резистор 52 с общей точкой схемы. 40 45 50 55 1646035ветстяенно, циФроаналоговыми преобразователями 10-13 и сумматорами 14,15, регулятор 16 скольжения с элементом 17 сравнения на входе, подключенным одним из входов к выходу5Аормирователя 3 задания частоты вращения. При этом один иэ управляющихвходов блока 5 прямого преобразования координат подключен к выходу 1 Озадатчика 4 тока намагничивания,а выходы - к управляющим входам силового преобразователя 1 частоты.Устройство для регулированиячастоты вращения асинхронного электродвигателя, кроме того, имеет датчик18 Аазных напряжений асинхронногоэлектродвигателя, преобразователь 19числа Ааэ, пропорционально-диААеренцирующее звено 20, два сумматора 21,22 и блок 23 обратного преобразования координат с двумя преобразователями 24, 25 код-аналог, инвертируяцим усилителем 26 и сумматором 27,При этом регулятор 16 скольжения выполнен в ниде интегрального звена,выход которого соединен с первымивходами сумматора 21, 22 и входамипропорционально-диААеренцирующегозвена 20, подключенного выходом кдругому управляющему входу блока 5прямого преобразования координат,Выход сумматора 21 подключен к другому входу элемента 17 сравнения.Выход формирователя задания частоты вращения подключен к второму входусумматора 22, соединенного выходомс входом преобразователя 6 аналогчастота, Выходы датчика 18 Фазныхнапряжений асинхронного электродвигателя подключены к входам преобразователя числа Ааэ, соединенного выходами с аналоговыми входами преобразователей 24-25 код-аналог. Кодовыевходы преобразователей 24, 25 коданалог подключены к выходам соответствующих Аормирователей 8, 9 Аункцийсинуса и косинуса. Выход преобразования 25 код-аналог подключен к одному из входов сумматора 27, другойвход которого соединен через инвертирующий усилитель 26 с выходом преобразователя 26 код-аналог, Выход сумматора 27 подключен к второму входусумматора 21.Силовой преобразователь частоты выполнен с силовым выпрямителем 28, конденсатором Аилыра 29, разрядным резистором 30, подключенным к выхо" Устройство для регулирования частоты вращения асинхронного электродви-, гателя работает следующим образом, 1646035= атсС нала на выхода- сдвиг фазы сумматоров по соидального си этом на выхода ла Ааз 40 имее сигналов задан- Т зз,п(Я т + 27 3 27(Юс + ( 5 е значительным Одновременно на выходе преобразо ,вателя 6 аналог-частота появляется непрерывная последовательность импульсов, частота которых определяется, поскольку ключ 46 отключен, только уровнем входного сигнала с формирователя 3. На выходе циАроаналоговых преобразователей 10, 11 появляются гармонические сигналы 11 впЯт, Т созЯ амплитуда которых пропорОФ циональна заданному максимальному значению активной составляющей тока статора Тпз, а на выходах преобразователей 12, 13 - гармонические сигналы 1 зп ЯС, 1сов Я, пропорциональи ф р ные задающему значению реактивной составляющей тока статора Тр, На выходах сумматоров 14, 15 появляются сигналы Т зь.п(Ыс + Ч) и 1 соз(Ят + 1 юг +), где 1= 1 + 1, Ц =1- (здесь 1 - амплитуда сиг аР сумматоров 14, 15 сигнала на выходе тношению к Аазе сину- нала на входах. При преобразователь чистрехАазную систему я: в соответствии с которыми в Аазах двигателя Аормируются токи и появляется вращающий момент, а двигатель начинает разгоняться.По мере разгона электродвигателя отрицательное напряжение на выходе выпрямителя 43 возрастает, а на выходе усилителя 47 и эмиттера транзистора 43 повторителя уменьшается. При этом конденсатор 50 продолжает разряжаться, создавая на входе нуль- органа 51 положительное напряжение, которым поддерживается на его выходе также положительный сигнал и ключи 45, 46 остаются отключенными, После достижения сигналом с выхода выпрямителя 43 величины, равной сигналу от источника смещения И на выходе усилителя 47 напряжение становится5 равным нулю. Равным нулю будет и потенциал эмиттера транзистора 48 повто- рителя. При этом конденсатор окажется разряженным (предполагается, что резисторы 49, 52 достаточно малы и напряжение на конденсаторе следит за напряжением на выходе повторителя), нуль-орган 51 напряжением смещенияот источника минус П переключается, на его выходе появляется отрицательное напряжение и ключи 45 и 46 включаются, восстанавливая нормальный режим работы системы автоматического регулирования устройства.