Устройство для регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя Советский патент 1983 года по МПК H02P7/42 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано а регулируемых асинхронных электроприводах с фазовым управлением, находящих применение в текстильной промышленности, Известно устройство для регулирования скорости асинхронного электродвигателя , содержащее тиристорный коммутатор и два трансформатора тока включенные в статорные обмотки двигателя, логическое устройство, связанное через импульсные генераторы f тиристорным коммутатором, блок задания и связанный с ним блок обратной связи по скорости, а также блок токоограничения, входы которого соединены с трансформаторг1ми тока, а выход - с логическим устройством, второй вход которого подключен к выходу блока обратной связи по скороети 1, Недостатки известного устройства низкий КПД и повьзиюнные потери в электродвигателе. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является уст ройство регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя, содержащее тиристорный колвчутатор и блок датчиков тока, включенные в статорные обмотки электродвигателя, блок сравнения и связанный с валом двигателя тахогенератор, выход которого соединен с входом блока сравнения, фазовый блок, один из входов которого подключен к выходу блока сравнения, блок управления, входы которого соединены с шинами питания а выходы - с входами блока сравнения и фазового блока, связанный с блоком управления и блоком датчиков тока блок определения разности токов, генератор, выход которого подсоединен к фазовому блоку и блок усилителей, причем входы блока усилителей подключены к вьлходам фазового блока, а выходы - к управлякпвим входам тиристорного коммутатора 2 . Повышенные потери и нагрев регулируемого асинхронного двигателя обусловлены несимметрией токов в фазах, являющейся следствием естественного разброса характеристик полупроводниковых вентилей и несимметрии асинхронного двигателя, сетевого напряжения, синхронизирующих импульсов между отдельными фазами, что снижает КПД устройства. Цель изобретения - повышение КПД путем исключения несимметрии токов в фазах асинхронного электродвигателя. Указанная цель достигается тем, что в устройство для регулирования частоты вращения асинхронным электродвигателем, содержгицее тиристорный 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 первым выходом блока управления, а другой - с выходом тахогенератора, блок усилителей, выходом подключенный к управляющему входу тиристорного коммутатора, блок датчиков тока, одни входы которого предназначены для подключения к разным ввшодам асинхронного электродвигателя, а другие связаны с выходами тиристорного коммутатора, блок определения разности токов, один вход которого соединен с выходом блока датчиков тока, а другой - со SfoptuM выходом блока управления, введены последовательно соединенные между собой блок сумматоров с тремя входами, второй блок сравнения и пороговый элемент, блок управления снабжен дополнительными входами и выходами, первый вход блока сумматоров соединен с выходом блока определения разности токов, второй вход - с третьим выходом блока управления, реверсивный счетчик, два цифро-аналоговых преобразователя и второй генератор импульсов, две 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 со€ динен с выходом первого ге|нератора импульсов, второй и третий входы блока счетчиков связаны соотг ветственно с четвертым и пятым выходами блока управления, четвертый вход бЛока счетчиков подключен к выходу реверсивного счетчика, входу первого цифро-аналогового преобразователя и одному входу блока регистров , два других входа которого соединены с шестым и седьмым выходами блока управления, выход блока регистров соединен с первым входом второго цифро-аналогового преобразователя, второй вход которого подключен к восьмому выходу блока управления, а выход - к третьему входу блока сумматоров, девятый выход блока управления соединен 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 цифро-аналогового преобразователя - со вторым входом второго блока сравнения. На фиг. 1 представлена блок схема устройства для управления асинхронным электродвигателем; на фиг. 2 4 - эпюры напряжений, поясняющие ра боту устройства. Устройство для регулирования час тоты вращения асинхронного электродвигателя содержит тиристорный коммутатор 1 и блок 2 датчиков тока, одни входы которого предназначены для подключения к фазным выводам асинхронного электродвигателя 3, а другие связаны с выходами тиристорного коммутатора, а также блок 4 уп равления. Тиристорный коммутатор и блок управления предназначены для подключения к шинам источника питания. На в.