Устройство для регулирования частоты вращения трехфазного асинхронного электродвигателя Советский патент 1980 года по МПК H02P7/42 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления асинхронными двигателя ми общепромышленного применения. Известно устройство дискретного регулирования частоты вращения двигателя путем деления частоты питания в п раз . Однако это устройство не обеспечивает плавности регулирования. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для регулирования частоты вращения трехфазного асинхронного электродвигателя, содержащее встречно параллельно включенные тиристоры в каждой фазе, цепи управления которыми связаны с выходами блока регулирования, и переключатель режимов работы, соединенный с блоком регулирования 2j Однако известное устройство не по зволяет осуществить плавное регулиро вание скорости двигателя и имеет небольшой диапазон регулирования. Цель изобретения - расширение диа пазона и плавности регулирования час тоты вращения при одновременном снижении потерь скольжелия. Указанная цель достигается тем, что блок регулирования содержит вход ной инвертор, элемент регулируемой выдержки времени, два формирователя импульсов заданной длительности, согласущий инвертор, два трехфазных ждущих мультивибратора,четыре ограничителя импульсов, мультивибратор повышенной частоты, двадцать логических элементов И, двенадцать усилителей мощности, развязывающие устройства и два инвертора задающей частоты, причем входной инвертор входом соединен с одной из фаз питающей сети, а .выходом - через элемент регулируемой .выдержки времени с последовательно соединенными двумя формирователями импульсов заданной щштельности, выход последних соединен непосредственно со входом первого трехфазного ждущего мультивибратора и через согласующий инвертор - со входом второго трехфазного ждущего мультивибратора, первые два выхода первого ждущего мультивибратора подключены через ограничители импульсов соответственно к 1-4 и 5-8 элементом И, а третий выход - к 9 и 10 элементам И, первые два выхода второго ждущего мультивибратора через ограничители импульсов подключены соответственно к 11-14 и 15-18 элементгил И, а третий выход второго ждущего мультивибратора - 19 и 20 элементам выход переключателя режима Вперед соединен с 1, 2 , 6 , 7 ,11,12, 16 ,17, а вы ход переключателя режима Назад сое динен с 3,4,5,8,13,14,18 элементами выход первого инвертора задающей час тоты соединен со входом второго инве тора задающей частоты и с 1,3,7,8,9, 11,13,17,18,19 элементами И, а выход второго инвертора, задающей частоты с 2,4,5,6,10,12,14,15,16,20 элементами И, мультивибратор повышенной ча тоты соединен со всеми двадцатью эле ментами И, ВЫХОДЫ 1,2,5 и 3,4,6 элементов И совместно, а выходы 7,8,9,1 элементов И порознь соответственно подключены по.входам первых шести ус лителей мощности, выходы 11,12,15 и 13,14,16 совместно,а выходы 17,18, 20 порознь соответственно подсоединены к оставшимся шести усилителям мощности, выходы усилителей мощности являются выходами блока регулирования. На фиг. 1 приведена силовая схема устройства, на фиг. 2 - блок регулирования, на фиг. 3 и 4 - диаграммы, иллюстрирующие работу устройства. Устройство содержит в каждой фазе сети питания двигателя тиристоры 1-12. Блок регулирования состоит из входного инвертора 13, соединенного последовательно включенными элементо 14 регулируемой выдержки времени, фо мирователями 15 и 16 импульсов задан ной длительности. Выход последних со динён входом первого трехфазного жду щего мультивибратора и через согласу щий инвертор 17 со