Способ управления асинхронным электроприводом Советский патент 1991 года по МПК H02P7/42 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для создания регулируемых электроприводов с асинхронным электродвигателем, питаемых от источника электроэнергии через управляемый тиристорный коммутатор, имеющих спокойный характер нагрузки на валу электродвигателя и требующих кратковременного понижения частоты вращения перед остановом, например, в грузоподъемных меха- низмах.

Цель изобретения - повышение надежности регулирования.

Поставленная цель достигается тем, что согласно предлагаемому способу управле- ния асинхронным электроприводом в статоре электродвигателя создают систему непрерывных токов, первые гармонические составляющие которых создают вращающееся магнитное поле с частотой и порядком следования фаз, соответствующими сигналу модуляции. После перехода тиристоров тиристорного коммутатора в закрытое состояние на обмотки статора подается пониженное напряжение питающей сети, определяемое из соотношения U Uc - l(2 xs- - rs), а через время, равное тг/2 радиан.до- полнительно формируется импульс управления на тиристор той из сравниваемых фаз, которая опережает другую на 120°, где Uc напряжение питающей сети; I - ток электродвигателя; xs, rs - индуктивное и активное сопротивления электродвигателя.

На фиг.1 приведен один из вариантов устройства, реализующего предлагаемый способ управления; на фиг,2 - диаграммы напряжений, поясняющие работу устройства.

Устройство для реализации способа содержит формирователь 1 импульсов, под- ключенный к соответствующей фазе источника питания, генератор 2 модулирующих напряжений, один вход которого соединен с выходом блока 3 задания, а другой - с выходом формирователя 1 импульсов, блок 4 формирования импульсов управляющего напряжения, блок 5 сравнения и распределения импульсов, тиристорный коммутатор 6, который выполнен в виде встречно-параллельно включенных тиристоров и через который к питающей сети подключен асинхронный электродвигатель 7, а также блок 8 контроля состояния тиристоров, подключенный своими соответствующими входами параллельно каждой паре встречно-парал- лельно включенных тиристоров тиристорного коммутатора 6.

Блок 4 формирования импульсов управляющего напряжения содержит три блока 9-11 импульсно-фазового управления (например, построенные по принципу вертикального управления), каждый из которых одним входом соединен с соответствующей фазой источника питания, л другим входом - с выходом блока 3 задания.

Блок 5 сравнения и распределения импульсов содержит шесть логических схем И 12-17, один вход каждой из которых соединен с соответствующим выходом блоков 9- 11 импульсно-фазового управления, а другой вход - с соответствующим выходом дешифратора 18, вход которого соединен с выходом генератора 2 модулирующих напряжений. Выход схемы И 12 соединен с входами усилителей 19-21 мощности, выход схемы И 13 - с входами усилителей 22-24 мощности, выход схемы И 14 - с входами усилителей 20,22 и 23 мощности, выход схемы И 15- с входами усилителей 19.24 и 21 мощности, выход схемы И 16 - с входами усилителей 19,22 и 24 мощности, выход схемы И 17- с входами усилителей 20.23 и 21 мощности. Таймер 25 соединен своим входом с выходом блока 8 контроля состояния тиристоров, а выход подключен к одним входам каждой из логических схем И 26-28, другие входы каждой из которых соединены с соответствующими выходами дешифратора 18. Выход схемы И 26 соединен с входами усилителей 19 и 20 мощности, выход схемы И 27 - с входами усилителей 22 и 23 мощности, выход схемы И 28 - с входами усилителей 24 и 21 мощности. Соответствующие выходы усилителей 19-24 мощности подключены к управляющим электродам встречно-параллельйо включенных тиристоров тиристорного коммутатора 6.

Кроме того, устройство для реализации способа содержит предвключенные элементы 29 (например, резисторы), включенные в каждой фазе источника питания параллельно тиристорам тиристорного коммутатора 6,

На фиг.2 показаны трехфазная система питающих напряжений 30; трехфазная система подпитывающих напряжений 31; сигналы 32 на выходе формирователя 1 импульсов и соответствующие положительным полупериодам напряжения, например, фазы А источника питания; сигналы 33 модулирующих напряжений; сигналы 34-36 импульсов управляющих напряжений тиристорами тиристорного коммутатора 6; сигналы 37 и 38 импульсов управляющего напряжения на выходе таймера 25; сигналы напряжений 39-41 на обмотке статора асинхронного электродвигателя 7.

Способ управления асинхронным электроприводом осуществляется следующим образом.