алу асинхронн о электродв гателя устайовлен тахогенератор 5. Устройство также содержит генератор б импульсов и блок 7 сравнения, оди . вход которого соединен с первым выходом блока 4 управления, а второй с выходом тахогенератора. Выход блок 8 усилителей подключен к управлякнцему входу тиристорного коммутатора. Один вход блока 9 определения разнос ти токов соединен с выходом блока датчиков тока, а другой вход - со вторым выходом блока управления, снабженного дополнительными входом и выходами. В устройство введены пос ледовательно соединенные между собой блок 10 сумматоров, снабженный тремя ( входами, второй блок 11 сравнения и пороговый элемент 12. Первый вход блока 10 сумматоров соединен с выхо дом блока 9 определения разности токов, второй вход - с третьим выходом блока управления. Кроме того, в устройство введены реверсивный счетчик 13, два цифро-аналоговьк преобразова теля 14 и 15, второй генератор 16 им Шульсов, две схемы И 17 и 18 с тремя входами, блок 1 регистров и блок 20 счетчиков, имеющий четыре входа Выход блока 20 счетчиков соединен с одним входом блока 8 ус и-, лителей и, дополнительным входом блока 4 управления. Первый вход блока 20 счетчиков соединен с выходом первого генератора 6 импульсов, второй и третий входы блока 20 счетчиков связаны с четвертым и пятым выходами блока 4 управления соответственно четвертый вход блока 20 счетчиков подключен к выхрДУ реверсивного счет чика 13, входу первого цифро-аналогового преобразователя 14 и одному входу блока 19 регистров, два других входа которого соединены с шестым и седьмьт выходами блока 4 управ ления. 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 преобраэоваталя 15 соединен-с третьим входом блока 10 сумматоров. Девятый выход блока 4 управления подключен к первым входам схем И 17 и 18, вторые входы которых соединены с выходом порогового элемента 12, а третьи входы с выходом второго генератора 16 импульсов. схем И 17 и 18 подключены к входам реверсивного счетчика 13. Второй вход блока 8 усилителей связан с выходом первого блока 7 сравнения, а выход первого цифро-аналогового преобразователя 14 со вторым входом второго блока 11 сравнения. На эпюрах (фиг. 2-4) приняты следукицие обозначения: 21 - 23 - напряжения ид, и в и Uc на статорных обмотках электродвигателя соответственно .в фаэах А, В и С; 24 - 26 - токи 1д, ift, i(5 в статорных обмотках электродвигателя в фазах А, В и С соответственно; 27 - 31 - выходные напряжения блока определения разности токрв, пропорциональные разности между положительной полуволной тока фазы А .и отрицательными полуволнами .фаз В и С соответственно; 32 - 36 :сигналы с блока управления,обеспеч вающие прохождение кода на вход цифро-аналогового преобразова теля 1.5 с регистра блока 19 фазы А, В, В, С и С соответственно; .37 - управляющий сигнал с выхода блока управления для синхронизации работы схем И 17 и 18; 38 - 47 - сигналы сброса и занесения соответственно фаз ;Г, В, В, С и С; 48 - 50 - синхронизирукедие импульсы, совпадающие с моментами перехода напряжений в фазах А, В и С через ноль соответственно; 51 - 56 - импульсы, определяющие моменты включения тиристоров тиристорного коммутатора 1; 57 - 59 - управляющие импульсы тиристоров в фазе А, В и С соответственно; 60 - выходное напряжение цифроанало- гового преобразователя 15; 61 - напряжение на выходе порогового элемен-та 12; 62 - импульсы на выходе генератора 16 импульсов; 63 - выходное напряжение цифро-аналогового преобразователя 14. . В верхней части фиг. 2-4 показана ось времени. Углы включения тиристоров, пропускающих на электродвигатель положительные полуволны входного напряжения фаз и С,обозначены ос/, и Лэ г а углы включения тиристо хэв, пропускающих отрицательные полуволны входного напряжения фаз А,В и С - oT i iно;j соответственно. Изменение угла включения положительной полуволны входного напряжения фазы А oti происходит непосредственно по результату сравнения текущего значения частоты вращения и заданного.

