Способ параметрического управления асинхронным короткозамкнутым электродвигателем с вентиляторной нагрузкой и устройство для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК H02P5/40 

Изобретение относится к электротехнике и можег быть использовано для создания регулируемых асинхронных электроприводов с вентиляторной нагрузкой.

Цель изобретения - улучшение энерге- тических показателей и повышение надежности за счет ограничения максимально допустимой по нагреву электродвигателя частоты вращения в нижней части диапазона регулирования.

На чертеже приведена структурная схема устройства для реализации способа параметрического управления асинхронным короткозамкнутым электродвигателем.

Устройство для реализации способа уп- равления асинхронным электродвигателем 1 с вентиляторной нагрузкой 2 содержит тиристорный коммутатор 3, выполненный в виде двух блоков 4 и 5 силовых ключей, два RS-триггера 6 и 7, два логических элемен- та И-НЕ 8 и 9, блок 10 управления, элемент 11 задержки, микрокоммутатор 12, измеритель 13 ЭДС с пороговым элементом, два формирователя 14 и 15 импульсов. Силовые входы тиристорного коммутатора 3, образованные входами блоков 4 и 5 силовых ключей,соединены с зажимами для подключения питающей сети, а выходы тиристорного коммутатора 3, образованные выходами блоков 4 и 5 силовых ключей, со- единены с входами микрокоммутатора 12 и предназначены для подключения к зажимам статорной обмотки электродвигателя 1, Входы двухвходового формирователя 15 импульсов соединены с первым и вторым зажимами для подключения питающей сети, а третий зажим для подключения питающей сети соединен с входом одновходового формирователя 14 импульсов. Первый стробирующий вход блока 10 управления соединен с выходом одновходового формирователя 14 импульсов и с первым входом первого логического элемента И-НЕ 8, выход которого соединен с установочным входом первого RS-триггера б, выход которого соединен с входом управления первого блока 4 силовых ключей. Второй стробирующий вход блока 10 управления соединен с выходом двухвходового формирователя 15 импульсов и с первым вхо- дом второго логического элемента И-НЕ 9, выход которого подключен к установочному входу второго RS-триггера 7, выходом соединенного с управляющим входом второго блока 5 силовых ключей. Устанавли- вающий выход блока 10 управления соединен с вторыми входами обоих логических элементов И-НЕ 8 и 9, а сбрасывающий выход блока 10 управления соединен с входами сброса обоих RS-триггеров б и 7

и с входом элемента 11 задержки, выхо, которого соединен с первым входом пре рывания блока 10 управления и с управляющим входом микрокоммутатора 12, выходы которого соединены с входами измерителя 13 ЭДС, выход которого подключен к второму входу прерывания блока 10 управления.

Устройство работает следующим образом.

При смене знака мгновенного напряжения на фазе С питающей сети с положительного на отрицательный формируется импульс на первом стробирующем входе блока 10 управления

00

С1 U Ј 5 (t - k To),

k 0

(1)

rflek 0, 1.2,...;

То - период напряжения сети;

t- время;

5- единичная импульсная функция.

Эти импульсы формируются в моменты достижения линейным напряжением UAB амплитудного значения. В эти моменты возможно подключение фаз А и В электродвигателя 1 к питающей сети блока 4 силовых ключей тиристорного коммутатора 3. Включение осуществляется при условии разрешающего логического уровня на устанавливающем выходе блока 10 управления. Открывается логический элемент 8 и в момент появления С1 по входу устанавливается в положение 1 RS-триг- гер 6, разрешая блоку силовых ключей 4 коммутацию в фазах А и В.Фаза С электродвигателя 1 управляется блоком 10 управления аналогично при помощи логического элемента 9 и RS-триггера 7, но возможный момент времени включения смещен на четверть периода Т0 по отношению к возможному моменту коммутации фаз А и В. Это обеспечивается тем, что формирователь 15 имеет два входа, связанные с фазами А и В питающей сети, и генерирует импульс при смене знака мгновенного значения линейного напряжения с положительного на отрицательный.

Сигнал на втором стробирующем входе блока 10 управления описывается выражением

оот

|о 4

- kTo).

