УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ Российский патент 1997 года по МПК H02P7/42 

Заявляемое устройство относится к области электротехники, в частности к частотно-регулируемым электроприводам переменного тока асинхронным электродвигателем.

Известно устройство для регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя с импульсным датчиком пути и тахогенератором на валу, содержащее преобразователь частоты и пропорционально-интегральный регулятор скольжения, вход которого связан с выходом задатчика скорости и тахогенератором, а выход с первым входом преобразователя импульсов в синусоидальные сигналы задания токов фаз статора, второй вход которого связан с выходом импульсного датчика пути и через преобразователь аналог-частота с выходом регулятора скольжения, а третий вход с задатчиком тока намагничивания [1]
Данное устройство позволяет регулировать частоты вращения асинхронного электродвигателя в пределах от 1:10 и более.

Недостатком такого устройства является необходимость пристройки тахогенератора и импульсного датчика пути к валу асинхронного электродвигателя, что увеличивает его массу, габариты и стоимость, а также снижает надежность работы электропривода.

Из известных решений наиболее близким к заявляемому является устройство для регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя [2] содержащее силовой преобразователь частоты с выходами для подключения к фазам асинхронного электродвигателя и силовыми входами для подключения к питающей сети, задатчики частоты вращения и тока намагничивания, блок прямого преобразования координат, выполненный с преобразователем аналог-частота, счетчиком импульсов, двумя формирователями функции синуса и косинуса соответственно и цифро-аналоговыми преобразователями, регулятор скольжения с элементом сравнения на входе, подключенным одним из выходов к задатчику частоты вращения, при этом один из управляющих входов блока прямого преобразования координат подключен к выходу задатчика тока намагничивания, а выход к управляющим входам силового преобразователя частоты, регулятор скольжения выполнен в виде интегрального звена, выход которого соединен с первыми входами первого и второго сумматоров и входом пропорционально-дифференцирующего звена, подключенного выходом к другому управляющему входу блока прямого преобразования координат, выход первого сумматора подключен к входу элемента сравнения, выход задатчика частоты вращения подключен к второму входу второго сумматора, соединенного выходом с выхода преобразователя аналог-частота блока прямого преобразования координат, выходы датчика фазных напряжений асинхронного электродвигателя подключены к выходам преобразователя числа фаз, соединенного выходами с аналоговыми входами преобразователей код-аналог блока обратного преобразования координат, кодовые входы преобразователей код-аналог подключены к выходам соответствующих формирователей функций синуса и конуса блока прямого преобразования координат, выход одного из преобразователей код-аналог подключен к одному из входов сумматора блока обратного преобразования координат, другой вход которого соединен через инвертирующий усилитель с выходом другого преобразователя код-аналог, а выход сумматора подключен к второму входу первого сумматора.

Недостатком данного устройства является его сложность, обусловленная наличием цифро-аналоговых преобразователей, сумматоров и запоминающих устройств.

Технический результат заявляемого решения упрощение. Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя, содержащем силовой преобразователь частоты со звеном постоянного тока, выходами подключенный к фазам асинхронного электродвигателя, с силовыми входами для подключения к питающей сети, блок управления силовыми ключами, выходами подключенный к управляющим входам блока управляемых ключей инвертора упомянутого преобразователя частоты, задатчики частоты вращения и тока намагничивания, блок прямого преобразования координат с преобразователем аналог-частота, блок прямого преобразования координат выполнен дискретным и снабжен вторым преобразователем аналог-частота, генератором прямоугольных импульсов, блоками синхронизации, шестью реверсивными двоичными счетчиками, формирователем коротких импульсов, элементами "ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ" и ключами, выход задатчика частоты вращения соединен с входами первого и второго преобразователей аналог-частота, выходы которых подключены к первым входам блоков синхронизации, вторые входы которых соединены с выходом генератора прямоугольных импульсов и через первый, второй, третий ключи со счетными входами первого, второго, третьего реверсивных счетчиков соответственно, выходы которых, являющиеся выходами блока преобразования координат соединены со входами управления первого, второго, третьего ключей соответственно, выход первого блока синхронизации соединен со счетными входами четвертого, пятого и шестого реверсивных первого, второго, третьего счетчиков соответственно, выход старшего разряда реверсивного четвертого счетчика через формирователь коротких импульсов соединен с установочными входами реверсивных пятого и шестого счетчиков, выходы старшего и предыдущего разрядов реверсивных четвертого и шестого, пятого счетчиков соединены со входами первого, второго и третьего элементов "ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ" и их выходы являются четвертым, пятым, шестым выходами блока прямого преобразования координат соответственно, выход второго блока синхронизации связан с установочными входами реверсивных первого, второго, третьего счетчиков, выход задатчика тока намагничивания соединен со входами генератора прямоугольных импульсов, причем блок управления силовыми ключами преобразователя выполнен на трех элементах "НЕ" и шести ключах, выходы которых образуют выходы блока управления силовыми ключами, первый, второй, третий выходы блока прямого преобразования координат подключены ко входам первого и второго, третьего и четвертого, пятого и шестого ключей соответственно, а четвертый, пятый и шестой выходы со входами управления первого, третьего, пятого ключей и через первый, второй, третий элементы "НЕ" со входами управления второго, четвертого и шестого ключей соответственно.

