Устройство для регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя

(56) 1. Патент ф кл. Н 02 Р 7/62,2; Патент Япо кл. 55 С 22, 197 УДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ АСИНХРОННОГОЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ, содержащее тирис"торный коммутатор и блок управления,входы которых предназначены для подключения к шинам питания, тахогенератор, предназначенный для соединения с валом электродвигателя, генератор импульсов и блок сравнения,один вход которого соединен с первьак выходом блока управления, а второй - с выходом тахогенератора, блокусилителей, выходом подключенный куправляющему входу тиристорного ком"мутатора, блок датчиков тока, однивходы которого предназначены для под.ключения к фазным выводам асинхронного электродвигателя, а другие связаны с выходами тиристорного коммутатора, блок определения разноститоков, один вход которого соединенс выходом блока датчиков тока, а дру.гой -.со вторым выходом блока управления, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью повышения его КПД путемисключения несимметрии токов в фазахэлектродвигателя, в него введены пос.ледовательно соединенные между собойблок сУмматоров с тремя входами, вто.рой блок сравнения и пороговый эле"мент, блок управленияснабжен дополнительными входами и выходами, первый вход блока сумматоров соединен с выходом блока определения разности токов, а второй вход - с третьим выходом блока управления, реверсивный счетчик, два цифра-аналоговых преобразователя и второй генератор импуль сов, две схемы И с тремя входами, блок регистров и блок счетчиков с четырьмя входами, выходом соединенный с одним входом блока усилителей и дополнительнымвходом блока управления, первый вход блока счетчиков соединен с выходом первого генератора импульсов, второй и третий входы блока счетчиков связаны соответствен но с четвертым и пятым выходами бло- Е ка управления, четвертый вход блока счетчиков подключен к выходу реверсивного счетчика, входу первого цифра-аналогового преобразователя и одному входу блока регистров, два других входа которого соединены с шес- Я тым и седьмым выходами блока управ" ;ления, выход блока регистров соединен с первым входом второго цифроаналогового преобразователя, второй вход которого подключен к восьмому выходу блока управления, а выходк третьему входу блока сумматоров, девятый выход блока управления сое" динен с первыми входами схем И, вторые входы которых соединены с выходом порогового элемента, третьи входы - с выходом второго генератора импульсов, выходы схем И подключены к входам реверсивного, счетчика, второй вход блока усилителей связан с выходом первого блока сравнения, а выход первого цифра-аналогового преобразователясо вторым входом второго блока сравнения, Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано врегулируемых асинхронных электроприводах с фановым управлением, находящих применение н текстильной промыш"ленности,5.Известно устройство для регулиро"вания скорости, асинхронного электродвигателя, содержащее тиристорныйкоммутатор и два трансформатора тока,включенные н статорные обмотки двигателя, логическое устройство, связанное через импульсные генераторыс тиристорным коммутатором, блок за"дания и связанный с ним блок обратной связи по скорости, а также блок 15токоограничения, входы которого сое"динены с трансформаторами тока, авыход - с логическим устройством,второй вход которого подключен к выходу блока обратной связи по акорости 1,Недостатки известного устройстванизкий кпД и повышенные потери вэлектродвигателе,Наиболее близким к предлагаемому 25по технической сущности являетая устройатво регулирования частоты враще"ния асинхронного электродвигателя,содержащее тиристорный комиутатори блок датчиков тока, включенные встаторные обмотки электродвигателя,блок сравнения и связанный с валомдвигателя тахогенератор, выход которого соединен с входом блока сравнения, Фазовый блок, один из входовкоторого подключен. к выходу блокасравнения, блок управления, входМкоторого соединены с шинами питания,а выходы - с входами блока сравненияи Фазового блока, связанный с блокомуправления и блоком датчиков тока 0блок определения разности токов, генератор, выход которого подсоединенк фаэоному блоку и блок усилителей,причем входы блока усилителей подключены к выходам фазового блока, а 45выходы - к управляквим входам тиристорного коммутатора 2).Повышенные потери и нагрев регулируемого асинхронного двигателяобусловлены несимметрией токов в фазах, являющейся следствием естественного разброса характеристик полупроводниковых вентилей и неаимметрииасинхронного двигателя, сетевого напряжения, синхронизнрующих импульсовмежду отдельными фазами, что снижаетКПД устройства,Цель изобретения - повышение КПД путем исключения несимметрии токон в фазах асинхронного электроднигате" 60 ля.