Устройство для управления асинхронным короткозамкнутым электродвигателем Советский патент 1979 года по МПК H02P7/42 

1

Изобретение относится к области частотного рет лирования асинхронными электродвигателями, питание которых производится от преобразователей частоты с .непосредственной связью или инверторов с широтно-импульсной модулшией выходного напряжения.

По основному авторскому свидетельству № 529537 описано устройство, содержащее преобразователь частоты, двухканальный задатчнк частоты и амплитуды токов статора с сумматорами в калс дом из каналов и тактовым генератором, управляемый импульсный генератор частоты токов ротора, импульсный датчик скорости, установленный на валу двигателя и присоединенный к одному из входов упомянутого сумматора в канале регулирования частоты, при этом другой его вход соединен с тактовым генератором, один из входов сумматора задатчика в канале регулирования ампдитуды также соединен с тактовым гене ратором, при этом другой его вход подключен к выходу

управляемого импульсного генератора частоты токов ротора.

В известном устройстве не обеспечивается управление начальной фазой обобщенного вектора задающего синусоидального сигнала, что приводит к ухудшению качества переходных процессов изменения скорости привода.

Целью изобретения является повышение быстродействия процессов регулирования асинхронного двигателя за счет обеспечения управления начальной фазой обобщенного тока (напряжения) статора путем раздельного задания или

управления его ортогональными составляющими.

Для этого оно снабжено в канале регулирования амплитудой вторым модулятором напряжения, включенным параллелыю первому модулятору между вторым входомф 1Г1ьтра и вторым выходом делителя частоты.

