Устройство для частотного управления асинхронным двигателем

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЧАСТОТНОГО . УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ ПО авт. св. 845255, отличают е е с я тем, что, с целью улучшения динамических характеристик двигателя и повышения производительности приводного механизма, в него введены потенциометр, дополнительный блок суммирования и блок функдиоHcina , состоящий из последовательно соединенных блока выделения модуля и нелинейного элемента, причем вцход блока функционала под ключен к входу управления амплитудой напряжения преобразователя частоты, вход блока функционала подключен к выходу дополнительного блока суммирования, первый вход которого подсоединен к входу блока управления частотой преобразователя , а второй вход через потенциометр подсоединен к выходу блока суммирования.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

РЕСПУБЛИН

59648 А (1% (1!) 3(59 Н 02 Р 7 42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

i

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПЮДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

Н AETOPCKOMV CBHEETEllhCTBV. (61) 845255 (21) 3435487/24-07 (22) 12.03.82 (46) 07.12 ° 83. Вюл. Р 45 (72) И.A. Альтшулер, И.К. Мензарев, Н.И. Сидоренков и И.И. Эпштейн (71) Научно-исследовательский электротехнический институт производственного объединения."ХЭМЗ" (53) 62.83.621.313.333(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 845255, кл. Н 02 Р 7/42, 1979. (54)(57) УСТРОИСТВО ДЛЯ ЧАСТОТНОГО

УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ по авт. cs. 9 845255, о т л и ч а— ю ш е е с я тем, что, с целью улучшения динамических характеристик двигателя и повышения. производительности приводного механиэма, в него введены потенциометр, дополнительный блок суммирования и блок функционала, состоящий из последовательно соединенных блока выделения модуля и нелинейного элемента, причем вы-. ход блока функционала подключен к входу управления амплитудой напря жения преобразователя частоты, вход блока функционала подключен к выходу дополнительного блока суммирования, первый вход которого подсоединен к входу блока управления частотой преобразователя, а второй вход через потенциометр подсоединен к выходу блока суммирования. ф

1059648

Изобретение относится к электротехнике, может быть использовано в частотно-регулируемом злектроприводе, выполненном на основе тиристорного преобразователя частоты и асинхронного двигателя с короткозам- 5 кнутым ротором.

По основному авт.св. Р 845255 известно устройство для частотного управления асинхронным двигателем, подключенным к преобразователю час- 10 тоты. Устройство содержит задатчик интенсивности, блок смещения и блок суммирования, один вход которого под. ключен к выходу эадатчика интенсивности, а выход — к блоку управления частотой преобразователя, второй вход блока суммирования подключен к выходу блока смещения, блок смещения выполнен в виде блока дефференцирования, à его вход подключен к выходу задатчика интенс "BHocTH

Кроме того, в устройство введен нуль-индикатор, подключенный входом к выходу блока суммирования, а выходом — к входу блока управления порядком чередования фаз выходного . напряжения преобразователя часто(1) .

Недостатком устройства является низкие динамические характеристики двигателя на малых частотах, которые ЗО обусловлены тем, что в устройстве не предусмотрена компенсация падения напряжения на активных сопротив лениях обмотки статора и амплитуда напряжения регулируется пропорцио- 35 нально частоте во всем рабочем диапазоне. В результате в динамических режимах (раэгонах и торможениях) асинхронный двигатель не развивает достаточного момента на низких часто- 4О тах, что приводит к задержке начала фактического разгона и остановке двигателя после частотного тортго. жения и к низкой производительности приводного механизма. 45

Цель изобретения — улучшение динамических характеристик асинхронного двигателя на низких частотах и повышение производительности приводного механизма., 50

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для частотного управления асинхронным двигателем введен потенциометр, дополнительный блок суммирования и блок функ- 55 ционала, состоящий из последовательно соединенных блока выделения модуля и .нелинейного элемента, причем выход блока функционала подключен к входу управления амплитудой напря- 6О жения преобразователя частоты, вход блока функционала подключен к выходу дополнительного блока суммирования, первый вход которого подсоединен к входу блока управления частотой преобразователя, а второй вход через потенциометр подсоединен к входу блока суммирования.

На фиг. 1 приведена схема устройства для частотного управления асинхронным двигателем; на фиг. 2 — графики зависимости амплитуды напряжения от частоты для постоянства потокосцепления статора и изменении нагрузки двигателя; на фиг. 3 вариант выполнения функционала.

Устройство содержит асинхронный двигатель 1 с короткозамкнутым ротором повышенного сопротивления, который подключен к выходу преобразователя 2 частоты с системой управления. Блок 3 суммирования подключен к выходу эадатчика 4 интенсивности, имеющему выход 5. Выход блбка 3 суммирования подключен к входу блока 6 управления порядком следования Фаз преобразователя 2 через нуль-индикатор 7 и к входу 8 блока 2 управления частотой преобразователя частоты. К выходу 5 задат. чика интенсивности 4 подключен потенциометр 9, выход которого подкгвачен к входу дополнительного блока

10 суммирования, второй вход которого подключен к выходу блока 3 суммирования. Выход блока 10 подключен через блок 11 функционала к входу 12 управления амплитудой напряжения преобразователя 2 частоты.

Блок 11 функционала состоит из блока 13 выделения модуля сигнала и нелинейного элемента 14 (фиг. 3).

Один иэ возможных вариантов исполнения блока 13 (фиг. 3) состоит из двух операционных усилителей 15 и 16, резисторов 17-21 и диодов

22 и 23.

Такое построение устройства диктуется следующим соображеииями. Высокая эффективность работы асинхронного двигателя на низких частотах обеспечивается в режиме постоянства потокосцепления статора Q = Const, которое достигается за счет компенсации падения напряжения на активных сопротивлениях обмотки статора, . Амплитуда напряжения йа зажимах статора в фукнкции частоты и абсолютного скольжения двигателя Р для линейной области механической характеристики, где собственно и происходит работа двигателя, описывается выражением

AiX2 . ХЛ Х1Х2 Re "о, х „x 2 — и араме тры схемы э амещения

1059648

Г =P„ приведенное сопротивление вторичной обмотки. где r<

В режиме идеального холостого хода ((= O) lj,=U,þ=(ã, — КЯ.

Формуле (1 ), определяющей зависимость О» (e) для различных Я соответствуют геометрически подобные функционалы на фиг. 2, построенные в плоскости U»,oL, причем расчет подтверждает подобие функционала с высокой точностью ((7%). Левая часть полужесткости в физическом смысле соответствует среверсированному двигателю(К < О) .

В режиме идеального холостого хода функционал U > (К) определяется кривой, симметричной относительно оси 0» . В двигательном режиме

/ ((>0) с увеличением р Функционал перемещается в левую полуплоскость, в генераторном режиме ((cO) с увеличением /P/ — в правую полуплоскость

При этом все точки функционала перемещаются по оси K на величину

hah»;g = - A /3;(4), а по оси О» вверх на величину h U»qs» = 4ю„ „A р< (5), х".r» где . Ь= — — параметрическнй х2 хг коэффициейт; А<1.

Таким образом, необходимая зависимость(0<» ) определяется функцио- налом холостого хода (3), который в функции абсолютного скольжения двигателя должен смещаться в плоскости U, К на величины (4) и (5). Расчет показывает, что величина ь 0» ц при максимальном скольжении в рабочей области составляет всего 10% от минимального напряже-, ния преобразователя на минимальной частоте и им можно пренебречь.

Операции должны выполняться в следующей последовательности: сигнал задания фактической частоты и смещается на величину — 6 Кс»»», полученный сигнал Ю вЂ” Ы z»»» подстановкой в качестве к, в выражение (3) преобразуется функционалом холос.того хода ° Полученный сигнал соответствует требуемому значе-.; нию О»

В данном устройстве согласно фиг.1 абсолютное скольжение в дина.мических режимах определяется сигналомdg /3t на выходе 5 задатчика 4 интенсивности. Смещение сигнала% согласно формуле (4) выполняется в .цополнительном блоке 10 суммирования

Ф»ункпионал холостого хода по формуле (3) реализуется блоком 11.

Потенциометр 9 предназначен для настройки коэффициента А х /г согласно формулам (4) и (2). Для реальных паоаметров двигателей величина hg< - 0,3р, т.е. потенциометр настраивается примерно на 0,3.

Управление асинхронным двиrazes. лем 1 осуществляется следующим об3Р разом.

Устройство применимо для управления двигателем с повыаенным скольжением. Такие двигатели используются в приводе рольгангов, где в большинстве случаев статическим моментом нагрузки можно пренебречь в сравнении с динамическим, т.е. в установившемся режиме p-",0. Рассматриваемое устройство обеспечивает данное условие, поскольку, как указывалось выше, в качестве сигнала скольжения здесь используется сигнал с выхода 5 задатчика 4. В установившемся режиме на выходе 5 задатчика 4 сигнал производной dg /Jt = О, следовательно, частота выходного напряжения преобразователя 2 определяет ся выходным сигналом задатчика 4, поступающего на вход 8 преобразователя 2. Соответственно сигнал смещения на входе дополнительного блока

10 суммирования равен нулю, Амплитуда напряжения..0» преобразователя 2 определяется выходным сигналом блока 11 $óíêöèoнала й"соответствует

35 зависимости 0»» (к) для холостого хода согласно формуле (3) . В динамическом режиме, например, при частотном разгоне на выходе задатчика 4 — линейно нарастающий сигнал задания, 4р на выходе 5 задатчика 4 — ступенчатый сигнал 3 Ю /dt, пропорциональный абсолютному скольжению двигателя.

На выходе блока 3 суммирования и соответственно на входе блока 8 уп-. равления частотой преобразователя

2 — сигнал задания частоты К . В перечисленной части работа устройства полностью повторяет работу прототипа. Блок 10 суммирования выполняет сложение сигнала фактической частоты »»(, с сигналом с выхода 5 задатчика 4, пропорциональным абсолютному скольжению и равным- ЬМ согласно формуле (4). Результирующий сигнал преобразуется блоком 11 функционала. Происходит смещение функционала холостого хода влево (фиг. 2). .Выходной. сигнал 11 поступает на вход

12 управления амплитудой напряжения преобразователя 2 частоты в ка60 честве задания 0 .

По окончании разгона возникает установившийся режим, рассмотренный выае. Торможение протекает аналогич но разгону с той разницей, что сиг65 нал абсолютного скольжения на выходе

1059648

5 задатчика 4 изменяет знак и смещение функционала холостого хода согласно фиг. 2 происходит вправо.

В процессе торможения может произойти реверс выходного напряжения в зависимости от величины абсолютного скольжения, определяемой темпом торможения. Реверс происходит при изменении знака ц. по сигналу, нуль-индикатора 7, поступающему на вход 6 преобразователя 2. В этой части работа устройства полностью повторяет работу прототипа.

Функционал 11 работает следующим образом.

При подаче на вход сигнала отрицательной полярности он прохбдит через резистор 17, усилитель 15, диод 22 на выход усилителя 16 не изменяя полярности. Через диод 23 сигнал не проходит. При подаче на вход 20 блока положительного сигнала он проходит через диод 23 и инвертируется усилителем 16, а через цепь диода 22 не проходит. Таким образом на выходе блока в любом случае имеем однополярный сигнал. В результате блок 13 выпрямляет двухполярный сигнал А, а нелинейный элемент 14 реализует расчетный функционал холостого хода U„0(«) по формуле (3) для правой полуплоскости на фиг. 2.

Нелинейный элемент может быть выполнен по принципу кусочно-линейной аппроксимации нелинейной зависимости.

Предлагаемое устройство, благодаря поддержанию неизменного потокосцепления статора двигателя, обеспечивает постоянство заданного в виде сигнала 3 М /d t, абсолютного скольжения.в области низких частот, и тем самым улучщает динамические характеристики двигателя в данной области и повышает производительность приводного механизма.

Экономический эффект достигается эа счет повышения производительности .оборудования вследствие сокращения времени на динамические режимы (разгон и торможение) двигателей.

1059648

Составитель В.Тарасов

Редактор Е.Лушникова Техред, B.Далекорей Корректор И. Эрдейи

Заказ 9855/57 Тирам 687 . .Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Рауыская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г.. УЖгород, ул. Проектная, 4