Асинхронный электропривод

 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления асинхронными злектродвигателями общепромыпшенных механизмов. Целью изобретения является улучшение энергетических характеристик . В электроприводе, содержащем асинхронный электродвигатель 1, тиристорный коммутатор 2, блок импульсно-фазового управления 3, регулятор напряжения 4, датчики тока и напряжения 5 и 6, компараторы 9 и 10, блок 11определения фазового сдвига и блок 12сравнения, за счет введения блоков 7 и 8 выделения первых гармоник тока статора и напряжения питания электродвигателя 1 и несимметричного усилителя 13 достигается автоматическое снижение потерь в электродвигателе и снижение потребляемой электроэнергии при уменьшении нагрузки по сравнению с номинальной без применения тахогенератора. 5 ил. « (Л изад 11 /VfJ t со 00 4 00 4;: CD фиг.Г

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) 151) 4 2

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4079533/24-07 (22) 08.04.86 (46) 30.08.87. Бюл. g. 32 (71) Московский энергетический институт (72) Л.Б.Масандилов, Ю.В.Рожанковский и Н.В.Крылов (53) 621.316.718.5(088.8) (56) Патент США Я- 4.379258, кл. Н 02 P 5/40, 1981.

Патент США Ф 4.404.511, кл. Н 02 P i/26, 1983. (54) АСИНХРОННЬЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД (57) Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления асинхронными электродвигателями общепромышленных механизмов ° Целью изобретения являет- ся улучшение энергетических характе.— ристик. В электронриводе, содержащем асинхронный электродвигатель 1, тиристорный коммутатор 2, блок импульсно-фазового управления 3, регулятор напряжения 4, датчики тока и напряжения 5 и 6, компараторы 9 и 10, блок

11 определения фазового сдвига и блок

12 сравнения, за счет введения блоков 7 и 8 выделения первых гармоник тока статора и напряжения питания электродвигателя 1 и несимметричного усилителя 13 достигается автоматичес- кое снижение потерь в электродвигателе и снижение потребляемой электроэнергии при уменьшении нагрузки по а ф сравнению с номинальной без применения тахогенератора. 5 ил.

1334346

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления асинхронными электродвигателями промышленных механизмов путем

5 регулирования напряжения питания электродвигателей при изменении нагрузки на валу.

Цель изобретения — улучшение энергетических характеристик. 1О

На фиг. 1 показана структурная схема асинхронного электропривода ; на фиг. 2 — вариант выполнения блока определения фазового сдвига между током и напряжением статора; на фиг. 3 — вариант выполнения несимметричного усилителя; на фиг. 4 временные диаграммы, поясняющие работу электропривода; на фиг. 5 — механические характеристики электродвигателя.

Асинхронный электропривод (фиг. 1) содержит асинхронный электродвигатель 1, THpkkcTopkIbGf коммутатор 2, блок 3 импульсно-фазового управления, 2 регулятор 4 напря>кения, датчик 5 тока статора, датчик 6 напряжения питания электродвигателя, блоки 7 и 8 выделения первых гармоник тока статора и напряжения питания электродвигатепя i, два компа.ратора 9 и 10, блок 11 определения фа.зового сдвига между током и напряжением статора, блок 12 сравнения, несимметричный усилитель 13.

Статорные обмотки асинхронного электродвигателя 1 подсоединены к питающей сети через тиристорный коммутатор 2, управляющие цепи тиристоров которого подсоединены к соответствующим выходам блока 3 импульснофазового управления, вход которого через регулятор 4 напряжения и несимметричныи усилитель 13 подключен к выходу блока 12 сравнения., первый

45 вход которого соединен с выходом блока 11 определения фазового сдвига между током и напряжением статора.

Второй вход блока 12 сравнения предназначен для подачи сигнала зада5Î ния. Выход датчика 5 тока статора через блок 7 выделения первой гармоники тока статора подключен к входу первого компаратора 9. Выход датчика

6 напряжения питания электродвигателя через блок 8 вцделения первой гармо55 ники напряжения питания электродвигателя соединен с входом второго компаратора 10. Выходы 14 и 15 компаратора 9 и 10 подключены к входам блока 11 определения фазового сдвига между током и напряжением статора.

Блок 11 определения фазового сдвига между током и напряжением статора (фиг. 2) содержит резисторы 16-24, стабилитрон 2 >, диоцы 26 и 27, конденсатор 28, операционные усилители

29 и 30. Первые выводы резисторов 16 и 17 являются входами 14 и 15 блока

11 определения фазового сдвига, а вторые их выводы объединены и соединены с первыми выводами резисторов

18 и 20, а также с одним из выводов стабилитрона 25, второй вывод которого соединен с обшей шиной.

Второй вывод резистора 18 соединен с резистором 19 катодом диода

27 и инверсным входом усилителя 29.

