Устройство для регулирования частоты вращения @ -фазного асинхронного электродвигателя Советский патент 1984 года по МПК H02P7/36 

1 Изобретение относится к электроJ технике и может быть использовано в устройствах для автоматического регулирования режимов работы электрических машин переменного тока. Известно устройство для регулиро вания скорости N-фазного асинхронно го электродвигателя, содержащее ста тический преобразователь частоты, имеющий К пар встречно-параллельно соединенных тиристоров и диодов, включенных между источником N-фазно го переменного напряжения и фазами двигателя, блок управления,вход кот рого соединен с выходом уставки час тоты, а выход - с управляющими элек родами тиристоров статического преобразователя С1 J. Недостатком данного устройства является большое время пуска двигателя, так как при плавном изменении частоты вращения двигателя с нуля момент двигателя мал. Кроме того, возникают дополнительные потери, увеличиваются шумы и вибрация из-за пульсирующего характера вращающего момента, обусловленные появлением в составе кривой тока высших гармоник. Наиболее близким По технической сущности к изобретению является уст ройство для регулирования N-фазным асинхронным электродвигателем, содержащее в каждой коммутационной фазе статора два тиристора, анод первого из них предназначен для соединения с плюсовым зажимом источ ника постоянного тока, а катод - с последовательно соединенными фазной обмоткой и индуктивностью, анод вто рого соединен с катодом первого, а своим катодом предназначен для подключения к минусовому зажиму источника постоянного тока t2. Недостатком известного устройств является ограниченный диапазон регулирования частоты вращения. Нормальное функционирование устройства возможно лишь при выполнении неравенств; ЗГ где Т - период подачи импульсов управления задающего ген ратора в одной фазе; 2 Т - собственный период колебаний цепи: комплексное сопротивление . Z - обмотка фазы двигателя. При нарушении первого неравенства открываются два тиристора одной фазы, что приводит к аварийному режиму - короткому замыканию источника. При нарушении второго неравенства в устройстве не образуется замкнутых контуров, поэтому токи в фазах двигателя становятся равными нулю. Соблюдение неравенств обуславливает диапазон регулирования частоты вращения двигателя 1,5 JT/Tj, U) 2 Т(П из-за наличия потерь от высших гар- . МОНИК. При работе устройства образуется контур из последовательно соединенвключаемыхных элементов напряжение, где R на постоянное эквивалентное активное сопротивление двигателя, L - эквивалентная индуктивность двигателя и комплексного сопротивления, С - емкость комплексного сопротивления Z . При работе двигателя параметры схемы замещения существенно изменяются в зависимости от режима, а значит, изменяются параметры R , L. и, следовательно, собственная .частота контура, в который входит .двигатель. При этом задающий генератор должен быть настроен на частоту, меньше минимальной собственной частоты контура (для исключения аварийного режима), следовательно, во всех режимах в кривой тока имеют место участки с нулевым уровнем, что ухудшает форму кривой тока обуславливает наличие дополнительных потерь от высших гармоник. Ограниченные функциональные возможности устройства обусловлены тем, что оно не может быть использовано для управления одно- и двухфазными двигателями. Целью изобретения является расширение диапазона регулирования частоты вращения. Указанная цель достигается тем, что в устройство для регулирования частоты вращения Ы-фазного асинхронного электродвигателя, содержащее в каждой коммутационной фазе статора два тиристора, анод первого из них предназначен для соединения с плюсовым зажимом источника постоянного тока, а катод - с последовательно соединенными фазной обмоткой и инду тивностью, катод второго тиристора предназначен для подключени к минусовому зажиму источника посГтоянного тока, введены (Г - 1) фазо сдвигающих цепей, на каждую коммута ционную фазу ста,тора - два датчика тока, два нуль-органа