Электропривод переменного тока Советский патент 1989 года по МПК H02P5/28 H02P5/40 

Физ.1

Изобретение относится к электро- гхнике, а именно к автоматизирован- эму электроприводу переменного тока, И; может быть использовано в электро- п)эиводах подъемно-транспортных машин, i Цель изобретение - расширение диапазона регулирования скорости в широких пределах нагрузки.

На фиг.1 приведена блок-схема, электропривода переменного тока; на ф1г.2 - блок-схема измерителя периода; на фиг.З - принципиальная схема измерителя периода; на фиг,4 - принципиальная схема узла переключения режимов; на фиг.5 - зависимости вы- хэдного напряжения переключаемого функционального преобразователя на- п эяжения от входного напряжения для дзигательного (Д) и генераторного (Г) ргжимов; на фиг.6 - зависимости вход- нэго (а) и выходного (б) напряжений упомянутого функционального преобра- зэвателя от частоты вращения двигате- Л1 для двигательного (д) и генератор- ного (г) режимов; на фиг.7 - временные диаграммы напряжений основных узлов схемы, поясняющие работу устройства; на фиг.З - временные диа- гэаммы напряжений основных узлов схё- мы измерителя периода; на фиг.9 механические.характеристики электро- пэивода.

Электропривод переменного тока содержит асинхронный двигатель 1 (фиг.1 с фазным ротором, замкнутым на резисторы. Статорная обмотка асинхронного двигателя подключена к выходу тирис- торного регулятора 2 напряжения, выполненного симметричным. К управляю- иему входу тиристорного регулятора 2 Подключен выход блока 3 фазового управления, снабженного вторым входом. Электропривод содержит датчик k об- р|атной связи.по частоте вращения с Цетырьмя входами, два из которых под Цлючены к двум фазам обмотки ротора синхронного двигателя, а выход датчика k соединен с одним из входов с|умматора 5, второй вход которого Нодключен к выходу блока 6 задания Цастоты вращения.

Датчик k обратной связи по частоте вращения составлен из последовательно соединенных делителя 7 напря- Цения, установленного на входе датчика 4, полосового фильтра 8, ком- Наратора 9, измерителя 10 периода И переключаемогр функционального пре

5

0

5 0

5

0

5

0

5

образователя 11 напряжения, выход которого является выходом датчика 4. Измеритель 10 периода и переключаемый функциональный преобразователь

11снабжены вторыми входа.ми, образующими третий и четвертый входы датчика А.

В электропривод введены демпфер

12и узел 13 переключения режимов. Вход демпфера 12 подключен к выходу сумматора 5, а выход - к первому входу блока 3 фазового управления и к входу узла 13 переключения режимов. Выход узла 13 соединен с вторым входом блока 3 и с третьим и четвертыми входами датчика 4..

Измеритель 10 периода содержит последовательно включенные узел 1 временной задержки (фиг.2), первый формирователь 15 импульсов, измерительный интегратор 1б, второй вход которого образует третий вход датчика . Выход измерительного интегратора 1б подключен к устройству 17 вы-, борки и хранения, выход которого является входом переключаемого функционального преобразователя 11 напряжения. Второй вход устройства 17 выборки и хранения соединен с выходом формирователя 18 импульсов, вход которого соединен с выходом компаратора 9 и образует вход измерителя 10 периода.

Формирователи 18 и 15 импульсов и узел 1 временной задержки, вход кот торого соединен с выходом компаратора 9, собраны на базе операционных уси.- лителей 19, 20 и 21 (фиг.З) соответственно, включенных по схеме компараторов. Измерительный интегратор 1б ., реализован на базе операционного уси,- лителя 22, включенного по схеме интегратора с изменяемой скоростью нарастания выходного сигнала. Устройство 17 выборки и хранения содержит запоминающую емкость 23, подключенну|о на вход повторителя 2 напряжения и. на выход измерительного интегратора 1б периода посредством полевого транзистора 25.

