Устройство для управления асинхронным электродвигателем Советский патент 1986 года по МПК H02P5/34 

ном протекании переходных процессов, которое зависит от числа промежуточных механических характеристик. По сигналу задатчика частоты 13 реверсивный счетчик 20 обеспечивает равенство сигнала задания частоты и выИзобретение .относится к электротехнике, а именно к асинхронному электроприводу, и может быть использовано для регулирования частоты врщения асинхронных электродвигателей

Целью изобретения является повышение точности регулирования в переходных процессах.

На фиг. 1 показана блок-схема устройства для управления асинхронным электродвигателем; на фиг, 2 и фиг. 3 - блок формирования временных интервалов, варианты; на фиг. 4 экспериментальные механические характеристики асинхронного двигателя типа MTF-OI1-6 мощностью 1,4 кВт; на фиг. 5 - временные диаграммы работы устройства на фр1г. 1 при выполнении блока формирования временных интервалов по схеме фиг. 2.

Устройство (фиг. 1) содержит асинхронный электродвигатель 1, преобразователь 2 переменного напряжения, выполненный в виде встречно-параллельно соединенных тиристоров 3-8, включенных между зажимами статорных обмоток электродвигателя и зажимами д.ля подключения и питающей сети, последовательно, соединенные задающий генератор 9 импульсов, синхронизированных с напряжением питающей сети, блок 10 формирова}-шя временных интервалов с информационными входами, узел 11 блокировки и блок 12 фазосмещения и распределени управляющих импульсов, выходы которого подключены к управляющим электродам тиристоров 3-8 преобразователя 2 переменного напряжения, а также задатчик 13 частоты, блок 14 сравнения, генератор 15 тактовьк импульсов регулируемой частоты, два компаратора 16 и 17, две схемы 18 и 19 совпа/тения, реверсивный счетчик 20 с прямым и обратным счетныходного сигнала ЦП 22, что задает на выходе ЗБ 21 коды чисел тип, поступающие на входы блока формирования 10, который формирует временные интервалы включения и выключения преобразователя 2. 5 ил., 1 табл.

ми входами, программируемый постбян- ный запоминающий блок 21, цифроана- логовый преобразователь 22. Первый вход, блока 14 сравнения подключен к

выходу задатчика 13 частоты, а второй вход соединен с выходом цифро- аналогового преобразователя 22. Выход блок 14 сравнения соединен с объединенными входами обоих компараторов 16 и 17. Выход первого компаратора 16 соединен с первым входом первой схемы 18 совпадения, а выход второго компаратора 17 - с первым входом второй схемы 19 совпадения,

Вторые входы обеих схем 18 и 19 совпадения объединены и соединены с выходом генератора 15 тактовых импульсов. Выход первой схемы 18 совпадения подключен к прямому счетному входу реверсивного счетчика 20, а выход, второй схемы 19 совпадения - к обратному счетному входу реверсивного счетчика 20. Выходы реверсивно- го счетчика 20 связаны со входами

цифроаналогового преобразователя 22 и с адресными входами программируемого постоянного запоминающего блока 21, выходы которого связаны с информационными входами блока 10 формирования временных интервалов.

Блок 10 формирования временных интервалов (фиг. 2) содержит два счетчика 23 и 24 и КЗ-триггер 25. Счетчики 23 и 24 имеют соответственно счетные входы 26 и 27, входы предварительной записи 28 и 29 и информационные входы 30 и 31. Счетные входы счетчиков 23 и 24 объединены и являются входом блока 10 формирования временных интервалов. Инверсный выход 32 RS-триггера 25 соединен со входом 28 предварительной записи счетчика 23. Выход последнего соединен с S-входом RS-триггера 25, а его

R-вход соединен с выходом счетчика 24.

12528Ч8

рямой выход 33 RS-Tpiirrepa 25 являныуз ле че Вх вх ны ны вр че уз пе уз ва вр д и ч и

10

ется выходом блока 10 и соединен со входом 29 предварительной записи счетчика 24. Информационные входы 30 и 31 счетчиков 23 и 24 являются информационными входами блока 10 формирования временных интервалов.

