Устройство для регулирования частоты вращения трехфазного асинхронного электродвигателя
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в приводах вентиляторов, шлифовальных машин, механизмов горизонтального перемещения подъемно-транспортных машин. Цель изобретения - повышение точности регулирования частоты вращения. Устройство для регулирования частоты вращения асинхронного трехфазного электродвигателя 1 содержит тиристорный регулятор 2 в статорных цепях двигателя, блок 3 управления тиристорным регулятором, блок 4 задания частоты вращения, датчики 5, 6 напряжения и тока статора асинхронного электродвигателя. В устройство введены у Н
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ „. К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2 1) 4634335/07 (22) 31.10.88 (46) 23.09.91. Бюл. N. 35 (71) Уральский политехнический институт им.С.М.Кирова (72) И,Я.Браславский, А.М.Зюзев и Д.Г.Тимофеев (53) 621.313.777.7(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР O 570968, кл. Н 02 P 5/36, 1977. Титце У.,Шенк Г. Полупроводниковая схемотехника. — М.: Мир, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ Ям 1679596 A l (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в приводах вентиляторов, шлифовальных машин, механизмов горизонтального перемещения подъемно-транспортных машин. Цель изо-. бретения — повышение точности регулирования частоты вращения. Устройство для регулирования частоты вращения асинхронного трехфазного электродвигателя 1 содержит тиристорный регулятор 2 в статорных цепях двигателя, блок 3 управления тиристорным регулятором, блок 4 задания частоты вращения, датчики 5, 6 напряжения и тока статора асинхронного электродвигателя. В устройство введены 1679596 30 40 два функциональных блока 7, 8 и элемент сравнения 9, при этом выходы датчиков 5, 6 через соответствующие блоки 7, 8 подключены к входам элемента сравнения 9, к управляющим входам блоков 7, 8 подсоединены выход блока 4 задания частоИзобретение относится к электротехни ке и может быть использовано в электроприводах вентиляторов. шлифовальных машин и механизмов горизонтального перемещения подъемно-транспортных машин. Цель изобретения — повышение точности регулирования частоты вращения электродвигателя. На фиг.1 представлена блок-схема устройства для регулирования частоты вращения трехфазного асинхронного электродвигателя; на фиг.2 — блок-схема датчиков напряжения и тока статора; на фиг,3— схема функциональных блоков и блока задания частоты вращения. Устройство для регулирования частоты вращения асинхронного трехфазного электродвигателя 1 (фиг.1) с тиристорным регулятором 2.в статорных цепях двигателя содержит блок 3 управления тиристорным регулятором, блок 4 задания частоты вращения, датчики 5 и 6 напряжения и тока статора. Устройство содержит также функциональные блоки 7 и 8 и элемент 9 сравнения, при этом выходы датчиков 5 и 6 напряжения и тока через соответствующие функциональные блоки 7 и 8 подключены к входам элемента 9 сравнения, причем к управляющим входам блоков 7 и 8 подсоединен выход блока 4 задания частоты вращения, а выход элемента 9 сравнения подключен к входу блока 3 управления тиристорным регулятором. Устройство работает следующим абра- 35 зом. В исходном состоянии, когда сигнал за- дания на скорость на выходе блока 4 остается неизменным, частота вращения двигателя соответствует заданной, а момент, развиваемый двигателем, равен моменту нагрузки, на выходах датчиков 3. и 4 напряжения и тока устанавливаются сигналы, пропорциональные действующему значению первой гармоники соответственно напряжения и тока статора двигателя. На выходах блоков 7 и 8 сигналы будут пропорциональны входным с коэффициентами пропорциональности, зависящими от сигты вращения, а выход элемента сравнения 9 подключен к входу блока 3 управления тиристорным регулятором, В устройстве осуществляется поддержание заданной частоты вращения при изменении момента нагрузки и колебании напряжения сети. 3 