Частотно-управляемый асинхронный электропривод Советский патент 1982 года по МПК H02P7/42 

1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах частотного управления асинхронным высокочастотным двигателем, имеющих тиристорный преобразователь частоты с явно выраженным звеном постоянного тока, в частности в препаративных и аналитических ультрацентрифугах.

Известен частотно-управляемый асин-,д хронный электропривод, содержащий регулятор частоты вращения двигателя, преобразователь частоты с явно выраженным звеном постоянного тока, блок управления частотой и блок ,5 управления напряжением t1.

Недостатком этого устройства является то, что в нем не обеспечивается эффективное частотное торможение в широком диапазоне частот 20 вращения.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является частотно-управляемый асинхронный электропривод, содержащий асинхронный двигатель, подключенный к преобразователю Частоты, при этом один вход преобразователя частоты подключен к блоку управления напряжением, вход которого через диод связан с регулятором полного тока, а другой вход преобразователя через блок управления час тотой подключен к выходу сумматора, вход которого связан с датчиком частоты вращения и с выходом регулятора частоты вращения, причем указанные блоки управления имеют обlljyю шину 2.

Однако указанное устройство имеет два дополнительных контура регулирования - регулятор частоты скольжения и регулятор активного тока, что усложняет устройство и его настройку. Кроме того, введение дополнительных контуров делает систему менее устойчивой к работе, а следовательно, и менее надежной. Наибо3лее существенный недостаток этого устройства при использовании его в механизме центрифуг заключается втом, что в момент перехода в режим торможения или в момент перехода из режима торможения в режим разгона со даетсядополнительный ударный момен который при вращении ротора ультрацентрифуги на высоких оборотах (до 75000 рб/мин) недопустим, так как м жет привести к поломке струны, на которой подвешен электродвигатель, или к перемешиванию препаратов в кювете ротора. Возникновение ударного момента на- высоких оборотах объясняется тем, что при переходе и режима раз гона или стабилизации в режим торможения частота скольжения снижается до нуля, а затем становится отрицательной. В момент, когда частота скольжения приближается к нулю, ток статора резко уменьшается. В ответ же этот регулятор полного тока через блок управления напряжен ем увеличивает напряжение питания преобразователя частоты и, следовательно, создает условие для резкого перехода в режим торможения с возникновением дополнительного удар ного момента при появлении отрицательного скольжения. Аналогичный эффект наблюдается также при выходе из режима торможения. Цель изобретения - повышение надежности устройства путем исключени бросков момента при изменении режима работы двигателя. Поставленная цель достигается тем, что частотно-управляемый элект ропривод, содержащий асинхронный электродвигатель, преобразователь ч тоты, к выходу которого подключен асинхронный электродвигатель, при этом один вход преобразователя частоты подключен к блоку управления н пряжением, вход котЬрого Через диод связан с регулятором полного тока, а другой вход преобразователя через блок управления частотой подключен выходу сумматора, вход которого свя зан с датчиком частоты вращения и с выходом регулятора частоты вращения при этом указанные блоки управления имеют общую шину, снабжен двумя три герами Шмитта, управляемым ключом, двумя дополнительными диодами и дел телем напряжения с управляющим вхо4дом, причем входы триггеров подключены к выходу регулятора частоты вращения, выход сумматора соединен со входом блока управления напряжением через делитель напряжения и через управляемый ключ связан с общей шиной указанных блоков управления, выход первого триггера соединен с управляющим входом делителя напряжения, а выход второго триггера- с управляющим входом указанного ключа и через первый вспомогательный диод с входом регулятора полного тока, а выход последнего через второй вспомогательный диод подключен к входу сумматора . На чертеже приведена схема предлагаемого устройства. Устройство содержит асинхронный электродвигатель 1, подключенный к преобразователю 2 частоты, блок 3 управления напряжением, блок k управления частотой, регулятор 5 полного тока, датчик 6 тока; преобразователь 7 частота-напряжение, причем в случае использования аналогового датчика частоты и аналогового регулятора частоты вращения преобразователь 7 может отсутствовать, регулятор 8 частоты вращения, ко входу которого подключен датчик 9 частоты вращения, сумматор 10,вход которого подключен через параллельные цепочки из резистора 11, диода Т2, резистора 13 и диода 1 к выходу регулятора 8 частоты вращения (в-.