На фиг. 4 приведены экспериментальные механические характеристики асинхронного типа MTF-011-6 мощностью 1,4 кВт при реализации блока 10 формирования временных интервалов по схеме фиг. 2 и задании на его информационные входы кодов целых чиселm ИИ , определяющих длительность после- 5 довательно повторяющихся временных интервалов соответственно включенного и отключенного состояний преобразователя 2 переменного напряжения (фиг.2) для следующих случаев а- 2, ь 5; 20 б , в , п 5; г , д -fr,12; л 10; е -fn l2; и 0.

При этом длительность временных интервалов включенного состояния преобразователя 2 кратна t-n , а его отклю-25 ченного состояния кратна п интервалам между соседними управляющими им- пульсами, подаваемыми на управляющие электроды тиристоров 3-8.

На фиг. 5 приведены временные ди- 30 аграммы устройства на фиг. 1 при формировании процесса тормо кения асинхронного двигателя 1 s случае изменения скачком сигнала задания частоты и выполнения блока 10 формирования Bpe-jj менных интервалов по схеме фиг. 2. На фиг. 5 показаны: V,, - сигнал на выходе задатчика 13 частоты; V. - сигнал на выходе цифроаналогового преобразователя 22; V - сигнал на вы- 40 ходе блока 14 сравнения; V, ,V - сигналы на выходах компараторов -16 и 17; , - сигналы на выходах схем 18 и 19 совпадения; V - сигнал на выходе генератора 15; Q,-Qj - 45 сигналы на выходах счетчика 20; , - фазные напряжения питаюV -V 3 8

управляющие им- тиристорах 3-8; V- - им- выходе генератора 9; V, ,

VCB

щей сети; пульсы на

пульсы на выходе генератора 9; V, 50 Vp - сигналы на выходах счетчиков 23 и 24 (фиг. 2); V, - сигнал на выходе блока 10 формирования временных интервалов; VA , V , V - напряжения на фазных обмотках асинхронного дви- 55 гателя 1.

На фиг. 3 изображен вариант выполнения блока 10 формирования времен0

5 0

5

0

ных интерпалов, который содержит узел 34 переключения, узел 35 вьдс- ления временных интервалов и узел 36 чередования временных интервалов. Входы 37 и 38 узла 34 переключения и вход 39 узла 36 чередования временных интервалов являются информационными входаьга блока 10 формирования временных интервалов. Выход узла 36 черезования соединен со входом 40 узла 34 переключения, выход узла 34 переключения соединен со входом 41 узла 35 выделения временных интервалов. Выход 42 узла 35 вьщеления временных интервалов является выходом блока 10 формирования временных интервалов и соединен со входом 43 узла чередования временных интервалов. Вход 44 узла 35 ВЕаделення временных интервалов является входом блока 10 формирования временных интервалов.

Работа устройства для управления асинхронным электродвигателем (фиг. 1) основана на том, что за счет ступенчатой отработки сигнала задания частоты обеспечивается последовательный перевод электропривода по выбранным характеристикам фиг. 4 на требуемую характеристику, например, на характеристику а .

При этом исключается зона скоростей, где двигатель развивает движущий момент, что обеспечивает надежный процесс электрического торможения двигателя.

Устройство работает следующим образом.

В соответствии с сигналом задатчика 13 частоты счетчик 20 устанавливается по истечении некоторого времени в состояние, обеспечивающее равенство сигнала задания частоты и выходного сигнала цифроаналогового преобразователя 22. Данное состояние счетчика 20 обеспечивает на выходе программируемого постоянного запоминающего блока 21 коды чисел m и ь , поступающие на информационные входы блока 10 фop D poвaния временных интервалов, в соответствии с которыми блоком 10 формируются временные интервалы включенного и отключенного состояний преобразователя 2 переменного напряжения.

При этом вектор магнитного поля статора осуществляет прерывистое вращение, что обеспечивает среднюю угловую скорость ротора асинхронного

двигателя, менья1ую ее номинального 3 )ачер)ия.

