Реверсивный асинхронный электропривод Советский патент 1990 года по МПК H02P7/36 

кий элемент И 6, усилитель 7, управляемый ключевой элемент 8, генератор 9 опорного напряжения, зэдатчик 10, логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 11, пороговые элементы 12, 13, блок 1 гальванической развязки, симистор 15, датчик 16 частоты вращения, конденсатор 17, насыщающийся дроссель 18, трехфазный мостовой выпрямитель 13, датчик 20 тока, задатчик 21 частоты вращения и переключатель 22 знака. Использование в устройстве двух регуляторов напряжения - симистора 15

399514

и мостового выпрямителя 19 с ключевым элементом 8 - и системы взаимосвязанного их управления позволяет за счет уменьшения токов обратной последовательности в oflHo0a3HqM конденсаторном решении и сохранения на неизменном уровне среднего значения выпрямленного тока улучшить энерге- Q тические показатели электропривода. Регулирование напряжения на несущей частоте при этом позволяет повысить быстродействие системы регулирования частоты вращения электродвигателя. 1 . 3 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в реверсивном автоматизированном асинхронном электроприводе в устройствах перемещения ленточных носителей информации. Целью изобретения является повышение энергетических показателей и быстродействия. Реверсивный асинхронный электропривод содержит трехфазный электродвигатель 1, регулятор 2 частоты вращения, регулятор 3 тока, блок 4 модуля, нуль-орган 5, логический элемент И 6, усилитель 7, управляемый ключевой элемент 8, генератор 9 опорного напряжения, задатчик 10, логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 11, пороговые элементы 12,13, блок 14 гальванической развязки, симистор 15, датчик 16 частоты вращения, конденсатор 17, насыщающийся дроссель 18, трехфазный мостовой выпрямитель 19, датчик 20 тока, задатчик частоты вращения 21 и переключатель 22 знака. Использование в устройстве двух регуляторов напряжения - симистора 15 и мостового выпрямителя 19 с ключевым элементом 8 - и системы взаимосвязанного их управления за счет уменьшения токов обратной последовательности в однофазном конденсаторном решении и сохранения на неизменном уровне среднего значения выпрямленного тока улучшить энергетические показатели электропривода. Регулирование напряжения на несущей частоте при этом позволяет повысить быстродействие системы регулирования частоты вращения электродвигателя 1. 3 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в реверсивном автоматизированном асинхронном электроприводе в устройствах перемещения ленточных носителей информации.

Цель изобретения - повышение энер-. гетических показателей и быстродействия.

На фиг.1 показана функциональна схема реверсивного асинхронного электропривода, на фиг.2 - диаграммы напряжений; на фиг.З механические характеристики привода.

Реверсивный асинхронный электропривод содержит трехфазный электродвигатель 1, регулятор 2 частоты вра- щения, регулятор 3 тока, блок k модуля, нуль-орган 5, логический элемент И 6, усилитель 7, управляемый ключевой элемент 8, генератор 9 опорного напряжения, задатчик 10, логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 11, первый и второй пороговые элементы 12 и 13, блок 11 гальванической развязки, симистор 15, датчик 16 частоты вращения, конденсатор 17, насыщающийся дроссель 18, трехфазный мостовой выпрямитель 19, датчик 20 тока, задатчик 21 частоты вращения и переключатель 22 знака.

Одни выводы первой и второй фаз статорной обмотки электродвигателя 1 непосредственно, а один вывод третье фазы статорной обмотки - через симистор 15 соединены с зажимами для подключения к питающей сети.

