Электропривод

 

Союз Советских

Социалистических

Реслублик

Государствеииый комитет

СССР по делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения

Всесоюзный ордена Трудового Красного Знамени научноисследовательский институт Гидротехники им. Б.Е.Веденеева и Ленинградский политехнический институт им. М.И.Калинина (71) Заявители (54) ЭЛЕКТРОПРИВОД

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в различных областях науки и техники, где необходимо регулирование и стабилизацйя угловой скорости электропривода, например для регулирования частоты колебаний, возбуждаемых с помощью дебалансов, находящихся на валу двигателя, при технических

30 испытаниях различных сооружений на вибрацию.

Известен электропрнвод, содержащий асинхронный электродвигатель, преобразователь частоты, подключенный к обмоткам асинхронного электро- 15 двигателя, задатчик частоты вращенияподсоединенный к блоку регулирования частоты преобразователя, датчик тока, соединенный по цепи обратной связи с блоком регулирования напряжения 20 преобразователя (1).

Такое устройство обеспечивает необходимую перегрузочную способность в заданном диапазоне, но не позволяет стабилизировать угловую скорость при изменении нагрузки. Уве- личение жесткости механических характеристик и обеспечение более широкого диапазона регулирования угловой скорости асинхронного элек- З0 тродвигателя может быть достигнуто применением замкнутых систем регулирования путем введения обратных связей, воздействующих одновременно на напряжение и частоту. При этом замкнутая система, s общем случае, должна содержать контур стабилизации угловой скорости (обратная связь по частоте вращения ротора) и контур регулирования напряжения или тока статора, Известен электропривод в котором наряду с укаэанными выше блоками регулирования, введена обратная связь по частоте вращения ротора.

В таких системах в качестве датчиков угловой скорости применяются : тахогенераторы, фотодатчикИ; индукционные датчики и другие f2).

Однако при исследовании динамики фундаментов, балок, систем "турбоагрегат-фундамент-основание" (ТФОУ и других аналогичных объектов с целью их вибрационной приемки в эксплуатацию в условиях повыаенной тряски и вибраций применение таких датчиков угловой скорости асинхронного электродвигателя исключается.

Причем, такие объекты:отличаются наличием нескольких резонансных час864478 тот, где усилия на валу двигателя существенно возрастают, что препятствует исследованию динамики на резонансной частоте, а также затрудняется дальнейший разгон привода для ïîâûшения частоты возбуждаемых колебаний. Следовательно, устройства для исследования таких объектов должны обладать непрерывным регулированием частоты возбуждаемых колебаний в широком диапазоне и обеспечивать достаточно высокую точность стабилизации угловой скорости при изменении нагрузки и особенно в области резонансных частот.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является 15 электропривод, содержащий асинхронный электродвигатель, обмотки которого подключены к преобразователю частоты, блок задания частоты вращения, соединенный с первым входом 20 блока сравнеиия, второй вход которого подсоединен к блоку измерения частоты вращения, а выход — к блокам регулирования частоты и напряженйя f3).

Однако применение в данном устрой- 5 стве блока измерения частоты враще". ния, выполненного в виде навесного датчика, и угловой скорости ограничивает использование таких систем электропривода из-эа ненадежности их работы в условиях больших вибраций, тряски, в агрессивных средах и др.

Целью изобретения является повышение надежности и эффективности за сче2 отказа от применения навесных датчиков угловой скорости, 35

Поставленная цель достигается тем,,что электропривод,содержащий асинхронный электродвигатель, обмотки ко-. торого подсоединены к преобразова- 4tQ телю частоты, соединенный с первым входом блока сравнения, второй вход

- которого подсоединен к блоку измере ния частоты вращения, а выход — к блоку регулирования частоты и напряжения, снабжен дополнительной обмоткой на статоре асинхронного двигателя, а блок измерения частоты вращения содержит блоки интегрирования, дифференцирования, блок возведения в квадрат, блок перемножения, блок сложения, при этом выход дополнительной обмотки соединен с входами укаэанных блоков дифференцирования и интегрирования, а выход последнего по соединен к первому входу блока умйажения, второй вход которого через блок возведения в квадрат соединен с блоком регулирования частоты, выход блока умножения подсоединен к первому входу блока сложения, Щ второй вход которого соединен с выходом блока дифференцирования, а выход блока сложения является выходом блока измерения частоты враще ния, 65

На чертеже представлена функциональная схема электропривода.

