Устройство для управления асинхронным мотор-вентилятором

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ МОТОР-ВЕНТИЛЯТОРОМ, содержащее регулятор напряжения, предназначенный для подключения входомк источнику с изменяющимися частотой и напряжением, а выходом - к асинхро ному электродвигателю, последовательно соединенные первый блок сравнения сигнала уставки и сигнала обра , feeatijj Z, x M I ной СВЯЗИ, усилитель, второй блок сравнения, формирователь импульсов управления, выходом соединенный с управляющим входом регулятора на-, пряжения, отличающееся тем, что, с целью повышения экономичности , надежности и устойчивости ра боты, в него введены блок коррекции и согласующий блок, причем блок коррекции вьшолнен в виде последовательно соединенных дросселя, двух резисторов и конденсатора и снабжен подстроечным резистором подключеиньм к общей точке указанных резисторов, свободные выводы дросселя образуют вход блока коррекции и подключены к выходу регулятора напряжения, выход блока коррекции, образовани свободными выводами конденсатора и подстроечного резистора, через дополнительно введенный согласукяций блок соединен с вторым входом второго блока сравнения. n

ае а»

Эщ Н 02 P 7/36

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРИТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3434161/24-07 (22) 06.05.82 (46) 07.07.84. Бюл.925 (72) С.В. Торба, Л.Ф.Пасынок, Ю.И. 4Пабалов, Г.А.Пупынин, Е.М.Эрлих и А.П. Мотыль (71) Ворошиловградский машиностроительный институт (53) 621.316.719.2.076.5(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У746852, кл. Н 07 P 5/40s 1980.

2. Патент Франции 12337966, кл, Н 07 P 5/28, 1977. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ

АСИНХРОННЬК МОТОР-ВЕНТИЛЯТОРОМ, содержащее регулятор напряжения, предназначенный для подключения входом к источнику с изменяющимися частотой и напряжением, а выходом — к асинхронному электродвигателю, последовательно соединенные первый блок сравнения сигнала уставки и сигнала обрат" ной связи, усилитель, второй блок сравнения, формирователь импульсов управления, выходом соединенный с управляющим входом регулятора на". пряжения, о т л и ч а ю щ е е с я .тем, что, с целью повышения экономичности, надежности и устойчивости работы, в него введены блок коррекции и согласующий блок, причем блок коррекции выполнен в виде последовательно соединенных дросселя, двух резисторов н конденсатора и снабжен подстроечным резистором подключенным к общей точке указаиных резисторов, свободные выводы дросселя образуют вход блока коррекции и подключены Е к выходу регулятора напряжения, выход блока коррекции, образованный свободными выводами конденсатора и подстроечного резистора, через дополнительно введенный согласующий блок g соединен с вторым входом второго блока сравнения.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления асинхронным короткоэамкнутым двигателем с вентиляторной нагрузкой при питании их от сети с изменяющимися частотой и напряжением, в частности при питании от синхронного генератора локомотива, соединенного с валом дизеля с изменяющейся частотой вращения. t0

Известно устройство для частотного регулирования скорости асинхронного двигателя, которое содержит инвертор, подключенный к обмотке статора асинхронного двигателя, датчик напря- 15 .жения инвертора и выпрямитель, парал" лелька которому подключен резисторный делитель напряжения, выводом соединенный с входом задающего генератора, соединенного с инвертором, параллельно одному иэ резисторов делителя напряжения подсоединен стабилитрон j1 3.

Недостатком устройства является сложность реализации плавной зависимости напряжения инвертора от частаты, близкой к параболической, наиболее экономичной с точки зрения КПД и коэффициента мощности для вентиляторной нагрузки, так как для

30 этого требуется значительное количество стабилитронов и резисторов, что усложняет настройку устройства.

Наиболее близким к изобретению является устройство для управления скоростью асинхронного электродвигателя, содержащее трехфазный источник питания, регулятор напряжения на тиристорах, которые в проводящем состоянии соединяют соответствующую клемму двигателя с клеммой питания

l элемент для определения температуры охлаждающего вещества, подключенный к первому блоку сравнения, второй вход которого соединен с блоком сигнала уставки, а выход через усили45 тель, второй блок сравнения и формирователь импульсов управленияс управляющим выходом регулятора напряжения (2 3.

Недостатком известного устройства является то, что при питании его от сети с изменяющимися частотой и напряжением, например, в линейной зависимости, КПД и коэффициент мощности асинхронного электродвигателя с вентиляторной нагрузкой будут ухудшаться, так как с уменьшением частоты напряжения сети уменьшение

1102072 2 мощности нагрузки на валу двигателя будет происходить значительно быстрее уменьшения потребляемой им мощ° ности эа счет увеличения относительного значения намагничивающего тока и потерь в стали и меди статора.