Один вывод третьей фазы статорной обмотки электродвигателя 1 через последовательно соединённые конденсатор 17 и насыщающийся дроссель 18

соединены с одним выводом второй фа- зы статорной обмотки электродвигателя 1. Первый и второй входы регулятора 2 частоты вращения соединены с выходами соответственно задатчика 21 частоты вращения и датчика 16 частоты вращения электродвигателя 1. Входы трехфазного мостового выпрямителя 19 соединены с другими выводами фаз статорной обмотки электродвигателя 1, а выходы трехфазного мостового выпрямителя 19 зашунтированы последовательно соединенными управляемым ключевым элементом 8 и датчиком 20 тока. Выход датчика 20 тока соединен с первым входом переключателя 22 знака, выход которого соединен с первым входом регулятора 3 тока, второй вход которого соединен с входом второго порогового элемента 13 и подключен к выходу регулятора 2 частоты вращения. Выход регулятора J, тока через первый пороговый элемент 12 соединен с первым входом логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход которого соединен с вторым входом переключателя 22 знака, с входом блока гальванической развязки и подключен к выходу второго порогового элемента 13 - Выход регулятора 3 тока через блок 4 модуля соединен с первым вхо- , дом нуль-органа 5 второй вход которого соединен с выходом генератора 9 опорного напряжения, третий вход нуль-органа 5 предназначен для подачи сигнала задания, а выход нуль- органа 5 соединен ,с первым входом логического элемента И 6, выход которого через усилитель 7 соединен с управляющим входом ключевого элемента 8. Выход логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. 1 1 соединен с вторым входом логического элемента И 6. Выходы блока 1 гальванической развязки соединены с управляющими цепями симис- тора 15.

Датчик 16 частоты вращения состои из двухканального измерительного органа 23 и преобразователя 24 частота-напряжение.

Реверсивный асинхронный электропривод работает следующим образом.

Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя 1 производитс за счет изменения напряжения, регулирование которого осуществляется путем широтно-импульсной модуляции сетевого напряжения на несущей частоте.

Система регулирования скорости дЁ ухконтурная с обратными связями по току статорной цепи и частоте вращения двигателя. Измерение частоты вращения осуществляется с помощью датчика 16 частоты вращения. В зависимости от направления вращения импульсы вырабатываются на одном из выходов двухканального измерительного органа 23. Данные импульсы поступают на преобразователь 24, где они преобразуются в напряжение. Напряжение на выходе преобразователя 24 прямо пропорционально входной частоте, а его знак определяется каналом прохождени импульсов. Это напряжение в виде сигнала отрицательной обратной связи по скорости поступает на регулятор 2 частоты вращения, где происходит его сравнение с сигналом задатчика 21 частоты вращения и формирование корректирующего сигнала. Реверс двигателя 1 и его переход в режим противо включения осуществляются в функции сигнала ошибки с выхода регулятора 2 частоты вращения. В зависимости от знака ошибки происходит переход второго порогового элемента 13 из одного состояния в другое, в соответствии с которым на управляющий электрод симистора 15 подается или снимается напряжение управления с блока 14 гальванической развязки. Сигнал ошибки по скорости с выхода регулятора 2 частоты вращения поступае на токовый контур и регламентирует его изменение.

В режимах, близких к стационарным сигнал ошибки по скорости - величина

0

U - ; постоянная и определяет величину тока статорной цепи двигателя.

Регулирование тока осуществляется за счет импульсного параметрического регулирования напряжения на несущей частоте (фиг.2в). Среднее значение напряжения на интервале коммутации /-

U,p. -Л- U sinoi ; i 1, 2n,

(1)

где Usin -.- среднее значение синусоидального напряжения на i-м интервале коммутации J

амплитудное значение сетевого напряжения; угол ,

длительность замыкания ключа на i-м периоде несущей частоты|

- - длительность периода несущей частоты.

Если регулирования напряжения нет, 5 то при достаточно большой несущей частоте, уравнение (1) можно записать

в виде i

Оф. U sinot,

i.

0 где ил я U - эквивалентное значение амплитуды напряжения; const; СО - угловая частота, t - время.

Для трехфазной мостовой схемы в случае симметричной трехфазной системы напряжений амплитуда пульсаций выпрямленного напряжения (тока) составляет 5,7% от, среднего значения. Данными пульсациями можно пренебречь и использовать для стабилизации напряжений сигнал обратной связи по току.

