Способ регулирования скорости асинхронного электропривода

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСГ1УЬЛИН

А1

„.SU,„, 76212 са 4 Н 02 М 5/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

А

Г.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

Н АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3799613/24-07 (22) 11.10.84 (46) 23.02.88. Бюл. У 7 (7l) Московский энергетический институт (72) Л.Б.Масанднлов, 1О.В.Рожановский и Н.В.Крылов (53) 621.316.727(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1035767, кл. Н 02 Р 7/42, 1983.

Авторское свидетельство СССР

У 1026273, кл. Н 02 P 7/42, 1983.

Заявка Японии В 51-9884, кл. SSC-22, опублик. 1976.

Авторское свидетельство СССР

Н 1097156, кл. Н 02 P 13/30, Н 02 Р 7/42, 1984. (54)(57) 1. СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ

СКОРОСТИ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА путем 1рормирования на статоре асинхронного двигателя низкочастотной составляющей напряжения заданной частоты с помощью подключенного к питающей сети тиристорного преобразователя переменного напряжения, включение тиристоров которого производят последовательности управляющих иипульсов, заключающийся в тои, что включенное состояние преобразователя чередуют с отключенным состоянием, причем время включения и отклю. чения преобразователя устанавливают путем задания соответственно m и и, временных интервалов, кратных интервалу между соседними управляющими иипульсами н определяюших частоту f низкочастотной составляющей, отличающийся теи, что, с целью повышения плавности регулирования и уменьшения колебаний скорости, устанавливают вторую пару (ш, n ) временных интервалов, которая определяет второе значение частоты f низкочастотной составляющей, и периодически чередуют q раз включенные и отключенные состояния преобразователя, определяемые первой парой (m „ n,) временных интервалов, н q, раэ включенные и отключенные состояния преобразователя, определяемые второй парой (т, n ) временных интервалов, при этом значения чисел q, и q периодических переключений преобразователя выбирают согласно соотношения

f1(m1+n1)q1 2(ш2 п2)Ч2

1 где m,,n, и m n — количество временных интервалов первой и второй пары, в течение которых преобразователь находится во включенном и отклю- вава

I ченном состоянии соответ- фф ственно;

f u f - частоты, определяемые первой и второй парами временных интервалов соответственно, причем одна из них иеньше, а другая больше заданной частоты;

- заданная частота.

2. Способ по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что частоты f u

f выбирают согласно соотношения

6„

f f (1- — — "-)

m,+n э

1 где f; — частота питающей сети

i=1 ;;2;

1376212

k - любое натуральное число, удовлетворяющее неравенству

n+6

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для регулирования скорости асинхрон.ных двигателей.

Целью изобретения является повышение плавности регулирования и уменьшение колебаний скорости электропривода.

На фиг. 1 изображен годограф вектора напряжения статора асинхронно- 10 го двигателя; на фиг. 2 — структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ; На фиг. 3 — диаграмма состояний элементов устройства.

В асинхронном двигателе 1, включенное состояние преобразователя 2 чередуют с отключенным состоянием.

Векторы ОА, ОИ, ОС представляют собой векторы напряжения статора двигателя 1 в начале периода его включенного состояния, в конце этого периода н в конце периода отключенного состояния соответственно (фиг. 1).

Кроме того, показаны фиг. 2 также д 1„» угол равномерного поворота вектора напряжения статора двигателя за период включенного состояния (угол между векторами ОА и ОВ);

Щ„, d q — углы смещения вектора на- 30 пряжения за период отключенного состояния (угль между векторами напряжения ОВ и ОС). устройство (фиг. 2) содержит асинхронный двигатель 1, силовую часть преобразователя 2, состоящую из трех пар встречно-параллельно соединенных тиристоров 3-8, включенных между зажимами питающей сети и обмотками статора двигателя 1, генератор 9 синхронизируюших импульсов, блок 10 выделения временных интервалов, блок 11 чередования временных интервалов, два блока 12 и 13 переключения, узел 14 блокировки управляющих импульсов, блок 15 фаэосмещегде и — количество временных интервалов, в течение которых преобразователь находится в отключенном состоянии.