Узел 13 переключения режимов вы- . полней на операционном усилителе 26 (фиг.) по схеме компаратора с положительной обратной связью и транзисторном ключе 27.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал Ер асинхронного двигателя 1 поступает на вход датчика . Делитель 7, входящий в состав датчика, осуществляет согласование уровней Ер и входного напряжения полосового фильтра 8. Полосовой фильтр 8 предназначен для выделения 1-й гармоники прямой последовательности сигнала Е , частота Которого изменяется по следующему закону:.

в двигательном режиме

f fc-S ,

в генераторном режиме (противо- включение)

f (2 - S) ,

где fj. - частота напряжения сети; S - скольжение.

С выхода полосового фильтра 8 сигнал, близкий к синусоидальному, по ступает на вход компаратора 9, который преобразует сигнал синусоидальной формы в прямоугольный. Сигнал с выхода компаратора 9 поступает на вход измерителя 10 периода. Измеритель 10 периода предназначен для преобразования входного прямоугольного сигнала в напряжение постоянного ,, уровня, пропорциональное периоду входного сигнала.

Принцип измерения основан на фиксации линейно нарастающего напряжения на выходе измерительного интегратора 1б через интервал времени, равный периоду входного сигнала, и пог следующем сбросе измерительного интегратора 16 до Ubbix 0. Поскольку пе-. риод входного сигнала в интервале рабочих частот двигательного и генераторного режимов существенно различен, необходимо изменять скорость нарастания выходного сигнала измерительного интегратора 1б. Увеличение скорости нарастания выходного сигнала

10

20

ратора 1б через интервал времени, рав равный периоду входного сигнала.

Полевой транзистор 25 операционного усилителя 2k осуществляет кратковременное подключение запоминающей емкости 23. При его отключении ем-. кость 23 сохраняет величину выходного напряжения измерительного интегратора 1б, разряжаясь только через сопротивление закрытого транзистора 25, которое достаточно велико, поэтому сигнал на выходе измерителя 10 периода является-постоянным при неизменном J5 периоде входного сигнала. Прямоугольный сигнал с выхода компаратора 9 поступает на формирователь 18 импуль- сов и узел И временной задержки. Формирователь 18 импульсов собран на базе операционного усилителя 19, включенного по схеме компаратора. Сигнал с выхода компаратора 9 через дифференцирующую цепочку поступает на вход компаратора 19, на выходе которого формируются положительные импульсы длительностью 0,5 мс, используемые для открытия ключа в устройстве 17 выборки и хранения.

Узел 14 временной задержки собран, на базе операционного усилителя 21, включенного по схеме компаратора. Сигнал с компаратора 9 через интегрирующую цепочку поступает на вход компаратора 21, на выходе которого формируется меандр, задержанный относительно входного сигнала в пределах 0,5 мс.

Формирователь 15 импульсов собран по такой же схеме, как и формирователь 18 импульсов. С выхода формирователя 15 импульсов короткие положительные импульсы поступают на транзисторный ключ интегратора 1б, который осуществляет разряд емкости изме25

30

35

40

измерительного интегратора 1б а гене- рительного интегратора 1б через вре- раторном режиме обеспечивается вклю- мя 0,5 мс после запоминания выходного

значения в устройстве 17 выборки и

хранения.

чением ключа на входе усилителя 22. Ключ, выполненный на полевом транзисторе, .шунтирует резистор RC-цепочки измерительного интегратора 1б. Включение ключа происходит от логического сигнала узла 13 переключения режимов.

На входе измерительного интегратора 1б присутствует опорное напряжение -10 В, получаемое на стабилитроне.

Устройство 17 выборки и хранения запоминает достигнутое значение выходного сигнала измерительного интег50

55

Далее сигнал поступает на переключаемый функциональный преобразователь 11 напряжения, назначение которого состоит в получении сигнала в виде постоянного напряжения, линейно зависящего от скорости вращения двигателя как в двигательном, так и в генераторном (противовключение) режи. мах, т.е. сигнал, эквивалентного сигналу тахогенератора.