и конденсатор при этом последний включен первой обкладкой последовательно с индуктивностью, в каждой коммутационной фазе статора катод первого тиристор через первый датчик тока соединен с анодом второго тиристора, катод которого через второй датчик тока соединен с второй обкладкой конденс тора, первые входы нуль-органов сое динены с анодом первого тиристора, вторые и третьи входы соединены соответственно с входом и выходом соответствующего датчика тока, выход каждого нуль-органа соединен с управляющим электродом соответствующе го тиристора, четвертые входы первых нуль-органов соединены через соответствующие фазосдвигающие цепи с первой обкладкой конденсатора пре дыдущей коммутационной фазы статора На фиг. 1 приведена блок-схема устройства для регулирования N-фазным асинхронным электродвигателем; на фиг. 2 - блок-схема фазы статора асинхронного электродвигателя; на фиг. 3 - принципиальная схема нульоргана фазы статора; на фиг. 4 электрическая схема датчика тока; на фиг. 5 - графики мгновенных значений токов, протекающих через фазо вые обмотки статора (для примера ). Устройство для регулирования час тоты вращения N-фазного асинхронно го электродвигателя (фиг.1) содержит N коммутационных фаз статора 1 с выходом 2, источник 3 постоянного тока, (N - .1) фаз о сдвигающих цепей 4, при этом первые входы коммутацио ных фаз статора 1 соединены с плюсовым зажимом источника 3 постоянного тока, вторые входы коммутационных фаз статора 1 соединены с минусовым зажимом источника 3, выход -и коммутационной фазы статора 1 соединен через фазосдвигающую цепь 4 с треть им входом коммутационной фазы статора. 72 , 4 Фазосдвигающая цепь 4 содержит резистор 5 и конденсатор 6, при этом выход коммутационной фазы статора 1 через резистор 5 соединен с третьим входом следующей коммутационной фа.зы статора, конденсатор 6 подключен между третьим входом коммутационной фазы статора 1 и минусовым зажимом источника 3 питания. Каждая коммутационная фаза статоpa 1 (фиг. 2) содержит тиристоры 7 и 8, датчики 9 и 10 тока, нуль-органы 11и 12, фазовую обмотку 13 статора, .конденсатор 14, индуктивность 15, при этом первый тиристор 7 предназначен для соединения с плюсовым зажимом источника постоянного тока и с первыми взводами нуль-органов 11 и 12, катод первого тиристора 7 через датчик 9 тока соединен с; анодом второго тиристора 8, а через последовательно соединенные фазовую обмотку 13, индуктивность 15 и конденсатор 14 соединен с входом датчика 10тока, датчики тока 9 и 10 включены параллельно второму и третьему входам нуль-органов 12 и 11 соответственно, выходы нуль-органов 11 и 12соединены с управляющими электродами соответственно тиристоров 8 и 7, катод тиристора 8 и выход датчика 10 тока соединены с вторым входом коммутационной фазы статора 1, выходом которой является точка соединения индуктивности 15 и конденсатора 14. Катод тиристора 8 предназначен для соединения с минусовым зажимом источника постоянного тока. Нуль-орган 11 (12) содержит конденсатор 16, резисторы 17 - 22 и приемный резистор 23, транзисторы 24 - 27, при этом первый вход нульоргана 11 соединен с одними отводами резисторов 18 и 20, второй отвод резистора 20 соединен с базой транзистора 27 и с коллектором транзистора 5 и с одним отводом резистора 21, второй отвод резистора 18 соединен с коллектором транзистора 24 и с первыми отводами резисторов 19 и 23, подвижный контакт резистора 23 соединен с эмиттером транзистора 27, а через конденсатор 16 соединен с вторыми отводами резисторов 21 и 19, с эмиттером транзистора 24 и с вторым входом нуль-органа 11(или 12), база транзистора 24 является третьим входом нуль-орган; 11 (или 12), коллектор транзистора 27 соединен с базой транзистора 25 и через резистор 22 - с коллектором транзистора 25, который является выходом нуль-органа 11 (или 12). Эмиттер транзистора 26 соединен с коллектором транзистора 24, база транзистора 26 является четвертым входом нуль-органа, а коллектор тра зистора 26 соединен с эмиттером тра зистора 24. Между базой и коллектор