2 ния и распределения управляющих импульсов, а также узел 16 задания чисел предварительной записи. Блок 10 выделения временных интервалов содержит два счетчика 17 и 18 и RSтриггер 19. Блок 11 выполнен анало-. гично блоку 10 и содержит счетчики

20 и 21 и RS-триггер 22. Блок 12 переключения содержит схемы 23 и 24 совпадения и собирательную схему 25, а блок 13 переключения содержит схемы 26 и 27 совпадения и собирательную схему 28. Счетчики 17, 18, 20, 21 имеют соответственно счетные входы 29-32, входы 33-36 предварительной записи и информационные входы

37-40. При этом счетные входы 29 и

30 объединены и подключены к выходу генератора 9 импульсов, синхронизи« рованных с напряжением питающей сети. Инверсный выход 41 RS-триггера

19 соединен с входом 33 предварительной записи счетчика 17. Выход последнего соединен c S-входом 42 триггера 19, а его В-вход 43 подключен к выходу счетчика 18. Прямой выход

44 триггера 19 соединен с входом 34 предварительной записи, входом узла

14 блокировки управляющих импульсов и с объединенными счетными входами

31 и 32 счетчиков 20 и 21 блока li чередования временных интервалов.

Выходы счетчиков 20 и 21 соединены соответственно с S-входом 45 и Бвходом 46 триггера 22. Инверсный выход 47 триггера 22 соединен с входом 35 предварительной записи счетчика 20, входом 48 схемы 24 совпадения блока 12 переключения и входом 49 схемы 27 совпадения блока 13 переключения. Прямой выход 50 триггера

22 соединен с входом 36 предварительной записи счетчика 21, входом 51 схемы 23 совпадения блока 12 переключения и входом 52 схемы 26 совпадения блока 13 переключения. Входы

1376212

4у, = ы,at ц =J II f ° причем

I (!) (2) 53 и 54 схем 27 и 26 совпадения блока 13 переключения подключены соответственно к выходам 55 и 56 узла

16 задания чисел предварительной записи, а выходы схем 26 и 27 совпадения соединены с входами собирательной схемы 28. Входы 57 и 58 соответственно схем 24 и 23 совпадения блока . 12 переключения подключены-к выходам

59 и 60 узла 16 задания чисел предварительной записи, а выходы схем 23 и 24 совпадения соединены с входами собирательной схемы 25. Выходы соби рательных схем 25 и 28 соединены соответственно с информационными входами 37 н 38 счетчиков 17 и 18 блока 10 выделения временных интервалов. Выходы 61 и 62 узла 16 задания чисел предварительной записи под- 20 ключены соответственно к информационным входам 40 и 39 счетчиков 20 и 21 блока ll чередования временных интервалов. Выходы блока 15 фазосмещения и распределения управляющих им- 25 пульсов соединены с управляющими электродами тиристоров 3-8 преобразователя 2, а вход блока 15 подклю- чен к выходу узла 14 блокировки управляющих импульсов.

Диаграмма состояний (фиг. 3) элементов устройства при формировании заданной частоты приведена для случая m,=4, и „=5, q,=l, m 4, и;-6, о =2, также показаны следующие сиг11м, Псе ° U сс фазные напря

35 жения питающей сети; U -U — управ3 е ляющие импульсы на тиристорах 3-8, которые поступают с блока 15 фазосмещения и распределения управляющих импульсов; U - импульсы на выходе генератора 9, синхронизированные с частотой питающей сети; U,,,U е„

U+z, U < - сигналы.на выходах 42, 43, 45 и 46 соответственно счетчиков

17, 18, 20 и 21.

Принцип действия предлагаемого способа заключается в следующем.

При переключениях преобразователя

2 sa первые (m,+n,)q, временных интервалов годограф вектора напряжения 50 статора.асинхронного двигателя 1 поворачивается на угол

at,=(m,+n,) q,t„, (Э) (4) % 1 2 причем (5) Ы1 =2ай1, at1=(m,+n,)q, t„. (6)

Средняя угловая скорость поворота вектора напряжения статора двигателя 1 за время dt,+dt 1 с учетом (I)(б) равна

aV, +a×1

at +at

I

-2 . -7 — — -7- — — . (7)

f q (Ш +П1) О +(m1+n 1)Я1 1

7m,+n,7q,+7ш,+n,7q, Поскольку последовательность вклю" чений и отключений преобразователя 2 одинакова за каждые ((m Ä+n,)q,+

+(ш +п1) ) временных интервалов, то величину ь<д, можно принять равной средней скорости поворота вектора напряжения за время (at,+ 11)р, где р - любое натуральное число. Поэтому согласно (7) и с учетом равенства =ые/2» заданная частота представляется формулой

Выбор чисел q, и и чередований можно рассмотреть на следующем примере.