Таким образом, процесс разгона электродвигателя, начиная с момента трогания и до момента выравнивания сигналов с выхода выпрямителя 43 и с источником 41 смещения, осуществляется с отключенными ключами 45, 46 и максимальным током Ааз статора двигателя, а значит, и максимальным возможным моментом.Гледует заметить, что действительный момент на валу электропвигателя определяется суммой статического и динамического моментов. Причем последний зависит от темпа, задаваемого Аормирователем 3, и маховых масс электропривода. Если сумма статического и динамического моментов меньше максимально возможного, то происходит автоматическое перераспределение составляющих токов Ааз двигателя - уменьшается активная составляющая и увеличивается реактивная составляющая при неизменном его результирующем значении.Величина частоты вращения, до которой электродвигатель разгоняется с максимально-заданным током статора, определяется напряжением смещения И . Обычно параметры .блока 44 выбираются таким образом, чтобы включение ключей 45, 46 происходило на скоростях 0,1-0,2 номинальной, когда влияние активного сопротивления на работу канала обратной связи становится Как описано выше, ключ 46, введенный в цепь связи выхода регулятора 16 скольжения с входом преобразователя 6 аналог-частота, во время разгона электродвигателя с предельным током статора отключен, Поэтому дополнительная составляющая частота тока статора, пропорциональная сигналу П на выходе регулятора скольжения в этом режиме, отсутствует и двигатель разгоняется до меньшей частоты вращения, задаваемой лишь сигналом с блока 3 (при включенном ключе 46 к сигналу с выхода блока 3 добавился бы еще сигнал с выхода блока 16 и соответственно возросла бы и частота вращения двигателя5 к моменту включения ключей 45, 46).Это позволяет уменьшить величину перерегулирования по окончанию разгона.При работе двигателя на установившейся скорости токи намагничивания и напряжения в Фазах А,В.С изменяются следующим обраэомф 1,в = 1 ЯпЯ; 11 = 1 Яп хХ(У -- ) 1 = 1 вЬ(а + - ) 52 и 2 У3 4 С (04 3 цА - ц соя(Я + 1 е ц Ьа2(-Ц соя(Я -- + И)й)2 РЦ = -Ц соя(Я + - + ь,с 3 20 Па выходах преобразователя 19 при этом имеем сигналы: -Ц соя ( Я + д)Щ т ф ц, вп(Я - (1), а на выходах преобразователей 24, 25 - соответственно произведения: Ц,ви(Я +(ф) ядпЯ и 1;сов(Я + (1 соя Я, На выходе сумматора 27 имеем сигнал (-Ц совф (при изменении направления вращения ЗО знак сигнала меняется),Это означает, что сигнал на выходе блока обратного преобразователя координат 28 зависит только от амплитуды напряжения Мз двигателя 35 и углаи при неизменной частоте токов статора также является неизменным. При работе двигателя на установив шейся заданной скорости сигнал с дюрмирователя 3 задания частоты вращения равен сигналу обратной связи с выхода блока обратного преобразования 23 и при холостом ходе двигате ля сигнал на выходе регулятора 16 скольжения мал.При набросе нагрузки ток и напряжение в первый момент сохраняются постоянными, не меняется и сигнал обратной связи с выхода блока 23. В этом случае скорость двигателя начинает снижаться и в токе Ааэ 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 Лаз двигателя, уменьшая сигнал обратнойсвязи с выхода блока 23. Сигналобратной связи уменьшается несколько в большей степени, чем снижаетсяЭДС, т.к. одновременно с перераспределением активной и реактивной составляющих тока статора двигателяпроисходит поворот в пространстве вектора ЭДС Р, что дополнительно снижает ее проекцию на ось, перпендикулярную прежнему вектору тока намагничивания, который теперь совпадает с полным током статора. При уменьшении сигнала обратной связи нарушается баланс между ней и задающим сигналом с формирователя 3 и на выходе регулятора скольжения 16 появляется напряжение, являющееся заднем на увеличение активной составляющей тока статора и последняя возрастает, увеличивая момент двигателя. Для уменьшения просадки ско.