0

0

ратора 1б через интервал времени, рав- равный периоду входного сигнала.

Полевой транзистор 25 операционного усилителя 2k осуществляет кратковременное подключение запоминающей емкости 23. При его отключении ем-. кость 23 сохраняет величину выходного напряжения измерительного интегратора 1б, разряжаясь только через сопротивление закрытого транзистора 25, которое достаточно велико, поэтому сигнал на выходе измерителя 10 периода является-постоянным при неизменном 5 периоде входного сигнала. Прямоугольный сигнал с выхода компаратора 9 поступает на формирователь 18 импуль- . сов и узел И временной задержки. Формирователь 18 импульсов собран на базе операционного усилителя 19, включенного по схеме компаратора. Сигнал с выхода компаратора 9 через дифференцирующую цепочку поступает на вход компаратора 19, на выходе которого формируются положительные импульсы длительностью 0,5 мс, используемые для открытия ключа в устройстве 17 выборки и хранения.

Узел 14 временной задержки собран, на базе операционного усилителя 21, включенного по схеме компаратора. Сигнал с компаратора 9 через интегрирующую цепочку поступает на вход компаратора 21, на выходе которого формируется меандр, задержанный относительно входного сигнала в пределах 0,5 мс.

Формирователь 15 импульсов собран по такой же схеме, как и формирователь 18 импульсов. С выхода формирователя 15 импульсов короткие положительные импульсы поступают на транзисторный ключ интегратора 1б, который осуществляет разряд емкости изме5

0

5

0

Далее сигнал поступает на переключаемый функциональный преобразователь 11 напряжения, назначение которого состоит в получении сигнала в виде постоянного напряжения, линейно зависящего от скорости вращения двигателя как в двигательном, так и в генераторном (противовключение) режи. мах, т.е. сигнал, эквивалентного сигналу тахогенератора.

j Томки излома на графике зависи- мЬсти выходного напряжения функцио- н|ального преобразователя от частоты вЬащения (фиг,66) соответствуют точ- К|ам 1 и 2 изменения коэффициента уси- на фиг.5.

Переключение коэффициента усиления напряжения смещения в преобразоваШ

20

25

и

теле 11 напряжения происходит при

включении- соответствующих полевых

транзисторов, работающих в режиме

кпюча.

С выхода датчика k сигнал поступает на вход сумматора 5, где алгебрам- jj чески складывается с сигналом Слока 6 задания. Результирующее на- гряжение с выхода сумматора 5 поступает на демпфер 12, являющийся одновременно фильтром низких частот, не- сбходимый для сглаживания ударов в ионтуре регулирования и подавления высокочастотных шумов и помех. 0т- (|ильтрованный сигнал с выхода демп- (|ера поступает на вход узла 13 переключения режимов и на блок 3 фазового управления тиристоров регулятора напряжения „ с

Узел 13 переключения режимов предназначен для преобразования амалого- зО iioro сигнала в логический в соот- петствии с полярностью выходного напряжения сумматора 5.

Логический сигнал с узла 13 пере- (слючения режимов поступает, на второй преобразователя 11 напряжения, обеспечивая переключение коэффициен- а усиления и напряжения смещения, на второй вход измерителя 10 периода, обеспечивая изме йение скорости нарастания выходного сигнала измерительного интегратора 1б, и на блок 3 фазового управления, осуществляя пе- |эеключение каналов управления соот ветствующей группы тиристоров. Тем самым узел 13 переключения режимов с датчиком 4 обеспечивает автоматический переход электропривода из пер- бого, квадранта во второй и работу в нем..

Назначение блока 3 состоит в фа- зоимпульсном управлении и синхрониза- ции с сетью работы тиристоров. Блок 3 представляет собой многоканальную полупроводниковую систему, работающую по вертикальному принципу, выполненную на аналоговых микросхемах.

15293928

транзисторах и тиристорных оптро- : нах. С выхода блока 3 сигнал поступает на тиристорный регулятор 2, ко- -торый управляет работой двигателя 1.