Если симистор 15 включен, то на обмотки двигателя 1 подается симметричная трехфазная система напряжений. В стационарных режимах работы в цепи: трехфазный мостовой выпрямитель 19 ключевой элемент 8, протекает почти постоянный ток. При этом сигнал ошиб5

0

5

0

5

ки д U. с регулятора тока 3 величина постоянная. Данный сигнал предварительно выпрямляется блоком 4 модуля и поступает на нуль-орган 5, где он преобразуется в широтно-импульсный сигнал (фиг.26). В качестве развертывающего сигнала Up используется пилообразный сигнал с выхода генератора 9 опорного напряжения (фиг.2а).

Для обеспечения пропорциональной зависимости между напряжением управления и Ucf. - |д Uy| и длительностью импульсов дс на выходе нуль-органа 5 используется напряжение задания Ucw , поступающее на третий вход нуль- органа 5 (фиг.2а,б). Сигналы с нуль- органа 5 через логический элемент И 6 поступают на усилитель 7 выполненный на базе операционного усилителя. Здесь они усиливаются по мощности и в виде двухполярного напряжения поступают на ключевой элемент 8, с помощью которого осуществляется модуляция фазных напряжений. При симметричной трехфазной системе напряжения в фазах В и С будут повторять со сдвигом напряжение в фазе А (фиг.2в).

Если симистор 15 отключен, то обмотки двигателя 1 включаются на однофазное напряжение с дополнительным фаЪосдвигающим конденсатором 17. Система питания двигателя 1 в этом случае несимметричная (фиг.2д,е,з) и соответствует обратному чередованию фаз.

сигнала-управления .-., длительности проводимости

Уменьшение асимметрии токов в фазах двигателя 1 достигается за счет быстродействующего токового контура, ключевой элемент 8 которого работает на несущей частоте, значительно превышающей частоту сети. Отклонение тока от заданного приводит к изменению

и. соответственно, ключевого

элемента 8 (фиг.2г). При этом напряжения U, Uft, Uc в фазах двигателя (фиг.2д,е,з) модулируются таким образом, чтобы сохранить симметричный характер протекания токов в обмотках двигателя. Первые гармоники фазных напряжений (см. кривые, обозначение силовой линии, на фиг.2д,е,з) имеют значительно лучшее фазовое и амплитудное распределение между собой, чем исходные немодулированные напряжения.

Таким образом, за счет компенсирующего действия токового контура осу- ществляется модуляция фазных напряжений таким образом, чтобы соответствующая система фазных токов была близка к симметричной.

При работе двигателя 1 в замкнутой системе по мере увеличения момента нагрузки М возрастает ошибка по скорости и, соответственно, длительность включения ключевого элемента 8. За

10

15

20

30

35

40

45

5399518

счет широтно-импульсного регулирования напряжения формируется семейство искусственных характеристик двигателя 1, каждая из которых характеризует установившийся режим работы. При этом зависимости (Z) частоты вращения W от момента нагрузки М для замкнутой по скорости системы регулирования располагаются в зоне между характеристиками (L) разомкнутой системы (фиг.З).

Жесткость механических характеристик Z значительно выше естественных характеристик асинхронного двигателя, что позволяет реализовать диапазон регулирования (10-20):1.

С целью повышения быстродействия токового контура и исключения перерегулирования используются логические элементы И 6 и ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 11. С учетом инверсии сигналов операционными усилителями регуляторов 3 и 2 тока и частоты вращения сигнал о пе- 25 ререгулировании тока формируется пр и совпадении знаков их выходных напряжений, Чему соответствует комбинация логических уровней (О или 1) сигналов пороговых элементов 12 и 13. При этом с помощью логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 11 формируется сигнал запрета на прохождение импульсов нуль-органа 5 через логический элемент И 6 и формируется токовая пауза.