Кс:ли сигнал задатчика 13, частоты станет больше выходного сигнала циф- роаналогового преобразователя 22, то Hs выходе блока 14 сравн чия появляется положительный сигиа: рассогласо аания под действием которого срабатывает компаратор 17 и его выходной сигнал разрешает прохождение импуль- сов тактового генератора 15 через схему 19 совпадения на прямой счетный вход реверсивного счетчика 20. Счетчик 20 будет изменять свое состояние на единицу в сторону увеличения с частотой следования импульсов тактового генератора 15 до тех пор, пока сигнал с выхода цифроаналогового преобразователя 22 станет равным сигналу задатчика 13 частоты. Б резуль- тате последовательного изменения состояний счетчика 20 из постоянного запоминающего блока 21 последовательно выбираются коды чисел тип, определяго1цие временные интервалы включен 1Ого и отключенного состояний преобразователя 2, что обеспечивает увеличение час7 оты пониженной составляющей наг1р :жения вькоде преоб разоват11пя 2 и поспедовательную p- i6o ту электродвигателя на различных ::а - рактеристиках.

Если сигнал задатчика 13 частоты станет меньше выход1гого С1 гнала пиф- роаналогового преобразователя 22, то на выходе блока 14 сравнения появляется отрицательный сигнал рассогла- сования, под действием которого срабатывает компаратор 16 и его вькод- ной сигнал разрешает прохождение им- Пульсов тактового генератора 15 чере схему 18 совпадения на обратный счетный вход реверсивного счетчика 20 Последний будет изменять .свое состояние на единицу в сторону уменьше- ния с частотой следования тактовых импульсов генератора 15 до момента равенства сигналов с выхода цифро- аналогового преобразователя 22 и задатчика 13 частоты.

Последовательное уменьшение на единицу состояния счетчика 20 обеспечивает последовательную выборку из программируемого постоянного запоминающего блока 21 измененных ко- дов чисел 1 и п , в соответствии с которыми обеспечивается уменьшение частоты пониженной составляющей напряжения на выходе преобразователя 2 и последовательная работа электродвигателя на заданных характеристиках .

Время установления счетчика в состояние, соответствующее сигналу задания частоты, или время работы электродвигателя на промежуточных характеристиках задается частотой следования тактовых импульсов от генератора 15.

Работу устройства рассмотрим на примере электропривода, реализующего семейство характеристик, изображенных на фиг. 4, которые при выполнении блока 10 согласно фиг. 2, задаются указанными числами HI и и , определяющих длительность временных интервалов соответственно включения и отключения состояний преобразователя 2.

В соответствии с выбранными характеристиками запрограммирован постоянный запоминающий блок 21 согласно, таблице, где обозначены: Q,Q , Qj - вьЕходы счетчика 20, являющиеся адресными входами блока 21; - выходы блока 21, определяю- пще число г-п включенных; временных интервалов; Q,,-Q g - выходы блока 21, определяю1ще число н отключенных временных интервалов, t

Пусть в исходном состоянии электропривод работает на естественной характеристике е(фиг. 4) при моменте нагрузки, равном нулю (точка А), что соответствует равенству сигнала V,.j задатчика 13 частоты сигналу V (фиг. 5) на выходе цифроаналогового преобразователя 22 до момента времени t. При этом на выходе блока 14 сравнения (фиг. 1) сигнал рассогласования равен нулю (фиг. 5), выход- ные сигналы У, и V компараторов 16 и 17 также равны нулю, что запрещает прохождению импульсов-V от ге нератора тактовых импульсов 15 через схемы 18 и 19 совпадения на счетные входы реверсивного счетчика 20 (фиг. 1). Поэтому реверсивньй ,ечет- чик 20 находится в состоянии Q,0, , Qg (фиг. 5), что в соответствии с таблицей обеспечивает на выходах программируемого постоянного запоминающего блока 21 коды чисел (т)-12 и , которые поступают на :информационные входы блока 10 (фиг. 1) формирования временных интервалов (информационные входы 30

7

и 31 счетчиков 23 и 24, фиг. 2). Счетчики 23 и 24 (фиг. 2) поочередно будут отсчитывать то количество поступающих на их входы 26 и 27 счетных импульсов от генератора 9 (фиг. 1), которое соответствует указанным числам и и m на информационных входах 30 и 31 соответственно. Эти числа записываются в счетчики 23 и 24 по входам 28 и 29 предварительной записи (фиг. 2) сигналами с выходов 32 и 33 триггера 25 в момент переключения триггера 25 из одного состояния в другое (фиг. 2). Так как число и отключенных временных интервалов равно нулю, то преобразователь 2 постоянно подключен к сети, что обеспечивает работу асинхронного двигателя 1 (фиг. 1) в точке .Л на естественной характеристике е ((2)иг. 4) .