случае, когда скольжение двигателя в процессе разгона и торможения может быть задано одинаковой величины, цепочка из элементов 11-И исключается, а выход регулятора 8 частоты вращения непосредственно подключается ко входу сумматора 10), второй триггер Шмитта 15, выход которого подключен к управляющему входу управляемого ключа 1б и через первый дополнительный диод 17 - ко входу регулятора 5 полного тока, выход которого через диод 18 подключен к блоку 3 управления напряжением и второй дополнительный диод 19 ко входу сумматора 10, первый триггер Шмитта 20, выход которого подключен к управляющему входу делителя 21 напряжения. Управляемый ..ключ 1б и блоки управления имеют общую шину 22. Устройство работает следующим образом. 5 Частотный сигнал с датчика 9 час тоты вращения поступает на вход сумматора 10 либо непосредственно, либо через преобразователь 7. Напря жение На выходе сумматора 10 преобразуется в частотный сигнал блоком k и поступает на преобразователь 2 частоты. Коэффициент передачи в зам нутом контуре, состоящем из преобраз вателя 2 частоты, блока k управления сумматора 10, датчика 9 частоты, подбирается таким образом, чтобы скольжение электродвигателя 1 равняло нулю. В случае, если заданная частота вращения превышает частоту вращения ротора на выходе регулятора 8 на величину зоны пропорциональности регулятора, то появляется положител ный сигнал максимальной величины, который через диод 12 и резистор 11 поступает на вход сумматора 10. В результате частота статора превышает частоту вращения ротора на величину, пропорциональную напряжению на выходе регулятора 8 частоты вращения. За счет этого создается постоянное положительное скольжение электродвигателя 1, необходимое для его разгона. Триггер Шмитта 15 срабатывает от отрицательного сигнала, поэтому он выключен, ключ 16 разомкнут и, следовательно. на выход регулятора 5 полного тока поступает положительный сигнал боль шого уровня. При этом на выходе регулятора 5 полного тока появляется отрицательный сигнал, который. не проходит через диоды 18 и 19 на вход блока 3 управления напряжением и на вход сумматора 10 соответственно. Вследствие этого в режиме разгона регулятор 5 полного тока отключен. Сигнал с выхода сумматора 10 по ступает на вход блока 3 управления напряжением, который задает напряжение питания преобразователя 2 час тоты, причем это напряжение пропорционально сигналу на выходе сумматора 10. За счет этого поддерживается постоянным отношение напряжения пита ния преобразователя к частоте, что является необходимым условием notTOянства момента, развиваемого двигателем. Величина напряжения на выходе бло ка 3 управления напряжением, задаваемая напряжением на его входе, является небольшой и необходима для повышения момента при очень низких 0 частотах вращения. В процессе разгона ротора, когда положительное напряжение на входе триггера Шмитта 20 велико, последний выключает управляемый делитель 21 напряжения. В результате возрастает напряжение, поступающее на вход блока 3, и, следовательно, напряжение питания преобразователя 2. При приближении частоты ротора к заданной регулятор 8 входит в зону пропорциональности, в результате чего напряжение на его выходе начинает уменьшаться. При этом триггер Шмитта 20 включает управляемый делитель 21, который снижает напряжение, поступающее с выхода сумматора 10 на вход блока 3, на 15-20%, что, в свою очередь, обуславливает уменьшение напряжения питания преобразователя 2. Это и обеспечивает плавный переход на заданную частоту вращения. Далее устройство начинает работать в режиме стабилизации, при котором заданная частота поддерживается с помощью регулятора 8 частоты вращения. В случае, если регулятору 8 задается частота, менее частоты вращения ротора на величину зоны пропорциональности регулятора, то устройство переходит в режим торможения. При этом на выходе регулятора 8 появляется отрицательный сигнал максимальной величины. Этот сигнал поступает на вход сумматора 10 через цепочку, состоящую из диода 14 и резистора 13. Так как сумматор 10 обладает демпфирунэщими свойствами, частота статора начинает плавно снижаться и становится в конце концов менее частоты ротора, т.е. скольжение становится отрицательным. Одновременно срабатывает триггер Шмидта 15 который включает управля,емый ключ 1б, связывающий с общей шиной выход сумматора 10. В результате напряжение питания преобразователя 2 частоты снижается до минимальной величины, определяемой напряжением Усцл-При срабатывании триггера Шмитта 15 Напряжение на его выходе становится менее напряжения переключения диода 17. В результате включается регулятор 5 полного тока и замыкается контур обратной связи через диод 19. В случае, если в процессе торможения ток статора двигателя 1 превышает заданное значение, регулятор полного тока вырабатывает сигнал, который через диод 19 пос7