Обобщенные векторы потокосцеплений статора и ротора асинхронного двигателя в трехфазном симметричном режиме работы с предвключенными резисторами в осях d, q могут быть записаны как

ЗД--,,..11: а

- t it p

ш u-xm-rve -е,

Фг .

XS «s ( «г + S )

гдесь определяется величиной предвклю- ченных резисторов.

Через время, равное л/2 радиан, составляющие этих векторов в осях а ,/ равны нулю за исключением составляющей вектора потокосцепления статора 4 s/ , определяемой величиной предвключенного резистора R.

Для того, чтобы влиянием этой составляющей можно было пренебречь, она должна отличаться хотя бы на порядок

Щд - UM Рм

ft TrTTRj Xs-G

Например, выбором R 2xs - rs это условие выполняется, так как для двигателей серии 4А коэффициент рассеяния G меняется от 0,16 до 0,05. Увеличение R приводит к дальнейшему уменьшению среднего момента двигателя, а также изменяет условие несимметрии, так как R эквивалентно обрыву фаз.

В несимметричном трехфазном режиме

работы (включен тиристор в опережающей фазе) векторы потокосцеплений статора и ротора в осях имеют громоздкий вид, но в этом режиме работы обеспечивается (определяется величиной предвключенного резистора) их интенсивное затухание и к моменту одновременной коммутации обмоток .статора электродвигателя имеют место нулевые электромагнитные начальные условия.

В соответствии с уставкой блока 3 задания генератор 2 модулирующих напряжений формирует систему модулирующих напряжений, соответствующую графику 33. Сигналы на выходе формирователя 1 импульсов соответствуют графику 32. Положительные значения напряжения соответствуют положительным полупериодам напряжения фазы А источника питания. Сигналы импульсов управляющего напряжения для соответствующих фаз имеют место на соответствующих выходах синхронизированных с этими фазами блоков 9-11 импуль- сно-фазового управления и в зависимости

от величины сигнала управления, поступающего на одни входы этих блоков от блока 3 задания.

Если положительному значению напря- жения сигналов, соответствующих графику 33,поставить в соответствие 1, а нулевому или отрицательному значению - О, то в любой момент взаимное сочетание сигналов, соответствующих графику 33, может

0 быть определено набором О и 1, т.е. цифровым кодом. Например, в момент t0-ti взаимному расположению модулирующих напряжений (график 33) для фаз А, В, С может быть поставлен в соответствие циф5 ровой код 100; в момент ti-t2 - 110; в момент - 010; в момент t3-t4 -011; в момент - 001; в момент ts-te - 101. Затем эти кодовые комбинации повторяются. Так как входы дешифратора 18 соедине0 ны с выходами генератора 2 модулирующих напряжений, на входах дешифратора 18 постоянно сравниваются во времени сигналы, соответствующие графику 33, и чередуются указанные кодовые комбинации. Соответст5 венно, только на одном из выходов дешифратора 18 появляется 1. соответствующая определенному цифровому коду на его входах. Эта 1 является разрешающим сигналом на прохождение импульсов

0 управляющих напряжений (графики 34-36) из сигналов с соответствующих выходов блоков 9-11 импульсно-фазового управления через схемы И 12-17 на соответствующие входы усилителей мощности 19-24 и

5 далее на управляющие электроды тиристоров тиристорного коммутатора 6. Так как в

моменты to -t1 , tl-t2, 12-13, t3-t4, , t5-t6 1

с определенного выхода дешифратора 18 разрешается прохождение регулируемого в

0 диапазоне 60° импульса управляющего напряжения только через одну из схем И 12- 17, в эти моменты времени этот импульс управляющего напряжения подается одновременно на три усилителе мощности (на5 пример, в момент времени to-ti на усилители 19-21 мощности ;,чем обеспечивается одновременное включение соответствующих тиристоров во всех трех фазах и формирование полупериодов результирую0 щего напряжения на нагрузке с частотой модулирующих напряжений с выхода генератора 2 модулирующих напряжений в соответствии с сигналом задания на выходе блока 3 задания (графики 39-46). При этом

5 ток начинает протекать во всех трех фазах, одновременно создавая в электродвигателе 7 электромагнитный момент за счет возникновения близкого к круговому вращающегося магнитного поля. В определяемые моменты времени to-ti, ti-ta, 12-13, ta-ti. м-ts, ts-te импульс управляющего напряжения на одновременное включение тиристоров тири- сторного коммутатора 6 формируется блоком импульсно-фазового управления той фазы, которая опережает две другие минимум на 120°, что позволяет в половинном этом диапазоне получить регулируемое одновременное включение тиристоров тири- сторного коммутатора 6.