Укаэанная цель достигается тем, что в устройство для регулирования частоты вращения асинхронным электродвигателем, содержащее тиристорный 65 коммутатор и блок управления, входы которых предназначены для подключения к шинам питания, тахогенератор, предназначенный для соединения с валом электродвигателя, генератор импульсов и блок сравнения, один вход которого соединен а первым выходом блока управления, а другой - с выхо-. дом тахогенератора, блок усилителей, выходом подключенный к управляющемувходу тиристорного коммутатора, блок датчикон тока, одни нходы которого предназначены для подключения к разным выводам асинхронного электродви" гателя, а другие связаны с выходами тиристорного коммутатора, блок определения разности токов, один вход которого соединен с выходом блока датчиков тока, а другой - со вторым выходом блока управления, введены последовательно соединенные между собой блок сумматоров а тремя нхада" ми, второй блок сравнения и пороговый элемент, блок управления снабжен дополнительными нходами и выходами, первый вход блока сумматоров соединен а .выходом блока определения разности токов, второй вход - с третьим выходом блока управления, ренерсинный счетчик, дна цифра-аналоговыхпреобразователя и второй генератор . импульсов, дне схемы И с тремя входами, блок регистров и блок счетчиков с четырьмя входами, выходом соединенный с одним входом блока усилителей и дополнительным входом блока управления, первый вход блока счет"чиков соединен а выходом первого ге,нератора импульсов, второй и третий входы блока счетчиков связаны соот., нетстненно а четвертым и пятым выходами блока управления, четвертый вход блока счетчиков подключен к выходу реверсивного счетчика, входу первого цифро-аналогоного преобразонателя и одному входу блока регистров, дна других входа которого соединены с шестым и седьмым выходамиблока управления, выход блока регистрон соединен с первым входом второгоцифра-аналогоного преобразователя,второй вход которого подключен к васьмому выходу блока управления, а выход - к третьему входу блока суммато"рон, девятый выход блока управлениясоединен а первыми входами ахвм И,вторые входы которых соединены с вы"ходом порогового элемента, третьивходы - а выходом второго генератора импульсов, выходы схем И подключены к входам реверсивного счетчика,второй вход блока усилителей связанс выходом первого блока сравнения,а выход первого цифро-аналоговогопреобразователя - со вторым входомвторого блока сравнения,10 На фиг, 1 представлена блок схема устройства для управления асинхронным электродвигателем; на фиг. 24 - эпюры напряжений, поясняющие работу устройства,Устройство для регулирования час"тоты вращения асинхронного электродвигателя содержит тиристорный коммутатор 1 и блок 2 датчиков тока,одни входы которого предназначеныдля подключения к фаэным выводамасинхронного электродвигателя 3, адругие связаны с выходами тиристорного коммутатора, а также блок 4 управления. Тиристорный коммутатор иблок управления предназначены для 15подключения к шинам источника питания. На валу асинхронного электродви.гателя установлен тахогенератор 5.Устройство также содержит генераторб импульсов и блок 7 сравнения, одинвход которого соединен с первым вы-.ходом блока 4 управления, а второй - .с выходом тахогенератора. Выход блока8 усилителей подключен к управляющему входу тиристорного коммутатора,Один вход блока 9 определения разности .токов соединен с выходом блокадатчиков тока, а другой вход - совторым выходом блока управления,снабженного дополнительными входоми выходами. В устройство введены последовательно соединенные между собойблок 10 сумматоров, снабженный тремявходами, второй блок 11 сравнения ипороговый элемент 12. Первый входблока 10 сумматоров соединен с выходом блока 9 определения разности токов, второй вход вс третьим выходомблока управления. Кроме того, в устройство введены реверсивйый счетчик13, два цифро"аналоговых преобразователя 14 и 15, второй генератор 16 им 1 пульсов, две схемы И 17 и 18 с тремявходами, блок 19 регистров и блок 20 .счетчиков, имеющий четыре входаВыход блока 20 счетчиков соединен с одним входом блока 8 уси-.