Пусть в момент времени t/j сигнал V,3 (фиг--. 15) на выходе задатчика 13 частоты (фиг. 1) изменяется до уровня, определяющего частоту напряжения на выходе преобразователя, соответствующую работе асинхронного двигателя на характеристике а (фиг. 4 На выходе блока 14 сравнения появляВ момент t счетчик 23 отсчитывает пять импульсов, на его выходе появляется сигнал Vg, равный 1

ется отрицательный сигнал рассогласо-30 RS-триггер 25 переключается в проти- вания V (фиг, 5), под действием которого срабатывает компаратор 16, и его выходной сигнал V,,. обеспечива16

ет прохождение тактовых импульсов от генератора 15 на выход схемы 35 18 совпадения (сигнал V , фиг. 5), Под действием сигнала V , поступающего на обратный счетный вход реверсивного счетчика 20, последний извоположное состояние и в счетчик 24 записывается число гг. 5, поскольку в момент t реверсивный счетчик 20 (фиг. 1) перешел в состояние , , , что в соответствии с таблицей обеспечивает появление на выходах ПИЗУ 21 кодов чисел , В момент tg счетчик 24 производит отсчет пяти импульсов, на его выходе появляется сигнал V равный 1, RS-триггер 35 переключается и в счет- 4iiK 23 записывается число и 5. Счетчик 23 отсчитывает эти пять импульсов до момента t , в который происменяет свое состояние до тех пор, пока сигнал V с выхода цифроана- логового преобразователя 22 не станет равным сигналу V задатчика 13 частоты. При последовательном изменении состояния реверсивного счетчика 20 в соответствии с таблицей из состояния , в состояние , , Q 1 (моменты времени t, t , t ,t, ,t,, фиг. 5) последовательно изменяются коды чисел гпи п на выходах блока 21, в соответствии с которыми счетчики 24 и 23 (фиг. 2) блока 10 формирования временных интервалов осуществляют поочередно счет импульсов от генератора 9 (фиг. 1), Так, в момент времени tg (фиг, 5), соответствующий отсчету счетчиком 24 (фиг. 2)

.

528988

двенадцати импульсов V,

10

t5

20

25

д (фиг. 5), с выхода генератора 9 в счетчик 23 записывается числом 10, поскольку в момент времени t реверсивный

счетчик 20 Тфиг.1) переходит в состояние Q 1, Q,0, Q-, t, что в соответствии с таблицей обеспечивает на выходе блока 21 коды чиселт 12, .

В момент времени tj., соответствующий отсчету счетчиком 23 десяти импульсов, переключается в противоположное состояние RS-триггер 25 (фиг. 2), что обеспечивает запись в счетчик 24 чиcлa tf 6, поскольку в момент времени t реверсивный счетчик 20 (фиг. 1) перешел в состояние , , и на выходе блока 2 сформировались в соответствии с таблицей числа w 6 .

В момент t счетчик 24 ото

считывает 6 импульсов, на его выходе появляется сигнал 1, под действием которого переключается RS-триггер 25, и в счетчик 23 (фиг. 2) записывается число п 5.

В момент t счетчик 23 отсчитывает пять импульсов, на его выходе появляется сигнал Vg, равный 1

30 RS-триггер 25 переключается в проти- RS-триггер 25 переключается в проти-

воположное состояние и в счетчик 24 записывается число гг. 5, поскольку в момент t реверсивный счетчик 20 (фиг. 1) перешел в состояние , , , что в соответствии с таблицей обеспечивает появление на выходах ПИЗУ 21 кодов чисел , . В момент tg счетчик 24 производит отсчет пяти импульсов, на его выходе появляется сигнал V равный 1, RS-триггер 35 переключается и в счет- 4iiK 23 записывается число и 5. Счетчик 23 отсчитывает эти пять импульсов до момента t , в который происходит запись в счетчик 24 числа , поскольку в момент t реверсивный счетчик 20 (фиг. 1) перешел в состояние , , Q,0, что в соответствии с таблицей обеспечивает

появление на выходе блока 21 кодов чисел , .

