Устройство для управления асинхронным короткозамкнутым электродвигателем

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в металлорежущих станках и промышленных роботах. Целью изобретения является снижение потерь энергии и повышение КПД устройства. Для этого в устройство для управления асинхронным короткозамкнутым электродвигателем введен формирователь 11 противоЭДС, входом подключенный к выходу фильтра 2 в цепи выпрямителя 1 и автономного инвертора 3, к которому подсоединен асинхронный двигатель 4. Управляющий вход формирователя связан с выходом блока 10 регулирования напряжения, соединенного также с блоками 5.8 и 9 управления соответственно автономным инвертором 3, выпрямителем 1 и ведомым сетью инвертором 7. Выход формирователя 11 соединен с входом инвертора 7. В результате в процессе рекуперации энергии в сеть при торможении двигателя 4 обеспечивается плавное ограничение тока рекуперации путем плавно регулируемой противоЭДС. 6 ил. (Л С

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5п5 Н 02 Р 3/22

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4463633/07 (22) 20.07.88 (46) 23,04.91. Бюл. ЬЬ 15 (71) Сибирский завод комплектного электропривода "Сибстанкоэлектропривод" (72) Н.В.Васильев, Е.H.Ðûëüêîâ, В.Л,Машинцев и А.Я.Аверин (53) 62-83:621.317.717 (088.8) (56) Патент США М 4328454, кл. Н 02 Р 3/34, 1980.

Авторское свидетельство СССР

hh 1246310, кл. Н 02 Р 3/22, 1986. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ

АСИНХРОНН ЫМ КОРОТКОЗАМКНУТЫМ

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ . (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в металлорежущих станках и промышленных роботах.

Целью изобретения является снижение по.. Ж 1644342 А1 терь энергии и повышение КПД устройства, Для этого в устройство для управления . асинхронным короткоэамкнутым электродвигателем введен формирователь 11 противоЭДС, входом подключенный к выходу фильтра 2 в цепи выпрямителя 1 и автономного инвертора 3, к которому подсоединен асинхронный двигатель 4. Управляющий вход формирователя связан с выходом блока 10 регулирования напряжения, соединенного также с блоками 5, 8 и 9 управления соответственно автономным инвертором 3, выпрямителем 1 и ведомым сетью инвертором 7. Выход формирователя 11 соединен с входом инвертора 7. 8 результате в процессе рекуперации энергии в сеть при торможении двигателя 4 обеспечивается плавное ограничение тока рекуперации путем плавно perywðóåìîé противоЭДС. 6 ил, 1644342

15

30

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в металлорежущих станках и промышленных роботах, Целью изобретения является снижение потерь энергии и повышение КПД..

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства для управления асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором; на фиг.2 — функциональная схема блока регулирования напряжения; на фиг.3 — схема формирователя противоЭДС; на фиг.4 и 5— ключ, варианты выполнения; на фиг.6 — диаграммы напряжений, поясняющие работу устройства, Устройство для управления асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором содержит последовательно соединен н ые между собой выпрямитель 1 (фиг.1), фильтр

2 и автономный инвертор 3 напряжения с выходом для подключения к асинхронному двигателю 4 с короткозамкнутым ротором.

Управляющий вход автономного инвертора

3 напряжения подключен к выходу первого блока 5 управления, первый вход которого соединен с выходом блока 6 задания, Устройство содержит также инвертор 7, ведомый сетью, управляющий вход которого соединен с выходом второго блока 8 управления, а управляющий вход выпрямителя 1 соединен с выходом третьего блока 9 управления, первые входы блоков 8 и 9 управления объединены с силовым входом выпрямителя 1 и силовым выходом инвертора 7 для подключения к сети. Вторые входы блоков 5, 8 и 9 управления подключены к первому, второму и третьему выходам блока

10 регулирования напряжения.

В устройство для управления асинхронным двигателем введен формирователь 11 противоЭДС, вход которого соединен с выходом фильтра 2, выход — с входом инвертора 7, а управляющий вход формирователя

11 подключен к четвертому выходу блока 10 регулирования напряжения.

