Устройство для управления электродвигателем переменного тока Советский патент 1979 года по МПК H02P7/46 

I

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для управления электродвигателями переменного тока двойного питания.

Известны устройства для регулирования скорости двигателя переменного тока двойного питания, содержащие преобразователь частоты, блок управления преобразователем, синхронный тахогенератор, трансформатор, регулятор, выключатель 1.

Регулирование скорости двигателя такими устройствами осуществляетоя путем изменения амплитуды и частоты на выходе преобразователя частоты, постоянно включенного в цепь ротора двигателя.

В таких устройствах мощность преобразователя частоты и питающего трансформатора составляет 33-50% мощности двигателя, а диапазон регулирования частоты ±50% от частоты питающей сети. Это резко удорожает двигатель, затрудняет использование простых схем преобразователей частоты с непосредственной связью и препятствует щирокому промыщленному внедрению упомянутых двигателей.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для

управления электродвигателем переменного тока, содержащее источник питания, преобразователь частоты и блок управления преобразователем в цепи питания ротора двигателя, выключатель в цепи питания статора двигателя и двухканальный регулятор, выходы каналов которого соединены со.входами блока управления преобразователем частоты 2. ГТервый канал управления осуществляет управление двигателем при пуске, а второй - в поминальных режимах работы двигателя. Первый канал управления в известном устройстве выполнен на трехфазном генераторе частоты, преобразующем сигнал управления в напряжение, уровень и частота которого пропорциональны сигналу управления.

Недостатком данного устройства, обусловленным выполнением первого канала управления, является повыщенная установочная мощность функциональных узлов 20 в цепи питания ротора двигателя. Мощность преобразователя частоты и силового трансформатора здесь не зависит от диапазона регулирования, что делает известное устройство неэкономичным для применения li электроприводах с узким диапазоном регулирования скорости двигателя. Цель изобретения - снизить установочную мощность в цепи питания ротора двигателя. Это достигается тем, что в устройстве для управления электродвигателем переменного тока, содержащем источник питания, преобразователь частоты и блок управления преобразователем частоты в цепи питания ротора двигателя, выключатель в цепи питания статора двигателя и двухканальный регулятор, выходы каналов которого соединены с входами блока управления преобразователем частоты, первый канал регулятора выполнен на программном и фазосдвигающем устройствах, входы которых подключены к ротору двигателя, выход программного устройства - ко второму входу фазосдвигающего устройства, один выход которого соединен с входом второго канала регулятора а другой выход фазосдвигающего устройства соединен с выходом первого канала регулятора. На фиг. 1 показана структурная принципиальная схема устройства для управления электродвигателем переменного тока; на фиг. 2 - временная диаграмма его работы. Устройство содержит электродвигатель 1, подключаемый при помощи выключателя 2 к сети переменного тока. К ротору двигателя I постоянно подключен преобразователь 3 частоты, питание которого осуществляется от источника 4 питания, а управление - через блок 5 управления преобразователем. На входы блока 5 управления подключены выходы двухканального регулятора 6, яв.|яющиеся выходами первого 7 и второго 8 каналов регулятора. Канал 7 регулятора 6 выполнен на проipaMMHOM устройстве 9 и фазосдвигающем устройстве 10, входы которых подключены к ротору, но могут также подключаться и к статору двигателя 1. Выход программного устройства 9 соединен со вторым входом фазосд,вигающего устройства 10, которое выполнено на формирователе 11 сигнала, пропорционального ЭДС ротора двигателя, генератор 12 пилообразного напряжения и нуль-индикаторе 13, соединенных последовательно. Выход программного устройства 9 соединен с первым входом нуль-индикатора 13, первый выход которого соединен со входом второго канала регулятора, а второй является выходом первого канала регулятора. Устройство для управления электродвигателем переменного тока работает следующим образом. При пуске статор двигателя 1 при помощи выключателя 2 подсоединяется к сети. В роторе двигателя 1 при этом наводится ЭДС, амплитуда и частота которой зависят от скольжения. Нреобразователь 3 частоты представляет собой по отнощению к наводимой ЭДС в фазах ротора ключи переменного тока, работающие в режиме зависимого инвертора. При этом величина тока в роторе может регулироваться по первой гармонической моментом включения преобразователя 3 по отнощению к ЭДС ротора. При включении преобразователя 3 с углом dt., отсчитываемым от момента перехода фазной ЭДС ротора двигателя через нуль и равным «р, где (f arctg-g - (Rp и Lj.- активное и индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора, S - скольжение, 0 - угловая частота сети), в токах статора и ротора отсутствуют апериодические составляющие. Данный режим (для одной фазы ротора) показан на фиг. 2, где - наводимая в фазах ротора ЭДС, Игр - угол включения преобразователя по отношению к Un4 ирф - напряжение фазы ротора двигателя 1, равное напряжению преобразователя 3; iptf) - ток фазы ротора двигателя. При изменениях угла включения преобразователя 3 в пределах я- л-:|5 ф можно изменять ток фазы ротора двигателя от максимального значения до нуля. Тиристоры преобразователя 3 работают при пуске в режиме инвертирования наведенной ЭДС. Угол включения преобразователя 3 по отнощению к наведенной ЭДС формируется блоком 5 управления по сигналу канала 7 регулятора 6. В начальный момент пуска значение угла ф задается программным устройством 9. В дальнейше.м программное устройство 9 корректирует значение угла включения преобразователя в зависимости от теплового состояния структуры вентилей преобразователя 3, которое оценивается прямым или косвенным методом тем же устройством 9. В результате програм.мное устройство 9 выдает сигнал в нуль- индикатор 13 фазосдвигающего устройства 10. На второй вход нуль-индикатора приходит сигнал с ротора двигателя 1, преобразованный формирователем 11 сигнала и генератором пилообразного напряжения 12. При совпадении сигналов в нуль-индикаторе 13 на выходе последнего появляется сигнал, который поступает в блок 5 управления преобразователем. В процессе пуска угол ntfi включения преобразователя 3 по отношению к наведенной в роторе ЭДС может корректироваться и по другим параметрам, например, по току статора за счет возможной связи формирователя 11 и статора двигателя 1, а также по сигналам внешней связи (управление). Однако во всех случаях угол a.if и соответственно ток в роторе и через преобразователь не должен превышать значений, при которых перегрев структуры вентилей превышает допустимый,определяемый в каждом данном конкретном случае программным устройством 9.