Выход последнего соецинен с катодом диода 26 и анодом диода 27. Анод диода 26 соединен с резисторами 19 и 21. Выход усилителя 30, являющийся выходом блока 11 определения фазового сдвига, соединен с резистором 22 и конденсатором 28. Инверсный вход усилителя 20 соединен с вторым выводом резисторов 20-22 и конденсатора 28. Прямые входы усилителей 29 и

30 через резисторы 23 и 24 соответственно соединены с общей шиной.

Несимметричный усилитель 13 (фиг. 3) содержит резисторы 31-38, диоды 39 и 40, операционные усилители 41 и 42.

Входом несимметричного усилителя 13 являются объединенные выводы резисторов 31 и 33, а его выходом — выход операционног0 усилителя 42, соединенный с резистором 36, Второй вывод резистора 31 соединен с резистором

32, катодом диода 39 и инверсным входом усилителя 41. Выход усилителя 4 1 соединен с катодом диода 39 и анодом диода 40. Анод диода 40 соединен с резисторами 32 и 34„ Инверсный вход усилителя 42 соединен с вторыми выводами резисторов 33-36. Прямые входы усилителей 41 и 42 через резисторы

37 и 38 соединены с общей шиной. На первый вывод резистора 35 подается сигнал смещения.

На фиг„ 4, где изображена диаграмма состояний блоков электропривода по фиг. i при выполнении блока 11 согласно фиг. 2, приняты следующие обозначения: U — сигнал на выходе блока 7 выделения первой гармоники тока статора; U — сигнал на выходе

1334346

К„= .лБ„/ьи), 30

40

ТОРМ МОКС мин.ТОРм блока 8 выделения первой гармоники напряжения питания электродвигателя;

U, U„ сигналы на выходах компараторов 9 и 10; Б — сигнал на стабилитроне 25 (фиг. 2); U сигнал на выходе блока 11 определения фазового сдвига между током и напряжением статора.

Регулирование напряжения питания электродвигателя 1 осуществляется с помощью тиристорного коммутатора 2 в замкнутой системе в функции частоты вращения электродвигателя. Частота вращения двигателя определяется по фазовому сдвигу между первыми гармониками напряжения и тока статора двигателя. Так как в двигательном и генераторном режимах количественные .соотношения, определяющие свойства системы регулирования напряжения асинхронного двигателя с тиристорным коммутатором, различны, в систему регулирования включен усилитель 13 с несимметричной характеристикой.

В замкнутой системе регулирования коэффициент обратной связи К, определяется соотношением где лБ — изменение напряжения упУ равления, пропорциональное изменению лд угла регулирования d. отпирания тиристоров; ь<> †соответствующая величина изменения частоты вращения.

В свою очередь, для двигательного режима а для тормозного режима

Так как для асинхронного двигателя максимальный угол отпирания тиристоров составляет примерно 125-130 а минимальный угол нагрузки У„, „примерно 20 для двигательного режима и примерно 90" для тормозного режима, тоь<г 100", а лс„ „д 40

Если принять, что о ЪВ тоРМ то из-за разных величин nU„, соответствующих ьо gq и ьс,-, коэффициенты обратной связи для двигательного и тормозного режимов требуются различные, что вызывает необходимость введения несимметричного усилителя 13 (фиг. 1).

Асинхронный электропривод работает следующим образом.

С помощью датчика 5 тока и датчика 6 напряжения (фиг. 1) осуществляется измерение соответственно тока и напряжения статора асинхронного двигателя. Поскольку эти сигналы имеют несинусоидальную форму, то осуществляется вьщеление первых гармоник тока и напряжения (сигналы U, U на фиг. 4) с помощью блоков 7 и 8.вьщеления первых гармоник тока и напряжения соответственно . С помощью компараторов 9 и 10 осуществляется преобразование синусоидальных сигналов

U и U в прямоугольные сигналы

U и U Эти сигналы поступают на

l блок 11 определения фазового сдвига между током и напряжением статора.

Для выявления фазового сдвига между сигналами U и У„о (фиг. 4) осуществляется суммирование этих сигналов на резисторах 16 и 17 (фиг. 2) с последующим ограничением уровня сигналов стабилитроном 25 (сигнал на фиг. 4). С целью получения сигнала, пропорционального фаэовому сдвигу между первыми гармониками тока и напряжения статора асинхронного двигателя 1 производится выделение абсолютной величины сигнала U с последующим сглаживанием (U на фиг. 4) .