Так как частота коммутации ключевого элемента 8 значительно выше частоты сети, то это позволяет повысить быстродействие электропривода, так как ключевой элемент 8 уменьшает интервал неуправляемости симистора 15 за счет более быстрого прерывания активно-индуктивного тока асинхронно4 го двигателя 1.

Так как контролируется выпрямленное значение тока двигателя 1, то для согласования знаков, напряжений с выходов регулятора 2 частоты вращения и датчика 20 тока используется переключатель знака 22. Изменение знака напряжения с датчика 20 тока осуществляется одновременно с переводом двигателя из двигательного режима работы в режим противовключения или на- борот. С целью ограничения токов через симистор 15 в момент его включения в цепь конденсатора 17 введен насыщающий дроссель 18.

91

Таким образом, введение в статор- ную цепь двигателя 1 второго силового регулятора (мостового выпрямителя 19 и ключевого элемента 8) и системы взаимосвязанного управления регуляторами напряжения, при котором один из них создает прямую или обратную последовательность чередования фаз, а другой регулирует величину напряжения путем его широтно-импульс- ной модуляции, позволяет значительно улучшить энергетические показали. Это достигается путем уменьшения токов обратной последовательности в однофазном конденсаторном режиме за счет сохранения на неизменном уровне среднего значения выпрямленного тока в режимах, близких к стационарным. В результате, несмотря на асимметрию напряжений, магнитное поле остается близким к круговому. При этом увеличивается вращающий момент и уменьшаются потери в двигателе. Кроме того, регулирование напряжения на несущей частоте позволяет уменьшить интервал неуправляемости и повысить быстродействие системы регулирования скорости.

Формула изобретения

Реверсивный асинхронный электропривод, содержащий трехфазный электродвигатель, одни выводы первой и второй фаз статорной обмотки которого непосредственно, а один вывод третьей фазы статорной обмотки - через симис- тор соединены с зажимами для подключения к питающей сети, указанный вывод третьей фазы статорной обмотки электродвигателя соединен с одним выводом конденсатора, блок гальванической развязки, выходы которого соединены с управляющими цепями симистора, регулятор частоты вращения, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно эадатчика частоты вращения и датчика частоты вращения электродвигателя, отличающийся тем, что, с целью повы39951Ю

шения энергетических показателей и быстродействия, в него введены насыщающийся дроссель, трехфазный мостовой выпрямитель, управляемый ключевой элемент, датчик тока, переключатель знака, регулятор тока, два пороговых элемента, логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, логический элемент И, уси-0 литель, блок модуля, генератор опорного напряжения и нуль-орган, другой вывод конденсатора через насыщающийся дроссель соединен с одним выводом второй фазы статорной обмотки электро- , двигателя, входы трехфазного мостового выпрямителя соединены с другими выводами фаз статорной обмотки электродвигателя, положительный вывод трехфазного мостового выпрямителя че20 Рез последовательно соединенные ключевой элемент и датчик тока соединен с отрицательным выводом трехфазного мостового выпрямителя, выход датчика тока соединен с первым входом пере25 ключателя знака, выход которого соединен с первым входом регулятора тока, второй вход которого соединен с входом второго порогового элемента и подключен к выходу регулятора частоты

вращения, выход регулятора тока через

первый пороговый элемент соединен с первым входом логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход которого соединен с вторым входом переключателя знака, с входом блока гальва- нической развязки и подключен к выходу второго порогового элемента, выход регулятора тока через блок модуля соединен с первым входом нуль-органа, второй вход которого соединен с выходом генератора опорного напряжения, третий вход нуль-органа предназначен для подачи сигнала задания, а выход нуль-органа соединен с первым входом логического элемента И, выход которого через усилитель соединен с управляющим входом ключевого элемента, выход логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединен с вторым входом логического элемента И.

а

.Ј1Л1п ппаш1Ш1

I Л Н Г$тt

« jNp

dffi

w

jfl H-flfhx

,

tfr

фЈ

Редактор А.Огар

Фиг.з

Составитель С.Позднухов

Техрел М.Ходанич Корректор Э.Лончакова

/

jttk