Значения углов включения (/ , оГ,., .«J, и а;3 , определяющих м эменты начала протекания тока в соответствующей фазе, корректируются по результату сравнения значений токов в фазах двигателя с величиной положительной полуволны тока фазы А таким образом, чтобы .свести разность токов между положительной к отрицательной полуволнами в каждой фазе и между фазами к нулю.

Устройство работает следую;цим образом.

Сигнал, пропорциональный скорости вращения ротора двигателя, с выхода тахогенератора 5 сравнивается в блоке 7 сравнения с. заданным. Выходной сигнал 56 (фиг. 3) схемы сравнения определяет угол включения тиристора в фазе А, пропускающего положительную полуволну тока 21 (фиг. 2).

В блоке 2 датчиков тока формируются напряжения, величина которых пропорциональна значениям токов 23 - 25. (фиг. 2) в фазах А, В и С, а в блоке 9 выделяются нагфяжения, пропорциональные разности между положительной полуволной тока фазы А и отрицательными полуволнами фаз дГ) В и cf и положительными полуволнами (выходные напряжения 27 - 31). Эти напряжения складываются в блоке сумматоров 10 с соответствующим выходным напряжением 60 (фиг. 4} цифро-аналогового преобразователя 15, пропорциональным Tej кущим углам включения о ,2 °-г ъ соответствующих тиристоров.

По сигналам 32-36 (фиг. 3) с бло ка 4 управления на вход цифро-аналого вого преобразователя 15 подается код только с того регистра блока 19, в котором записана информация о значении .угла включения, корректируемого. в текущий момент времени, а на вход блока 10 сумматоров поступает напряжение с выхода цифро-аналогового преобразователя 15 и напряжение, пропорциональное разности между положительной полуволной тока фазы А и соответствующей полуволной тока фазы, угол включения тиристора в которой корректируется в данный момент.

Например, в период времени &. на сумматоре 10 суммируются выходное напряжение 31, пропорциональное разности между положительными полуволнами фаз А и С, и выходное напряжение 60,пропорциональное коду угла включения фазы С,так как с блока 4 уп равления в это время на блок 9 и цифро-аналоговый преобразователь 15 поступает разрешающий сигнал 35.

Напряжение с выхода блока 10 сумматоров последовательно сравнивается с напряжением, пропорциональным записанному в счетчик 13 коду в блоке 11 сравнения. Результат сравнения поступает на пороговый элемент

.12, Если значение напряжения с выхО да блока 10 в данный момент превышает напряжение с выхода цифро-аналогов.ого преобразователя, то порогеЕЫ.Й элемент 12 переключается в единичное состояние, схема И 17 открывается, а схема И 18 закрывается и реверсивный счетчик 13 работает в режиме сложения импульсов 62 с выхода генератора 16. Код на его выходе, а следовательно, и напряжение на выходе цифро-аналогового преобразователя 14 увеличивается до момента равенства напряжений на входах блока 11 сравнения. Дальнейшее увеличение напряжения с цифро-аналогового преобразователя 14 приводит к переключению порогового элемента 12 в нулевое состояние. Схема И 17 закрывается, а схема И 18 открывается, реверсивный счетчик 13 начинает работать на вычитание. Код на его выходе и напряжение на выходе цифро-аналогового преобразователя 14 уменьшаются.

Таким образом, напряжения на входах блока 11 сравнения поддерживаются равными, а следовательно, и код в счетчике 13 оказывается пропорциональным напряжению с выхода блока 10 сравнения, так как равное последнему напряжение с выхода цифро-аналогового преобразователя 14 пропорционально коду в счетчике 13.