Для вьщеления абсолютной величины сигнала используется схема активного двухполупериодного выпрямителя, реализованная на операционных усилителях 29 и 30 (фиг. 2), в которой величины резисторов 18-22 равны и в два раза больше величины резистора

2 1. Поэтому отрицательный сигнал U (фиг. 4) будет инвертироваться операционным усилителем 30 ьь!х очзо (о) 5 (без учета конденсатора 28), посколь50 ку сигнал на выходе операционного усилителя 29 равен нулю эа счет отсечки положительного сигнала диодом

27 (фиг. 2).

При положительном сигнале U

25 (фиг. 4) сигнал на выходе операционного усилителя будет определяться алгебраической суммой двух сигналов

1334346 сигнала U и сигнала с выхода опера>5 ционного усилителя 29, т.е, соотношением (также без учета конденсатора 28)

R22 R22

-U — -+U

25 R oxË8

2о 21

Ньых огузо

R 22 R 19 RKg

25 25

20 18 2

= -U + 2U = U

25 25

С помощью конденсатора 28 осуществляется сглаживание выпрямленного сигнала (сигнал U, на фиг. 4) .

11

Сигнал U с выхода блока 11 опреде11 ления фазового сдвига используется в качестве обратной связи в замкнутой 20 системе регулирования. Поэтому с помощью блока 12 сравнения (фиг. 1) осуществляется сравнение его с заданным сигналом U5 ; . В зависимости от сигнала рассогласования осуществляют автоматическое регулирование угла отпирания тиристоров и тем самым напряжения на статоре асинхронного

/ двигателя 1 при изменении нагрузки на его валу. Требуемый закон регулирования напряжения обеспечивается выбором соответствующего типа регулятора 4 и настройкой несимметричного усилителя 13 (фиг. 1) .

На фиг. 5 представлена естествен- 35

:ная механическая характеристика а асинхронного двигателя и зависимость угла нагрузки v (а1) (кривая 5 ).

Требуемое значение частоты вращения, в зависимости от требуемого закона 40 регулирования, определяет соответствующую величину угла нагрузки М

Поэтому выделенный сигнал (фиг. 4), пропорциональный углу ч нагрузки, позволяет косвенным путем 45 измерять частоту вращения асинхронного двигателя. Установка соответствующего значения U на входе блока 12 сравнения (фиг. 1) обеспечивает требуемую величину частоты 50 вращения, которую необходимо поддерживать постоянной для получения любого из законов регулирования (по максимуму КЦЦ, минимуму потребляемой мощности, минимуму тока статора и, 55 др )»

Настройка системы регулирования осуществляется выбором напряжения смещения и резисторов 33, 34 и 36.

Напряжением смещения регулируется величина напряжения, подводимого к статору асинхронного двигателя в режиме холостого хода. Выбором соотношения сопротивлений резисторов 33 и 36, 34 и 36 настраивается точность под держания частоты вращения соответственно в двигательном и генераторном режимах. Выбор закона регулирования осуществляется заданием соответствующего значения U „> . Численное значение U g для каждого из законов определяется требуемой скоростью (которая различна для различных законов) и находится экспериментально либо расчетным путем.

В качестве примера на фиг. 5 приведена механическая характеристика

5 в замкнутой системе регулирования, которая показывает, что система регулирования с предлагаемым устройством управления позволяет поддерживать примерно постоянной частоту вращения асинхронного двигателя.

Таким образом, обеспечиваются высокие энергетические характеристики асинхронного электропривода, автоматическое снижение потерь в асинхронном электродвигателе и снижение потребляемой электроэнергии с уменьшением нагрузки по сравнению с номинальной без применения тахогенераl тора.

Формула из об ре те ния

Асинхронный электропривод, содержащий асинхронный электродвигатель, статорные обмотки которого подключены к питающей сети через тиристорный коммутатор, блок импульсно-фазового управления, выходами соединенный с управляющими цепями соответствующих . тиристоров коммутатора, а входом подключенный к выходу регулятора напряжения, датчик тока статора, датчик напряжения питания электродвигателя, два компаратора, выходами подключенные к входам блока определения фазового сдвига между током и напряжением статора, выход которого соединен с первым входом блока сравнения, второй вход которого предназначен для подачи сигнала задания, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью улучшения энергетических характеристик, введены блок выделения первой гармо1334346 ники тока статора, блок выделения первой гармоники напряжения питания электродвигателя, несимметричный усилитель, выход датчика тока статора соединен с входом блока выделения первой гармоники тока статора, выход которого подключен к входу первого компаратора, выход датчика напряжения питания электродвигателя соединен с входом блока выделения первой гармоники напряжения электродвигателя, выход которого подключен к входу второго компаратора, выход блока сравнения соединен с входом несимметричного усилителя, соединенного выходом с входом регулятора напряжения.

1334346

gg gg gg 7, 4Ю ЮО,ТО

Составитель С. Позднухов

Техред М.Ходанич . Корректор И. Муска

Редактор И. Касарда

Заказ 3977/55 Тираж 659 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4