Одновременно с этим будут также ухудшаться регулировочные характеристики двигателя при фазовом регулировании напряжения на статоре и будет уменьшаться устойчивость работы устройства.

Целью изобретения является повышение экономичности, надежности и устойчивости работы устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для управления асинхронным мотор-вентилятором, содержащее. регулятор напряжения, предназначенный для подключения входом к источнику с изменяющимися частотой и напряжением, а выходом— к асинхронному электродвигателю, последовательно соединенные первый блок сравнения сигнала уставки и сигнала обратной связи, усилитель, второй блок сравнения, формирователь импульсов управления, выходом соединенный с управляющим входом регулятора напряжения, введены блок коррекции и согласующий блок, причем блок коррекции выполнен в виде последовательно соединенных дросселя, двух резисторов и конденсатора и снабжен подстроечным резистором, подключенным к общей точке резисторов, свободные выводы дросселя образуют вход блока коррекции и подключены к выходу регулятора напряжения, выход блока коррекции, образованный свббодными выводами конденсатора и подстроечного резистора, через согласующий блок соединен с вторым входом второго блока сравнения.

Устройство реализует частотно-фазовое регулирование, при котором изменяются напряжение и частота на входе регулятора напряжения, а номинальное напряжение 0> на выходе регулятора изменяется в параболической зависимости от частоты, наиболее экономичной с точки зрения К1Щ и коэф" фициента мощности для асинхронного двигателя с вентиляторной нагрузкой.

Напряжение на обмотке асинхронного мотор-вентилятора изменяется в зависимости от температурного состояния объекта охлаждения от номинального до О.

1102072

На фиг.1 приведена структурная схема предлагаемого устройства, на фиг.2 — блок коррекции на фиг.3 регулировочные характеристики асинхронного мотор-вентилятора при фазовом регулировании для зависимости

U„Jg = const; на фиг. 4 — то же, при

Uн/Е = Сопэ|.

Устройство содержит блок 1 сравнения (фиг.1) сигнала 2 .уставки температуры объекта охлаждения и сигнала

3 обратной связи по действительной температуре объекта охлаждения. Последовательно с блоком 1 сравнения соединены усилитель 4 второй блок 5 сравнения и формирователь 6 импульсов управления, вьмодом соединенный с управляющим входом регулятора 7 напряжения, каждая фаза которого образована парой параллельно-встречно включенных тиристоров 8. Регулятор напряжения входными клеммами 9-11 подклюе чен к источнику 12 питания с изменяющимися частотой и напряжением. Выходные клеммы 13-15 регулятора соеди-2 иены с асинхронным мотор-вентилятором

16. Выходные клеммы 13 и 14 регулятора соединены с входом блока 17 коррекции в цепи обратной .связи по частоте и напряжению, который выходой 1) соединен с вторым входом второго блока сравнения через согласуюший блок 18.

Схема блока 17 коррекции (фиг. 2) образована иэ последовательно соединенных дросселя 19, резисторов 21и 20 35 и конденсатора 22. К общей точке резисторов подключен подстроечный резистор 23. Входом блока коррекции являются свободные выводы дросселя 19 и конденсатора 22, выходом — тот же 40 свободный вывод конденсатора 22 и свободный конец подстроечного резистора 23. Выходом преобразователь подключен к блоку 18 согласования, состоящему из выпрямительного моста 24, к выходу которого подключены параллельно конденсатор 25 и обмотка 26 разделительного трансформатора 27, на котором размещены также обмотки 28 мо-. дулирующая и 29 выходная. 50

Устройство работает следующим об разом.

На входы блока 1 сравнения поступает сигнал 2 уставки температуры объекта охлаждения и сигнал 3 обратной свя»., 5 . эи по действительной температуре объекта охлаждения. Раз ностный сигнал поступает на вход усилителя 4, имеющего насьпцакщуюся характеристику, .т.е. при некотором значении входного сигнала наступает ограничение выходного сигнала усилителя. Вькодной сигнал уси- лителя в виде тока управления поступает на один из входов второго блока 5 сравнения, а на второй вход приходит сигнал обратной связи в виде тока об-. ратной связи, поступающий с блока 17 коррекции через блок 18 согласования.

Разница между током управления и током обратной -связи поступает на вход блока формирования импульсов управления, который управляет тиристорами

8 регулятора 7 напряжения. Регулятор

7 подключен клеммами 9-11 к сети с изменяющимися частотой и напряжением.