Сущность заявляемого устройства заключается в том, что за счет оригинального выполнения блока прямого преобразования координат, путем введения второго преобразователя аналог-частота, генератора прямоугольных импульсов, узлов синхронизации, реверсивных двоичных счетчиков, формирователя, элементов "ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ", ключей, их оригинального подключения и схемой реализации всего устройства, а также блока управления силового преобразователя, достигается значительное упрощение устройства, повышение его надежности и стабильности за счет исключения цифро-аналоговых преобразователей, сумматоров и запоминающих устройств.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг.2 изображены диаграммы. Устройство для регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя содержит силовой преобразователь 1 (фиг.1) частоты вращения, выходы которого предназначены для подключения к фазам асинхронного электродвигателя 2, а силовые выходы к питающей сети, задатчик частоты вращения, задатчик 4 тока намагничивания, блок 5 прямого преобразования координат, содержащий два преобразователя аналог-частота 6, 7, генератор прямоугольных импульсов 8, два узла синхронизации 9, 10 шесть реверсивных двоичных счетчиков 11 16, формирователь 17, элементы "ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ" 18, 19, 20, три ключа 21, 22, 23, соединенных с реверсивными счетчиками, задатчик частоты вращения 3 соединен с преобразователем аналог-частота, выходы которого подключены к устройствам синхронизации, которые соединены с генератором прямоугольных импульсов 8 и через ключи с реверсивными двоичными счетчиками 21, 22, 23, блок синхронизации 9 соединен со счетчиками 11 16, выход реверсивного счетчика 14 через формирователь соединен со счетчиками 15, 16, счетчики 14, 15, 16 соединены с элементами "ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ", задатчик 4 соединен с генератором прямоугольных импульсов 8.

Работает устройство следующим образом.

В исходном состоянии сигнал на выходе задатчика 3 частоты вращения отсутствия асинхронного двигателя.

На выходе преобразователей 6, 7 аналог-частота формируется прямоугольные импульсы, синхронизируемые с частотой генератора 8 прямоугольных импульсов с помощью устройств 8, 10 синхронизации. Синхронизация необходима для исключения биений в ШИМ частотах, формируемых счетчиками 11, 12, 13.

Частота прямоугольных импульсов на выходе преобразователя 7 определяет частоту ШИМ тока в электродвигателе и выбирается такой, чтобы ток в обмотках электродвигателя был недостаточен для трогания электродвигателя.

Частота прямоугольных импульсов на выходе преобразователя 6 выбирается такой, чтобы частота питания электродвигателя была меньше требуемой для минимальной частоты вращения.

Ширина импульсов ШИМ на выходе счетчиков 11, 12, 13 изменяется по линейному закону и определяется частотой генератора 8 и кодом цифровой развертки, формируемой счетчиками 14, 15, 16, на цифровых входах счетчиков 11, 12, 13. Формирователь 17 обеспечивает трехфазную систему сигналов на выходах элементов 18, 19, 20 "ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ" за счет циклической записи в счетчик 15 кода, а в счетчик 16 инверсного кода.

В результате на выходах 24, 25, 26 блока прямого образования координат 5 формируется трехфазная система сигналов ШИМ, ширина импульсов которых изменяется по пилообразному закону, а на выходах 27, 28, 29 сигналы управления ключами 34, 35, 36, 37, 38, 39 блока управления 30. Таким образом на выходах ключей 34 39 формируется система сигналов управления силовыми ключами блока 40 (фиг.2).

При этом в фазах двигателя поддерживаются токи не достаточные для его трогания.