Электропривод состоит из статического преобразователя 2 частоты, выход которого подключен к обмоткам

2-4 статора асинхронного двигателя, на ротор 5 которого насажен дебаланс б. Входы преобразователя 1 частоты соединены с выходами блоков

7 и 8 регулирования частоты и напряжения соответственно, причем вход блока 8 регулирования напряжения подключен к входу блока 9 сравнения вычитающий вход которого через блок

10 обратной связи по напряжению соединен с выходом преобразователя

1 частоты. Вход блока 7 регулирования частоты подключен к одному из выходов функционального преобразователя 11,.второй выход которого соединен с суммирующим входом блока 9 сравнения. Дополнительная обмотка 12 в статоре асинхронного двигателя соединена со входами блоков

13 и 14 дифференцирования и интегрирования соответственно. Выход блока 14 интегрирования подключен к одному из входов блока 15 умножения, второй вход которого соединен с выходом блока 16 возведения в квадрат. Вход последнегб подключен к выходу блока 7 регулирования частоты.

Выходы блока 13 дифференцирования и блока 15 умножения соединены с входами блока 17 сложения, выход которого подключен к входу формирователя 18 импульсов. Выход последнего соединен с вычитающим входом блока

19 сравнения, суммирующий вход которого подключен к блоку 20 задания частоты вращения, а выход — к входу функционального преобразователя

11. Дополнительная обутка 12, блоки 13 и 14 дифференцирования и интегрирования, блок умножения, блок возведения в квадрат и блок 17 сложения входят в блок измерения частоты вращения, выходом которого является выход блока 17 сложения.

Устройство работает следующим образом.

Требуемая частота возбуждаемых устройством колебаний обеспечивается с помощью блока 20 задания частоты вращения, который представляет собой управляемый генератор переменной частоты. Импульсы заданной частоты поступают через блок 19 сравнения, функциональный преобразователь

11 на вход блока 7 регулирования частоты и определяют частоту подводимого к статору двигателя напряжения. Амплитуда подводимого к обмоткам 2-4 напряжения определяется величиной йапряжения управления, поступающего с другого выхода функционального преобразователя через блок

9 сравнения на вход блока 8 регулирования напряжения. Статический пре864478 обраэователь 1 частоты представляет

<собой двухзвенный преобразователь, состоящий из управляемого выпрямителя и автономного инвертора. Система управления инвертором (блок 7 регулирования частоты) и система управления выпрямителем (блок 8 регулирования напряжения) выполнены на типовых логических элементах. Функциональный преобразователь 11 реализует закон регулирования напряжения в функции частоты, способствующие поддержанию постоянным магнитного потока в воздушном зазоре двигателя при частоте выходного напряжения преобразователя 1 меньше 50 Гц. При частоте больше 50 Гц напряжение на выходе преобразователя 1 остается постоянным и равным номинальному.

Блок 10 обратной связи по напряжению необходим для компенсации падения напряжения в преобразователе 20 частоты при изменении тока нагрузки обмотках статора 2-4, вызванного увеличением или уменьшением нагрузки на валу двигателя (например, в области резонанса). Блок измерения 5 частоты вращения вместе с Формирователем 18 сигнала служит для формирования сигнала, частота которого пропорциональна скорости асинхронно» го электродвигателя. Датчиком для формирования сигнала, пропорционального угловой скорости асинхронного электродвигателя служит до полнительная обмотка 12, которая уложена в пазы статора. При подаче напряжения на рабочие обмотки двигателя в дополнительной обмотке 12 появляется сигнал, состоящий из

