Устройство для управления трехфазным асинхронным электродвигателем Советский патент 1976 года по МПК H02P5/36 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХФАЗНЫМ

АСИНХРОННЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ ого элемента и паршшелыю резистору указаш ого элемента, при этом управляющий переход тиристора соединен с блоком управления, на вход которого подан снгнал обратной связи по скольжению. На фиг. 1 и 2 приведены два варианта предлагаемого ус(фойства; на фиг. 3 - векторная диаграм 1а, .цепей асчнхронного двигателя, построенная по первым гармоникам напряжения и тока; на фиг. 4 -элегментная схема блока управления. На асинхронный двигатель 1 подано напряжение даух фаз питающей сети, а третья фаза двигателя через фазосдвигаю1Ьий конденсатор 2 и демпфирующий резистор 3 подключена к одному из двух сетевых зажимов в зависимости от ядалаемого направления вращения механизма. Демпфирующий резистор 3 астично или полностью, что определяется при расчете параметров фазосдвигающего утсройства, шунтируется одним полупроводниковым вентилем (тиристором) 4 управляемым, например, посредством полупровод- никового генератора импульсов 5. Генератор 5 работает в ждущем режиме, и запуск его осуществляется узлом 6 в сочетании с источником синусоидального напряжения 7. Релейный режим работы системы в целом обеспечивается полупроводниковым реле 8 и регулируемым коэффициентом возврата ( R, ). На входе релейного элемента сравниваются два сигнала: задающее напряжение ( U- ), снимаемое с датчика скорости 9, и напряжение обратной связи ( и ос ), снимаемое с потенциометра 10 или тахомащины 11 (фиг. 2). Сигнал обратной связи (на фиг. 1), снимаемый выхода д:юссельного магнитного усилителя 12, определяется переменными системы напряжением:на фазосдвигающей емкости 2, на которое подключен трансформатор 13, (в свою очередь нагружаемый на обмотку управления 14 магнитного усилителя через вьшрямт тель 15) и током в главной фазе двигателя. Пропори1иональный этому току сигнал через вьяlpя чтeль 16 подаете i на обмотку П. Обмотки управления 14 и 17 включаются так, что их намагнивдвающие силы направлены встречно. Обмотка смещения используется для формирования нуж ной выходной характеристики магнитного усилителя в процессе настройки схемы. Пуск двигателя осуществляется следующим обр зом. При подключении к питающей сети фаз на третью фазу полается напряжение через фазосдаигающий кон денсатор 2. Уровень этого напряжения в последующем меняется в зависимости от скольжения двигателя. Дей ствие сигнала, пропопционального этому напряжению особо проявляется со c rижcниeм скольжения, когда напряженке возрастает примерно 1,5-2 раза. Сигнал же от токовой обратной связи максимален в области болыних скольжений, когщ по главной фазе А течет наибольишй ток двигателя. Поэтому в первый момент пуска на входе магнитного усилителя имеет место примерное рпвенство нам.илнчивающнх сил. Поэтому магнитный усилите;). 12 заперт, а сигнал да его выходе, т. е. сигнал UQ минимален. Этот сигна.и в схеме с тахомащиной равен нулю- Ecjm задаю- ; црш сигнал -UBX отсутствует, то на базу транзистора 18 (фиг. 4) релейного элемента подается отрицательное напряжение, он открыг;, а запускающий транзистор 19 заперт напряжением смещения,, происходит заряд конденсатора 20, что в последующем обеспечи-i вает сдвиг отпирающего импульса в сторону его от- ; ставашш по сравнению с напряжением фазы С на угог ). Генератор импульсов 5 не работает, тиристор 4 заперт, резистор 3 включен полностью, что усугубляет пуск двигателя из-за ограничения тока в конденсаторной фазе. Для нормального пуска двигателя до желаемой скорости задатчиком 9 подается положительная разность напряжений (11, - на базу транзистора 18 релейного элемента, последний закрьшается, что обуславливает переключение релейного злемента 8. В результате этого переключения на базу запуска-: ющего транзистора 19 подается сигнал, компенсирующий напряжение смещения. Таким образом од дейс вием синусоидального напряжения генератора синусоидальных импульсов 7 запускающий транзистор 19 формирует запускающие импульсы, дифференцируемые конденсатором 21, подаваемые на вход генератора импульсов 5. Одновременно происходит отпирание транзистора 22 и разряд конденсатора 20, что препятствует быстрому запиранию транзистора 23. Этим и обеспечивается временное изменение угла сдвига импульса генератора импульсов по отнощению к анодному напряжению, снимаемому между фазами двигателя. Тиристор 4, открьшаясь,шунтирует демпфирующий 1)езистор 3, обеспечивая одаовременно плавное изменение напряжения (тока) в конденсаторной фазе двигателя от минимального до его максимального значения. Пуск двигателя 1, имеющего сопротивление короткого замыкания Н, , происходит при мак ..„ . симальнои эквивалентной емкости фазосдвигающего элемента Ъ. .обеспечивающей расчетный пусковой момент двигателя (фиг. 3). По мере увеличения скорости вращения ротора двигателя возрастает регулирующая н. с. подмагничивания магнитного усилителя 12 (или же напряжения на зажимах тахомашины 11), вызывая его на ыщение. Теперь сигнал на входе релейного элемента 8 U , определяемый разностью Ug.jj - UQ, , уменьшается, i По достижс;{ии этой разностью веливдны нечувствительности релейного элементаСи,,- UQj, AU5iO), он опрокидьшается, и тиристор 4, закрываясь, вводит резистор 3 в конденсаторную фазу двигателя. Этим обеспечивается перераспределение напряжения между резистором 3 и конденсат ром 2 и реализуется тем самым плавное снижение его уровня на фазо,вой обмотке двигателя. В таком состоянии схемы дальнейцгай рост скорости двигателя прекращается. Снижение же скорости приводит к повышению на 5i5 пряжения на входе релейного элемента и к отпиранию таристора 4. В дальнейшем это1 процесс повторяется и по мере достижения заданной скорости переходит : в автоколебательный режим. Устанавливается стабишьный режим включения и отключения резистора 3, благодаря чему поддерживается необходимая эквивалентная емкость конденсаторной фазы и заданная скорость двигателя. i С изменением уставки установившейся скороicTH двигателя ( И „ v ) или нагрузки на еговалу при , -, , . заданной скорости частота включения шунтирующего 1 тиристора 4 изменяется, IITO приводит к снижению либо повышению эквивалентной емкости фазосдвигающего элемента и тем самым способствует поддержанию уравновешенного режима двигателя. Дня схем фиг. 1 справедливы следующие уравЫения напряжений и токов:

и,-м

,

А В

к.

j Решение зтих уравнений относительно токов с учетом их прямой ( 1 ) и обратной (1 последовательностей и в последующем совместное реше- ние этих токов позволяет получить зависимость вектора комплексного сопротивления фазосдвигающего элемента:

1

),

К

1;

L т

18

1„

Выбранное сопротивление рассчитывается на эквивалентный фазовый ток двигателя.

Средняя скорость на участке включенного и отключенного состояшш электродвитателя определяется следующим образом:

16

.,(JU,tt)Jdt,

t,

I Демпфирующее сопротивление подбирается по ию работы двигателя на рабочей скорости; V2r Xj.CaS - 1 е ср- 1 i.P ,p - модуль полного сопротивления дви1 ателя для рабочего скольжения, S S;p-, угол сдвига между током и напряжетдаем при рабочем скольжении.v Таким образом о известной пусковой емкости бходимой эквивалентной рабочей емкости фазогающего устройства определяется демпфирую- ; опротивление R р . Его величина берется занной, с учетом частоты включения K VF.. 1 р- -«зр; - частота включений шунтирующего тиристора,

где

комплекс полного сопротивления двигателя прямой последовательности при данном скольжении;

i JT поворотный вектор.

Графическая интерпретащчя комплексного коэффициента при векторе Ъ проиллюстрирована на фиг. 3 в третьем квадранте, а комплексное сопротивление - в четвертом. Из векторной диаграммы фиг. 3 следует, что автоматическое регулирование эквивалентной емкости сопряжено с одновреме1шой компенсацией потребной реактивно мощности для уп)авляемого в рассматриваемой схеме асинхронного : 1Йвигателя.

Расчет фазосдаигающего элемента ведется по двум условиям: пусковому и рабочему.

Выбор фазосдвигающей емкости по условиям ; пуска производится так:,

)

. Ъ.

полный импеданс фазосдаигающего элезкмента при пуске двигателя;

-модуль полного сопротивления двигателя

сх при S - 1;

Ч .

-угол сдвига между током и напряжением

СИ, двигателя.

где соответсше пга время включения и Отключения П1унтируюп1его сопротивления тирисюр; lnipU uUjCO- изменение скорости при разбеге и замедлении двигателя;

uUj - (л - значение скоростей, при которых про исходит отпирание и запирание тиристора.

воспользоваться уравнением нвижйния пр

вода для участка разбега

,,,., . dour М-М Jи для участка замедления

dujs «i-M, J

с - dt

где М ,М - электромагнитный момент двигателя iи момент сопротивления механизма.

бе

:М«М,

соответственно номинальное иапряж ние двигателя и его составляющие прямой и обойти последовате).оности, то средняя скорость с достато ной для практики точностью будет:

Uj I 12 Ш -

t. г t.

ш

Г -

-«-t.

а яйИкость механическсй характеристики АМд-у аи., х где у - коэффициент свяш по скорости; „JT

где и - фазное напряжение двигателя при it О j в относительных единицах;i I

Ъ - момент инерции систеьол электропривода;;

Мц граничный момент двигателя, развиваемйв в естественной/схеме включения и номинальном шпряжении питания.

Анализ полученных основных соотношений показывает, что повышение установившейся скорости до скорости, близкой к скорости холостого хода двигателя, или разгрузка двигателя по моменту на заданной скорости приводит к снижению частоты включения демпфирующего резистора, что то же самое, к уменьшению эквивалентного емкостного сопротивления фазосцвигающего элемента. При обратном изменении зтих переменных частота увеличи-, вается, значит растет эквивалентное емкостное conpo-j тивлелие контурадвтоматически приспосабливая та- j

8 :

520683 К,, - коэффициент неравномерности скороеКИМ образом двигатель к режиму, близкому к уразновешенному.

Формула изобретения

Устройсгво для управления трехфазным асинхронным электродвигателем, подключенным к однофазной сей, содержащее активно-емкостный элемент в свободной фазе двигателя и тиристор, о т л ичающееся тем, что, с целью обеспечения симметричного режима работы электродвигателя от его скольжения, тиристор включен последовательно с фазосдвигающим конденсатором aKTHBHo-eMKOcTHoiY элемента и параллельно резистору указанного элемента, при этом управляющий переход тиристора соединен с блоком управления, на вход которого #1одан сигнал обратной связи по скольжению. 1ч-К 1-к с отрицательной обратной i(MH-MC)C -ui-ji---rj- sf MjjMgT(.)Ll-0,2L5Ci-U)..Mg Частота автоколебаний будет зависеть от постоянной времени релейно-фазового блока управления j 0. устройства.- Т:I

А f jf

иЧ

//г

Ua

х

%

.