Устройство для управления асинхронным мотор-вентилятором Советский патент 1984 года по МПК H02P7/36 

1 Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано дл управления асинхронным короткозамкнутым двигателем с вентиляторной на грузкой при питании их от сети с из меняющимися частотой и напряжением, в частности при питании от синхронн го генератора локомотива, соединенн го с валом дизеля с изменяющейся частотой вращения. Известно устройство для частотно го регулирования скорости асинхронн го двигателя, которое содержит инве тор, подключенный к обмотке статора асинхронного двигателя, датчик напр жения инвертора и выпрямитель, пара лельно которому подключен резисторный делитель напряжения, выводом соединенный с входом задающего генератора, соединенного с инвертором параллельно одному из резисторов делителя напряжения подсоединен стабилитрон С 1 . Недостатком устройства является сложность реализации плавной зависимости напряжения инвертора от частоты, близкой к параболической, наиболее экономичной с точки зрения КПД и коэффициента мощности для вентиляторной нагрузки, так как для этого требуется значительное количество стабилитронов и резисторов, что усложняет настройку устройства Наиболее близким к изобретению является устройство для управления скоростью асинхронного электродвигателя, содержащее трехфазный источник питания, регулятор напряжения на тиристорах, которые в проводящем сос тоянии соединяют соответствующую клемму двигателя с клеммой питания, элемент дпя определения температуры охлаждакяцего вещества, подключенный к первому блоку сравнения, второй вход Ko-foporo соединен с блоком сигнала уставки, а выход через усилитель, второй блок сравнения и формирователь импульсов управления с управляющим вькодом регулятора напряжения 2 Д. Недостатком известного устройства является то, что при питании его от сети с изменяющимися частотой и напряжением, например, в линейной зависимости, КПД и коэффициен МОЩНОСТИ асинхронного электродвига теля с вентиляторной нагрузкой будут ухудшаться, так как с уменьшением частоты напр51жения сети уменьшение 72 мощности нагрузки на валу двигателя будет происходить значительно быстрее уменьшения потребляемой им мощ«ности за счет увеличения относительного значения намагничивающего тока и потерь в стали и меди статора. Одновременно с этим будут также ухудшаться регулировочные характеристики двигателя при фазовом регулировании напряжения на статоре и будет уменьшаться устойчивость работы устройства. Целью изобретения является повьшение экономичности, надежности и устойчивости работы устройства. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для управления асинхронным мотор-вентилятором, содержащее.регулятор напряжения, предназначенный для подключения входом к источнику с изменяющимися частотой и напряжением, а выходом к асинхронному электродвигателю, последовательно соединенные первый блок сравнения сигнала уставки и сигнала обратной связи, усилитель второй блок сравнения, формирователь импульсов-управления, выходом соединенный с управляющим входом регулятора напряжения, введены блок коррекции и согласующий блок, причем блок коррекции выполнен в виде последовательно соединенных дросселя, двух резисторов и конденсатора и снабжен подстроечным резистором, подключенным к общей точке резисторов, свободные выводы дросселя образуют вход блока коррекции и подключены к -выходу регулятора напряжения, выход блока коррекции, образованный свободными выводами конденсатора и подстроечного резистора, через согласующий блок соединен с вторым входом второго блока сравнения. Устройство реализует частотно-фазовое регулирование, при котором изменяются напряжение и частота на входе регулятора напряжения, а номинальное напряжение U на выходе регулятора изменяется в параболической зависимости от частоты, наиболее экономичной с точки зрения КПД и коэффициента мощности для асинхронного двигателя с вентиляторной нагрузкой. Напряжение на обмотке асинхронного мотор-вентилятора изменяется в зависимости от температурного состояния объекта охлаждения от номинального до 0.

На фиг.1 приведена структурная схема предлагаемого устройства, на фиг.2 - блок коррекции/ на фиг.З регулировочные характеристики асинхронного мотор-вентилятора при фа- 5 зовом регулировании для зависимости Uu/f const ;на фиг.4 - то же, при U /f tonsi.

