Устройство для управления асинхронным короткозамкнутым электродвигателем

(22) Заявлено 02,08,77(21) 2511793/24-0 Кл.2 Р 7/42 с присоединением заявки ре(23) Приоритет судврственнвй квинтет СССР вв делам нзевретвннй н вткрытнйОпубликовано 25,11,79, Бюллетень Рй 43 Дата опубликования описания 28.11.79(7) Заявитель СТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫОРОТКОЗАМКНУТЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ 54) Изобретейие относится к области час тотного регулирования асинхронными электродвигателями, питание которых произ.водится от преобразователей частоты с непосредственной связью или инверторов с широтно-импульсной модуляцией выходного напряжения.По основному авторскому свидетельству М 529537 описано устройство, содержащее преобразователь частоты, двухканальный задатчик частоты и амплитуды токов статора с сумматорами в каж дом из каналов и тактовым генератором, управляемый импульсный генератор частоты токов ротора, импульсный датчик скорости, установленный на валу двигателя и присоединенный к одному из входов упомянутого сумматора в канале регулирования частоты, при этом другой еговход соединен с тактовым генератором, один из входов сумматора задатчика в канале регулирования амплитуды также соединен с тактовым генератором, при этом другой его вход подключен к выходу управляемого импульсного генераторачастоты токов ротора,В известном устройстве не обеспечивается управление начальной фазой обобщенного вектора задающего синусоидаль 5ного сигнала, что приводит к ухудшениюкачества переходных процессов изменения скорости привода,Целью изобретения является повышеОние быстродействия процессов регулирования асинхронного двигателя за счетобеспечения управления начальной фазойобобщенного вектора тока (напряжения)статора путем раздельного задания или управления его ортогональными составляющими.Для этого оно снабжено в канале регулирования амплитудой вторым модулятором напряжения, включенным параллельно первому модулятору между вторым входом фильтра и вторым выходом делителя частоты,На фиг. 1 представлено устройство для управления асинхронным коротко- замкнутым электродвигателем, блок3 699схема; на фиг. 2векторная диаграммаобобщенного вектора задающего синусоидального сигнала; на фиг. 3 - вариантустройства для управления асинхроннымкороткозамкнутым электродвигателем сдвумя сумматорами частоты в одном канале управления; нв фиг. 4 - последнийразряд делителя частоты, модуляторови фильтра-сумматора, принципиальнаясхема; на фиг. 5 - временная диаграмма работы устройства модуляторов ифильтра-сумматора,Устройство содержит генератор 1тактовых импульсов, сумматоры 2 - 3частот, импульсный датчик 4 скорости,делитель 5 частоты, пересчетную схему 6, коммутаторы и выходные фильт.ры 7, генератор 8 частоты скольжения,делйтель 9 частоты, модуляторы 1 0 -11, фильтр-сумматор 12, инвертирующийусилитель 13, тиристорный преобразователь 14 частоты, асинхронный короткозамкнутый двигатель 15, одноступенчатые триггеры 16 - 17, инвертор 18,операционные усилители 19 - 20, транзисторные ключи 21.В устройстве выходы генератора 1 тактовых импульсов подключены к первымвходам сумматоров 2 и 3 частот. Ковторому входу сумматора 2 подключенвыход импульсного датчика 4 скорости,установленного нв валу асинхронногокороткозамкнутого двигателя 15. Ко. второму входу сумматора 3 подключенвыход генератора 8 частоты скольжения.Выход сумматора 2 через делитель 5частоты подключен к входу пересчетнойсхемы 6, выходы которой соединены скоммутирующими входами коммутаторов 7.Выход сумматора 3 подключен к входу делителя 9 частоты, два выхода которого присоединены к коммутирующим входам модуляторов 10 и 11, нв которыепоступают аналоговые напряжения 0, и(фиг. 2). Выходы модуляторов 10и 11 присоединены к двум входам фильтра-сумматорв 12, выход которого подключен к входу инвертирующего усилителя 13. Выходы фильтра-сумматора 12и инвертирующего усилителя 13 подключены к питающим входам коммутатора 7,Выход коммутаторов и фильтров 7 подключен к входу тиристорного преобразователя 14 частоты, который своим выходом присоединен к асинхронному двигателю.Принцип работы устройства заключается в следующем. 