входом второго, каждый из которых состоит соответственно из трех формирователей 18, 19, 20 и 21, 22, 23 импульсов. Первый и второй выходы первого и второго трех фазного мультивибраторов соединены соответственно с ограничителями 24, 25 и 26, 27 импульсов. Переключатели режимов работы Вперед 28, Назад 29, инверторы 30 и 21 задающей частоты мультивибратор 32 повышенной частоты соединены с входами логических элементов И 33-52, к которым одновременно подключены выходы ограничителей 24-27 импульсов. Выходы элементо:в 33-52 соединены усилители 53-64 мощности, которые и являются выходными элементами блока регулирования. Согласно функционированию блока {регулирования получение пониженной фиксиро ванной частоты (фиг. 3) заключается в том, что с помощью тирис торов 1-12, переключаемых по заданной программе, на обмотках статора асинхронного трехфазного электродвигателя появляются выпрямленные импульсы с частотой, меньшей частоты питающей сети, при этом полярность импульсов непрерывно меняется. Плавное регулирование частоты йращения на данной фиксированной частоте обеспечивается плавным изменением действующего значения напряжения за счет изменения угла сС зажигания тиристоров на номинальной частоте сети. Устройство работает следующим образом. На вход инвертора 13 подается синхронизирующее напряжение одной из фаз питающей сети (фиг. 4,а). С выхода этого инвертора прямоугольный импульс (фиг. 4,6) подается на вход элемента 14 выдержки времени. На другие входы элемента 14 подается задающее напряжение Uj, напряжение обратной связи и QJ и напряжение коррекции 0. На выходе элемента 14 выдержки времени передний фронт импульса сдвигается относительно входного импульса на регулируемый угол 0-180- частоты питающей сети. С выхода элемента 14 импульс (фиг. 4,в) подается на формирователь 15 импульсов, который формирует импульс, длительность которого равна (X. k(2n-1) (фиг. 4 ,г) . Этот импульс подается на вход формирователя 16. Формирователь 16 импульсов формирует импульс, длительность которого равна половине периода заданной фиксированной частоты, что соответствует значению It Г (фиг. 4,д). С выхода формирователя 16 импульсы подаются на два ждущих трехфазных мультивибратора, состоящих из формирователей 18-20 и 21-23 импульсов. При этом на второй ждущий трехфазный мультивибратор импульсы подаются через инвертор 17. Формирователи 18-23 формируют импульсы, длительность которых составляет 1/3 периода фиксированной частоты, что соответствует значению с6 2itn/3 (фиг. 4,е,ж,з, и,к,л) . На выходах каждого трехфазного ждущего мультивибратора импульсы сдвинуты друг относительно друга на угол 2iin/3, а на одноименных выходах обоих ждущих трехфазных мультивибраторов - на половину периода, т.е. на угол ii п. С выходов формирователей 18, 19, 21 и 22 импульсов , импульсы подаются на ограничители 24-27 импульсов по длительности, а с них импульсы (фиг. 4,м,н,о,п) подаются на один из входов элементов И (33-40 и 43-50). На элементы И (41, 42, 51 и 52) импульсы (фиг. 4,3,л) подаются непосредственно с формирователей, 20 и 23, так как длительность этих импульсов остается постоянной для всех фиксированных частот и выбирается исходя из условия Нсщежного открывания тиристоров при различных режимах нагрузки электродвигателя. На другие входы всех элементов И подаются импульсы с переключателей режимов работы электродвигателя с выходов элементов 28 и 29 выдержки времени, с выхода высокочастотногр мультивибратора 32, а также с выходов инверторов 30 и 31, в зависимости от того, на какой фиксированной частоте работает устройство.