В процессе разгона двигателя 1 по достижении им скорости, соответствующей границе рабочего диапазона регулирования, происходит отключение канала 7 и подключение канала 8 регулятора. Это переключение происходит по сигналу канала 7 или внешних связей управления и отрабатывается регулятором 6.

Выполнение первого канала регулятора в виде программного и фазосдвигающего устройств позволяет решить противоречивые вопросы, возникающие при пуске двигателя с ограниченным диапазоном регулирования скорости. Это, с одной стороны, удовлетворение требований рабочего механизма (преодоление момента сопротивления, запуск механизма за заданное время и с заданным ускорением), а с другой стороны - создание таких режимов преобразователя частоты, при которых перегрев структуры силовых полупроводниковых приборов не превышает допустимого значения.

Формула изобретения

Устройство для управления электродвигателем переменного тока, содержащее соединенные последовательно источник питания, преобразователь частоты, блок управления преобразователем частоты в цепи питания ротора двигателя, выключатель в цепи питания статора двигателя и двухканальный регулятор, выходы каналов которого соединены со входами блока управления преобразователем частоты, отличающееся тем. что, с целью снижения установочной мощности,один канал регулятора выполнен на программном и фазосдвигающем устройствах, входы которых подключены к ротору

0 двигателя, выход программного устройства - ко второму входу фазосдвигающего устройства, один из выходов которого соединен со входом второго канала регулятора, а другой выход фазосдвигающего устройства соединен с выходом первого канала регулятора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Ботвинник М. М. II др. Управляемая

0 машина переменного тока. М., Наука, 1969.

2.Авторское свидетельство СССР № 411597, кл. Н 02 Р 7/46, 1969.

ирч и РФ Фиг.2