лителей и дополнительным входом блока 4 управления, Первый вход блока20 счетчиков соединен с выходом первого генератора б импульсов, второйи третий входы блока 20 счетчиковсвязаны с четвертым и пятым выходами блока 4 управления соответственночетвертый вход блока 20 счетчиковподключен к выходу Реверсивного счетчика 13, входу первого цифро-аналогового преобразователя 14 и одномувходу блока 19 регистров, два других входа которого соединены с шестым и седьмым выходами блока 4 управления, Выход блока 19 регистров соединен с первым входом второго цифроаналогового преобразователя 15, второй вход которого подключен к восьмому выходу блока 4 управления, Выход цифро"аналогового преобразоватз ля 15 соединен с третьим входом блока 10 сумматоровДевятый выход блока 4 управления подключен к первымвходам схем И 17 и 18, вторые входыкоторых соединены с выходом порогового элемента 12, а третьи входы -с выходом второго генератора 16 импульсовВыходы схем И 17 и 18 подключены к входам реверсивного счетчика 13. Второй вход блока 8 усилителей связанс выходом первого блока 7 сравнения, а выход первого цифро-аналогового преобразователя 14со вторым .входом второго блока 11сравнения,На эпюрах (фиг. 2 - 4) принятыследующие обозначения: 21 - 23 - напряжения П 1, Би П на статорныхобмотках электродвигателя соответственно в фазах А, В и С; 24 - 26 - токи 1., 1, 1 в статорных обмоткахэлектродвигателя в фазах А, В и Ссоответственно; 27 - 31 - выходныенапряжения блока определения разности токов, пропорциональные разностимежду положительной полуволной токафазы А .и отрицательными полуволнамифаз В и С соответственно; 32 - 36.сигналы с блока управления,обеспечивающие прохождение кода на вход цифро-аналогового преобразователя 15с регистра блока 19 фазы А, В, В, Си С соответственно; .37 - управляющийсигнал с выхода блока управления длясинхронизации работы схем И 17 и 18,38 - 47 - сигналы сброса и занесениясоответственно фаз А В, В, С и С;48 - 50 - синхронизирующие импульсы,совпадающие с моментами перехода напряжений в фазах А, В и С через нольсоответственно; 51 - 56 " импульсы,определяющие моменты включения тирис"торов тиристорного коммутатора 157 - 59 - управляющие импульсы тиристоров в фазе,А, В и С соответственно 160 - выходное напряжение цифроаналогового преобразователя 15; 61 - напряжение на выходе порогового элемен"та 12; 62 - импульсы на выходе генератора 16 импульсов 63 - выходноенапряжение цифро-аналогового преобразователя 14.В верхней части фиг, 2 - 4 показа-на ось времени.Углы включения тиристоров, пропускающих на электродвигатель положительные полуволны входного напряжения фазА,В и С,обозначены Ж,О и Оэ , ауглы включения тиристоов, пропускающих отрицательные полуволны входногонапряжения фаз А, В и С - Ы,4, и ау соответственно..Изменение угла включения положительной полуволны входного напряже"ния фазы А а,1 происходит непосредственно по результату сравнения теку.щего значения частоты вращения и заданного, 1010713Значения углов включения К 2, 0 Г.,41, Жи с 73, определяющих моменты начала протекания тока в соответствующей Фазе, корректируются по результату сравнения значений токов нфазах двигателя с величиной положительной полуволны тока Фазы А такимобразом, чтобы .свести разность токовмежду положительной и отрицательнойполуволнами н каждой фазе и между Фа"нами к нулю.10Устройство работает следующим об"разом,Сигнал, пропорциональный скоростивращения ротора двигателя, с ныходатахогенератора 5 сравнивается н блоке 157 сравнения с. заданным, Выходной сигнал 56 (фиг, 3) схемы сравнения определяет угол включения тиристора н Фазе А, пропускающего положительную полунолну тока 21 (Фиг, 2), 20В блоке 2 датчиков тока формируются напряжения, величина которых пропорциональна значениям токов 23 - 25(Фиг. 2) в фазах А, В и С, а в блоке9 выделяются наг,ряжения, пропорциональные разности между положительнойполуволной тока фазы А и отрицательными полуволнами фаз А, В и С и положительными полуволнами (выходные напряжения 27 - 31), Эти напряженияскладываются в блоке сумматоров 10 ссоответствующим выходным напряжением60 (Фиг, 4) цифро-аналогоного преобразователя 15, пропорциональным текущим углам включения, М о. ки Ысоответствующих тиристорон,По сигналам 32 - 36 (Фиг, 3) с блока 4 управления на вход цифро-аналого"ного преобразователя 15 подается кодтолько с того регистра блока 19, нкотором записана информация о значении угла включения, корректируемогов текущий момент времени, а на входблока 10 сумматоров поступает напряжение с выхода цифра-аналогового преобразователя 15 и напряжение, пропорциональное разности между положительной полуволной тока Фазы А и соответствующей полунолной тока фазы, уголвключения тиристора в которой корректируется в данный момент, 50Например, в период времени 1на сумматоре 10 суммируются выход.ное напряжение 31, пропорциональноеразности между положительными полуволнами Фаз А и С, и выходное напряжение 60,пропорциональное коду углавключения Фазы С,так как с блока 4 управления в это время на блок 9 и цифро-аналоговый преобразонатель 15 поступает разрешающий сигнал 35.