Способ регулирования скорости асинхронного электропривода Советский патент 1988 года по МПК H02M5/02 

1376212

- любое натуральное число, где п удовлетворяющее неравенству

, X

k -,- ,

количество временных интервалов, в течение которых преобразователь находится в отключенном состоянии.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для регулирования скорости асинхрон.- ных двигателей.

Целью изобретения является повы- шение плавности регулирования и уменьшение колебаний скорости электропривода.

На фиг. 1 изображен годограф вектора напряжения статора асинхронно- го двигателя; на фиг. 2 - структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ; йа фиг. 3 - диаграмма состояний элементов устрой

ства.

В асинхронном двигателе 1, включенное состояние преобразователя 2 чередуют с отключенным состоянием. Векторы ОА, ОВ, ОС представляют собой векторы напряжения статора дви- гателя 1 в начале периода его включенного состояния J в конце этого периода и в конце периода отключенного состояния соответственно (фиг. 1) Кроме того, показаны фиг. 2 также угол равномерного поворота вектора напряжения статора двигателя за период в ключенного состояния (угол между векторами ОА и ОВ); Л(/, dv - углы смещения вектора на- пряжения за период отключенного состояния углы между векторами напряжения (5в и ос).

Устройство . 2) содержит асинхронный двигатель |, силовую часть преобразователя 2, состоящую из трех пар встречно-параллельно соединенных .тиристоров 3-8, включенных между зажимами питающей сети и обмотками статора двигателя 1, ге- нератор 9 синхронизируюп импульсов блок 10 выделения временных интервалов, блок П чередования временных интервалов, два блока 12 и 13 переключения, узел S4 блокировки управля ющих импульсов, блок 15 фазосмеще

5

0 5 0

5 Q

ния и распределения управляющих импульсов, а также узел 16 задания чисел предварительной записи. Блок 10 вьщеления временных интервалов содержит два счетчика 17 и 18 и RS- триггер 19, Блок И выполнен аналог гично блоку 10 и содержит счетчики

20и 21 и ЕБ-триггер 22. Блок 12 переключения содержит схемы 23 и 24 совпадения и собирательную схему 25, а блок 13 переключения содержит схемы 26 и 27 совпадения и собирательную схему 28. Счетчики 17, 18, 20,

21имеют соответственно счетные входы 29-32, входы 33-36 предварительной записи и информационные входы 37-40. При этом счетные входы 29 и

30объединены и подключены к выходу генератора 9 импульсов, синхронизированных с напряжением питающей сети. Инверсный 41 К3 триггера

19 соединен с входом 33 предваритель- нрй записи счетчика 17, Выход последнего соединен с S-входом 42 триггера 19, а его R-вход 43 подключен к выходу счетчика 18. Прямой выход 44 триггера 19 соединен с входом 34 предварительной записи, входом узла 14 блокировки управляющих импульсов и с объединенными счетными входами

31и 32 счетчиков 20 и 21 блока 11 чередования временных интервапов. Выходы счетчиков 20 и 21 соединены соответственно с Б-входом 45 и R- входом 46 триггера 22. Инверсньй выход 47 триггера 22 соединен с входом 35 предварительной записи счетчика 20, входом 48 схемы 24 совпадения блока 12 переключения и входом 49 схемы 27 совпадения блока 13 переключения. Прямой выход 50 триггера

22соединен с входом 36 предварительной записи счетчика 21, входом 51 схемы 23 совпадения блока i2 переключения и входом 52 схемы 26 совпадения блока 13 переключения. Входы

53 и 5А схем 27 и 26 совпадения блока 13 переключения подключены соответственно к выходам 55 и 56 узла 16 задания чисел предварительной записи, а выходы схем 26 и 27 совпадения соединены с входами собирательной схемы 28. Входы 57 и 58 соответственно схем 24 и 23 совпадения блока 12 переключения подключены-к выходам 59 и 60 узла 16 задания чисел предварительной записи, а выходы схем 23 и 24 совпадения соединены с входами собирательной схемы 25. Выходы соби- рательных схем 25 и 28 соединены соответственно с информационными входами 37 и 38 счетчиков 17 и 18 блока 10 выделения временных интервалов. Ъыхор л 61 и 62 узла 16 задания чисел предварительной записи подключешл соответственно к информационным входам 40 и 39 счетчиков 20 и 21 блока 1I чередования временных интервалов. Выходы блока 15 фазосмеще- имя и распределения управляющих им- пульсов соединены с управляющими электродами тиристоров 3-8 преобразователя 2, а вход блока 15 подклю- чен к выходу узла 14 блокировки управляющих импульсов.

Диаграмма состояний (фиг. З) элементов устройства при формировании заданной частоты приведена для случая 1п,4, п,5, q, l, in,, п., также показаны следующие сигналы: UCA , Uci , и ее - фазные напря- жения питакадей сети; U -U - управ- лякяцие импульсы на тиристорах 3-8, которые поступают с блока 15 фазо- смещения и распределения управляющих импульсов; U - импульсы на выходе генератора 9, синхронизированные с частотой питающей сети; U U 45, U45S 41 сигналы на выходах 42, 43 45 и 46, соответственно счетчиков 17, 18/20 и 2.