Номинальное напряжение на выходе регулятора, с которого начинает регулироваться напряжение иа обмотках статора, поддерживается в параболической зависимости от частоты. Это обеспечивается введением обратной связи по частоте и напряжению в виде блока 17 коррекции, последовательно соединенного с.согласукщим блоком 18. На вход формирователя напряжения приходит сигнал по частоте и напряжению регулятора 7 с клемм 13 и 14.

Выходной сигнал блока коррекции изменяется нелинейно в зависимости от частоты и линейно в зависимости от величины выходного напряжения. При равенстве тока обратной связи и максимального тока управления, соответствующего насыщенному состоянию усилителя, происходит ограничение вькодного напряжения регулятора 7 на уровня номинального путем изменения угла включения тиристоров. Вьмод блока 18 согласования прямо пропорционален вьмоду блока 17 коррекции. Блок согласования служит для гальванической развязки обратной связи по частоте и напряжению, подключен к силовым клеммам регулятора напряжения цепей управления.

На вход блока 17 коррекции с выхода регулятора 7 напряжения (клеммы

13 и 14) поступает сигнал с изменяющейся частотой и напряжением. Блок коррекции представляет собой фильтр нижних частот, образованный делителем напряжения, состоящим из последовательно соединенных дросселя

19, резисторов 20 и 21 и конденсатора 22. Коэффициент деления зависит от частоты входного напряжения. Нап1I102072 ряжение с с конденсатора 22 и резистора 21 поступает на выпрямительный

NocT 24 блока 38 согласования, Bbl» прямпяется„ сглаживается конденсатором 25 и поступает на обмотку 5

26 обратной связи разделительного трансформатора 27. Подстроечным резистором 23 регулируют величины тока, протекающего по обмотке 26, н тем самым величину ограничивающего номинального напряжения при данной частоте. Обмотка 28 трансформатора 27 предназначена для модулирования тока обмотки 26 и формирования тока обратной связи в обмотке 29, >5 который поступает на вход блока 5 сравнения. Элементы блока коррекции рассчитываются таким образом, чтобы при равенстве токов обратной связи и управления на выходе регулятора . 20

7 напряжения формировалась парабо" лическая зависимость номинального напряжения от частоты. Например, чтобы получить зависимость U /f =consk при 3 = з = ЬМН необходимы сле- 2 ос дующие параметры элементов: 19-24 Гн, 20-1200 OM 23-200 Ом, 22-2 мкФ, 23-3300 Ом.

На фиг.3 приведены регулировочные характеристики скольжения 5 = $(Q), ЗО где 0= О/U, U номинальное напряжение на статоре при данной частоте напряжения; U -напряжение на статоре при данной частоте напряжения, и характеристики КПД (и) моторвентилятора при питании его напряже,нием и частотой в зависимости U (5=Cohst, которая реализуется на локомотивах с синхронным вспомогательным генератором. При такой зависимости с 4б уменьшением частоты увеличивается крутизна регулировочных характеристик, что связано с уменьшением нагрузки на валу и с изменением коэффициента усиления системы регулирования k=d5/ о

J а максимум КПД смещается влево в зону меньших напряжений, а при 0 1 имеет пониженное значение. Коэффициент мощности при этом ниже, что связано с относительно большим намагничивающим током.

На фиг ° 4 приведены аналогичные характеристики, но при U )1 сонэк.

Иэ приведенных зависимостей видно, что крутизна регулировочных характеристик с изменением частоты прак. тически не изменяется. При этом коэффициент усиления системы также не изменяется, что способствует точности регулирования и повышению устойчивости системы регулирования. Максимум

КПД и коэффициента мощности соответствует значениям напряжения на секторе, близким к ц =I, т.е. к номинальному напряжению.

Применение на локомотиве предлагаемого устройства позволяет повысить

КПД работы асинхронных мотор-вентиля" торов на 7-SX при фазовом регулировании частоты вращения. Кроме того, повысится коэффициент мощности и .снизятся фазные токи, что уменьшает потери в обмотке и стали статора, а также повысится в 1,5-2 раза точность поддержания температурного режима обьекта охлаждения, что повышает надежность его работы.

Устройство позволяет достаточно простым техническим средством регулировать скорость асинхронных моторвентиляторов при заданном соотношении номинального напряжения и частоты на выходе регулятора напряжения °! нн

1102072

06

42 М

04 06

Фиг. 7

04 д8

Фиг.4

ВНИИПИ Закаэ 4787/45 Тираж 667 Подписное

Филиал ППП "Патеат", г.Уигород, ул.Проектная, 4

4аа