Устройство для управления асинхронным электроприводом Советский патент 1980 года по МПК H02P7/62 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам управления асинхронным электроприво дом, в частности, при наличии зазоров в механической передаче. Известны-устройства для управления электроприводами, обеспечивающи пониженную скорость вращения двигателя, используемую, в частности, дл выбора зазоров в механических передачах. Известно устройство, в котором сформированная требуемая величина скорости в момент выбора зазоров сравнивается с текущими значениями скоростей ведомого и ведущего элеме тов механической передачи 1. Недостатком этого устройства является необходимость в использовани специального магнитоупругого датчика момента. Известно также устройство для по лучения пониженной скорости асинхро ного двигателя с фазным ротором путем дозированной подачи тока в обмо ки статора по определенному закону, обмотки же ротора получают питание от источника постоянного тока 2. Недостатки этого устройства - на личие дополнительных источников пос тоянного тока для питания обмоток статора и ротора, а также наличие специальных регуляторов тока дйя. коммутаций статорнь1Хцепей асинхронного двигателя. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату я вляётся устройство для управления асинхронным электродвигателем, содер жащее включенные в каждую фазу статора двигателя силовые коммутирздащие элементы и командный блок, подключенный ко.входам управляющих органов коммутирующих элементов З . Однако это устройство имеет недостаточно большой диапазон регулирования скорости двигателя и связанную с этим недостаточную надежность работы электропривода при выборе зазора. Цель изобретения - расширение диапазона регулирования скорости и повышение надежности работы электропривода при наличии зазора в механической передаче. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для управления асинхронным двигателем введены дополнительный силовой коммутирующий элеИёй в одну из фаз ротора, последевательно соединенные генератор низ- кочастотных импульсов, ключевой элемент и распределитель импульсов, выходы которого соединены с одним из входов каждого управляющего органа, а также триггер, выход которого подсоединен к управляющим входам ключевого и дополнительного силового коммутирующего элементов, а входы триггера подключены к командному блоку. Кроме того, для автоматического переключения электропривода из шагового режима в режим пуска

на высокую скорость в устройство дополнительно введены включенный между выходом командного блока и вторым входом триггера элемент ИЛИ, включенный в одну из двух оставшихся фаз ротора, датчик тока и последовательно соединенный с ним компаратор, подключенный к выходу ключевого элемента элемент выдержки времени и элемент И, выход которого

соединен с одним из, входом элемента ИЛИ, один вход элемента И подключен к выходу элемента выдержки вреени, а другой вход - к выходу комаратора.

На фиг. 1 изображена схема устойства , обеспечивающая шаговый реим работы асинхронного двигателя; на .фиг. 2 - схема, обеспечивающая автоматическое переключение двигателя из шагового режима работы в режим пуска на высокую скорость после выбора зазора в механической части электропривода.

Устройство (фиг.1) содержит асинхронный двигатель 1 с фазным ротором, в фаЭ)статора которого включены силовые коммутирующие элементы 2-4 с управляющими органами 5-7 соответственно, а в одну фазу ротора включен дополнительный силовой коммутирующий элемент 8. стройство содерйт йКлсё последовательно соединенные генератор 9 низкочастотных импульсов, ключевой элемент 10 и распределитель 11 импульсов, выходы KOTOfJoro подключены к одному из входов каждого управляющего органа, триггер 12, выход которого подключен к управляющим входам ключевого элемента 10 и дополнительного силового коммутирующего элемента 8, и командный блок 13, соединенный со входами триггера Д2 и входами управляющих органов 5-7.В фазы ротора асинхронного двигателя могут быть включены полнительные сопротивления 14.

Устройство (фиг.2) дополнительно содержит включенный между одним из выходов командного блока 13 и вторым входом триггера 12 элемент 15 ИЛИ, включенный в фазу ротора датч.ик 16 тока и последовательно с ним соединенный компаратор 17,элемент 18 выдержки времени,подключенный к выход; ;;

ключевого элемента 10,и элемент 19 И выход которого соединен с одним из входов элемента 15 ИЛИ, а входы элемента 19 И подключены к выходам компаратора 17 и элемента 18 выдержки времени.

Устройство (фиг.1) работает следующим образом.