Положим m„=4; n,=5; f> =1/Э,=Тогда в соответствии с {2) 1/3(4+5)q + — (4+6)q

4 т 10 е-,,".+та ;

Эо +4 (9)

Ф 1+ q1

Задавая различные пары значений

q u q с помощью (9), получаем следующую таблицу. где t„ — значение временного интервала.

За последующие (m +п,)ц временных интервалов годограф вектора напряжения статора поворачивается на угол

1376212

1 5 4

3 2

Ч 0

2 3 4 5 1

Г /f, 0,333 0,345 0,348 0,351 0,357 0,368 0,379 0,385 0,388 0,39 0,4

t „= 1/6T,= 5 (l2) 40 (10) т= (l- ), 6К

Используя зту таблицу, можно по- 10 добрать числа q„ q переключений. т

Например, если заданная частота f =

=0,38f,, то следует выбрать q =I и

q 2.

Таким образом, для получения на статоре двигателя 1 составляющей напряжения частотой Г =0,38f, следует согласно предлагаемому способу производить следующие действия (исходя из чисел m,=4; п,=5; q,=l; m,=4; 20 п =6; q =2), включают преобразователь

2 на время 4t „, далее отключают на время 5t.„, затем включают на время

4t,„, отключают на время át,„, включают на время 4t,„ и отключают на вре- 25 мя 6t„, а далее включенные и отключенные состояния преобразователя 2 периодически повторяются аналогичным образом.

Значение временного интервала t „ выбирают кратным интервалу между соседними управляющими импульсами. Например, для преобразователя 2 (фиг.2) можио выбрать 6„=Т,/6, где Т, - период сетевого напряжения.

Каждую из частот f., и Т, опреде 35 ляемых первой и второй парами временных интервалов соответственно, возможно выбирать согласно соотношения где f., — частота питающей сети;

m u n — количества временных интер"

45 залов, в течение которых преобразователь 2 находится во включенном и отключенном состояниях соответственно;

К вЂ” любое натуральное число, удовлетворяющее неравенству

Для схемы преобразователя (фиг,l) интервал между соседними управляющими импульсами равен 1/6Т, Принимая временной интервал равный интервалу между соседними управляющими импульсами, получаем

Работа устройства для реализации способа основана на том, что путем коммутации по определенному закону обмоток статора асинхронного двигателя обеспечивается прерывистое вращение вектора магнитного поля статора. При этом вращение ротора асинхронного двигателя происходит с углозой частотой, меньшей ее номинального значения.

Устройство работает следующим о6разом.

От узла 16 задания чисел предварительной записи на входы 39 и 40 . счетчиков 20 и 21 постоянно подаются коды чисел q„ и 1, соответственно равные "1" и "2", а на входы 54, 53, 58, 57 схем 26, 27, 23, 24 совпадения постоянно подаются коды чисел m, m „ и „ n,, соответственно равные "4" "4", 5" "б" (фиг. 2).

Допустим, что з момент времени (фиг. 3) на прямых выходах 44 и

50 триггеров 19 и 22 имеется сигнал

"1", а на их инверсных выходах 41 и

47 - сигнал "0". Тогда на информационные входы 37 и 38 счетчиков 17 и

18 блока 10 выделения временных интервалов подаются соответственно коды чисел "5" и "4"„ Счет импульсов от генератора 9 осуществляет счетчик

18, поскольку на его вход 34 предварительной записи подается сигнал

"1" с выхода 44 триггера 19.

В момент времени t,, соответствующего отсчету счетчиком 18 количества импульсов, заданных по его входу

38, т.е. четырех импульсов, на выходе счетчика 18 появляется сигнал

" I", переключающий триггер 19 s протизоположное состояние, т.е. на его выходе 44 появляется сигнал "0", а на выходе 4! — сигнал "I". С этого момента времени сигнал выхода узла

1376212

14 блокирует управляющие импульсы с выхода блока 15 и асинхронный двига" тель 1 отключается от сети.