упает на вход сумматора 10 и снижат величину скольжения. В результате этого ток статора уменьшается до заданной величины, т.е. при перехое в режим торможения, когда еще кольжение положительно, осуществляется снижение напряжения, питающего реобразователь 2 частоты. Через некоторое время скольжение снижается о нуля, а ток статора также падает о нуля. Затем начинает возрастать трицательное скольжение, и ток статора плавно нарастает до значения, заданного задатчиком регулятора тока (не показан). Это позволяет осуествить плавный переход в режим торможения. На высоких частотах вели чина реактивного тока, потребляемая электродвигателем 1v велика. Поэтоу сигнал с выхода регулятора 5, пос тупающий через диод 18 на вход блока 3 управления напряжением, превосходит сигнал, создаваемый напряжением Уса/. Вследствие этого выходное напряжение блока 3 близко к нулю. При торможении на низких частотах реактивный ток, потребляемый электро двигателем 1, снижается, сигнал на выходе регулятора 5 падает и выходное напряжение блока 3 увеличивается до уровня, при котором ток статора приближается к значению, заданному задатчиком регулятора 5. Следовательно, при торможении на низких частотах вступает в действие так же контур обратной связи по току :.т статора, образованный регулятором 5, диодом 18 и блоком 3 управления напряжением.

Таким образом, в предлагаемом устройстве достигается упрощение схемы, повышение надежности и устойчивости ее работы за счет исключения регулятора скольжения и регулятора активной составляющей тока, а также повышается плавность входа в режим торможения и стабилизации : за счет уменьшения части напряжения питания преобразователя частоты в начале процесса торможения и уменьшение части этого напряжения в начале процесса стабилизации частоты вращения. Благодаря этому резко уменьшается вероятность возникнове516208

ния механических неисправностей, приводящих к аварийным ситуациям, и повышается качество деления исследуемого препарата,

Формула изобретения

Частотно-управляемый асинхронный

10 электропривод, содержащий асинхронный электродвигатель,преобразователь частоты, к выходу которого подключен асинхронный электродвигатель, при этом один вход преобразователя

15 частоты подключен к блоку управления напряжением, вход которого через диод связан с регулятором полного тока, а другой вход преобразователя через блок управления частотой под20- ключен к выходу сумматора, вход которого связан с датчиком частоты вращения и с выходом регулятора частоты вращения, указанные блоки управления имеют общую шину, о т л и ч а25 ю щ и и с я тем, что, с целью повышения надежности путем исключения бросков момента при изменении режима работы двигателя, он снабжен двумя триггерами Шмитта, управляемым

30 ключом, двумя дополнительными диодами и делителем напряжения с управляющим входом, причем входы триггеров подключены к выходу регулятора частоты вращения, выход сумматора соединен с входом блока управления напряжением через делитель уапряжения и через управляемый ключ связан с общей шиной указанных блоков управления, выход первого триггера

Q соединен с управляющим входом делителя напряжения, а выход второго триггера- с управляющим входом указанного ключа и через первый вспомогательный диод - с входом регулятора полного тока, а выход последнего через второй вспомогательный диод подключен к входу сумматора.

Источники информации, .принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 399991, кл, Н 02 Р 7Л2, 1970.

2.Авторское свидетельство СССР N° 716125, кл. Н 02 Р , 1978.