В исходном состоянии на один из входов каждого управляющего органа 5-7 подается от командного блока 13 сигнал, запрещающий включение силвых коммутирующих элементов 2-4, поэтому асинхронный Двигатель отключен от сети. Сигнал, подаваемый на управляющий вход дополнительного силового коммутирующего элемента 8, также является запрещающим сигналом. В исходном состоянии на выходе триггера 12 этот сигнал отсутствует, поэтому силовой коммутирующий элемен 8- включен. Для включения электропривода командный блок 13 подает командный сигнал Пуск на вход триггера .12 и одновременно снимает запрещающи сигналы со входов всех управляющих органов 5-7. При этом на выходе триггера 12 появляется сигнал, который отключает силовой коммутирующий элемент 8 и с помощью ключевого элемента 10 подключает выход генератора 9 импульсов ко входу распределителя 11 импульсов. Последний поочередно подает запрещающие импульсы на управляющие органы 5-7, в связи с чем в такой же последовательности отключаются силовые коммутирующие элементы 2-4, т.е. в каждый момент времени к сети подключены только две фазы статора асинхронного двигателя 1. Обмотки статора в этом случае создают неподвижное в пространстве пульсирующее магнитное поле, вектор которого определяется как геометрическая сумма векторов магнитных полей двух подключенных к сети обмоток статора. Токи, статора наводят в обмотках ротора электродвижущие силы, под действием которых .протекают токи только в двух обмотках ротора, так как его третья обмотка разомкнута вследствие отключения дополнительного силового коммутирующего элемента 8. При этом в роторе асинхронного двигателя 1 аналогично его статору создается пульсирующее магнитное поле. В результате взаимодействия пульсирующих полей .статора и ротора последний поворачивается, стремясь занять положение, при котором оси указанных полей совпадают.

Допустим, что в некоторый момент времени на выходе распределителя il импульсов- имеется запрещающий сигнал, который отключает с помощью управляющего органа 5 силовой коммутирующий элемент 2, поэтому к сети подключены только фазы В и С статора асинхронного двигателя 1. В соответ

-й;2 -з- -ствии с этим в статоре возникает пульсирующее магнитное поле. При это пульсирующее магнитное поле ротора, взаимодействуя с полем статора, удерживает ротор в положении, в котором средняя составляющая момента развиваемого двигателем 1 уравновешивается моментом сопротивления на его валу. В -частности, если момент сопротивления на валу отсутствует, то ротор занимает положение, совпада щее с вектором магнитного поля статора.

При очередном срабатывании распределителя 11 импульсов запрещающий сигнал перебрасывается со входа управляющего органа 5 на вход другого, например на вход управляющего органа б. При этом включается силовой коммутирующий элемент 2 и .отключается силовой коммутирующий элемент 3, т.е. к сети оказываются подключенными обмотки фаз А и С статора, в результате чего вектор поля статора изменяет свое положение. Поле ротора, взаимодействуя с полем статора, поворачивает ротор на угол, при котором сдвиг по фазе между векторами полей статора и ротора такой же, как и при подключении к сети обмоток фаз В и С статора, а средняя составляющая момента асинхронного двигателя снова уравновешивается моментом сопротивления на валу. Очередной запрещающий импульс с выхода распределителя 11 импульсов подается только на вход управляющего орга.на 7, поэтому к сети оказываются подключенными фазы А .и В статора асинхронного двигателя 1, и ротор опять поворачивается на такой же угол, как и ранее. Скорость поворота (шагания) ротора двигателя определяатся частотой генератора 9 импульсов Указанный шаговый режим работы продолжается до тех пор, пока на выходе командного блока 13 не появится сигнал Стоп, подаваемый на вход триггера 12. В этом случае сигнал на выходе триггера 12 исчезает, в результате чего замыкается силовой коммутирующий элемент 8 в цепи ротора и размыкается ключевой элемент 10. Сигналы с выхода генератора 9 импульсов на вход распределителя 11 импульсов не поступают, поэтому на всех выходах последнего они также отсутствуют. Отсутствие запрещающих импульсов на входах управляющих органов 5-7 приводит к замыканию си-, ловых коммутирующих элементов 2-4 во всех фазах статора двигателя 1, который переводится в симметричный трехфазный режим работы, обеспечивающий разгон электропривода до заданной скорости.