Счетные импульсы от генератора 9 начинает считать счетчик 17, поскольку на его вход 33 предварительной записи подается сигнал "1" с выхода 41 триггера 19, а счетчик 18 блокируется по входу 34 предваритель-1р ной записи сигналом "0" с выхода 44 триггера 19. В момент времени t, соответствующего отсчету счетчиком

17 количества импульсов, заданных по его информационному входу 37, т.е. пяти импульсов, на выходе счетчика 17 появляется сигнал "1" переключающий триггер 19 в первоначальное состояние, т.е. íà его выходе

44 появляется сигнал "1", а на вы- 20 ходе 41 сигнал "0". В момент t, переключения триггера 19, когда сигнал на его выходе 44 изменяется иэ "0" в "1", счетчик 21 блока 11 чередования временных интервалов производит 25 счет одного импульса по счетному входу 32, поскольку на его вход 36 предварительной записи подается разрешающий сигнал "1" с выхода 50 триггера 22. Счетчик 20 в этот момент не изменяет свое состояние, поскольку он заблокирован сигналом

"0" с выхода 47 триггера 22, подан ным на вход 35 предварительной записи.

На информационный вход 40 счетчика 21 подается код числа "!", поэтому при изменении состояния счетчика иа единицу на его выходе появляется сигнал "1", который переключает триггер 22 в противоположное состояние, т.е. на его выходе 4? появляется сигнал "1", а на выходе 50 сигнал

"0". В результате переключения триггера 22 на информационные входы 37 и 38 счетчиков !7 и 18 блока 1О выделения временных интервалов подаются коды чисел "6" и "4" соответственно. Под действием сигнала "1" с выхода 44 -триггера 19 узел 14 вырабатывает сигнал, разрешающий подключение управляющих импульсов на тиристоры 3-8 преобразователя 2, и асинхронный двигатель 1 подключается к сети до момента t, соответствующего отсчету счетчиком 18 очередных четырех импульсов и появлению на его выходе сигнала "1", под действием которого по Е-входу 43.триггер изменяет свое состояние на противоположное. Счет импульсов от генератора

9 производится счетчиком 17 до момента времени t, соответствующего отсчету им шести импульсов и появлению на его выходе сигнала "1", переключающего триггер 19 в состояние, когда на его выходе 4! появляется сигнал "0", а на выходе 44 сигнал "1".

Кроме того, в момент 1 счетчик 20 производит отсчет одного импульса, т.е. изменяет свое состояние на единицу. С момента 1, до момента С счетчик 17 производит отсчет очередных четырех импульсов, после чего на его выходе появляется сигнал "1", который переключает триггер 19 в состояние, когда на его выходе 41 сигнал "1", а на выходе 44 сигнал

110Н

В момент tz счетчик 17 отсчитывает шесть импульсов от момента t на его выходе появляется сигнал "1", под действием которого переключает" ся триггер 19. Сигнал на выходе 44 триггера 19 изменяется иэ "О" s "1", поэтому счетчик 20 изменяет свое состояние еще на единицу и, поскольку на его информационный вход 39 подан код числа "2", на его выходе появляется сигнал "1", который переключает по $-входу 45 триггер 22 в состояние, когда на его выходе 50 сигнал

"1" ° Устройство возвращается в исходное состояние, соответствующее и процесс полностью повторяется.

Таким образом, на время, соответствующее интервалам t.-t „, t,-t3, t4-t5 (фиг. 3} асинхронный двигатель подключается к сети через тиристоры

3-8 преобразователя 2, а на время, соответствующее интервалам 1 „-1, 1 -1, ti-t e отключается от сетй.

Работа схемы (фиг. 2) при параметрах m,=4; п,=5; с,=1; ш =4; п =6;

q =2 формирует согласно выражения (8) заданную частоту f =0,38f, что обеспечивает работу электропривода с соответствующей заданной скоростью.

Таким образом, предлагаемый способ регулирования скорости асинхронного электропривода и устройство для его осуществления позволяют обеспечить плавное регулирование скорости в широком диапазоне путем дополнения к серийным преобразователям малогабаритного устройства затраты на создание которого доставляют малую долю

1376212

1О стоимости преобразоватепя, или вклю- ства в состав вновь разрабатываеьих ченик этого дополнительного устрой- преобраэователей

1376212 c 4 /СВ 0с

Составитель А.Придатков

Редактор О.Головач Техред А.Кравчук

Корректор О.Кундрик

Тираж 665 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 796/54

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