С выходов элементов И импульсы (фиг. 4,р,с,т,у,ф,х) подаются на усилители 53-64 мощности и через импульсные трансформаторы на управляющие электроды тиристоров 1-12. При включении тиристоров 3,4,5,6,7,8 двигатель работает на номинальной частоте сети и вращается в одну сторону, при включении тиристоров 1,2,5,6,9,10 двигатель также работает на номинальной частоте сети и вращается в другую сторону, при включении тиристоров 1,2,3,4,11,12 двигатель работает на пониженных частотах, кратных величине 1/п (где ,6,9,12 и т.д.), и вращается как в одну, так и в другую стороны по командам Пуск или Реверс.

Таким образом, устройство фазового регулирования обеспечивает дискретное переключение частоты напряжения на обмотках статора асинхронного электродвигателя, плавное изменение частоты вращения асинхронного электродвигателя на каждом дискретном (фиксированном) поддиапазоне, реверс двигателя на любой частоте вращения асинхронного электродвигателя. Регулирование частоты вращения асинхронного электродвигателя осуществляется изменением выдержки времени элемента 14, у которого во времязаданной цепи изменяется величина напряжения на конденсаторе, которое определяется величиной задающего напряжения, напряжения обратной связи (от тахогенератора) и корректирующего напряжения.

Реверс осуществляется подачей команд на элементы 28 и 29 выдержки времени. Переключение с номинальной частоты сети на пониженные фиксированные частоты осуществляется подачей команды на вход инвертора 30.

Предлагаемое устройство обеспечивает положительный эффект, заключающийся в том, что при увеличении диапазона регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя значительно снижаются потери в роторе (по сравнению с фазовым регулированием), а это приводит к повышению КПД двигателя и снижению его габаритной мощности.

Формула изобретения

Устройство для регулирования частоты вращения трехфазного асинхронного электродвигателя, содержащее встречно-параллельно включенные тиристоры в каждой фазе, цепи управления которыми связаны с выходами блока регулирования, и переключатель режимов

работы, соединенный с блоком регулирования, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона и плавности регулирования частоты вращения при одновременном снижении потерь скольжения, блок регулирования содержит входной инвертор, элемент регулируемой вьщержкн времени, два формирователя импульсов заданной длительности, согласующий инвертор, два трехфазных ждущих мультивибратора, четыре

0 ограничителя импульсов, мультивибратор повышенной частоты, двадцать логических элементов И, двенадцать усилителей мощности, развязывающие устройства и два инвертора задающей частоты,

5 причем входной инвертор входом соединен с одной КЗ фаз питающей сети, а .выходом - через элемент регулируемой выдержки времени с последовательно соединенными двумя формирователями импульсов заданной длительности, выход

0 последних соединен непосредственно со входом первого трехфазного ждущего мультивибратора и через согласующий инвертор -, со входом второго трехфазного ждущего мультивибратора, первые

5 два выхода первого ждущего мультивибратора подключены через ограничители импульсов соответственно к 1-4 и 5-8 элементам И, -а третий выход - к 9 и 10элементам И, первые два выхода второ0го ждущего мультивибратора через ограничители импульсов подключены соответственно к 11-14 и 15-18 элементам Hj а третий выход второго ждущего мультивибратора - 19 и 20 элементам И,, вы5ход переключателя режима вперед соединен с 1,2,6,7,11,12,16,17, а выход переключателя режима Назад соединен с 3,4,5,8,13,14,18 элементами И, выход первого инвертора задающей частоты соединен со входом второго инвертора

0 задающей частоты и с- 1,3,7,8,9,11,13, 17,18,19 элементами И, а выход второго инвертора задающей частоты с 2,4,5,6,10,12,14,15,16,20 элементами И, мультивибратор повышенной час5тоты соединен со всеми двенадцатью элементами И, выход 1,2,5 и 3,4,6 элементов И совместно, а выходы 7,8, 9, 10 элементов И порознь соответственно подключены ко входам первых шес0ти усилителей мощности, выходы 11,12, 15 и 13,14,16 совместно, а выходы 17,18,19,20 порознь соответственно подсоединены к оставшимся шести усилителям мощности, выходы усилителей

5 мощности являются выходами блока регулирования.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент Японии № 28616,

0 кл. 55 С 22, 1969.

2.Патент США 3866097, кл. 318-212, 1973.

О СвА. /7f . J . t 2 5 5 7 Z S if I--I

ul

Ui

f

f fZ 7

Л

ibi

ut

g

Ul

te

Ш

,

4n

u/

J

Ш

i//

{