ил. нала задания на скорость. На выходе элемента 9 сравнения устанавливается сигнал, харэктеризирующий отклонение модуля комплексного сопротивления асинхронного двигателя от значения модуля комплексного сопротивления при заданной скорости, которое зависит от типа регулятора в блоке 3 управления тиристорным регулятором и величины момента сопротивления на валу двигателя, Блок 3 управления при этом обеспечивает на выходе тиристорного регулятора 2 напряжение, достаточное для преодоЛения двигателем нагрузки при заданной скорости, ) При изменении сигнала задания на частоту вращения на выходе блока 4 на выходах блоков 7 и 8 появятся напряжения, пропор циональные сигналам с выходов датчиков 5 и 6 напряжения и тока с коэффициентами пропорциональности, соответствующими новому напряжению задания на частоту вращения. На выходе элемента 9 сравнения появляется сигнал, характеризующий отклонение модуля комплексного сопротивления асинхронного двигателя от значения при новой заданной частоте вращений. B зависимости от отклонения блок 3 управления тиристорным регулятором будет увеличивать или уменьшать напряжение на выходе ти ристе рного регулятора 2. Соответственно будет возрастать или уменьшаться ток, момент и, следовательно, частота вращения двигателя. Сигналы на выходах датчиков 5 и 6 напряжения и тока будут отражать действующее значение первой гармоники напряжения и тока при изменении частоты вращения двигателя 1. Сигналы на выходах блоков 7 и 8 будут пропорциональны сигналам на выходах датчиков 5 и 6 тока и напряжения с коэффициентами пропорциональности, соответствующими напряжению задания на частоту вращения, а сигнал на выходе элемента 9 сравнения— отклонению модуля комплексного сопротивления асинхронного двигателя при изменившейся скорости от модуля комплексного сопротивления при заданной скорости. Процесс регулирования будет продолжать ся до тех пор, пака на выходе элемента 9 1679596 сравнения не установится сигнал отклонения по модулю комплексного сопротивления, обеспечивающий на выходе тиристорного регулятора 2 напряжение, достаточное для преодоления двигателем мо- 5 мента нагрузки при новой заданной скорости. При изменении момента нагрузки и колебаний напряжения сети, поддержание эа- 10 данной частоты вращения осуществляется аналогичным образом. Устройство для регулирования скорости асинхронного трехфазного электродвигате- 15 ля может быть Bbllloëíåíî на основе нереверсивного тиристорного рреобразователя напряжения с соответствуЬщим блоком уп-. равления тиристорным преобразователем напряжения.,Датчики напряжения и тока 20 (фиг.2) выполнены на основе соответственно трансформаторов 10 и 11 напряжения и тока. выходы которых через входные фильт! х ) < р (Гв + ) Х, 1 1 Х (т(() ", х,). (— + J х,1 (Г,. (к,1 )Х + — 4) х2 1 I И, r g "г (РЬХ,„-Х(Х„, +) Մ— -Хд, Хг+ +)х(— +(Хг(в - Х,Х2 г„ 5 1-1(х „„+ х 21 xm — реактивное сопротивление контура 25 намагничивания двигателя; S — скольжение двигателя. Домножим числитель и знаменатель полученного выражения на сопряженное знаменателю выражение: (2 1 (2 "S1r . Г г (* — x +esxr J xs+x (xzxsxxix )) (2) гдЕ XS = x1+ х(; х =хг + х, 30 Найдем модуль этого выражения: ПОРЯДОК ПОЛУЧЕННОГО ВЫРажЕНИЯ (2) + Xm)Xm — Xm = X(XS — Xm г г. можно понизить, раскрыв скобки подкорен- Тогда ного выражения и аз елив числитель и знаменатель на гг + Х *S . При этом примем во внимание, что 35 I-! Хг Х$+ X1Xm = (X2 + Xm)XS XmXS+(X1+ или, сгруппировав члены числителя: / где х1(хг ) — индуктивное сопротивление фазы статорной обмотки (роторной обмотки,, приведенной к статору); rS(r() — активное сопротивление обмотки фазы статора (ротора, приведенное к статору); ры 12 и 13 низких частот и выпрямители 14 и 15 соединены с входами фильтров 16 и 17 низких частот, чьи выходы служат соответственно выходами датчиков 5 и 6 напряжения и тока. Функциональные блоки 7 и 8 содержат блоки умножения 18 и 19, а также блоки 20 и 21 нелинейного преобразования (фиг.3), Входы блоков 7 