ЭДС, частота которой равна частоте питающего напряжения и ЭДС зубцовых пульсаций ротора, пропорциональных 4О по частоте скорости вращения ротора. В этом случае имеем следующее выражение

Е() =Е„„„ыи (си„1 «Ч<„)+ Е, ЫИ (2ра, Ф.Ч,), (л)

45 где Е<„„Е< - амплитуды ЭДСОН частоты питающего напряжения и вращения ротора;

Zp число зубцов ротора, 50 произвольные началь,< 2 ные фазы, После дифференцирования на выходе блока 13 дифференцирования получается сигнал вида 55

4И(Е(О)=ЩЕ сО (щ +Ч„). л иъ1 1 1 (2)

+2Plk)2E<>COB (zP0Ugg+ << z)

При регулировании скорости изме.нением частоты питающего напряжения що в широком диапазоне возможна потеря информации о скорости ротора за счет наличия первого слагаемого в выражении (2), Для исключения этого слагаемого проинтегрируем сигнал (1) д и на выходе блока интегрирования 16 получаем . je(t) d4 в«<

1

E u

z С05(2P00) р х

Перемножив сигнал (3) в блоке умножения 15 с квадратом частоты поля статора .<<<1 получаем .< е А

Ы1 Евх

Е,() .Е Со&(М,)- сов(юt.Þ

Р 2 (4)

На выходе блока сложения 17 после сложения сигналов (2) и (4) получаем сигнал вида

2 И) -Ю, 8 М = Е,СО (2ра +Ч,), р 2 р т.е. получаем сигнал с амплитудой а а

22 1-щ E

zp „ 2 и частотбй Zp fez, которая пропорциональна скорости двигателя.

Далее этот сигнал подается на формирователь 18, и после сравнения в блоке 19 сравнения с задающей частотой раэностный сигнал поступает .на схему управления преобраэовате ем частоты.

Применение устройства позволяет существенно повысить каче тво работы системы электропривода в сложных эксплуатационных условиях, за счет рассмотренной функциональной схемы выявления сигнала, пропорционального частоте вращения двигателя . Использование данного устройства при исследовании динамики Фундаментов, балок и других аналогичных объектов с целью их вибрационной приемки в эксплуатацию позволяет обеспечить точность поддержания угловой скорости привода в пределах 0,3+0,5%., Кроме того, на время испытаний необходимо останавливать строительномонтажные работы, а внедрение предлагаемого устройства сокращает продолжительность вибрационных испытаний фундаментов, вследствие повышен. ной надежности и обеспечения более широкого диапазона частоты возбуждаемых колебаний. формула изобретения

Электропривод, содержащий асинхронный электродвигатель, обмотки которого подключены к преобразователю частоты, соединенному с первым входом блока сравнения, второй вход которого подсоединен к блоку измерения частоты вращения,а выход — к блокам регулирования частоты напряж<ния, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, асинхронный электродвигатель снабжен дополнительной обмоткой, расположенной на его статоре и введены блоки интегрирования, дифференцирования, блок возведения в квадрат, блок перемножения, блок сложения, причем до864478

Составитель В.Тарасов

Редактор П.Коссей Техред М. Рейвес Корректорр.Билак

Заказ 7824/81 Тираж 733 подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4 полнительная обмотка соединена.со входами блоков дифференцирования и интегрирования, а выход последнего подсоединен к первому входу блока умножения, второй вход которого через блок возведения в квадрат соединен с блоком регулирования частоты, выход блока умножения подсоединен к первому входу блока сложения, второй вход которого соединен с выходом блока дифференцирования, а выход блока сложения является выходом блока измерения частоты вращения.

Источники информации, принятые во .внимание при экспертизе

1, Патент Великобритании М 1407131. кл. Н 2, 1975.

2. Грузов В.Л., Сабинин IO.È. °

Асинхронные маломощные приводы со статическими преобразователями. М., "Энергия", 1970.

3. Сандлер A.Ñ., Сарбатов P.Ñ.

Автоматическое частотное управление асинхронными двигателями. M., "Энергия", 1974, с. 37. рис.2-2.