Блок 10 регулирования напряжения составлен из датчика 12 напряжения, вход которого образует вход блока 10 и подключен к выходным выводам фильтра 2, двух логических элементов И 13 и 14, двух логических элементов И-HE 15 и 16, блока 17 задержки, блока 18 опорного напряжения, блока 19 суммирования с усилителем 20 на его выходе. Входы блока 19 суммирования соединены с выходами датчика 12 напряжения и блока 18 опорного напряжения, а выход, образованный выходом усилителя 20 — с входами дополнительно введенных компараторов 21 — 23. Выход первого компаратора 21 образует первый выход блока 10 регулирования напряжения. В ыход второго компаратора 22 через блок 17 задержки подключен к первому входу первого логического элемента И 13, второй вход которого соединен с выходом первого логического элемента И вЂ” НЕ 15, а выход — с входом второго логического элемента И вЂ” НЕ 16 и образует второй выход блока 10 регулирования напряжения, Выход третьего компаратора

23 подключен к первому входу второй логической схемы И 14, второй вход которой соединен с выходом втооого логического элемента И вЂ” НЕ 16, а выход — с входом первого логического элемента И вЂ” НЕ 15.и образует третий выход блока 10 регулирования напряжения, четвертый выход которого образован выходом блока 19 суммирования.

Формирователь 11 противоЭДС может включать. блок 24 суммирования (фиг.3), нелинейный пороговый элемент 25 с гистерезисом, ключ 26, первый 27 и второй 28 выводы которого образуют вход формирователя 11, а управляющий вход 29 ключа 26 соединен с выходом порогового .элемента

25, входом подключенного к выходу блока

24 суммирования. Первый вход 30 блока 24 образует управляющий вход формирователя 11, а второй вход 31 подключен к выходу датчика 32 тока, включенного в цепь третьего вывода 33 ключа 26. Последовательно с датчиком 32 тока соединен первый дроссель

34, а второй дроссель 35 подключен к четвертому выводу 36 ключа 26. Свободные выводы дросселей 34 и 35 являются выходом формирователя 11 противоЭДС.

Силовой ключ 26 может быть выполнен на транзисторе 37 (фиг.4), базовый вывод которого является управляющим входом 29 ключа 26. К эмиттеру транзистора 37 подключен катод диода 38 и один вывод первичной обмотки насыщающегося дросселя 39, второй вывод которой образует третий 33 вывод ключа 26. Анод диода 38 соединен с одним выводом вторичной обмотки дросселя 39 и катодом второго диода 40, анод которого через конденсатор 41 соединен с коллектором транзистора 37, образующий первый 27 вывод ключа 26. К аноду диода 41 подключен один из выводов резистора 42, второй вывод которого образует соответственно второй 28 и четвертый 36 выводы ключа

26 и соединен с вторым выводом вторичной обмотки дросселя 39.

Согласно другому варианту схемы ключа 26 к коллектору транзистора 37 (фиг.5) подключены анод второго диода 40 и второй вывод вторичной обмотки дросселя 32, первый вывод которой соединен с одним выводом резистора 42, образуя первый вывод 27 ключа 26, второй вывод резистора 42 объединен с катодом второго диода 40 и подклю1644342

10

40

50

55 чен к одному выводу конденсатора 41, второй вывод которого обьединен с анодом первого диода 38, образуя соответственно второй

28 и четвертый 36 выводы ключа 26, третий вывод 33 и управляющий вход 29 которого образованы соответственно первым выводом первичной обмотки дросселя 39 и базой транзистора 37, эмиттер которого объединен с катодом диода 38 и вторым выводом первичной обмотки дросселя 39.

Устройство для управления асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором работает следующим образом.

В двигательном режиме на управляющий. вход выпрямителя 1 подают импульсы с выхода блока 9 управления, где они формируются под действием синхронизирующего напряжения сети и управляющего сигнала, поступающего на второй вход блока 9 с третьего выхода блока 10 регулирования напряжения, Импульсы подаются на управляющие электроды тиристоров выпрямителя 1 с углом управления а = О, Среднее значение на выходе выпрямителя максимальное. Это напряжение через фильтр 2 подается на вход автономного инвертора 3.

Под действием сигнала управления, поступающего с выхода блока 5 управления на управляющий вход инвертора 3, постоянное напряжение на его входе преобразуется в трехфазное напряжение и ток на выходе инвертора 3, которые подаются в статорную обмотку асинхронного двитателя 4, чем обеспечивается заданный режим работы.