Прин1Ц1п действия предлагаемого способа заключается в следующем.

При переключениях преобразователя 2 за первые (m -i-n ) q временш 1х интервалов годограф вектора напряжения статора.асинхронного двигателя 1 поворачивается на угол

причем

ау, Ц, U),a/rf,;

4t,(ra,+n,),

(3)

где tp - значение временного интервала.

За последующие (m,j+n,) временны интервалов годограф вектора напряжения статора поворачивается на угол

d(/j u),.4tj;(4)

причем

W, ,

dt4 (inj+n, ) .

(5)

(6)

Средняя угловая скорость поворота вектора напряжения статора двигателя 1 эа время с учетом (1)- (6) равна

JVi+dj 2.

2 TF ;i2ii24l3jJ:i B i }- l3if 1. (7)

Tmi+n7JqL,(i,

Поскольку последовательность включений и отключений преобразователя 2 одинакова за каждые {т ,+п:, )q + +(тj+nг)q, временных интервалов, то величину л Ыд, , ,, можно принять равной средней скорости поворота вектора напряжения за время )p, где р - любое натуральное число. Поэтому согласно (7) и с учетом равенства fJ ijj/2 н заданная частота представ- ляетс я формулой

f,(mi-«-n..)qj+fa(m,+ni)q} /„ч

3- -T5t+5 7t-f T57n-jq;-- («)

Выбор чисел q, и q чередований можно рассмотреть на следующем примере .,

Положим п,5; f,/3fc - 0,333fc; in, n, ,4f.

Тогда в соответствии с (2)

.l/3(4+5) Y ()q,

- T +57q +T4+6Tq , . Saljqa. f , 5q- i+T05;

Задавая различные пары значений q и q, с помов ью (9), получаем следующую таблицу.

Используя эту таблицу, можно по- добрать числа q/и q переключений. Например, если заданная частота f, 0,38fc, то следует выбрать q 1 и

.

Таким образом, для получения на статоре двигателя 1 составляющей на пряжения частотой ,38f следует согласно предлагаемому способу производить следующие действия (исходя из чисел П1,4; п,5; q, l; ,4; ), включают преобразовател 2 на время 4t „, далее отключают на время 5t, затем включают на время 4t, отключают на время 6tn, включают на время 4t и отключают на вре мя bt|, а далее включенные и отключенные состояния преобразователя 2 периодически повторяются аналогичным образом.

Значение временного интервала t „ выбирают кратным интервалу между соседними управлякмцнми импульсами. Например, для преобразователя 2 (фиг.2) можно выбрать где Тс - период сетевого напряжения

Каждую из частот f , и f, определяемых первой и второй парами временных интервалов соответственно, возможно выбирать согласно соотношения

(I-EK

т+п

(iO)

е fc ип

К частота питающей сети; количества временных интер- валовJ в течение которых преобразователь 2 находится ас включением и отключенном состояниях соответственно;

любое натуральное число, удовлетворяющее неравенству

к . К -g(11)

Для схемы преобразователя (фиг,1) интервал между соседними управляющими импульсами равен 1/6Тс. Принимая временной интервал равный интервалу между соседними управляющими импульсами, получаем

1

2н

t,i/6T. (12)

5 0 5

0

5

Работа устройства для реализации способа основана на том, что путем коммутации по определенному закону обмото,к статора асинхронного двига теля обеспечивается прерывистое вращение вектора магнитного поля статора. При зтом вращение ротора асин хронного двигателя происходит с угловой частотой, меньшей ее номинального значения.

Устройство {работает следующим образом.

От узла 16 задания чисел предварительной записи на входы 39 и 40 . счетчиков 20 и 21 постоянно подаются коды чисел q и q , соответственно равные 1 и 2, а на входы 54, 53, 58, 57 схем 26, 27, 23, 24 совпадения постоянно подаются коды чисел m ,, m J, n равные 4,

1 Ч 1)

4

n,, соответственно , , 6 (фиг.

2).

0

5

0

5

Допустим, что в момент времени tp (фиг, З) на прямых выходах 44 и 50 триггеров 19 и 22 имеется сигнал 1, а на их инверсных выходах 41 и 47 - сигнал Тогда на информа- ционные входы 37 и 38 счетчиков 17 и 18 блока 10 выделения временньгх интервалов подаются соответственно коды чисел 5 и Счет импульсов от генератора 9 осуществляет счетчик 18, поскольку на его вход 34 предварительной записи подается сигнал I с выхода 44 триггера 19,

В момент времени t, соответствующего отсчету счетчиком 18 количества импульсов, заданных по его входу 38, т.е. четырех импульсов, на выходе счетчика 18 появляется сигнал 1, переключающий триггер 19 в противоположное состояние, т.е. на его выходе 44 появляется сигнал О, а на выходе 41 - сигнал I, С этого м&мента времени сигнал вихода узла

14 блокирует управляющие импульсы с выхода блока 15 и асинхронный двигатель 1 отключается от сети.