Устройство (фиг.2) позволяет осуществить автоматическое переключение

)

двигателя из ujaroBoro режима работы в режим разгона до заданной скорости после выбора зазоров в механической передаче электропривода. Принцип действия этого устройства состоит в следующем. Включение двигателя 1 в шаговый режим работы осуществляется таким же образом, как и в устройстве на фиг.1, путем подачи команды Пуск на вход триггера 12. При этом размыкается силовой коммутирующий элемент 8 в цепи ротора и замыкается ключевой элемент 10, который подключает выход генератора 9 импульсов ко входу распределителя 11 импульсов. Сигнал с выхода ключевогЬ элемента 10 подается также на вход элемента 18 выдержки времени, настроенного на время срабатывания, несколько меньшее длительности одного импульса низкочастотного сигнала, формируемого генератором 9 импульсов. Поэтому в конце каждого шага на выходе элемента 18 выдержки времени появляет:ся сигнал, который подается на первый вход элемента 19 И. Второй вход указанного элемента подключен к выходу компаратора 17, на первый вход которого подается постоянный сигнал, пропорциональный току уставки, а второй вход компаратора 17 подключен к выходу датчика 16 тока фазы ротора. При наличии зазоро в механической передаче двигатель 1 работает с небольшим моментом сопротивления на валу, определяемым только трением в элементах механической передачи, поэтому, если зазор еще не выбран, то в конце каясдого шага, когда наступает установившийся режим работы, ток ротора, который в установившемся режиме пропорционален моменту двигателя 1, становится меньше тока уставки, подаваемого на первый вход компаратора 17. В этом случае сигнал на выходе последнего отсутствует, отсутствует он также на выходе элемента 19 И. После выбора зазоров момент сопротивления на валу двигателя, возрастает, так как теперь он определяется еще и моментом сопротивления на валу приводимого механизма, например механизма передвижения крана. По этой причине в конце шага, когда наступает .установившийся режим работы двигателя 1, сигнал на выходе датчика 16 тока ротора становится больше сигнала, пропорционального току уставки, который подается на первый вхор компаратора 17. В этом случае на выходе компаратора 17 появляется сигнал, который подается на второй вход элемента 19 И. Так как в конце каждого импульса (шага) на первом входе элемента 19 И имеется сигнал, подаваемый от элемента 18 выдержки времени, то на 1выходе элемента 19 И после выбора заабров появляется сигнал, который че рез элемент 15 ИЛИ подается на вход триггера 12 и производит переключение элект1)Оприводаиз шагового режи ма работыв режим разгона на заданн скорость таким же образом, как это показано при описании устройства на фиг.1 после подачи команды Стоп от командного блока 13. Устройство для управления асинхронным электроприводом позволяет расширить диапазон регулирования скорости и увеличить надежность электроприводов за счет выбора зазо ров в механической передаче при весьма малой скорости вращения двигателя. Формула изобретения 1. Устройство для управления асинхронным электроприводом, содержащее включенные в каждую фазу статора двигателя силовые коммутирующи элементы и командный блок, подключенный ко входам управляющих органо коммутируквдих элементов, о т л и ч а ю .щ е е с я тем,что,с целью рас ширения диапазона регулирования ско рости и повышения надежности электропривода при наличии зазора в механической передаче, в. него введены включенный в одну из фаз ротора дополнительный силовой коммутирующий элемент, последовательно соединенны генератор импульсов, ключевой элеме и распределитель импульсов, выходы которого соединены с одним из входов каждого управляющего органа, и триггер, выход которого подключен к управляющим входам ключевого и дополнительного силового коммутирующего элементов, а входы триггера подключены к командному блоку. 2. Устройство ПОП.1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит включенный между выходом командного блока и одним из входов триггера элемент ИЛИ, включенный в одну из двух оставшихся фаз ротора, датчик тока и последовательно соединенный с ним компаратор, подключенный к выходу ключевого элемента элемент выдёржки времени и элемент И, выход которого соединен с одним из входов элемента ИЛИ, Ьдин вход элемента И подключен к выходу элемента выдержки времени, а другой вход - к выходу компаратора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР №259238, КЛ. Н 02 Р 5/00. 2.Лавринов Н.А. Шаговый электропривод с асинхронным двигателем с фазным ротором. - Труды МЭИ, вып. 302, М., 1976, с. 12-16. 3.Захаржевский О.А., Фурсов С.-Л., Белых Б.С., Богословский А.П Яуре А.Г. и Волкова З.С. Тиристориые регуляторы асинхронных двигателей с фазным ротором.-Сб Электротехническая промышленность, сер. Электропривод, 1/45. М., 1976, с. 21-22.

W2/