При этом уровень сигналов, поступающих с второго и четвертого выходов блока 10 регулирования напряжения соответственно на второй вход блока 8 управления и управляющих вход формирователя 11 противоЭДС, таков, что инвертор 7 и формирователь 11 закрыты.

В режиме торможения блок 6 задания формирует сигналы торможения, которые с. его выхода поступают на первый вход блока

5 управления, на выходе которого формируется сигнал, поступающий на управляющий вход автономного инвертора 3, под действием которого на выходе инвертора 3 формируется система трехфазных токов и напряжений, частота, амплитуда и фаза которых соответствует режиму рекуперативного торможения, Поток активной мощности (энергии) при этом направлен с вала асинхронного двигателя через инвертора 3 на шины постоянного тока, т.е. вход инвертора 3. При этом, чем выше энергия, накопленная в подвижных частях электродвигателя, чем ниже потери в механизме, электродвигателе и инверторах и чем выше интенсивность торможения, тем интенсивнее поток мощности, поступающий от электродвигателя 4 на,вход инвертора 3. Этот поток мощности увеличивает напряжение на входе инвертора 3 и на выходе фильтра

2, что может привести к выходу из строя инвертора 3 и фильтра 2, Напряжение Uc (фиг.6) с выхода фильтра 2 поступает на вход блока 10 регулирования напряжения, т.е. на вход его датчика 12 напряжения, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный величине напряжения Ос. Этот сигнал подается на сортветствующий вход блока 19 суммирования и сравнивается с опорным напряжени-. ем блока 18 в блоке 19 суммирования, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный разности укаэанных величин. Усиленный сигнал с выхода усилителя

20 поступает на управляющий вход формирователя 11 противоЭДС и на входы компараторов 21 — 23.

Пока напряжение Uc на выходе фильтра

2 меньше некоторого наперед заданного значения напряжения Uc> (фиг.6), уровень сигнала управления Uy на четвертом выходе блока 10 меньше значения Uy>. При этом сигнал Ог на выходе компаратора 21 соответствует логической "1", сигнал Uzz на выходе компаратора 22 — логическому "0", сигнал Огз на выходе компаратора 23, следовательно,и на первом входе логического элемента И 14 равен логической "1". В результате на выходе блока 17 задержки и на выходе логического элемента И 13 (на втором выходе блока 10) сигналы соответствуют логическому "0". Поэтому сигнал на втором входе. блока 8 управления равен О.

На выходе логического элемента И-НЕ 16 сигнал соответствует логической "1", на выходе логической схемы И 14 (на третьем выходе блока 10) сигнал равен логической

"1", на выходе логического элемента И вЂ” НЕ

15 — логическому нулю, что исключает воэможность логической "1" на выходе логического элемента И 13 при наличии логической

"1" на выходе логической схемы И 14.

Таким образом, при Ос < Uci сигнал на вторых входах блоков 5 и 9 управления соответствует логической "1", а сигнал на втором входе блока 8 управления соответствует логическому "0". 8 этом случае блок 9управления продолжает формировать импульсы управления, поступающие на управляющий вход выпрямителя 1. На выходе блока 8 управления сигнал отсутствует и инвертор 7 не включен, блок 5 управления по-прежнему выдает сигнал на управляющий вход автономного инвертора 3 напряжения. На четвертом выходе блока 10 регулирования напряжения сигнал управления Оу отрица1644342 тельный и формирователь 11 противоЭДС не включен.

По мере увеличения сигнала Uc на выходе фильтра 2 наступает момент, когда Uc>

> Uc1. При этом третий коммутатор 23 блока

10 переключается и сигнал Un на его выходе соответствует логическому "0", что приводит к появлению логического "0" на выходе логического элемента И 14, т,е. на третьем выходе блока 10. В результате блок

9 управления прекращает формировать импульсы управления на управляющем входе выпрямителя 1.

При дальнейшем росте напряжения Uc на выходе фильтра 2 наступает момент, когда Uc > Un, à Uy > Он, где Uyz — уровень срабатывания второго компаратора 22.