транзистора 26 включен резистор 17. Датчик тока 9 или 10 (фиг. 4) может быть вьшолнен в виде резистор 28. В нуль-органе 11 или 12 транзис тор 27 работает с общей базой, а транзистор 25 работает с обпщм Коллектором. Транзисторы 27 и 25 при совместной работе обеспечивают релейную характеристику. Резисторы 18 22 задают режимл работы транзисторов 24, 25 и 27. Нуль-орган 12 (или 11) работает следующим образом. При наличии тока через шунтовый резистор 28 датчика тока 9 или 10 открыт транзистор 24 нуль-органа 12 или 11, который шунтирует резистор 19. При зтом потенциал точки а будет равен нулю. Тогда транзисторы 27и 25 закрыты, и выходной сигнал нуль-органа 12 (или 11) равен нулю. Нулю он равен и в том случае, когда напряжение фазосдвигающего конденса тора 6 меньше напряжения точки d, так как в этом случае открыт транзистор 26. Если ток через резистор 28датчика тока 9 (или 10) равен нулю, то транзистор 24 закрыт. Поте циал точки (Л будет равен величине «-R где и - напряжение питания источника 3; I , R.- соответственно значения резисторов 18. и 19. При зтом происходит заряд конденсатора 16 через резистор 23. При возрастании напряжения на конденсаторе 16 до величины , где значение величины ОР - R,, - значения сопротивлений резисторов 20 и 1 2 открываются транзисторы 25 и 27. Потенциал на управляющем электроде тиристора 7 или 8 при этом будет равен потенциалу точки с . Сущность изобретения заключается в том, что в каждой фазе статора обеспечивается при питании от источника постоянного тока автоколебательный режим работы с использованием в каждой фазе статора двух тиристоров, обмотки фазы статоры и комплексного сопротивления. Один из тиристоров в каждой фазе открывается только при равенстве нулю тока другого тиристора, т.е. при его закрытии. Это исключает аварийные режимы при открытии двух тиристоров одной фазы статора одновременно, что повьшает надежность устройства, расширяет диапазон регулирования, так как снимаются ограничения на уменьшение частоты вращения двигателя. Кроме того, при этом форма кривой тока через обмот-{ ку фазы статора является близкой к синусоидальной, что обеспечивает низкое содержание высших гар 1оник в кривой тока обмотки фазы статора. Это обуславливает малую величину потерь и перенапряжений, что приводит также к повьш1ению надежности. Устройство для регулирования скорости (фиг. 1) работает следующим образом. При использовании N -фазного асинхронного электродвигателя переменного тока параметры резистора 5 и конденсатора 6 выбираются так, чтобы фазосдвигающая цепь 4 обеспечивала сдвиг по фазе 4, равныйТэл.град., где 1 1/LC При N 2, Ч 90 j при Ш. При , if 120°. Здесь L - значение эквивалентной индуктивности фазной обмотки 13 статора и индуктивности 15; С - значение емкости конденса- тора 14. При подаче питания напряжение I/ источника 3 будет приложено к тиристору 7 . В нуль-органе 12 первой фазы статора 1 транзистор 24 закрыт. Потенциал точек а , с будет равен соответственно сопротивления резисто ров 18,19, 20 и 21; o(U. соответственно потен циалы точек q, С . При этом потенциал точки § пример но равен нулю ( Ug- 0) . Тогда через резистор 23 начинает заряжаться конденсатор 16. Как только через время ( 7-л 7 И 2317 V ,, ( г 2Ъ Uj/- - соответственно значение резистора 23 и конденсатора 16 нуль-органа 12, напряжение на конденсаторе 16 будет равно пороговому значению U, открывается ключ на транзисторах 27. Тогда потенциал на управляющем электроде тиристора 7 будет равен потенциалу точки с и тиристор 7 открывается. Открытый тиристор 7 шунти рует нуль-орган 12. При открытии тиристора 7 потечет ток по цепи: открытый тиристор 7 - фазовая обмотка 13 - индуктивность 15 - конденсатор 14 - датчик тока 10 - внутреннее сопротивление источника 3. По мере возрастания напряжения на емкости 14 потечет ток через открытьш тиристор 7 - фазовую обмотку.13 - индуктивность 15 - первую фазосдвигающую цепь 4 - внутреннее сопротивление источника 3. Конденсатор 14 начинает заряжаться до напряжения U . Положительное направление напряжения