643 Е+Мю где знак +ф или ф-" означает работу 25 сумматора в режиме суммирования иливычитания и задается внешним логическим сигналом (510 О 0) нуль" или "единица". Так как в зависимости отрежима работы сумматора импульсы с датчика 30 скорости вклиниваются между импульсами тактового генератора импульсов при суммировании или вычитаются с частотой ЫЫ) при вычитании, то на выходе сумматора 2 появляется неравномер ность следования импульсов. Для устранения этого явления после сумматора 2 установлен делитель 5 частоты. С ростом коэффициента деления делителя неравномерность следования импульсов 40 становится незначительной. Импульсы с делителя 5 частотыпоступают в пересчетную схему 6, которая служит для преобразования последовательности прямоугольных импульсов 45в многофвзное прямоугольное напряжение.Частота прямоугольного напряженияна входе пересчетной схемы равна 1+ МГю15 Ь гце К 5 - коэффициент передачи целителя 5;К - коэффициент деления пересчетной схемы 6 (зависит от требуемого числя фвз выходногонвпряжения устройства) . 4Парафазные импульсы генератора 1тактовых импульсов с частотой т одновременно поступают на первые входысумматоров 2-3 частот, которые выполнены в виде простых сумматоров-вычитателей двух последовательностей импульсов.Режим суммирования или вычитаниясумматоров частот задается сигналами 0 управления в виде логического нуля"и единицы" (ЯДИ Ю иурИФ 5).На второй вход сумматора 2 поступают импульсы с датчика 4 скорости,частота которых пропорциональна частоте вращении ротора и равна 1(Ю, где1 скоэффициент пропорциональности, зависящий от числа импульсов на один оборот датчика скорости.Частота следования импульсов на выходе сумматора 2 равна20Выходное напряжение управляет клю.чами коммутаторов 7.В канале регулирования амплитутой на второй вход сумматора 3 поступают импульсы с управляемого генератора 8 частоты скольжения, частота которых пропорциональна задаваемой частоте токов ротора, После сумматора 3 импульсы следуют с частотойгда знак +" или "-ф определяется сигналом управления в зависимости от режима работы асинхронной машины. Пройдя через делитель 9 частоты, импульсы име ют частотуагдеК - коэффициент передачи делителя 9 частоты.С выхода последнего разряда делителя 9 частоты снимаются два прямоугольных напряжения со сдвигом в 90 эл. град, между ними. 25Прямоугольные напряжения поступают на коммутирующце входы модуляторов 10 и 11, которые преобразуют аналоговые напряжения О, и О в прямоугольные напряжения с частотой выходных 30 импульсов делителя 9 и амплитудой, равной соответственно О и О . Сдвиг фаз между выходными напряженйяМи модуляторов равен 90 эл, град.Выходные напряжения с модуляторов 35 10 и 11 поступают на фильтр-сумматор 12. Так как последний выполнен в виде активного фильтра с двумя входами, то одновременно с преобразованием прямоугольных напряжений в синусоидальные происходит их суммирование. Таким образом, просуммировав два напряжения со сдвигом в 90 эл. градполучим напряжение на выходе фильтраумматора 12 в виде;О =О яю(оз д+Ч 1502О =- О,+0 .- амплитуда выходного напряженияц фильтра;Я =СО"С 1 - начальная фаза выходного напряже +ния фильтра; Ш = 2 С - - круговая частотагСвыходного напряжения фильтра,С выхода фильтра-сумматора 12 напряжение инвертируется либо с помощью согласующего трансформатора, либо с помощью инвертирующего усилителя 13, так как на питающие входы коммутаторов необходимо подавать два синусоидальных напряжения в противофазе.В коммутаторах 7 происходит модуляция синусоидального напряжения с выхода элементов 12 и 13 многофазным прямоугольным напряжением с выхода пере- счетной схемы 6.Напракение на выходе коммутатораодной фазы равно:О к 1 ОсОкЮ= О сэ 1" (ц-"+Ч )оу ., 20 се- Е - в 1 пмщ = с ; - кт,я о ВСОБ МО 3 щ -Ч +стОЬ Ящ су 3ФФ4 Р), где ОкЮ=Е . бщюк 1 -прямоФное коммутирующее напряжение с пересчетнойсхемы, представленноев виде гармоническогоряда;4=20- - номер гармоники;Н=1,2,Ъ,4 .- натуральный вил чисел;г+Ц 0ОВ Кр --- круговвв частота комму 5 6тирующего напряжения.Так как из выражения (2) следует, что разница между частотой первой гармоники (Шк -й) и высшими гармони ческими большая, то высшие легко устраняются фильтрами, установленными после коммутаторов и поэтому напряжение на выходе коммутаторов 7 (например для первой фазы) имеет вид;О- " сов(сс,о) "к 1 З).