Напряжение с выхода блока 10 сумматоров последовательно сравнивает/ся с напряжением, пропорциональнымзаписанному в счетчик 13 коду н блоке 11 сравнения, Результат сравнения поступает на пороговый элемент 65 1 У, Если значение напряжения с выхода блока 10 в данный момент превышает напряжение с выхода цифро"аналогового преобразователя, то пороговый элемент 12 переключается н единичное состояние, схема И 17 откры"нается, а схема И 18 закрывается иренерсивный счетчик 13 работает врежиме сложения импульсов 62 с выхода генератора 16. Код на его выхода,а следовательно, и напряжение на выходе цифро-аналогового преобразователя 14 увеличивается до момента равенства напряжений на входах блока 11сравнения. Дальнейшее увеличение напряжения с цифро-аналогового преобраэователя 14 приводит к переключениюпорогового элемента 12 в нулевое состояние. Схема И 17 закрывается, асхема И 18 открывается, реверсинныйсчетчик 13 начинает работать на нычитание, 1 од на его выходе и напряжение на ныходе цифро-аналоговогопреобразователя 14 уменьшаются,Таким образом, напряжения на входах блока 11 сравнения поддерживаются равными, а следовательно, и кодв счетчике 13 оказывается пропорциональным напряхению с выхода блока 10сравнения, так как равное последнему напряжение с выхода цифро-аналогового преобразователя 14 пропорционально коду в счетчике 13,В связи с тем, что работа устройства ври коррекции всех углов включения тиристорон протекает идентично, рассмотрим работу устройства,например, при коррекции угла КЭ вклю. чения тиристора в отрицательной полуволке тока Фазы С,В момент включения отрицательнойполуволнь (напряжения 23 Фиг. 2) фазы С ; (Фиг, 3)переполнится соответствующий счетчик блока 20 счетчиков и с задержкой, равной =5фиг. 3) мс, с выхода блока управления на входы блока 10 сравнения ицифро.",аналогового преобразователя 15поступит сигнал, разрешающий сложение напряжений, пропорциональных уг"лу включения М и разности отрицательной полуволны тока Фазы С и по-.ложительной полуволны тока Фазы А,Одновременно разрешается работа схем И 17 и 18. В ренерсинный счетчик 13 записывается скорректированный код, С задержкой 12 (фиг, 3), необходи" мой для прохрждения током Фазы С максимума, на воды схем И 17 и 18 поступает управляющий сигнал 37, сбрасынается соответствующий регистр блока 19 и счетчик генератора 16 импульса. Следующим импульсом сигнала сбро,са 47 код с реверсивного счетчика 13 ,переписывается в вышеупомянутый регистр и соответствующий счетчик блока 20, Этим сигналом сбрасывается соответствующий детектор блока 5 определенная разности токов Далее работа устройства повторяется и для других полуволн тока фаз.Следовательно, в регистре блока19 и счетчике блока 20 оказываютсязаписанными скорректированные кодыугла включения К . Причем, если ве"личина положительной полуводны токаФазы Ъ больше отрицательной Фазы С,то и код, записанный в счетчик и регистр, больше предыдущего, если нао- Оборот, то меньше. По сигналу с выхо"да блока управления счетчик Фазы Сблока 20 начинает подсчитывать импульсы с выхода генератора б импульсов. 15При переполнении счетчика на еговыходе возникает импульс 55, который,, перераспределяется и усиливается соответствующими усилителями блока 8.Включаются соответствующие тиристоры дтиристорного коммутатора,Если код, записанный в счетчик,увеличивается, то угол включения тиристора Фэ уменьшается, так как счетчик блока 20 переполняется быстрее 25(количество импульсов, которое должно поступить для полного заполнения счетчиков, уменьшается), величина отрицательной полуволны тока Фазы С увеличивается, приближаясь к величине положительной полуволны тока Фазы А. Работа устройства для регулирования частоты вращения асинхронного двигателя основывается на том, чтобы свести разность токов между положительной и отрицательной полуволными в каждой фазе и между фа. зами к нулю.ВТаким образом, предлагаемое устройство обеспечивает, независимо от величины несимметрии и причины, ее вызывающей (несимметрия.сетевого напряжения, несимметрия асинхронно- . го двигателя, естественный. разброс характеристикйполупроводииковых вентилей, несимметрия синхронизирующих импульсов между отдельными Фазами), одинаковые токи в Фазах с исключением в них постоянной .составляющей, что позволяет избежать дополнительных потерь и нагрева асинхронного электродвигателя, а следовательно, улучшить его механические характеристики и повысить КПД и надежность.1010713 Составитель А,ГоловченкоПчелинская Техред М.Тепер Корректор А,Дзят едак Подписно ака д, 4/ ф, г,у П Пат од, ул.Проект или 01/42 Тираж 685 ВНИИПИ Государственного комитета СС по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб.