Способ импульсного регулирования частоты вращения асинхронного электропривода

 

СПОСОБ «ИМПУЛЬСНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА, при котором контролируют частоту вращения электродвигателя , а также соотношение по фазе между напряжениями питания и ЭДС наводимых затухакяцим полем ротора в обмотках статора, при достижении верхней границы диапазона регу .лирования частоты вращения отключают напряжения питания, при достижении нижней границы диапазона регулирования : частоты вращения подключают нагпряжёнйя питания с выдержкой времени , определяемой достижением заданного соотношения по фазе между напряжениями питания и ЭДС наводимой затухающим полем ротора в обмотках статора о и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повьвиения экономичности за счет снижения дкнсцлйческих jtreperpy- . зок, указанную выдержку времени-осу ществляют в два зтапа, при этом на первс этапе выдержки времени определяют две обмотки статора, в которых наведены наибольшие ЭДС,совпаданлцие по знаку с напряжениями сети, определяют дае фазы источника питания , между которыми напряжение максимально , и подключают это напряже ние на указанные обмотки статора с сл соблюдением заданного порядка чередования фаз, после чего на втором этапе выпержКи времени, длящемся четверть периода напряжения питания, .подключают напряжение питания к третьей обмотке статора. tsD tsd to

СОЮЗ GOBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

М59Н 02 Р 5 40

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ, ГОСУД АРСТВЕННЬ9 НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ(ТИЙ (21) 3491641/24-07 (22) 22 ° 09,82 (4G) 07.02.84. Б@л. (72) И.Y..Õðóñòàëåâ и С.В.Кольцов (71) Иогилевский машиностроительный институт (53) 621.316,717.(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 904160, кл Н 02 Р l/18, 1979.

2, Авторское свидетельство СССР.

O 600681, кл. Н 02 Р 5/40, 1975, (54)(57) СПОСОБ ИМПУЛЬСНОГО РЕГУЛИPOBAHHII ЧАСТОТЫ ВРИЦЕНИЯ АСИНХРОННОГО ЭЛБКТРОПРИВОДА, при котором контролируют частоту вращения электродвигателя, а также соотношение по фазе между напряжениями питаний и . ЭДС наводимых затухающим полем ротора в обмотках статора, при достижении верхней границы диапазона регулирования частоты вращения отключают напряжения питания, при достижении нижней границы диапазона регулирования частоты вращения подключают на;.

„.Я() „„1072227 А пряжения питания с выдержкой времени, определяемой достиженщж заданного соотношения по фазе между напряжениями питания и ЭДС наводимой затухающим полем ротора в обмотках статора отличающийся тем, что, с целью .повьшения экономичности за счет снижения динамйческих ререгру- . зок, указанную выдержку времени-осуществляют в два этапа, при этом на первом этапе выдержки времени определяют две обмотки статора, в которых наведены наибольшие ЭДС,совпадающие по знаку с напряжениями сети, определяют две фазы источника питания, между которыми напряжение максимально, и подключают это напряже- Q ние на указанные обмотки статора с соблюдением заданного порядка чередования фаз, после :.чего на втором этапе выдержки времени, длящемся С четверть периода напряжения питания, подключают напряжение питания к третьей обмотке статора °

1072227

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании электропрнводов с асинхронным электродвигателем, питаемым от источника электроэнергии через управляемый коммутатор, позволяющий осуществить детерминированную коммутацию обмотки статора в процессе импульсного регулирования в заданном диапазоне частоты вращения ротора, для механизмов со спокойным харак- 10 тером нагрузки и значительными маховыми массами, например, сепараторы, центрифуги и др.

Известен способ импульсного регулирования частоты вращения асинхрон- 15 ного привода, электродвигатель которого питают от источника электроэнергии через тиристорный коммутатор, при котором осуществляют детерминированную коммутацию обмоток статора в два этапа. На первом этапе .определяют две фазы источника электроэнергии, между которыми напряжение максимально, подключают его к двум обмоткам статора, на втором этапе через двенадцатую часть периода подключают -.напряжение питания к третьей обмотке статора 313

Недостатком данного способа является отсутствие . контроля ЭДС наведенной в обмотках статора затухающим "полем короткозамкнутого ротора, отключенного от источника электроэнергии электродвигателя,что приводит к значительным динамическим перегрузкам при повторных включениях.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ импульсного регулирования частоты вра-40 щения асинхронного электропривода, при котором контролируют частоту вращения электродвигателя, а также .соотношение по фазе между напряжениями питания и ЭДС наводимых затухающим 45 полем ротора в обмотках статора, при достижении верхней границы диапазона регулирования частоты вращения отклю. чаЮт напряжения питания с выдержкой времени, определяемой достижением заданного соотношения по фазе между напряжениями питания и ЭДС наводимыми затухающим полем ротора в обмотках статора 323.

Недостатком известного способа является низкая экономичность, обусловленная одновременной коммутацией обмоток статора после выдержки времени, что повышает динамические перегрузки, приводящие к повышенному износу и сокращению срока службы обо-6О рудования как электропривода, так и приводного механизма.

Цель изобретения — повышение экономичности за счет снижения динамических перегрузок в злектроприводе. 65

Указанная цель достигается тем, что согласно способу импульсно-. го регулирования .частоты вращения асинхронндго электропривода, при котором контролируют частоту вращения электродвигателя, а также соотношение по фазе между напряжениями питания и ЭДС наводимых затухающим полем ротора в обмотках статора, при достижении верхней границы диапазона регулирования частоты вращения отключают напряжения питания, при достижении нижней границы диапазона регулирования частоты вращения подключают напряжения питания с выдержкой времени, определяемой дости.:;ением заданного соотноношения по фазе между напряжениями питания и ЭДС наводимой затухающим полем ротора в обмотках статора, указанную выдержку времени осуществляют в два этапа, при этом на первом этапе выдержки времени определяют две обмотки статора, в которых наведены наибольшие ЭДС совпадающие по знаку с напряжениями сети, определяют две фазы источника питания, между которыми напряжение максимально, и подключают это напряжение на укаэанные обмотки статора с соблюдением заданного порядка чередования фаз, после чего на втором этапе .выдержки, времени, длящемся четверть периода напряжения питания, подключают напряжение питания к третьей обмотке статора.

На фиг. 1 представлена функциональная схема одного из вариантов устройства для осуществления способа импульсного регулирования частоты вращения асинхронного электропривода, на фиг. 2 — диаграмма фазового состояния коммутации обмоток статора, Устройство для осуществления способа содержит тиристорные коммутаторы 1-3, включенные в фазы статора асинхронного двигателя 4, управление которыми осуществляется RS -триггерами 5-7, выходы которых через усилители 8-10 подключены на входы соответствующих тиристорных коммутаторов 1-3, R -входы триггеров 5-7 объединены и через элемент HE 11 подключены к выходу элемента 2И 12, на один вход которого подключен сумматор 13 сигналов задания и обратной связи по частоте вращения, а на второй вход — через элемент 4ИЛИ 14 подключен выход элемента ЗИ-НЕ 15, входы которого через сумматоры 16-18 подключены к выходам усилителей 19-21 и к выходам усилителей 22-24, подключенных к статорной обмотке двигателя 4. Напряжения с вторичных обмоток трансформатора 25 синхронизации, имеющих средние точки, через последовательно соединенные элементы 2И-HE

1072227 5 симальный угол между векторами напряжения сети и обратной ЭДС статора от незатухающего потокосцепления ротора в момент включения может составлять 30 эл. граД. Поскольку линейные напряжения сети преобразованы в прямоугольные сигналы без изменения знака, а ЭДС статора с изменением такового, то в момент расположения векторов в одном секторе, на выходе сумматоров 16-18

35 будет уровень 0, поступающий на вход элемента ЗИ-НЕ 15, сигнал 1 с выхода которого разрешит подключение двигателя к сети при условии,что скорость двигателя 4

40 меньше заданного значения. Предположим, что за время отключенного состояния скорость двигателя 4 уменьшилась ниже значения уставки, в этом случае на выходе сумматора

45 13 появится сигнал 1, поступающий на вход элемента 2И 12. Если взаимное расположение векторов результирующего напряжения сети и

ЭДС статора противофазное, то сиг50 нал 1 с выхода элемента ЗИ-НЕ

15 через элемент 4ИЛИ 14 поступит на вход элемента 2И 12 и на выходе последнего будет сигнал 1, поступающий на вход элементов ЗИ

32-34 и снимающий запрет с R -вхо55 дов Р5 -триггеров 5-7 через элемент

НЕ 11. Предположим,что вектор ЭДС от незатухшего потокосцепления ротора расположен в ф секторе, в.этом

60 ходит напряжение 0 д, а нуль — напряжение 08 . В момент прохождения мент 2И- НЕ 27 формирует импульс напряжения, поступающий через эле65-мент ЗИ 33 и элемент 3HJ133 8 и 40

26-31 и элементы ЗИ 32-37, подключены на входы элементов 3 ИЛИ 38-40, выходы которых подключены на Э -входы

95-триггеров 5-7 соответственно, Выходы Ю -триггеров 5-7 подключены на входы элементов Зи 35-з7 и через элемент ЗИЛИ-НЕ 41 на входы элементов 32-34, имеющих по одному общему входу, которые подключены к выходу элемента 2И 12. Обратная связь на сумматоре 13 поступает от датчика частоты вращения, например, тахогене ректора 42. Трансформатор 25, первичная обмотка которого имеет выводы

А, В, С для подключения к фазам источника электроэнергии для питания электродвигателя 4 через управляемые коммутаторы 1-3, вторичные обмотки, а, Ь, с фазных напряжений, АВ, ВС, СА линейных напряжений которого подключены соответственно на входы элементов 2И-НЕ 26-31, образуют блок 42 синхронизации с источником электроэнергии, например сетью.

Элементы ЗИ 32-37, элементы

ЗИЛИ 38-40, элемент ЗИЛИ-НЕ 41, триггеры 5-7, усилители 8-10 образуют блок 43 безударного пуска.

Усилители 19-21 составляют основу блока 44 контроля фазного положения напряжений питания,а усилители 22-24 — основу блока 45 контроля фазного положения ЭДС, которые наведены в обмотках статора, затухающим полем ротора двигателя 4. Элементы 4И 14, элемент ЗИ-HF. 15, сумматоры 16-18 образуют, блок 46 контроля сот-ласованности по фазе напряжений питания и фазных ЭДС. Элементы НЕ 11, 2И 12 и сумматор 13, являющийся элементом сравнения и усиления рассогласования измеренной частоты вращения Оо и заданной U являющейся функцией управляющего .воздействия, образуют блок .

47 регулирования .частоты вращения.

В процессе осуществления способа регулирования устройство работает следующим образом.

Датчик положения результирующего напряжения сети образован усилителями 19-21, которые формируют из входных синусоидальных сигналов двух полярные прямоугольные сигналы, а датчик положения вектора ЭДС наведенной в статоре затухающим полем ротора — усилителями 22-24, сигналы на инвертирующие входы которых поступают со статорных обмоток двигателя 4, Таким образом, осуществляется контроль углового положения указанных векторов с точностью до

60 эл,град в системе координат; неподвижной относительно статора фиг. 2). При этом вектор проходит секторы 1- w результирующего напря-, .жения сети последовательно в направ ленин, указанном стрелкой, а каждая зона характеризуется определенными знаками линейных напряжений. Чтобы векторы результирующего напряжения сети и ЭДС статора от затухающего потокосцепления ротора находились в противофазе необходимо, чтобы их проекции на оси координат A, В, С имели одинаковый знак и по возможности одинаковую амплитуду. Тогда !

О приложенное напряжение сети будет уровновешиваться ЭДС статора и переходный процесс будет минимальным, т.е. необходимо расположение векторов результирующего напряжения сети

15 и обратной ЭДС статора в одном секторе системы координат (фиг ° 23.

Включение двух обмоток двигателя на максимальное линейное напряжение возможно, когда вектор напряжения сети расположен на одной линии

j- Vt где линейные напряжения дости. гают максимального значения. Линии включения делят контролируемые секторы симметрично, следовательно,макслучае (максимального значения) пронапряжения Us нулевого значения э)те1072227 иа Ь -входы к5 -триггеров 5 и 7.

Это возможно, так как на третьем входе элемента ЗИ 33 присутствует сигнал 1 с выхода элемента

ЗИЛИ-НЕ 4, подключенного на входы - NS -триггеров 5-7, Происходит установка сигналов 1 на выходах RS -триггеров 5 и 7, которые через усилители 8 и 10 включают. тиристорные .коммутаторы 1 и 3 в .фазах A и С асинхронного двигателя 4: 10 и через элемент ЗИЛИ-НЕ 41 осуществят блокировку прохождения импульсов напряжения с выходов элементов

ЗИ 32-34. Через 30 эл.град. после, прохождения напряжения 0< нулево- 35

ro значения положение нуля проходит напряжение U> и элемент 2И-НЕ 29 формирует импульс напряжения, но на одном из входов элемента ЗИ 35 присутствует сигнал 0 с выхода Я8-триггера б и прохождение сигнала через элемент ЗИ 35 невозможно. Через 60 эл.град. нуль проходит напряжение У„; но элемент ЗИ 32 заблокирован .сигналом 0 с выхода элемента ЗИЛИ-НЕ 41. Через 90 эл,град; нуль проходит линейное напряжение

Осд и импульс напряжения с выхода элемента 2И-НЕ 31 через элементы

ЗИ 37 и ЗИЛИ 39 пропускает на БГ— вход RS -триггера б, устанавливая на его выходе сигнал 1, который, через усилитель 9 включает тиристорный коммутатор 2 в фазе В двигателя 4. Чтобы не произошло отклю- . чения двигателя 4 при работе в двухфазном режиме, предусмотрена блокировка подключением выходов

Rs-триггеров 5-7 на входы элемента

4ИЛИ 14, при этом включение одного

1 из тиристорных коммутаторов 1-3 устанавливает на выходе элемента

4ИЛИ 14 уровень 1 независимо от изменения положения векторов результирующего напряжения сети и ЭДС статора. Отключение двигателя 4 происходКт, когда скорость двигателя 4 превысит значение уставки. При этом на выходе сумматора 13 устанавливается уровень 0, а на выходе элемента

2И 12 сигнал 1 с выхода элемента НЕ 11 переводит триггеры 5-7 в нулевое состояние, тиристорные коммутаторы 1-3 закрйваются и напряжение питания на двигатель 4 не по дается, происходит останов двигателя 4 под действием статического момента, далее процесс повторяется

Таким образом, осуществляется импульсное регулирование частоты вращения асинхронного двигателя при подключении двух обмоток двигателя к питающей сети в максимуме линейного напряжения с последующим подключением третьей обмотки через

90 эл.град. с соблюдением условия противофазности векторов результирующего напряжения сети и ЭДС статора от незатухшего магнитного. потока ротора.

Предпагаемый способ импульсного регулирования частоты вращения обеспечивает уменьшение динамических перегрузок за счет исключения апериодических составляющих результирую= щего электромагнитного момента, благодаря чему снижается потребление электроэнергии, увеличивается срок службы и улучшаются энергетические токазатели электропривода.

1072227

Аи. 1

ВНИИПИ Заказ 142/50 Тираж 667 Подписное

Филиал GfIH "Патент", г. Ужгород, ул.Проектная, 4