(2)

С2-2 5(tk 0

Моменты появления установившегося и стробирующего сигналов на выходах блока 10 управления описываются соответственно:

Ts - С1 л INT2 л (1(t) - 1(t - kNiTo)), (3)

где INT2 - разрешающий сигнал с выхода измерителя ЭДС с пороговым элементом 13;

NT - число периодов напряжения сети в периоде подключения электродвигателя 1 (период квантования), определяемое в функции механической постоянной времени привода,

оо

TR C2 (5(t-kNTTo-NiTo). (4)

k 0

где Ni - число периодов напряжения сети, в течение которых на данном периоде подключения электродвигатель 1 связан с питающей сетью, определяемое из соотношения:

NI-NT

Мс« аЯ (1 - S)3 (Ј- С, y+fri+CixSf)

.(5)

ЗйЙи|.,и§;

где Мен - номинальный момент со ротивле- ния вентиляторной нагрузки, равный номинальному моменту электродвигателя;

и WH - синхронная и номинальная угловые скорости электродвигателя;

п и Г2 - активное сопротивление обмотки статора и приведенное активное сопротивление ротора;

xi и Х2 - индуктивное сопротивление обмотки статора и приведенное индуктивное сопротивление ротора;

Ci - коэффициент электродвигателя,

где I0 и IK - токи холостого хода и короткого замыкания соответственно;

Усети - линейное напряжение питающей сети;

S - предельно допустимое с точки зрения теплового состояния электродвигателя значение скольжения.

Исходными для вывода формулы (1) служат известные выражения:

полезная мощность на валу

зи2

Р

Г2Ч2

((xi+cix2y

момент сопротивления вентиляторной нагрузки

к/1 м ( г.л а% 0 s)2 IQ

Me Мен -rr- ; (8)

/од

напряжение на нагрузке

H - II „ п работы

U - Ucern q Усети

I цикла

0

Для осуществления способа необходимо предварительно определить аналитически или графически предельно допустимое с точки зрения теплового состояния электродвигателя значение скольжения S. а затем номинальный момент МСн из слрдующих уравнений:

( ГА% + 0-А)4151: (1°)

L

алн

(11)

15

20

где РН, т/н. WH номинальная мощность, КПД и угловая скорость, указанные в паспорте электродвигателя. Синхронная частота вращения 60 f

Ш1

Р

(12)

25

30

35

40

45

где f - частота питающей сети;

р - число пар полюсов. Далее необходимо определить по известным выражениям активные и индуктивные сопротивления электродвигателя, а также его коэффициент CL

После появления импульса TR на входе элемента 11 задержки на его выходе формируется сигнал, поступающий на управляющий вход микрокоммутатора 12 и включающий его

INT1 1(t - kNTT0 - NiT0 - т), (13) где т - время запаздывания элемента 11 задержки, не меньшее времени, необходимого для закрывания силовых ключей коммутатора 3.

Сигналы на выходе микрокоммутатора 12 анализируются измерителем 13 ЭДС с пороговым элементом и при условии спадания ЭДС, наведенной в обмотке статора затухающим полем ротора, до безопасного для включения электродвигателя уровня на выходе измерителя 13 ЭДС с пороговым элементом формируется сигнал

(7)

INT2 1(t), если Emi UAOn.

(14)

50

55

Блок 10 управления на каждом периоде подключения подсчитывает величину NT, однако при достижении счетчиком этой величины заданного значения Ытзад установка сигнала Ts возможна только тогда, когда на входе блока 10 управления имеется сигнал IN12. Если система находится в состоянии INT1 Л INT2, то с каждым следующим периодом сети величина NT увеличивается на единицу до тех пор, пока не выполнится условие INT1 Л INT2. Полученное значение NI принимается блоком 10

управления, как исходное для расчета величины NI по формуле (5) для следующего периода подключения электродвигателя 1.

Такой анализ проводится на каждом пе- риоде квантования, но исходным является значение Мтзад.

Таким образом, устройство обеспечивает параметрическое импульсное регулирование частоты вращения привода при детерминированном подключении обмоток статора, гарантируя нормальное тепловое состояние электродвигателя с вентиляторной нагрузкой при повышенных скольжениях. Тем самым улучшаются энергетические по- казатели электропривода в целом, повышается надежность, а также обеспечивается возможность уменьшения массогабаритных показателей электродвигателя.

Формула изобретения

1. Способ параметрического управления асинхронным короткозамкнутым электродвигателем с вентиляторной нагрузкой, при котором периодически подключают и отключают электродвигатель от сети, при этом частоту вращения контролируют по ЭДС, наводимой на обмотке статора затухающим полем ротора, указанное подключение электродвигателя к сети осуществляют в два этапа: сначала подключают две обмотки статора в момент максимума линейного напряжения между ними, затем через четверть периода питающего напряжения подключают третью обмотку статора при максимуме ее фазного напряжения, а указанное отключение электродвигателя от сети осуществляют при достижении ротором, заданной частоты вращения, отличающийся тем, что, с целью улучшения энергетических показателей и повышения надежности за счет ограничения максимально допустимой по нагреву электродвигателя частоты вращения в нижней части диапазона регулирования, после указанно- го отключения электродвигателя от сети сравнивают ЭДС, наведенную на обмотке статора затухающим полем ротора, с 3aданным значением, фиксируют число периодов питающего напряжения в интервале времени отключенного состояния электродвигателя и после снижения ЭДС до заданного значения осуществляют указанное подключение электродвигателя к сети на число периодов питающего напря- жения, определяемое выражением