рости одновременно с увеличением активной составляющей тока статора увеличивается и его частота вследствие поступления сигнала с выхода регулятора 16 на вход преобразователя 6 аналог-частота через сумматор 22. Имеющее место при этом увеличение сигнала обратной связи вследствие роста напряжения на двигателе ком" пенсируется введением отрицательного сигнала с выхода интегрального регулятора 16 скольжения на вход сумматора 21, который также компенсирует и увеличение напряжения эа счет возрастания падения напряжения на активных сопротивлениях Ааэ статора при росте активной составляющей тока нагрузки,Следует заметить, что вектор активной составляющей тока статора, модуль которого пропорционален сигналу на выходе регулятора 16 скольжения, практически совпадает по направлению с вектором ЭЛС (отличается на 4-5 ) и принимается. перпендикулярным вектору тока намагничивания. Поэтому сигнал на выходе регулятора 16 может быть использован для частичной компенсации части проекции результирующего вектора напряжения на ось, перпендикулярную току намагничивания, пропорциональной увеличению падения напряжения в активном сопротивлении статора от приращения тбка.При торможении электропривода сигнал на выходе блока 3 формирователя задания частоты вращения плавно уменьшается, на выходе выпрямителя 43 отрицательный сигнал также уменьшается, уменьшается и положительный сигнал на выходе усилителя 47, Но пока он не станет равным нулю, транзистор 48 повторителя закрыт и напряжение на конденсаторе 50 не меняется.После уменьшения сигнала с выхода выпрямителя 43 ниже значения сигнала от источника смещения 0 полярность напряжения на выходе усилителя 47 меняется (становится отрицательной), транзистор 48 открывается и на его эмиттере появляется возрастающее отрицательное напряжение. Конденсатор 50 начинает заряжаться через резистор 52 и ток его заряда создает на резисторе 52 падение напряжениякоторое увеличивает отрицательный потенциал на входу нуль-органа 51, так как сов падает по знаку с напряжением смещения. Поэтому состояние нуль-органа не меняется и соответствует установившемуся режиму, когда на его выходе отрицательное напряжение, включающее ключи 45, 46. Поэтому торможение электропривода происходит при нормаль" ной работе системы автоматического регулирования с включенными ключами 45 46 что исключает дополнительныеФ Ф35 возмущения в конце участка торможения на нулевой скорости электропривода. Таким образом, в устройстве для регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя сигнал обратной связи в начальный момент пуска электродвигателя отключается и ток статора электродвигателя формированно нарастает до тока отсечки, Од- . новременно отключается и добавка по частоте скольжения на увеличение частоты тока статора. Это позволяет увеличить пусковой момент электропривода по сравнению с известным решением и уменьшить перерегулирование частоты вращения.Формула изобретенияУстройство для регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя по авт.св, Ф 1534736, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности пуска путем повьппения пускового момента электродвигателя, введен выпрямитель, два ключ и блок определения знака производной изменения сигнала, при этом первый ключ включен между выходом первого сумматора и входом элемента сравнения, второй ключ включен между выходом регулятора скольжения и вторым входом второго сумматора, управляющие входы ключей соединены с выходом блока определения знака производной изменения сигнала, входом подключенного к выходу выпрямителя, вход которого соединен с выходом блока формирования задания частоты вращения электродвигателя.11646035 г Составитель В. ТарасоРедактор Е. Зубиетова Техред Л.Олийнык орректор М. Самборск 355 одписное и ГКНТ ССС Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгоро Гагарина, 101 аказ 155НИИПИ Го ета по изоба, Ж, Ра рственного коми 113035, Мос ениям и открытиямкая наб д, 4/5