Счетные импульсы от генератора 9 начинает считать счетчик 17, поскольку на его вход 33 предварительной записи подается сигнал 1 с выхода 41 триггера 19, а счетчик 18 блокируется по входу 34 предваритель ной записи сигналом О с выхода.44 триггера 19. В момент времени t, соответствующего отсчету счетчиком 17 количества импульсов, заданных по его информационному входу 37, т.е. пяти импульсов, на выходе счетчика 17 появляется сигнал 1 переключающий триггер 19 в первоначальное состояние, т.е. на его вькоде

44 появляется сигнал 1 , а на выходе 41 сигнал О. В момент t переключения триггера 19, когда сигнал на его выходе 44 изменяется из О в I, счетчик 21 блока 11 чередования временных интервалов производит счет одного импульса по счетному входу 32, поскольку на его вход 36 предварительной записи подается разрешающий сигнал 1 с выхода 50 триггера 22. Счетчик 20 в этот момент не изменяет свое состояние, поскольку он заблокирован сигналом О с выхода 47 триггера 22, подан- ным на вход 35 предварительной записи.

На информационный вход 40 счетчика 21 подается код числа I, поэтому при изменении состояния счетчика на единицу на его выходе появляется сигнал 1, который переключает триггер 22 в противоположное состояние, т.е. на его выходе 47 появляется сигнал I, а на выходе 50 сигнал О. В результате переключения триггера 22 на информационные входы 37 и 38 счетчиков 17 и 18 блока 10 выделения временных интервалов подаются коды чисел 6 и 4 соответственно. Под действием сигнала 1 с выхода 44 триггера 19 узел 14 вырабатывает сигнал, разрешающий подключение управляющих импульсов на тиристоры 3-8 преобразователя 2, и асинхронный двигатель 1 подключается к сети до момента tj, соответствующего отсчету счетчиком 18 очередных четырех импульсов и появлению на его выходе сигнала 1, под действием которого по Е-входу 43 триггер 11

20

25

изменяет свое состояние на противоположное. Счет импульсов от генератора 9 производится счетчиком 17 до момента времени t, соответствующего отсчету им шести импульсов и появлению на его выходе сигнала 1, переключающего триггер 19 в состояние, когда на его выходе 41 появляется сиг- 10 нал О, а на выходе 44 сигнал 1. Кроме того, в момент t счетчик 20 производит отсчет одного импульса, т.е. изменяет свое состояние на единицу. С момента t до момента tj 15 счетчик 17 производит отсчет очередных четырех импульсов, после чего на его выходе появляется сигнал , который переключает триггер 19 в состояние, когда на его выходе 41 сигнал 1, а на выходе 44 сигнал

0

5

5

5

0

5

0

О.

В момент t g счетчик 17 отсчитывает шесть импульсов от момента tj, на его выходе появляется сигнал 1, под действием которого переключается триггер 19. Сигнал на выходе 44 триггера 19 изменяется из О в I, поэтому счетчик 20 изменяет свое состояние еще на единицу и, поскольку на его информационный вход 39 подан код числа 2, на его выходе появляется сигнал 1, который переключает по S-входу 45 триггер 22 в состояние, когда на его выходе 50 сигнал I. Устройство возвращается в исходное состояние, соответствующее to и процесс полностью повторяется.

Таким образом, на время, соответст- вую1Г{ее интервалам .,, , (фиг. З) асинхронный двигатель подключается к сети через тиристоры 3-8 преобразователя 2, а на время, соответствующее интервалам , tj-t, tj-t отключается от сети.

Работа схемы (фиг. 2) при параметрах т,4; п,5; q,l; формирует согласно выражения (8) заданную частоту Г,0,38Г,,, что обеспечивает работу электропривода с соответствующей заданной скоростью.

Таким образом, предлагаемый способ регулирования скорости асинхронного электропривода и устройство для его осуществления позволяют обеспечить плавное регулирование скорости в щи- роком диапазоне путем дополнения к серийным преобразователям малогабаритного устройства затраты на создание которого составляют малую долю

стоимости преобразователя, или вклю- ства в состав вновь разрабатываемых чения этого дополнительного устрой- преобразователей.

УЛ

3

Us

5 Ui,

Uy

6

(Jd

««

«5

UfO

UA

IL

JL

IHl

nn

I 1 I

пгзг п

1 I I

f I I

(} ItflJ fl fl Д ngfl tit J fl л Bfl я nfl I it I I 1 i 8 i П П ILJL

JL

J

ITltn

П72 tn ,

пг fn

A

V

7

. К

17

Л

N7

/77/ //y

|V7

r

c

L

I

VI

/e ;

/.

/N r

%

.Ч

иг.З

JL

IHl

I 1 I

1 I I

JL

J

П72 tn ,

пг fn

/77/ //y

J

1

|V7

r

v

r

r

.Ч

к

t6

иг.З