Устройство содержит блок 1.сравнения (фиг.1) сигнала 2 уставки температуры объекта охлаждения и сигнала 3 обратной связи по действительной температуре Объекта охлаждения. Последовательно с блоком 1 сравнения соединены усилитель 4 второй блок 5 сравнения и формирователь 6 импульсов управления, выходом соединенный с управляющим входом регулятора 7 напряжения, каждая фаза которого образована парой параллельно-встречно вклю- 20 ченных тиристоров 8. Регулятор напряжения входными клеммами 9-11 подключен к источнику 12 питания с изменяющимися частотой и напряжением. Выходные клеммы 13-15 регулятора соединены с асинхронным мотор-вентилятором 16. Выходные клеммы 13 и 14 регулятора соединены с входом блока 17 коррекции в цепи обратной .связи по / частоте и напряжению, который выходой соединен с вторым входом второго бло-, ка сравнения через согласующий блок 18.

Схема блока 17 коррекции (фиг.2) образована из последовательно соединенных дросселя 19, резисторов 21 и 20 35 и конденсатора 22. К общей точке резисторов подключен подстроечный резистор 23. Входом блока коррекции являются свободные вьтоды дросселя 19 и конденсатора 22, выходом - тот же 40 свободный вывод конденсатора 22 и свободньй конец подстроечного резистора 23. Выходом преобразователь подключен к блоку 18 согласования, состоящему из выпрямительного моста 24, к вы- 5 ходу которого подключены параллельно конденсатор 25 и обмотка 26 разделительного трансформатора 27, на котором размещены также обмотки 28 модулирующая и 29 выходная.50

Устройство работает следующим об разом.

На входы блока 1 сравнения поступает сигнал 2 уставки температуры объекта охлаждения и сигнал 3 обратной свя-. i 55 зи по действительной температуре объекта охлаждения.Разностный сигнал поступает на вход усилителя 4, имеющего

насыщающуюся характеристику,.т.е. при некотором значении входного сигнала наступает ограничение выходного сигнала усилителя. Выходной сигнал уси-t лителя в виде тока управления поступает на один из входов второго блока 5 сравнения, а на второй вход приходи сигнал обратной связи в виде тока об ратной связи, поступакиций с блока 17 коррекции через блок 18 согласования. Разница между током управления и током обратной связи поступает на вход блока формирования импульсов управления, который управляет тиристорами 8 регулятора 7 напряжения. Регулятор 7 подключен клеммами 9-11 к сети с изменяющимися частотой и напряжением. Номинальное напряжение на выходе регулятора, с которого начинает регулироваться напряжение на обмотках статора, поддерживается в параболической зависимости от частоты. Это обеспечивается введением обратной связи по частоте и напряжению в виде блока 17 коррекции, последовательно соединенного с.согласукщим блоком 18. На вход фррмирователя напряжения приходит сигнал по частоте и напряжению регулятора 7 с клемм 13 и 14 Выходной сигнал блока коррекции изменяется нелинейно в зависимости от частоты и линейно в зависимости от величины выходного напряжения. При равенстве тока обратной связи и максимального тока управления, соответствующего насыщенному состоянию усилителя, происходит ограничение выходного напряжения регулятора 7 на уровня номинального путем изменения угла включения тиристоров. Выход блока 18 согласования прямо пропорционален выходу блока 17 коррекции. Блок согласования служит для гальванической развязки обратной связи по частоте и напряжению, подключен к силовым клеммам регулятора напряжения цепей управления.