Следовательно, частота синусоидального напряжения на выходе коммутаторов 7 равна;( -,1=- - ,1 р) так как при построении необходимо соблюдатьусловие5 6 ч (5 ). Таким образом, частота синусоидвльного управляющего сигнала строго пропорциональна алгебраической сумме частоты вращения ротора и заданной частоты то69964 ков ротора, а его начальная фаза опрецеляется величинами напряжений О, и О р Изменяя эти напряжения как по величине, так и по знаку, можно в общем случае поворачивать обобщенный вектор задающего синусоидального сигнала на 360 эп. град. согласно фиг. 2.Следует отметить, что устройство работает аналогично, если оба сумматора частот випочить последовательно в один канал регулирования по частоте (фиг. 3), что может быть вызвано удобством расположения деталей при конструкторской разработке. Все устройство выполнено на интегральных микросхемах. 15 На фиг, 4 представлен последний ,разряд делителя 9 частоты, модуляторов 10 и 11, фильтра-сумматора 12 принципиальная схема.20Схема работает следующим образом.Прямоугольные импульсы с предлоследнего разряда делителя частоты поступают на вход 22 последнего разряда де.лителя частоты, собранного по схеме двухтактного триггера ( В -1 триггер) исостоящего из элементарных одноступенчатых триггеров.16 - 17 и инвертора 18, Триггер 16 (выход 23) переключается по перецпему фронту входного импульса, а триггер 17 (выход 24) - по заднему фронту, благодаря инвертору 1 8, так как логический сигнал "единица" на выхоце 24 триггера 17 появляется лишь при наличии единицы" с выхода 23 триггера 16 и нуля" на входе 25инвертора 1 8 ("единица" на выхоце 26 инвертора 18),Как видно на временной диаграмме, поясняющей работу модуляторов (фиг. 5), импульсы с выхода 23 триггера 16 и 40 импульсы с выхода 24 триггера 17 сдвинуты друг относительно друга на 90 эл. грац, Эти выходы (фиг, 4) подключены к входам транзисторных ключей 21, управляющих полярностью выходного напря жения операционных усилителей 19 и 20.Модуляторы реализованы по схеме с ключом в цепи неинвертируюшего, входа 27 усилителей 19 и 20, при этом в замкнутом состоянии транзисторных ключей 21 аналоговые напряжения О и О подаются на инвертирующие входы 28 и усилители работают как инверторы входного напряжения, а в разомкнутом состо 3 8янии транзисторных ключей 21, как повторители.Таким образом, на выходах 29 усилителей 19 и 20 будут симметричные двухполярные прямоугольные напряжения с амплитудой, равной аналоговым входным напряжениям О, и О и частотой, равной частоте импульсов с выходов делителя частоты. Напряжение на выходах 29 усилителей 19 - 20 сдвинуты на 90 эл.град, друг относительно друга и поступают на два аналогичных входа активного фильтра, реализованного на операционном усилителе 30. При этом фильтр выделяет первые гармоники этих напряжений (фиг.5) и одновременно суммирует их.Так как происходит суммирование в ортогональных осях, т, е. суммируются синусоида и косинусоида, то выходное напряжение фильтра-сумматора 12 является синусоидальным с амплитудой и фазой, определяемой амплитудами суммируемых напряжений, а следовательно, в конечном итоге величинами напряжений О иОО,ЦЩ/О О БИ(В 1 тО 0)Все устройство легко реализуетсяполностью на интегральных микросхемах,при этом отсутствуют намоточные узлы,упрощается технология изготовления.Введение в известное устройство второго модулятора в канал регулированияамплитудой позволило точно формироватьначальную фазу обобщенного вектора тока, что уменьшает длительность переходных процессов и повышает быстродействие,формула изобретенияУстройство для управления асинхронным короткозамкнутым электродвигателем по авт. свид. Ъ 529537, о т л ич а ю щ е е с я тем что, с целью повышения быстродействия процессов регулирования асинхронного двигателя, оно снабжено в канале регулирования амплитудой вторым модулятором напряжения, включенным параллельно первому модулятору между вторым входом фильтра и вторым выходом делителя частоты, 690643699643 ИИПИ Вход трим 1 бВыход дИул тара Заказ 7434/59 л ППП Патент,аж 857 Подписное ороси,ул. Проектная, 4