На фиг. 1 представлено устройство для управления асинхронным корюткозамкнутым электродвигателем, блок 36 схема; на фиг, 2 - векторная диаграмм обобщенного вектора задающего .синусои дального сигнала; на фиг, 3 - вариант устройства для управления асинхронным короткозамкнутым электродвигателем с двумя сумматорами частоты в одном ка нале управления; на фиг, 4 - последний разряд делителя частоты, модуляторов и фильтра-сумматора, принципиальная схема; на фиг, 5 - временная диаграмма работы устройства модуляторов и фильтра-сумматора. Устройство содержит генератор 1 тактовых импульсов, сумматоры 2-3 частот, импульсный датчик 4 скорости, делитель 5 частоты, пересчетнуго схему 6, коммутаторы и выходные фильт- . ры 7, генератор 8 частоты скольжения, делитель 9 часто1:ы, модуляторы 1О 11, фильтр-сум/штор 12, инвертирующи усилитель 13, тирйсторный. преобразова тель 14 частоты, асинхронный короткозамкнутый двигатель 15, одноступенчатые триггеры 16 - 17, инвертор 18, операционные усилители 19 - 20, транзисторные ключи 21. В устройстве выходы генератора 1 так TOBbix импульсов подключены к первым входам сумматоров 2 и 3 частот. Ко второму входу сумматора 2 подключен выход импульсного датчика 4 скорости, установленного на валу асинхронного короткозамкнутого двигателя 15. Ко -. второму входу сумматора 3 подключен выход генератора 8 частоты скольжения Выход сумматора 2 через делитель 5 частоты подключен к входу пересчетной схемы 6, .выходы которой соединень с коммутирующими входами коммутаторов 7 Выход сумматора 3 подключен к вхо ду делителя 9 частоты, два выхода кот рого присоединены к коммутирующим вх дам модуляторов 10 и 11, на которые поступают аналоговые напряжения {JoC и и А (фиг.. 2), Выходы модуляторов 1О и 11 присоединень к двум входам фильт ра-сумматора 12, выход которого подключен к входу инвертирующего усилите ля 13, Выходы фильтра-сумматора 12 и инвертирующего усилителя 13 подключены к питающим входам коммутатора 7 Выход коммутаторов и фильтров 7 подключен к входу тиристорного преобразователя 14 частоты, который своим выходом присоединен к асинхронному двигателю. Принцип работы устройства заключае ся в следующем. Парафазные импульсы генератора 1 тактовых импульсов с частотой f одновременно поступают на первые входы сумматоров 2-3 частот, которые выполнены в виде простых сумматоров-вычита- телей двух последовательностей импульсов. Режим суммирования или вычитания сумматоров частот задается сигналами управления в виде логического нуля и единицы ( 01 и , На второй вход сумматора 2 поступают импульсы с датчика 4 скорости, частота которых пропорциональна частоте вращения ротора и равна Vfou. где 1. - коэффициент пропорциональности, зависящий от числа импульсов на один оборот датчика скорости. Частота следования импульсов на выходе сумматора 2 равна fikfo;, где знак + или означает работу сумматора в режиме суммирования или вычитания и задается внешним логическим сигналом (Sipli IJJ) нуль или единица. Так как в зависимости от, режима работы сумматора импульсы с датчика скорости вклиниваются между импульсами тактового генератора импульсов при суммировании или вычитаются с частотой при вычитании, то на выходе сумматора 2 появляется неравномерность следования импульсов. Для устранения этого явления после сумматора 2 установлен делитель 5 частоты. С ростом коэффициента деления делителя неравномерность следования импульсов становится незначительной. Импульсы с делителя 5 частоты поступают в пересчетную схему 6, которая служит для преобразования последовательности прямоугольных импульсов в многофазное прямоугольное напряжение. Частота прямоугольного напряжения на входе пересчетной схемы равна fi kfui; .К коэффициент передачи делителя 5; Кц. - коэффициент деления пересчет- ной схемы 6 (зависит от гр буемого числа фаз выходног о напряжения устройства). Выходное напряжение управляет кто нами коммутаторов 7. В канале регулирования амплитутой на второй вход сумматора 3 поступают импульсы с управляемого генератора 8 частоты скольжения, частота которых 1фопорциональна задаваемой частоте токов ротора. После сумматора 3 импульсу следуют с частотой . гда знак + или - определяется сигналом управления в зависимости от реж ма работы асинхронной машины. Пройдя через делитель 9 частоты, импульсы им ют частоту $„ где К - коэффициент передачи делите ля 9 частоты. С выхода последнего разряда делителя 9 частоты снимаются два прямоуголь ных напряжения со сдвигом в 9О эл. гр между ними. Прямоугольные напряжения поступают на коммутирующие входы модуляторов 10 и 11, которые преобразуют аналоговые напряжения U и Ua в прямоугольные напряжения с частотой выходных . имп льсов делителя 9 и амплитудой, рав НОЙ соответственно J, и U „, . Сдвиг фа между выходными напряжениями модуля торов равен 9О эл. град. Выходные напряжения с модуляторов 10 и 11 поступают на фильтр-сумматор 12. Так как последний выполнен в виде активного фильтра с двумя входами, то одновременно с преобразованием прямоУгольных напряжений в синусоидальные происходит их суммирование. Таким образом, просуммировав два напряжения со сдвигом в 9О эл. град., получим напряжение на выходе фильтра-сумматора 12 в виде: .