В связи с тем, что работа устройства при коррекции всех углов включения тиристоров протекает идентично, рассмотрим работу устройства, например, при коррекции угла dig включения тиристора в отрицательной полуволне тока фазы С.

В момент включения отрицательной полуволны (напряжения 23 фиг. 2) фазы С t,Q (фиг. 3) переполнится соответствующий счетчик блока 20 счетчиков и с задержкой, равной t. (фиг, 3) мс, с выхода блока управления на входыблока 10 сравнения и цифро.-аналогового преобразователя 15 поступит сигнал, разрешающий сложение напряжени й, пропорциональных углу включения и разности отрицательной полуволны тока фазы С и по-г ложительной полуволны тока фазы А, Одновременно разрещается работа схем И 17 и 18, В реверсивный сч етчик 13 записывается скорректированный кол. С задержкой (Фиг. 3), необходимой для прохождения током фазы С максимума, на вМ)ДЫ схем И 17 и 18 поступает управляющий сигнал 37, сбрасывается соответствующий регистр блока 19 и счетчик генератора 16 импульса. Следутацим импульсом сигнала сбро.са 47 код с реверсивного счетчика 13 ;переписьшается в вышеупомянутый регистр и соответствуюйдий 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 блока 19 и счетчике блока 20 оказываются записанньоли скорректированные коды угла включения оГд . Причем, если величина положительной полуволны тока фазы А больше отрицательной фазы С, то и код, записанный в счетчик и регистр, больше предьадущего, если наоборот, то меньше. По сигналу с выхода блока управления счетчик фазы С блока 20 начинает подсчитывать импульсы с выхода генератора 6 импульсов . При переполнении счетчика на его выходе возникает импульс 55, который перераспределяется и усиливается соответствующими усилителями блока 8, Включаются соответствующие тиристоры тиристорного коммутатора, Если код, записанный в счетчик, увеличивается, то угол включения тиристора уменьшается, так как счет чик блока 20 переполняется быстрее (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 полоркительной и отрицательной полуволными в каждой фазе и между фазами к нулю. Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает, независимо от величины несимметрии и причины, ее вызывакхцей (несимметрия сетевого напряжения, несимметрия асинхронного двигателя, естественный. разброс характеристики полупроводниковых вентилей, несимметрия синхронизиругащйх импульсов между отдельньми 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.

/ J f 79 /7 fJrj 17 rg 2f 2J 25 7 29 Jf

J/

/n

фиг. 2

-I1-|111г11 I11111-

/ J J 7 3 fr fJ 7J Г7 rff 27 J 25 г 29

JL

ПJL

Л(L

JL

Л

Л

JL

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ-, содержащее тиристорный 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 первый выходом блока управления, а второй - с выходом тахогенератора, блок усилителей, выходом подключенный к управлякнцему входу тиристорного коммутатора, блок датчиков тока, одни входы которого предназначены для подключения к фазным выводам асинхронного электродвигателя, 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, отличающееся тем, что, с целью повышения его КПД. путем исключения несимметрии токов в фазах электродвигателя, в него введены последовательно соединенные между собой блок сумматоров с тремя входами, второй блок сравнения и пороговый элемент, блок управления снабжен 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 цифро-аналоговых преобразователя и второй генератор импуль сов, две 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 счетчиков соединен с выходом первого генератора импульсов, второй и третий входы блока счетчиков связаны соответственно с четвертым и пятым выходами блока управления, четвертый вход блока счетчиков подключен к выходу реверсивного счетчика, входу первого цифро-аналогового преобразователя и одному входу блока регистров, два других входа которого соединены с шестым 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 выход к третьему входу блока сумматоров, девятый выход блока управления соединен 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 Jcчeтчикa, второй вход блока усилителей связан с выходом первого блока сравнения, а выход первого цифро-аналогового преобразователя - со вторым входом второго блока сравнения.

1Ш1 лшfuin1Ш1nraijiraiML

Gf

II II III 1 II ими i i Mill iHIIIIIIIIII

6