Таким образом, изобретение обеспечивает расширение диапазона регулирования частоты вращения в широких пределах изменения нагрузки как положительной, так и отрицательной.

35

40

45

50

55

Формула изобретения

ЭлектропривЬд переменного тока, содержащий асинхронный двигатель с фазным ротором, тиристорный регулятор напряжения в цепи обмотки статора с блоком фазового управления, сумматор, один :вход; которого соединен с выходом задатчика частоты вращения, а другой - с выходом датчика обратной связи по частоте вращения, образованным выходом переключаемого функцио-, нального преобразователя напряжения, вход упомянутого датчика обратной связи соединен о одной из фаз обмотки ротора асинхронного двигателя, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования в широких пределах изменения нагрузки, в него введены демпфер и узел переключения режимов, тиристорный регулятор напряжения выполнен симметричным, блок фазового управления снабжен вторым входом, .датчик обратной связи - тремя входами, ;один из которых соединен с второй фазой обмотки ротора асинхронного двигателя, в упомянутый датчик введены последовательно соединенные делитель напряжения, входы которого образуют упомянутые два входа датчика, полосовой фильтр, компаратор, измеритель периода с вторым входом, образующим третий вход датчика, выходом подключенный к первому входу преобразователя напряжения, снабженного вторым входом, образующим четвертый вход датчика обратной связи, вход демпфера подключен к выходу сумматора, а выход - к первому входу блока фазового управления и входу узла переключения режимов, выход которого Соединен с вторым вхо-- дом блока фазового управления и треть - им и четвертым входами датчика обратной связи по.частоте вращения.

0

5

j

О

5

0

5

0

5

Формула изобретения

ЭлектропривЬд переменного тока, содержащий асинхронный двигатель с фазным ротором, тиристорный регулятор напряжения в цепи обмотки статора с блоком фазового управления, сумматор, один :вход; которого соединен с выходом задатчика частоты вращения, а другой - с выходом датчика обратной связи по частоте вращения, образованным выходом переключаемого функцио-, нального преобразователя напряжения, вход упомянутого датчика обратной связи соединен о одной из фаз обмотки ротора асинхронного двигателя, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования в широких пределах изменения нагрузки, в него введены демпфер и узел переключения режимов, тиристорный регулятор напряжения выполнен симметричным, блок фазового управления снабжен вторым входом, .датчик обратной связи - тремя входами, ;один из которых соединен с второй фазой обмотки ротора асинхронного двигателя, в упомянутый датчик введены последовательно соединенные делитель напряжения, входы которого образуют упомянутые два входа датчика, полосовой фильтр, компаратор, измеритель периода с вторым входом, образующим третий вход датчика, выходом подключенный к первому входу преобразователя напряжения, снабженного вторым входом, образующим четвертый вход датчика обратной связи, вход демпфера подключен к выходу сумматора, а выход - к первому входу блока фазового управления и входу узла переключения режимов, выход которого Соединен с вторым вхо-- дом блока фазового управления и треть - им и четвертым входами датчика обратной связи по.частоте вращения.

От

18

Изобретение относится к электротехнике, может быть использовано в приводах подъемно-транспортных машин. Целью изобретения является расширение диапазона регулирования в широких пределах изменения нагрузки. В электроприводе переменного тока датчик 4 обратной связи по частоте вращения содержит делитель 7 напряжения, полосовой фильтр 8, компаратор 9, измеритель 10 периода, переключаемый функциональный преобразователь 11 напряжения. Переключение преобразователя 11 и блока 3 фазового управления осуществляется благодаря наличию узла 13 переключения режимов двигателя. Демпфер 12, являющийся одновременно фильтром низких частот, обеспечивает сглаживание ударов в контуре регулирования и подавление высокочастотных шумов и помех. 9 ил.

0lfS.Z

фие.

/J

ФиеЛ

Фие.5

Фие.6

fl Пс

Фие.7