Uc на конденсаторе 14 указано на фиг. 2 стрелкой. Когда DC cmax ток через фазовую обмотку 13, индуктивность 15, конденсатор 14 и датчик 10тока равен нулю. Тиристор 7 закры вается. Напряжение на тиристоре 8 будет равно напряжению UQ Через время 2 определяемое параметра ми времязадающей цепи нуль-органа 11после окончания заряда конденсатора 14, на выходе нуль-органа 11 появится сигнал, который подается на управляющий электрод тиристора 8. При этом тиристор 8 открывается. При открытии тиристора 8 образуется контур разряда конденсатора 14, который будет перезаряжаться по цепи: конденсатор 14 - индуктивность 15 - фазовая обмотка - датчик тока 9 - тиристор 8. Конденсатор 14 зарядится до напряжения U . 10 2 После окончания процесса перезаряда конденсатора 14 закрывается тиристор 8. Ток через датчики .9 и 10 тока будет равен нулю. Затем через время Т после окончания перезаряда конденсатора 14 открывается тириЛор 7 и цикл работы первой фазы статора повторяется. В первой фазосдвигающей цепи 4 ток с выхода первой фазы статора 1 потечет через резистор 5 и конденсатор 6. Через время Сз - Uj /О), где RK Cfc параметры соответственно резистора 5 и конденсатора 6, напряжение на конденсаторе 6 будет приблизительно равно напряжению точки О) нуль-органа 12 второй фазы,при этом транзистор 26 запирается. При запирании транзистора 26 начинает работать вторая фаза статора 1. Принцип работы его аналогичен описанному. Через время о-, после начала работы второй фазы статора 1 начинает работать третья фаза статора 1 и т.д. На фиг. 5 приведены графики мгновенных значений токов,протекающих через фазные обмотки 13 фаз статора 1. (Кривая А - при определенном значении I-11 а кривая Б О и при различпри т ных значениях U ) . В результате применения данного устройства при т О по фазной обмотке статора будет протекать близкий к синусоидальному ток, что позволяет обеспечить постоянство мгновенных значений вращающего момента двигателя и малый коэффициент гармоник в кривой тока, снижая потери, повьшая надежность, уменьшая шум и вибрации. Все это улучшает условия эксплуатации. Кроме того, расширяется диапазон регулирования до величины, обычной для устройств част тотного регулирования асинхронных двигателей (приблизительно10:1), повьпиается надежность из-за исключения возможности одновременного открытия двух тиристоров в одной фазе, что исключает аварийные режимы, повышается быстродействием двигателя из-за повышения жесткости механической характеристики двигателя, расширяются функциональные возможности, так как устройство может работать с одно- и двухфазными двигателями.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ N-ФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ, содержащее в каждой коммутационной фазе статора два тиристора, анод первого из них предназначен для соединения с плюсовым зажимом источника постоянного тока, а катод - с последовательно соединенными фазной обмоткой и индуктивностью, катод второго тиристора предназначен для подключения к минусовому зажиму источника постоянного тока, отличающеес я тем, что, с целью расширения диапазона регулирования частоты вращения, введены (N- 1) фазоО вигающих цепей, на каждую коммутационную фазу статора - два датчика тока, два нуль-органа и конденсатор, при этом последний включен первой обкладкой последовательно с индуктивностью, в каждой коммутационной фазе статора катод первого тиристора через первый датчик тока соединен с анодом второго тиристора, катод которого через второй датчик тока соединен с второй обкладкой конденсатора, первые входы нуль-органов соединены S с анодом первого тиристора, вторые и третьи входы соединены соответственно с входом и выходом соответствующего датчика тока, выход каждого нуль-органа соединен с управляющим электродом соответствующего тиристора, четвертые входы первых нульорганов соединены через соответствующие фазосдвигающие цепи с первой обкладкой конденсатора предьщущей коммутационной фазы статора.

LiJ

/2

375

s

Li

II

/

1

/{7

.LI

d

9110) I Фиг. ft

О