На вход блока 17 коррекции с выхода регулятора 7 напряжения (клеммы 13 и 14) поступает сигнал с изменяющейся частотой и напряжением. Блок коррекции представляет собой фильтр нижних частот, образованный делителем напряжения, состоящим из последовательно соединенных дросселя 19, резисторов 20 и 21 и конденсатора 22. Коэффициент деления зависит от частоты входного напряжения. НапI11ряжение с с конденсатора 22 и резистора 21 поступает на вьтрямительный мост 24 блока 18 согласования, выпрямляется, сглаживается койденсатором 25 и поступает на обмотку 26 обратной связи разделительного трансформатора 27, Подстроечным резистором 23 регулируют величины тока, протекающего по обмотке 26, и тем самым величину ограничиваницего номинального напряжения при данной частоте. Обмотка 28 трансформатора 2 предназначена для модулирования тока обмотки 26 и формирования тока обратной связи в обмотке 29, который поступает на вход блока 5 сравнения. Элементы блока коррекции рассчитываются таким образом, чтобы при равенстве токов обратной связи и управления на выходе регулятора . 7 напряжения формировалась параболическая зависимость номинального напряжения от частоты. Например, чтобы получить зависимость и Д соп5при D, 3gj. tMH необходимы следующие параметры элементов: 19-24 Гн 20-1200 Ом, 21-200 Ом, 22-2 мкФ, 23-3300 Ом. .На фиг.З приведены регулировочные характеристики скольжения (0 где ,. ; и.,- номинальное напряжение на статоре при данной частоте напряжения ; U -напряжение на статоре при данной частоте напряжения, и характеристики КПД( моторвентилятора при питании его нлпряжв ,нием и частотой в зависимости которая реализуется на локомотивах с синхронным вспомогательным генератором. При такой зависимости с уменьшением частоты увеличивается кр тизна регулировочных харатстеристик. что связано с уменьшением нагрузки на валу и с изменением коэффициента усиления системы регулирования k dS/dO а максимум КПД смещается влево в зону меньших напряжений, а при имеет пониженное значение. Коэффициент мощности при этом ниже, что связано с относительно большим намагничи в ающим т ок ом. На фиг.4 приведены аналогичные характеристики, но при ( const. Из приведенных зависимостей видно, что крутизна регулировочных характеристик с изменением частоты практически не изменяется. При этом коэффициент усиления системы также не изменяется, что способствует точности регулирования и повьппению устойчивости системы регулирования. Максимум КПД и коэффициента мощности соответствует значениям напряжения на секторе, близким к о 1, т.е. к номинальному напряжению. Применение на локомотиве предлагаемого устройства позволяет повысить КПД работы асинхронных мотор-вентиляторов на 7-8% при фазовом регулировании частоты вращения. Кроме того. повысится коэффициент мощности и снизятся фазные токи, что уменьшает потери в обмотке и стали статора, а также повысится в 1,5-2 раза точность поддержания температурного режима объек охлаждения, что повьшает надежность его работы. Устройство позволяет достаточно простым техническим средством регулировать скорость асинхронных моторвентиляторов при заданном соотношений номинального напряжения и частоты навыходе регулятора напряжения.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ МОТОР-ВЕНТИЛЯТОРОМ, содержащее регулятор напряжения, предназначенный для подключения входомк источнику с изменяющимися частотой и напряжением, а выходом - к асинхро ному электродвигателю, последовательно соединенные первый блок сравнения сигнала уставки и сигнала обра ,feeatijj Z, x M I ной СВЯЗИ, усилитель, второй блок сравнения, формирователь импульсов управления, выходом соединенный с управляющим входом регулятора на-, пряжения, отличающееся тем, что, с целью повышения экономичности, надежности и устойчивости ра боты, в него введены блок коррекции и согласующий блок, причем блок коррекции вьшолнен в виде последовательно соединенных дросселя, двух резисторов и конденсатора и снабжен подстроечным резистором подключеиньм к общей точке указанных резисторов, свободные выводы дросселя образуют вход блока коррекции и подключены к выходу регулятора напряжения, выход блока коррекции, образовани свободными выводами конденсатора и подстроечного резистора, через дополнительно введенный согласукяций блок соединен с вторым входом второго блока сравнения. n