и 8 являются первыми входами блоков 18 и 19 умножения, вторые входы которых соединейы соответственно с выходами блоков 20 и 21 нелинейного преобразования, Входы блоков 20 и 21 нелинейного преобразования образуют управляющие входы блоков 7 и 8. Блоки 18 и 19 умножения могут быть выполнены на основе аналоговых перемножителей серии 525ПС2. Блок 4 задания частоты вращения может быть реализован в виде задающего потенциометра 22 на основе схемы замещения асинхронного двигателя в результате следующих преобразований. Найдем комплексное сопротивление двигателя: 1679596 Из полученного выражения найдем урав«нение (3), для чего возьмем производную: 2 (х „Рх - s (x „x s - x „ l (X r xs " х,„) 2 х „(л „ х х б хх х „) Р @ >) +x(5 > а y Х (r„rx х(х х х () +(rrxs Бххх l d8 гР x% 52 (< O. (ЙК„5 - (r „rS - S (X „X S - X m)) + (х Г Х ГЕ Х Г) 2 ) „ г+ Хг 5 f(гг g 5(Õ„Õ5- Хпх))(ХгХв-Хххх)+()хгхв+5 gXy)rgXrj()г+Хг Б )-((Ргг -5(хгХв хп))+(Гs Xs+5Xrrs)Xs 5 (3) f(r„ rS 5(X„XS-Xm)j +(ГгXS SrSХг) )(1„+Х„s ) (r„+Xr5 ) Учитывая, что в — à (1 — $), получим, (Гв=б(вь(1 — S)) =-вь dS, à S> =, ٠— йЬ вЂ”, где в, и ab синхронная и заданная скорость двигателя. Тогда выражения (3) примут следующий вид:, ц, JE (Яр/са 0 о d5/s-< Ю dZ .. d2 dQ/УЯ o ds /5*5.g )(гор„-Хгх +х„„)(Х„Х -Хгх)+(РгХ +г Хг)) Хг)()х„+Xr) Хг(()г)в-ХгХя+Хпх) +(гх5 г)) I 1 f(rSrÄ-5„(Хгхб-Х «)(ХГХб Xm)+(r,Х5+5) SX )rSX )(r»+ХГ5))-)(г5 (Ггг -(ХгХ5+Хю)5) (гХ 5 ХгЯ ) х.г +Хг S> r„+X„5> (1 „rS-5(X„XS-Õxsú)) +(rг XSs SrS X„) г „+ х„г „Ф x r (r,rs-x,xs+x ) +(rr xs+x. М 2 к,- и,р/„.„„(()Ъ|Г X„XS+X j(X„XS Х,„) (rÄXSir X„)rSX„j(r„ X„)-X„((r„rS-ХГХр1Х)хх) +(„Х5 3ЪХГ) ), к ((rr „is (xÄxs-xх1(х,х,-х ) (х, х,фв;x„ss)r,x„)(r„"ix „ss)-х- s((r„ хх-(x„xs+x)ss) Ô(r,x, ssx„ml) r„ tx„sx (rrrx-s(xrxs xi)+(r xe+srsxrI (r r ax )((rrrs x„Xх+хр ) (х„хх4 Хххх) Таким образом, благодаря однозначной связи между напряжением, током и частотой вращения электродвигателя повышает- 30 ся точность регулирования частоты . вращения асинхройного электродвигателя. Формула изобретения .Устройство для регулирования частоты вращения трехфазного асинхронного алек- 35 тродвигателя, содержащее тиристорный регулятор в фазах статорной обмотки, блок управления тиристорным регулятором, блок задания частоты вращения электродвигателя, датчики напряжения и тока статора электродвигателя, о т л и ч à ю щ е е с я тем. что, с целью повышения точности регулирования частоты вращения, в него введены два функциональных блока и элемент сравнения, выходы датчиков напряжения и тока 1679596 )(r r„ s>(x„x -ктоj(x„x -х „)r (r„ х5+5),xÄjr,x„)(r„ +х„) ф ((r „ rв-(xÄx rx )sf (rÄ x +6 хгг,1 ) А 2 г„+ х,. 5ъ % гl +хz г t! а й t(r r„-x хь хт1(у х -хщ) (Ррхв x„)r x„j(r„ i x )-x„((rрг -х х x P+(„хб+r x„) ) Кд Р,Р „ 5 (х„х -х, (х,х,-у (зарх, ;х„6 |;х„)(Р„ õ,5)ó- „ 5дР „Р,.(х„х, к15) (,"кв 5 х„ ;r) Р и 2 2. 1 Г„+x„Sy (1 гq 5(xrxg- х 1) +(xs+ 5r@xr) („+х )((г Гв "х xr +x 1 („х + "s х>> подключены соответственно к входным выводам первого и второго функциональных блоков, управляющие входы которых подключены к блоку задания частоты вращения, выходы первого и второго функциональных преобразователей подключены к входам ((АР - х xg+ ха)(х„х -хр)+(r „xg+ г хД r q xy) ю где $> — скольжение при заданной скорости; rs(rr ) — активное сопротивление статора (ротора, приведенное к сопротивлению статора) двигателя; элемента сравнения, выход которого подключен к входу блока управления тиристорным регулятором, при этом первый и второй функциональные преобразователи реалиэу5 ют следующие соответствующие зависимости: . („+x„I-x„((r г -x„xi>P) i(r„x i r;x„j ) xs(x ) — синхронное реактивное сопротивление обмотки статора (ротора), учиты вающее магнитную связь с двумя другими . фазными обмотками статора (ротора); 25 x — реактивное сопротивление контура намагничивания двигателя. 1679596 Составитель Е.Перемыслова Редактор Н.Яцола Техред М.Моргентал Корректор H.Êîðîëü Заказ 3220 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 Ю ° °