- амплитуда выход ного напряжения филйтра; Ч-cit cioTT-p - начальная фаза вы ходного напряже- 4 уг ния фильтра; - - круговая частота 2fC Я выходного напряже ния фильтра. С выхода фильтра-сумматора 12 напряжение инвертируется либо с помощью согласующего трансформатора, либо с помощью инвертирующего усилителя 13, так-как на питающие входы коммутаторов необходимо подавать два синусоидальных напряжения в противофазе. В коммутаторах 7 происходит модуляция синусоидального напряжения с выхода элементов 12 и 13 многофазным прямоугольным напряжением с выхода .пересчетной схемы 6. НапряТкение на выходе коммутатора одной фазы равно: и . ( 4 00 -i - Е : 5Апл5и,(A) JUJj. (1), , где J .( -прямо угол ь- ное коммутирующее напряжение с пересчетной схемы, представленное в виде гармонического ряда; ггп- номер гармоники; h--l,23.4-.натуральный вид чисел; ), .U круговая частота коммутирующего напряжения. Так как из выражения (2) следует, что разница между частотой первой гармоники (и)(-ииь) высшими гармоническими большая, то высшие легко устра«няются фильтрами, установленными после коммутаторов и поэтому напряжение на выходе коммутаторов 7 (например для первой фазы) имеет вид; (и.,-и;,-чЛсз). Следовательно, частота синусоидального напряжения на выходе коммутаторов 7 равна: r-«-%-fr,(-t-KVf («, т|r,(((4), так как при построении необходимо соблюдать условие: Таким образом, частота синусоицально1 О управляющего сигнала строго пропорциональна алгебраической сумме частоты вращения ротора и заданной частоты то- КОВ ротора, а его начальная (|)аза опреце ляется величинами напряжений U( и U и Изменяя эти напряжения как по величине так и по знаку, можно в общем случае поворачивать обобщенный вектор задаю- чцего синусоидального сигнала на 360 ал. град, согласно фиг. 2. Следует отметить, что устройство работает аналогично, если оба суммато« ра частот вюночить последовательно в один канал регулирования по частоте (фиг. 3), что может быть вызвано удобством расположения деталей при констру торской разработке. Все устройство выпояиено на интегральных микросхемах. На фиг. 4 представлен последний .разряд делителя 9 частоты, модулято™ ров Ю и 11, фильтра-сумматора 12,, принципиальная схема. Схема работоет следующим образом. . Прямоугольные импульсы с предпоследнего разряда делителя частоты посту пают на вход 22 последнего разряда де.лителя частоты, собранного по схеме двух тактиого триггера ( №. 1 триггер) и состоя щего из элементарных одноступенчатых триггеров .16 - 17 и инвертора 18. Триг гер 16 (выход 23) переключается по не- реднеКГу фрО1ету входного импульса, а триг гер 1 7 (выход 24) - по заднему фронту, благодаря инвертору 18, так как логический сигнал единица на выходе 24 тригге ра 1 7 появляется лишь при наличии единицы с выхода 23 триггера 16 и нуля на входе 25 инвертора 18 (единица на выходе 26 инвертора 18) Как видно на временной диаграмме, поясняющей работу модуляторов (фиг. 5) импульсы с выхода 23 триггера 16 и импульсы с выхода 24 триггера 17 сдви нуты друг относительно друга на 90 эл. град. Эти выходы (фиг, 4) подключены к входам транзисторных ключей 21, управляющих полярностью выходного напряжения операционных усилителей 19 и 20. Модуляторы реализованы по схеме с ключом в цепи негтвертирующего .входа 27 усилителей 19 и 20, при этом в зам нутом состоянии транзисторных ключей 21 аналоговые напряжения U и Ua подаются на инвертирующие входы 28 и усилители работают как инверторы входного напряжения, а в разомкнутом состо янии транзисторных ключей 21, как повторители. Таким образом, на выходах 29 усилителей 19 и 20 будта симметричные дбухполярные прямоугольные напряжения с амгшитудой, равной аналоговым входным напряжениям UjjL и Ut и частотой, равной частоте импульсов с выходов делителя частоты. Напряжение на выходах 29 усилителей 19 - 20 сдвинуты на 90 эл. град, друг относительно друга и поступают на два аналогичных входа активного фильтра, реализованного на операционном усилителе 30. При этом фильтр выделяет первые гармоники этих напряжений (фиг. 5) и одновременно суммирует их. Так как происходит суммирование в ортогональных осях, т. е. суммируются синусоида и косинусоида, то выходное , напряжение фильтра-сумматора 12 является синусоидальным с амплитудой и фазой, определяемой амплитудами суммируемых напряжений, а следовательно, в конечном итоге величинами напряжений UOL«UP и с - VUFU si«Gw,t toirct -gJX Все устройство легко реализуется полностью на интегральных микросхемах, при этом отсутствуют намоточные узлы, упрощается технология изготовления. Введение в известное устройство второго модулятора в канал регулирования амплитудой позволило точно формировать начальную фазу обобщенного вектора тока, что уменьшает длительность переходных процессов и повышает быстродействие. Формула изобретения Устройство для управления асинхронным короткозамкнутым электродвигателем по авт. свид. NO 529537, отличающееся тем, что, с целью по- выщения быстродействия процессов регулирования асинхронного двигателя, оно снабжено в канале регулирования амплитудой вторым модулятором напряжения, включенным параллельно первому модуятору между вторым входом фильт1)а и вторым выходом делителя частоты.

.1

Фиг 5