Этот компаратор переключается, на его выходе появляется логическая "1". С задержкой времени на величину ri на первом входе логического элемента И 13 имеется логическая "1", на втором входе укаэанного элемента к этому времени имеется сигнал логической "1", поступающий с выхода логического элемента И вЂ” НЕ 15, на вход которого сигнал логического "0" поступает с выхода логического элемента И 14. На выходе логического элемента И 13 (на втором выходе блока 10) появляется сигнал логической "1", который подается на второй вход блока 8 управления, с выхода блока 8 управления на управляющий вход инвертора 7 подаются импульсы управления тиристорами.

Задержка по времени г вводится для того, чтобы к моменту подачи импульса на тиристоры инвертора 7 в цепи выпрямителя

1 ток полностью прекратился. Если задержку не вводить, то при быстром нарастании напряжения Uc возможно включение тиристоров инвертора 7 в момент; когда ток в тиристорах выпрямителя еще не прекратился, При этом возможно кратковременное протекание уравнительного тока между группами тиристоров выпрямителя 1 и инвертора 7. Этот ток, хотя и ограничен дросселями фильтра и формирователя 11, вызывает дополнительные потери, Введение незначительной задержки и эти потери исключает.

Когда на управляющем входе формирователя 11 противоЭДС сигнал управления

Uy > Оуз, начинает работать широтно-импульсный регулятор тока (ключ 26) формирователя 11 и обеспечивается рекуперация .энергии в сеть. При наличии на первом входе блока 24 суммирования (фиг.3) сигнала управления Uy Un и отсутствие до этого тока рекуперации нелинейный пороговый элемент 25 принимает состояние, при кото15

25

35

40 его пульсаций в индуктивностях дросселей

34 и 35 обеспечивается формирование противоЭДС, которая вводится между выходными выводами фильтра 2 и входными

: зажимами инвертора 7, компенсируя разни45

10

55 ром транзисторный ключ 37 (фиг.4 и 5) включается. Так как при этом включен и инвертор

7, то появляется ток (фиг.6) рекуперации, который замыкается по цепи; выход фильтра 2, выводы 27 и 33 ключа 26, датчик 32 тока, дроссель 34, инвертор 7, дроссель 35, выводы 36 и.28 ключа 26, вывод фильтра 2.

При этом ток в дросселях 34 и 35 развивается под действием разности напряжения Uc на фильтре 2, напряжения инвертора 7 и

ЭДС самоиндукции дросселей 34 и 35.

По мере роста тока ip рекуперации увеличивается сигнал обратной связи на втором входе блока 24 сравнения, а на его выходе (входе нелинейного порогового элемента 25) сигнал уменьшается, При уменьшении сигнала на входе порогового элемента 25 до его порогового значения пороговый элемент 25 переключается в исходное состояние и закрывает транзистор 37 ключа 26, При этом энергия, запасенная индуктивностями дросселей 34 и 35, отдается в сеть за счет протекания тока 1р рекуперации по цепи; вывод 36 ключа 26, анод-катод диода 38 (фиг,5) ключа 26, вывод 33 ключа

26, датчик 32 тока, дроссель 34, инвертор 7, дроссель 35. Так как напряжение инвертора

7 препятствует протеканию тока ip рекуперации, то последний уменьшается. Соответственно уменьшается сигнал обратной связи по току на втором входе блока 24 суммирования, а на его выходе и входе порогового элемента 25 — растет. При достижении сигналом порогового напряжения нелинейный элемент 25 переключается, и снова включается транзистор 37 ключа 26.

Ток в цепи рекуперации снова нарастает и процесс повторяется.

Таким образом за счет коммутации тока цу между напряжением Uc на выходе фильтра 2 и напряжением Up (фиг.6) на входе инвертора 7 таким образом, чтобы обеспечить требуемый ток ip рекуперации, Такое регулирование сопровождается минимальными потерями на управление ключом 26 и в индуктивностях дросселей 34 и 35. Так как величина сигнала на первом входе блока 24 суммирования зависит от степени отклонения напряжения Ос от его некоторого наперед заданного значения Ucz, то и величина тока ip рекуперации зависит от величины отклонения Uc — Осг. Это обеспечивается as счет контура регулиррвания напряжения на выходе фильтра 2. Этот контур вкл ючает в

1644342

20

30

50 себя блок 18 опорного напряжения, блок 19 суммирования, датчик 12 напряжения, усилитель 20, формирователь 11 противоЭДС и вступает в действие при Ос > Ос2 u Uy > Оп.