В момент времени t счетчик 24 отсчитывает три импульса и в счетчик 23 записывается числоь 5, которое будет производить счет импульсов Vg от генератора 9 до момента времени Ц . В момент t реверсивный счетчик 20 перешел в состояние ,

Q,0, Q,1, что в соответствии с таблицей обеспечивает появление на выходах ППЗУ 21 кодов чисел ж 2, до которых производится отсчет импульсов счетчиками 24 и 23, поскольку сигнал V,J2 с выхода цифроаналого- вого преобразователя 22 в момент времени с выхода задатчика

Таким образом, на выходе блока 10 формирования временных интервалов формируется сигнал Vj (фиг, 5), под действием которого узел 11 блокировки разрешает (сигнал равен 1)

t, становится равным сигналу

13 частоты.

или блокирует (сигнал V равен О) прохождение управляющих импульсов Vj-V с выхода блока 12 .фазосмеще- ния и распределения управляющих импульсов на тиристоры 3-8 преобразователя 2.

В соответствии с сигналом V. (фиг. 5) преобразователь 2 с момента tg включен на 12 временных интервалов tj,, кратных интервалу между соседними заправляющими импульсами, и далее отключен на время lOtj,

, отключен на отключен на отключен на отключен па

включен на время 6t 5ti, включен на St, 5t , включен на 3t,, 5t, включен на 2t, 5tf и. далее попеременно включается на 2tu и отключается на St до изменения- сигнала V,j задания частоты.

В результате описанных переключений асинхронный двигатель 1 переходит из точки Л(фиг. 4), соответствующей характеристике е , в точку В на характеристике а путем последовательного перехода по характеристикам (, г , 6 , 6 .

Предлагаемое устройство обеспечивает надежное регулирование скорости асинхронного электропривода в широком диапазоне при формировании пе- реходньгх процессов. Плавность протекания этих процессов зависит от чис- .ла промежуточных механических характеристик и определяется плавностью изменения частоты низкочастотной соезадающиеся числами tr,, п, 37 узла 34 переключения.

тавляющей напряжения на статоре асин- JQ деления временных интервалов q раз хронного двигателя, которая обусловлена структурой блока 10 формирования временных интервалов (фиг. 1). Структура блока 10 формирования временных интервалов определяет емкость блока 21 (фиг. 1). :

При выполнении блока 10 формирования временных интервалов в виде схемы на фиг. 3 плавность изменения

55

повторяются временные интервалы,

на входе затем q

раз временные интервалы, задающиеся числами m,j и 2 на входе 38 узла 34, далее снова q раз числами IT. , t и т.д. . .

Принцип работы устройства (фиг.1) в случае выполнения блока 10 формиро

ю

52898

частоты вьпяе,

(О чем в случае

выполнения блока 10 в виде схемы фиг. 2. Это обусловлено тем, что блок 10 формирования временных интервалов по схеме фиг. 3 позволяет чередовать временные интервалы двух соседних кодов чисел т, п,. и , ti, соответственно q и q раз, и позволяет сформировать промежуточные частоты на выходе преобразователя 2 по отношению к частотам, формируемым блоком 10, выполненным по схеме фиг. 2,

5

0

5

5

исходя из чисел ьп, п

и t,, hj

0

отдельности. Таким образом, выбирая число чередований q и q, временных интервалов, определяемых парами чисел т, п и „,,1-1 , можно значительно повысить плавность изменения частоты низкочастотной составляющей, а тем самым и плавность протекания переходных процессов. При этом структура предлагаемого устройства не изменяется, а увеличивается лишь емкость блока 21 (фиг. 1), так как для каждо- 5 го адреса блока 21, определяемого состоянием реверсивного счетчика 20, расширяется количество информационных выходов (по сравнению со схемой блока 10, фиг. 2), необходимых для зада 23 работает следующим образом. На выходе 42 узла 35 выделяются временные интервалы, определяющие включенное и отключенное состояния преобразователя 2 (фиг. 1) в соответствии с информацией (числа (-П и h ), поступающей на его вход 41 с выхода узла 34 переключения. Узел 34 переключения обеспечивает переда- д чу информации, поступающей на его вход 37 (числа i-n ,, и h ) или на его вход 38 (числа и ь ) в зависимости от уровня сигнала на его входе 40, который формируется на выходе узла 36 под действием информации на входе 39 (числа q и q ) и сигнала с выхода 42 блока 35 вьщеления временных интервалов, поступающего на его вход 43, т.е. на выходе узла 35 выния чисел гп п и q , Устройство на фиг.