При запирании тиристоров тиристорно- го коммутатора 6 электродвигатель 7 остается подключенным к питающей сети через предвключенные элементы (резисторы) 29 и к фазам обмоток его статора прикладывается трехфазная система 31 подпитывающих напряжений, величина которых определяется предвключенными элементами 29, например резисторами, В результате в статоре электродвигателя 7 создается система непрерывных токов, первые гармонические составляющие которых создают вращающееся магнитное поле с частотой и порядком следования фаз, соответствующими сигналу модуляции, а составляющие, изменяющиеся с частотой источника питания, обеспечивают формирование вращающегося магнитного поля с частотой и порядком следования фаз, соответствующими источнику питания, т.е. подмагничи- вание электродвигателя 7, позволяющее сохранить взаимное положение вектора напряжения питающей сети и вектора пото- косцепления статора, имевшее место при работе тиристоров тиристорного коммутатора 6.

Одновременно при запирании тиристоров тиристорного коммутатора 6 блок 8 контроля состояния тиристоров формирует запускающий импульс для работы таймера 25, который с задержкой времени, равной я/2 радиан, формирует дополнительный импульс управления, который через одну из схем И 26-28 (определяется кодовой комбинацией на выходе дешифратора 18) подается на усилители 19-24 мощности, чем обеспечивается дополнительное включение тиристоров тиристорного коммутатора 6 в той фазе, которая опережает две другие фазы минимум на 120е, и перевод электродвигателя 7 в несимметричный со стороны статора режим работы при нулевых начальных электромагнитных условиях, в котором обеспечивается интенсивное затухание потокосцеплений двигателя 7, что и позволяет обеспечить регулируемую в диапазоне 60° одновременную коммутацию статорных обмоток электродвигателя 7 при нулевых начальных электромагнитных, условиях.

Все это позволяет уменьшить переходные знакопеременные составляющие момента электродвигателя 7, а значит, уменьшить динамические перегрузки, повышающие износ и сокращающие срок службы оборудования как электропривода, так и приводного механизма, что обусловливает повышение надежности способа управления асинхронным электроприводом,

Таким образом, в результате работы тиристорного коммутатора по предлагаемому способу в статоре электродвигагеля создается система непрерывных токов и обеспечивается формирование семейства искусственных механических характеристик, на которых в пределах каждой ступени дискретного регулирования частоты вращения возможна устойчивая работа электродвигателя. При этом составляющие токов меняющиеся с

частотой источника питания, за счет подпитки статора электродвигателя трехфазной системой подпитывающих напряжений позволяют уменьшить изменение магнитного потока двигателя при каждом одновременном включении

тиристоров тиристорного коммутатора, а значит, позволяют уменьшить переходные знакопеременные составляющие момента асинхронного электродвигателя. Это обусловливает повышение надежности способа регулирования.

Формула изобретения Способ управления асинхронным электроприводом с тиристорным коммутатором

в цепи обмотки статора электродвигателя, при котором формируют трехфазную систему модулирующих напряжений, частота которой соответствует заданной скорости вращения электродвигателя, сравнивают

модулирующие напряжения и определяют моменты времени, в течение которых совпадают полярности модулирующих напряжений в двух фазах, и на этом интервале времени определяют момент регулируемого

в диапазоне 60° времени одновременного включения тиристоров т иристорного коммутатора, формирующих полупериод результирующего напряжения на нагрузке, по знаку совпадающего с полярностью соответствующих модулирующих напряжений, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, на указанном интервале времени контролируют закрытое состояние тиристоров тиристорного коммутатора и после перехода тиристоров тиристорного коммутатора в это состояние подают на обмотки статора пониженное напряжение питающей сети, определяемое из соотношения U Uc - I(2XS - rs), а через время, равное л/2 рад, дополнительно формируют импульс управления на тиристор питающей сети; I-токэлектродвигателя; X, той из сравниваемых фаз, которая опережа- rs - индуктивное и активное сопротивления ет другую на 120°, где Uc - напряжение электродвигателя.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в грузоподъемных механизмах. Цель изобретения - повышение надежности регулирования. С 3-J50, 50 Гц этой целью в способе управления асинхронным электроприводом с тиристорным коммутатором 6 в статоре электродвигателя 7 создается система непрерывных токов, первые гармонические составляющие которых обеспечивают вращающееся магнитное поле с частотой и порядком следования фаз. соответствующим сигналу модуляции. После перехода тиристоров коммутатора 6 в закрытое состояние на обмотки статора электродвигателя подают пониженное напряжение, а через время, равное я/2 радиан, дополнительно формируют импульс управления на тиристор той из сравниваемых фаз, кокзрая опережает другую на 120°. 2 ил. fe