Устройство для управления асинхронным двигателем

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕаЪЬЛИК

Н 02 Р 8/00; н 02 P 7/62

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ",Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОсудАРстВенный кОмитет сссР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3359981/24-07 (22) 04.12.81 (46) 30.06.83. Бюл. И 24 (72) И.И. Соколов, В.п. Рубцов, Н.А. Лавринов и Л.В. Еремеева (71) Иосковский ордена Ленина и ордена Октябрьской революции энергетический институт (53) 621 ° 313 ° 13:62-83(088.8) (56) 1. Чиликин И,Г. Общий курс электропривода. И., "Энергия", 1965, с. 165-166.

2, Авторское свидетельство СССР

У 748765, кл. Н 02 Р 7/62, 1980. (54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕ-.

НИЯ АСИНХРОННЦИ ДВИГАТЕЛЕИ с фазным ротором в режимах непрерывного вращения и шаговом, содержащее связывающие питающую сеть с фазами статора двигателя силовые коммутирующие weменты, например тиристоры, с блоками импульсно-фазового управления, подкпюченными входами к первому выходу блока выбора режима работы, силовой коммутирующий элемент с блоком импульсно-фазового управления, подключенный к фазе ротора двигателя, гене" ратор импульсов, ключ, соединенный управляющим входом с вторым выходом блока выбора режима работы и связы вающий выход генератора импульсов с тактовым входом распределителя импульсов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения колебаний скорости и величины шага при работе в шаговом режиме, в него введены дополнительный силовой коммути рующий элемент с блоком импульсно„„SU„„1026276 А фазового управления, по два дополнительных ключа и два элемента И-НЕ на каждую фазу статора и инвертор, подключенный выходом к входу блока импульсно-фазового управления дополнительного силового коммутирующего элемента, связывающего своими силовы" ми электродами две фазы ротора, одна из которых соединена с нулевым проводом питающей сети, а вторая через основной силовой коммутирующий элемент ротора - с общей точкой соединения фаз статора, причем входы блоков импульсно-фазового управления основного и дополнительного силовых коммутирующих элементов ротора сое- Я динены с третьим выходом блока выбора режима работы и первыми входами всех элементов И-НЕ, подключенных вторыми входами к выходам распреде" лителя импульсов, а выходами - к управляющим входам дополнительных ключей, соединенных сигнальными. входами с выходами блоков импульсно-фазового управления силовых коммутирующих эле- ментов статора, подключенных своими Ж управляющими электродами к выходам дополнительных ключей. Ю.

2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что в него © введен дополнительный ключ, связываю. щий один из управляющих электродов дополнительного силового коммути рующего элемента ротора с одним из выходов своего же блока импульсно-фазового управления и подключенный управляющим входом к четвертому выходу блока выбора режима работы.

10262

Изобретение относится к электро" технике, а именно к управлению асинхронным электроприводом, работающим в широком диапазоне изменения скорости движения, особенно при наличии двух режимов работы: с большими, близкими к номинальной скоростями и "ползучей" скоростью, и может быть применено в механизмах подъемных кранов, электротермических установок,10 лебедок и т.д.

Известны устройства для управления электроприводами, обеспечивающие как номинальную, так и пониженную скорости вращения двигателя, используемые 15 для различных режимов работы элект.ропривода, в частности, подъемных устройств в электротермических установках,. кранов и т.д.

В одном из известных устройств 20 для управления асинхронным электродвигателем номинальная и "ползучая" скорости обеспечиваются за счет включения в каждую фазу статора двигателя силовых коммутирующих элементов 25 и командного блока, подключенного к входам управляющих органов коммутирующих элементов (1 .

Однако устройство имеет недостаточно большой диапазон регулирования скорости двигателя и, связанную с этим, недостаточную надежность работы злектропривода при очень низких скоростях.

Наиболее близким по технической

35 сущности и достигаемому результату к предлагаемому является устройство для управления асинхронным двигателем с. Фаэным ротором в режимах непрерывного вращения и шаговом, содержащее связывающие питающую сеть с фазами статора двигателя силовые коммутирующие элементы, например тиристоры, с блоками импульсно-фазового управления, подключенными входами к первому выходу блока выбора режима работы, силовой коммутирующий элемент с блоком импульсно-фазового управления, подключенный к фазе ротора двигателя, генератор импульсов, ключ, соединенный управляющим вхо- 5О дом с вторым выходом блока выбора режима работы и связь1вающий выход генератора импульсов с тактовым входом распределителя импульсов f2) .

Указанное устройство обеспечивает 55 работу асинхронного двигателя в режиме естественного трехфазного включения с регулированием скорости посред76 2 ством изменения угла включения силовых элементов, При этом скорость регулируется в сравнительно небольшом диапазоне. По сигналу командного устройства асинхронный двигатель переводится в шаговый режим работы с несимметричным (двухфазным) включением обмоток статора и ротора. При этом обеспечивается вращение двигателя с низкими ("ползучими") скоростями.

Недостатком указанного устройства являются значительные колебания скорости и угла в шаговом режиме, обусловленные наличием большой переменной составляющей (соизмеримой с постоянной составляющей) синхронизирующего момента. Кроме того, устройство не позволяет уменьшить величину шага двигателя, что также ухудшает плавность движения. в области низких скоростей.

Цель изобретения - уменьшение ко" лебаний скорости и величины шага в шаговом режиме, Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее связывающие питающую сеть с фазами статора двигателя силовые коммутирующие элементы, например тиристоры, с блоками импульсно-фазового управления, подключенными входами к первому выходу блока выбора режима работы, силовой коммутирующий элемент с блоком импульсно-фазового управления, подключенный к фазе ротора двигателя, генератор импульсов, ключ, соединенный управляющим входом с вторым выходом блока выбора режима работы и связывающий выход генератора импульсов с тактовым входом распределителя импульсов, снабжено дополнительным силовым коммутирующим элементом с блоком импульсно-Фазового управления, дополнительными ключами и элемента" ми И-НЕ по два на каждую фазу статора и инвертором, подключенным выходом к входу блока импульсно-фазового управления дополнительного силового коммутирующего элемента, связывающего своими силовыми электродами две фазы ротора, одна из которых соединена с нулевым приводом питающей сети, а вторая через основной силовой коммутирующий элемент ротора - с общей точкой соединения Фаэ статора, причем входы блоков импульсно-фазового управления основного и дополнительного силовых коммутирующих элементов ротора соединены с третьим выходом блока выбора режима работы и первыми входами всех элементов

И-НЕ, подключенных вторыми входами к выходам распределителя импульсов, а выходами - к управляющим входам дополнительных ключей, соединенных сигнальными входами с выходами блоков импульсно-фазового управления силоBbtx коммутирующих элементов статора, подключенных своими управляющими электродами к выходам дополнительных ключей.

Кроме того, в устройство введен дополнительный ключ, связывающий один из управляющих электородов дополнительного силового коммутирующего элемента ротора. с одним из выходов своего же блока импульсно-фазового управления и подключенный управляющим входом к четвертому выходу блока выбора режима работы.

Такое выполнение устройства обеспечивает питание ротора постоянным, (выпрямленным) током, а фаз статора - импульсами выпрямленного тока одной или изменяющейся полярности.

Питание асинхронного двигателя выпрямленным током резко сокращает переменную составляющую синхронизирующего момента, развиваемого двигателем, улучшает его использование и приводит к снижению колебаний мгновенной скорости. Питание фаз статора выпрямленным током позволяет при введении электрического дробле- 3s ния изменять величину шага, что по-. вышает точность движения и расширяет функциональные возможности привода.

На фиг. 1 и 2 приведены Функциональные схемы двух вариантов выполне- 40 ния устройства для управления асинхронным приводом.

Устройство содержит силовые коммутирующие элементы 1-3, например встречно-параллельно включенные ти- м ристоры„ связывающие Фазы 4-6 стато-. ра асинхронного двигателя с фазами

А, 8 и С питающей сети переменного тока. фазы 7-9 ротора двигателя под" . ключены через силовые коммутирующие элементы .10 и 11 к нулевому проводу

"О" питающей сети. В первом варианте выполнения устройства (фиг. 1) фаза

7 ротора подключена через силовой . коммутирующий элемент 10 к общей M точке соединения фаз 4-6 статора. Силовой коммутирующий элемент 11 закорачивает фазы 7 и 8 ротора. Фаза 9

6 ф может быть либо отключена, либо непосоедственно соединена, например, с фазой 8 (что несущественно). Фаза 8 непосредственно подключена к нулевому проводу "0" питающей сети, Силовые коммутирующие элементы

1-3 и 7-9 снабжены блоками 12- 16 импульсно-фазового управления, выходы которого связаны с управляемыми электродами коммутирующих элементов через ключи 17-23. Управление ключами

17-22, установленными в цепях силовых коммутирующих элементов 1-3 статора, осуществляется от распределителя 24 импульсов через элементы

И-НЕ 25

Тактовый вход распределителя 24 импульсов связан с генератором 26 импульсов через ключ 27. Распределитель 24.импульсов имеет также входы выбора направления движения 8 и Н.

Задание режима работы устройства производится блоком 28 выбора режи" ма работы, один из выходов которото соединен с входом инвертора 29.

8о втором варианте выполнения устройства (фиг. 2) фаза 7 ротора подключена через силовой коммутирующий элемент 10 и согласующий элемент (трансформатор) 30 к одному из фазных проводов, например С, питающей сети (несущественно, к какому именно фазному пооводу будет подключен коммутирующий элемент 10 и как конкретно будет выполнен согласующий элемент).

Устройство работает следующим образом. ,Режим работы асинхронного двигателя задается блоком 28 выбора режима работы в виде сигналов нулевого или единичного уровней на его выходах.

В режиме "Двигатель отключен" блок 28 на первом выходе задает нулевой уровень, запрещаеций работу всех блоков 12-16 импульсно-фазового управления. При этом блоки имвулъсмофазового управления не вырабатывает импульсы управления и силоам коммутирующие элементы 1, 2, 3 и 16, заперты независимо от состояния остальных элементов устройства. Двигатель отключен от питающей сети.

8 режиме "Асинхронное вращение" на первом выходе блока 28 устанэейивается единичный уровень, разреш4 ещий работу блоков 12- 16 импульсмю фазового управления. Состояния силовых коммутирующих элементов при этом определяются уровнем сигнала на втоS 1026 ром выходе блока 28. При нулевом уровне сигнала на втором выходе блока

28 все элементы И-НЕ 25 запираются и на их выходах появляется единичный уровень, разрешающий работу клю- 5 чей 17-22. При этом блоки 12- 14 импульсно-фазового управления подключаются к управляющим электродам силовых коммутирующих элементов статора и формируют заданные величи- 16 ны фазных напряжений (e программном режиме или посредством цепей обратных связей, не показанных на чертежах). Нулевой уровень на втором выходе блока 28 выбора режима запреща" 15 ет работу блока 15 импульсно-фазового управления, запирая тем самым ком-. мутирующий элемент 10 и отключая цепь ротора двигателя от сети переменного тока. Одновременно сигнал 20 нулевого уровня с второго выхода блока 28 через инвертор 29 разрешает работу блока 16 импульсно-фазового управления, включая тем самым силовой коммутирующий элемент 11 и вако- 2$ рачивая фазы 7 и 8 ротора. При таком состоянии элементов схемы обеспечивается подключение фаз 4-6 статора асинхронного двигателя к питающей сети и закорачивание фаз 7-9 ротора щ (для формирования заданных характеристик в цепь ротора могут быть включены добавочные сопротивления), т.е. двигатель работает в режиме естественного включения, обеспечивая асинхронный режим вращения.

В режиме шагового вращения на первом и втором выходах блока 28 устанавливаются единичные уровни. При этом силовой коммутирующий элемент 4

10 включается, подключая цепь ротора к общей точке соединения фаз статора (фиг. 1) или к выходу трансформатора 30 (фиг. 2). Коммутирующий элемент 11 запирается, размыкая фазы

7 и 8 ротора. В обоих случаях в цепь ротора подается выпрямленный ток; в схеме фиг. 1 — через фазы статора, а в схеме фиг. 2 - непосредственно от автотрансформатора 30. Коммутирующий элемент 10 работает в этом

50 случае в режиме выпрямления.

Единичный уровень на первых входах элементов И-НЕ 25 (задается сигналом на втором выходе блока 28) разрешает их работу по сигналам с распределителя 24. Распределитель 24 импульсов определяет комбинацию возбужденных элементов И-ЦЕ 25 (имеющих

276 4 на еыходе единичный уровень) и соответствующую ей комбинацию проводящих состояний ключей 17-22. Связи выходов распределителя 24 импульсов с элементами И-НЕ 25 и ключами l7-22 обеспечивают в, каждый такт коммутации распределителя 24 только одностороннее проводящее состояние коммутирующих элементов 1-3, т.е. их работу в выпрямительном режиме. В зависимости от выбранного способа коммутации возможно одновременное включение одного или двух коммутирующих элементов 1-3 причем обеспечивается протекание тока как в прямом (от фазного провода к нулевому), так и в обратном направлениях.

Последовательный перебор включенных и отключенных состояний коммутирующих элементов,l-3 задаваемый рас1 пределителем 24, обеспечивает пошаговое вращение ротора в прямом (при подаче единичного уровня на вход В и нулевого на вход Н) или в обратном (при подаче единичного уровня на вход Н и нулевого на вход В) направлениях. Частота f переключения распределителя 24,определяющая скорость вращения двигателя

Ж =c6f, 3/0 где с(, = -;-„- — шаг двигателя; р - чигло пар полюсов ротора; и - число тактов коммутации распределителя, задается генератором 26 импульсов °

Генератор 26 импульсов подключается к тактовому входу распределителя 24 по сигналам управления, поступающим с блока 28 выбора режима работы. Пр% единичном уровне сигнала на третьем выходе блока 28 ключ 27 подключает генератор 26 к тактовому входу распределителя 24, обеспечивая шаговое вращение двигателя. Ecw на третьем выходе блока 28 появляется нулевой уровень, то поступление импульсов с генератора 26 на вход распределителя 24 прекращается и последний запоминает последнее состояние, обес печивая определенную комбинацию возбужденных фаз статора, по которым протекает выпрямленный ток. Такой режим работы устройства соответствует останову двигателя. При этом двигатель развизает статический синх" ронизирующий момент, обеспечивая фиксацию ротора в положении, соответст7 10262 вующем установленной комбинации возбужденных фаз статора.

Для уменьшения пульсаций выпрямленного тока в цепи статора целесообразно {{{унтировать ее встречно включенным диодом, функции которого может выполнять силовой коммутирующий элемент 11. При единичном уровне на четвертом выходе блока 28 ключ

23, связываюы{ий блок 16 импульсно-фа- {в зового управления с силовым коммутирующим элементом 11, находится в проводящем состоянии, что.соответствует симметричной работе элемента 11 (аключаются поочередно cGa тиристо- is рв). Когда с выхода блока 28 на вход ключа 23 поступает нулевой уровень, 76 8 цепь, связывающая один из тиристоров элемента 11 с блоком 16, разрывается и силовой коммутирующий элемент

11 переходит в несимметричный режим, когда включается только один тиристор.

Технико-экономический эффект от внедрения предлагаемого устройства обусловлен уменьшением установленной мощности коммутирующих элементов, повышением момента двигателя, т.е. улучшением его использования, а также повышением плавности и точности движения за счет уменьшения колебаний мгновенной скорости и величины шага.

1026276

Составитель 3 Горник

Техред С.Мигунова Корректор О. Билак

Ти раж 87 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, N-3, Раушская наб. д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул, Проектная, C)