При увеличении сигнала с задатчика 3 частота импульсов на выходе преобразователя 6 линейно увеличивается и при максимальном задании выбирается такой, чтобы частота питания двигателя с учетом коэффициента деления счетчиков 14, 15, 16 была равна максимально требуемой (например до 300Гц), при этом частота импульсов на выходе преобразователя 7 уменьшается по экспоненциальному закону. Таким образом происходит задание соотношения ток-частота, при котором в требуемом диапазоне регулирования с высокой точностью выполняется закон регулирования тока и частоты с учетом особенностей асинхронного электродвигателя. Причем за счет управления ШИМ сигналом каждым ключом силового преобразователя 40 на фазах электродвигателя формируется напряжения близкое к синусоидальному (см. фиг. 2 диаграммы A, B, C), т.е. обеспечивается регулирование аналогичное прототипу, однако задача регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя обеспечивает заявляемым устройством, которое значительно проще по своей реализации дешевле, т. к. заявляемое решение позволило исключить цифроаналоговые преобразователи и дорогостоящие и имеющие большое потребление мощности запоминающие устройства. Предложенное решение позволило реализовать блок прямого преобразования координат совместно с блоком управления в интегральном исполнении в виде одной микросхемы, что значительно уменьшает размеры и потребляемую мощность устройства. Заявляемое решение планируется к использованию малым предприятием "Свегал".

Использование: в частотно-регулируемых электроприводах переменного тока с асинхронным электродвигателем. Сущность: в устройстве для регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя, содержащем силовой преобразователь частоты, задатчики частоты вращения и тока намагничивания, блок прямого преобразования координат выполнен дискретным и содержит преобразователи аналог-частота, генератор прямоугольных импульсов, блоки синхронизации, реверсивные двоичные счетчики, формирователи, элемента "ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ", ключи, причем задатчик соединен с преобразователем аналог-частота, который подключен к блоку синхронизации, соединенному с генератором и через ключи - с реверсивными счетчиками, выходы которых соединены со входами управления ключей. Выход блока синхронизации соединен со счетными входами реверсивных счетчиков, выходы которых соединены с элементами "ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ", а задатчик намагничивания тока соединен с генератором прямоугольных импульсов. Блок управления силового преобразования координат выполнен на трех элемента "НЕ" и шести ключах. В результате упрощается устройство за счет исключения запоминающих устройств и аналого-цифровых преобразователей, сведя их количество до двух, из состава блока прямого преобразования координат. 2 ил.

Устройство для регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя, содержащее силовой преобразователь частоты со звеном постоянного тока, выходами подключенный к фазам асинхронного электродвигателя, а силовыми входами к питающей сети, блок управления силовыми ключами, выходами подключенный к управляющим входам блока управляемых ключей инвертора упомянутого преобразователя частоты, задатчики частоты вращения и тока намагничивания, блок прямого преобразования координат, включающий преобразователь аналог частота, отличающееся тем, что блок прямого преобразования координат выполнен дискретным и снабжен вторым преобразователем аналог частота, генератором прямоугольных импульсов, блоками синхронизации, реверсивными двоичными счетчиками, формирователем коротких импульсов, элементами ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, ключами, при этом выход задатчика частоты вращения соединен с входами первого и второго преобразователей аналог частота, выходы которых подключены к первым входам блоков синхронизации, вторые входы которых соединены с выходом генератора прямоугольных импульсов и через первый, второй, третий ключ соединены со счетными входами первого, второго, третьего реверсивных двоичных счетчиков соответственно, а выходы которых, являющиеся первым, вторым и третьим выходами блока прямого преобразования координат, с входами управления первого, второго, третьего ключей соответственно, выход первого блока синхронизации соединен со счетными входами четвертого, пятого, шестого реверсивных счетчиков, цифровые выходы которых, кроме выходов старшего разряда, подключены к цифровым входам реверсивных первого, второго, третьего счетчиков соответственно, выход старшего разряда реверсивного четвертого счетчика через формирователь коротких импульсов соединен с установочными входами пятого, шестого реверсивных счетчиков, выходы старшего и предыдущего разрядов реверсивных четвертого, пятого, шестого счетчиков соединены с входами первого, второго, третьего элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выходы которых являются четвертым, пятым, шестым выходами блока прямого преобразования координат соответственно, выход второго блока синхронизации связан с установочными входами первого, второго, третьего реверсивных счетчиков, выход задатчика тока намагничивания соединен с входом генератора прямоугольных импульсов, причем блок управления силовыми ключами преобразователя выполнен на трех элементах НЕ и шести ключах, выходы которых образуют выходы блока управления силовыми ключами, первый, второй, третий выходы блока прямого преобразования координат соединены с входами первого и второго, третьего и четвертого, пятого и шестого ключей соответственно, а четвертый, пятый, шестой выходы блока прямого преобразования координат с входами управления первого, третьего, пятого ключей и через первый, второй, третий элементы НЕ с входами управления второго, четвертого и шестого ключей блока управления силовыми ключами.