Если в процессе рекуперации или прекращении торможения напряжение Uc на выходе фильтра 2 уменьшается и становится меньше Осг, а сигнал Uy — меньше Uyz, то процесс коммутации тока в контуре рекуперации прекращается, прекращается и формирование противоЭДС. Второй компаратор 22 возвращается в исходное состояние логического "0". Но сигнал логического

"0" на выходе элемента И 13(втором выходе блока 10) появляется с задержкой по времени т2 . Следовательно, импульсы с тиристо ров инвертора 7 сняты также с задержкой

tz по времени. Это необходимо для того, чтобы обеспечить спадание тока до нуля в дросселях 34 и 35, который замыкается через тиристоры инвертора 7.

После прекращения тока в дросселях 34 и 35 и в инверторе 7 рекуперация энергии в сеть полностью прекращается.

При дальнейшем уменьшении напряжения Uc на выходе фильтра 2 наступает момент, когда Uc < Uc1 и Uy < UY1. При этом компаратор 23 возвращается в исходное состояние и на тиристоры выпрямителя 1 подаются импульсы управления. Элементы

И вЂ” НЕ 15 и 16 блока 10 регулирования напряжения служат для исключения возможности подачи импульсов на тиристоры выпрямителя

1 и инвертора 7 одновременно, Первый компаратор 21 обеспечивает аварийный контроль и отключение автономного инвертора 3, воздействуя на первый блок 5 управления, и прекращает рекуперирование энергии асинхронным коротко замкнутым электродвига,елем, т.е. прекращается рекуперативное торможение асинхронного двигателя 4, если по каким-либо причинам система рекуперации не обеспечивает уровень напряжения Ос на выходе фильтра 2 в допустимых пределах: Ос < Осз.

При Ос Осз, Uy Оуз первый компаратор 21 подает сигнал запрета на блок 5 управления.

Таким образом, в устройстве обеспечивается снижение потерь энергии при торможения двигателя и повышение таким образом КПД.

Формула и зоб ре те н и я

Устройство для управления асинхронным короткоэамкнутым электродвигателем, содержащее последовательно соединенные между собой выпрямитель, фильтр и автономный инвертор с выходом для подключения к статорной обмотке асинхронного короткозамкнутого электродвигателя, первый блок управления, выходом подключенный к управляющему входу автономного инвертора, блок задания, выходом соединенный с первым входом блока управления, инвертор. ведомый сетью, силовой выход которого подключен к силовому входу выпрямителя, второй блок управления с первым входом для подключения к сети и выходом, подключенным к управляющему входу инвертора, ведомого сетью, третий блок управления с первым входом для подключения к сети и выходом, соединенным с управляющим входом выпрямителя, блок регулирования напряжения с четырьмя выходами, составленный из датчика напряжения, подключенного входами к выходным выводам фильтра, двух логических элементов И, двух логических элементов И вЂ” НЕ, блока задержки, блока опорного напряжения, блока суммирования, входы которого соединены с выходами датчика напряжения и блока опорного напряжения соответственно, первый выход блока регулирования напряжения подключен к второму входу.первого блока управления; второй выход подключен к второму входу второго блока управления, третий выход — к второму входу третьего блока управления, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью снижения потерь энергии и повышения КПД, введены формирователь противоЭДС, а блок регулирования напряжения снабжен тремя компараторами, при этом формирователь противоЭДС входом соединен с выходными выводами фильтра, а выходом — с входом инвертора, ведомого сетью, а управляющим входом — с четвертым выходом блока регулирования напряжения, компараторы которого входами подключены к выходу блока суммирования, образующему четвертый выход блока регулирования напряжения, первый выход которого образован выходом первого компаратора, выход второго компаратора через блок задержки соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого логического элемента И-НЕ, а выход подключен к входу второго логического элемента И-НЕ и образует второй выход блока регулирования напряжения, выход третьего компаратора подключен к первому входу второго логического элемента И, второй вход которого под55 ключен к выходу второго логического элемента И вЂ” HE, а выход — к входу первого логического элемента И вЂ” НЕ и является третьим выходом блока регулирования напряжения.

1644342

1644342

1644342

Составитель А. Головчен ко

Техред М.Моргентал Корректор Н. Король

Редактор М.Бланар

Заказ 1247 Тираж 355 Подписное

ВЦИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113Î35, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101