задающиеся числами tr,, п, 37 узла 34 переключения.

JQ деления временных интервалов q раз

55

повторяются временные интервалы,

на входе затем q

раз временные интервалы, задающиеся числами m,j и 2 на входе 38 узла 34, далее снова q раз числами IT. , t и т.д. . .

Принцип работы устройства (фиг.1) в случае выполнения блока 10 формирования временных интервалов по схеме фиг. 3 не отличается от принципа действия, подробно описанному, для случая выполнения блока 10 по.схеме фиг. 2.

Изобретение позволяет обеспечить плавное регулирование скорости асинхронного электродвигателя в широком диапазоне при формировании различных переходных режимов путем дополнения к серийным преобразовател м малогабаритного блока, затраты на изготовление которого составляет малую долю стоимости преобразователя, или вклю- этого дополнительного устройст аа ;5 состав вновь разрабатывае. -пэтх поеобоазователей.

Формула изобретени

Устройство для управления асинхронным элeктpoдвигaтeлe, содержа- щее преобразователь переменного напряжения, выполненный в виде встречно-параллельно соединенных тиристоров, включенных между зяжимамк торных обмоток электродвигатспя и зажимами для подключения к пи- ающей сети, за.чатчик частоты, последовательно соединенные между собой ге ера-30 входу реверсивного счетчика, выходы

тор импульсов, сйнхрони;;ированг1ЬП .которого связаны с входами цифроанас напряжением питающей сети, блоклогового преобразователя и адресными

формирования временных интервалов свходами программируемого постоянного

информационными входами, узел блоки-запоминакнцего блока, выходы которого

ровки и блок фазосмещения и распреде- связаны с информационными входами

ления управляющих ш-1пульсоБ, выходыблока формирования временных интеркоторого подключены к управляющимвалов.

5

з.пектролам тиристоров преобразователя nepe.MiniHoro напряжения, о т л и - ч .а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности регулирования в переходных процессах, в него введены программируемый постоянный запоминающий блок, реверсивный счетчик с пря- мы.м и обратным счетными входами, генератор тактовых импульсов регулируемой частоты, цифроаналоговый преобра- зова1 ель, блок сравнения, два компаратора к две схем i совпадения, первый вход блока сравг- ения подключен к выходу задатчика -. -тоты, а второй вход соединен с выуг,дом цифроаналогового преобразователя, пыход блока сравнения соединен с объединенными входами обоих компараторов, выход первого компаратора соединен с первым входом первой схемы ..овпадения, выход второго компаратора соединен с первым входом второй схемы совпадения, вторые входы обеих схем совпадения объединены и подключены к выходу 5 генератора тактопых импульсов, выход п эррой схем сиой гцеьия лодключен к прямому счетному входу реверсивного счетчика, выход гторой схемы совпадения подключен .к оСратн- му счетному

0

Фиг. 2

-2.0 -16 -12 -0.8 -0.4 0 О.Ч 0,8 1.2 1.6 2.0 М/М

Фиг.

%.г

22

/3

,

Uis Uis

U,7

U,g U

fl;

Si

a-.

,Uca,Uoc 3

& %

Ui, t/7

Us

B

i/s Уя Узз

-I 1-1

JLULLULUdl

4&7

шипи

ДWin

I1 1

II Illim

6U ,

rVYYV YYY

jrZ3П1

I1 11

iiiiinu

HI I nil

тип

,

Ын

5t

5tH

Пн

5и

г

Sttf

2У

ЧА,Ив.

У:

т

iet-1 tg 5 fw ff «72 re in 0уг.5

X)0

iXX

V

А

Составитель С. Позднуков Редактор П. Коссей Техред В.КадарКорректор М. Самборская

--. - « - - - - - - - - - - - -- - ,

Заказ 4629/55 Тираж 631Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4