Г,

SNT

Мс„ Q/J (1 - S ((Ј+ Ci gf + (xi + C,xi f

3fflSuc

п

«Si

где NT - число периодов напряжения сети в периоде подключения двигателя;

t N2 - число периодов напряжения сети в интервале времени отключенного состояния двигателя;

Мс.н номинальный момент сопротивления вентиляторной нагрузки;

аи и - синхронная и номинальная уг- лочые скорости;

П и Г2 - активное сопротивление обмотки статора и приведенное активное сопротивление ротора соответственно;

XT и ха - индуктивное сопротивление обмотки статора и приведенное индуктивное сопротивление ротора соответственно;

UCSTH - линейное напряжение питающей сети;

Ci - коэффициент электродвигателя;

S - предельно допустимое с точки зрения теплового состояния электродвигателя значение скольжения.

2. Устройство для параметрического управления асинхронным короткозамкнутым электродвигателем с вентиляторной нагрузкой, содержащее тиристорный коммутатор, силовые входы которого соединены с зажимами для подключения питающей сеги, а выходы предназначены для соединения со статорной обмоткой электродвигателя, два RS-триггера, элемент задержки, выход которого соединен с управляющим входом микрокоммутатора, отличающееся тем, что, с целью повышения энергетических показателей и надежности за счет ограничения максимально допустимой по нагреву электродвигателя частоты вращения в нижней части диапазона регулирования, в него введены одновходовый и двухвходовый формирователи импульсов, два логических элемента И-НЕ, блок управления и измеритель ЭДС с пороговым элементом, а тиристорный коммутатор выполнен в виде двух блоков силовых ключей, входы и выходы которых образуют соответственно входы и выходы тиристорного коммутатора, входы дв ухвходового формирователя импульсов соединены соответственно с первым и вторым зажимами для подключения питающей сети, вход одно- входового формирователя импульсов соединен с третьим зажимом питающей сети, первый стробирующий вход блока управления соединен с выходом одночхо- дового формирователя импульсов и первым входом первого логического элемента И-НЕ, выход которого подключен к входу установки первого RS-триггера, выход которого соединен с входом управления первого блока сиповых ключей тиристорного

9 169725010

коммутатора, второй стробирующий входмента задержки и измерителя ЭДС, входы

блока управления соединен с выходом двух-которого подключены к выходам микрокомвходового формирователя импульсов имутатора, входы которого подключены к сопервым входом второго логического эле-ответствующим выходам тиристорного

мента И-НЕ, выход которого подключен к5 коммутатора, вторые входы первого и втовходу установки второго RS-триггера, вы-рого логических элементов И-НЕ объединеход которого соединен с входом управле-ны и соединены с устанавливающим

ния второго блока силовых ключейвыходом блока управления, сбрасывающий

тиристорного коммутатора, первый и вто-выход которого соединен с входами сброса

рой входы прерывания блока управления10 первого и второго RS-тригеров и входом

соединены соответственное выходами эле-элемента задержки.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для создания регулируемых асинхронных электроприводов с вентиляторной нагрузкой. Целью изобретения является улучшение энергетических показателей и повышение надежности за счет ограничения максимально допустимой по нагреву электродвигателя частоты вращения в нижней части диапазона регулирования. Способ управления электродвигателем состоит в периодическом подключении и отключении двигателя от сети, при этом после отключения двигателя сравнивают ЭДС, наведенную в статоре затухающим полем ротора, с заданным значением, фиксируют число периодов питающего напряжения в интервале отключенного состояния, и после снижения ЭДС до заданного значения подключают двигатель к сети на рассчитанное число периодов питающего напряжения, причем подключение осуществляют в два этапа: сначала подключают две обмотки статора в момент максимума линейного напряжения между ними, а через четверть периода питающего напряжения подключают третью обмотку. Устройство для реализации способа содержит тиристорный коммутатор 3, два RS- триггера 6,7, блок 10 управления, элемент 11 задержки, микрокоммутатор 12, измеритель ЭДС 13 с пороговым элементом и два формирователя 14, 15 импульсов. Требуемое значение времени подключения двигателя к сети рассчитывается блоком 10 управления на основе сигналов с измерителя ЭДС 13, элемента 11 задержки, что позволяет обеспечить нормальное тепловое состояние двигателя при повышенных скольжениях. 2 с,п. ф-лы, 1 ил. CSA -рзгац Wra в сл о