Устройство для управления трехфазным асинхронным электродвигателем с фазным ротором

Устройство для управления трехфазным асинхронным электродвигателем с фазным ротором

Реферат

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах механизмов, требующих регулирования пускового и тормозного моментов. Сущность изобретения заключается в том, что улучшение пусковых и тормозных характеристик асинхронного двигателя с фазным ротором осуществляется путем автоматического, бесконтактного и плавного изменения пускового сопротивления двигателя. Для этого необходимо автоматически по мере разгона (торможения) осуществлять периодическое включение фаз обмотки ротора, создавая замкнутый контур. Это достигается тем, что периодически создается замкнутый контур роторной обмотки 2, каждая фаза которой является первичной обмоткой однофазных трансформаторов 13, 14, 15 и 16, 17, 18 тока. Вторичные обмотки каждого из указанных трансформаторов подключены к входам системы 11 управления блока 12 импульсного регулирования. Силовые входы последнего подключены к выходам выпрямителя 3, через диоды которого фазы abc ротора 2 периодически подключаются к пусковому сопротивлению 10. При этом все элементы устройства равномерно размещены в тороидальном модуле, жестко закрепленном на валу двигателя 1. Время подключенного состояния роторной обмотки к пусковому сопротивлению 10 зависит от времени открытого состояния главного тиристора 57 импульсного регулятора 12. Это позволяет осуществлять пуск (торможение) двигателя при максимальном пусковом моменте в каждый текущий момент времени, повысить динамическую устойчивость двигателя и осуществлять защиту его при значительных по величине и длительности просадках питаюшего напряжения. 20 ил.

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано в электроприводах механизмов, требующих регулирования пускового и тормозного моментов.

Известно устройство, осуществляющее пуск асинхронного двигателя с фазным ротором путем включения в цепь ротора добавочного активного сопротивления [1] В этом случае пуск двигателя осуществляется по ломаной кривой, образованной отдельными участками нескольких пусковых электромеханических характеристик, соответствующих каждая определенной ступени добавочного сопротивления. Это позволяет осуществлять пуск двигателя при повышенном пусковом моменте, величина которого может колебаться в пределах допустимых значений.

Однако использование добавочного активного сопротивления приводит к увеличению потерь при пуске двигателя, увеличению массогабаритных показателей устройства в целом, а при просадках напряжения питающей сети не позволяет производить пуск асинхронного двигателя. Кроме того, при просадках питающего напряжения возможен аварийный режим короткого замыкания.

Известно устройство для разгона и регулировки числа оборотов асинхронного двигателя с контактными кольцами [2] которое содержит управляемый выпрямитель, подключенный силовыми входами к контактным кольцам двигателя. На выходе управляемого выпрямителя имеется полное сопротивление. Это позволяет плавно регулировать сопротивление в цепи ротора в процессе разгона и торможения путем изменения величины угла регулирования тиристоров управляемого выпрямителя в зависимости от величины сигнала датчика, установленного в роторной цепи. Таким образом обеспечиваются заданные значения тока в роторной обмотке двигателя, момент вращения и число оборотов двигателя.

Однако это устройство имеет механические контакты, через которые осуществляется связь трехфазной обмотки ротора с резистором, расположенным вне корпуса двигателя, и требует установки дополнительного электромеханического датчика частоты вращения ротора, что в целом снижает надежность работы системы регулирования.

Известен асинхронный двигатель с управлением полупроводниковыми элементами [3] в котором осуществляется бесконтактное управление цепью ротора асинхронного двигателя с фазным ротором, причем элементы устройства управления расположены на двигателе на конце вала. Ротор имеет обмотку, концы которой выводятся на полупроводниковую управляющую схему, находящуюся на конце вала.

Асинхронный двигатель имеет приводные параметры асинхронного двигателя с фазным ротором, управление которого расположено на двигателе на конце вала. Двигатель с изменяющимся числом оборотов включается прямо в сеть трехфазного тока и управляется бесконтактно. Для альтернативных приводных систем, например вентильного двигателя постоянного тока или промежуточного исполнительного механизма, возможно решение с улучшенными технико-экономическими параметрами. Ротор имеет обмотку, концы которой выводятся на полупроводниковую управляющую схему, находящуюся на конце вала. Внешнее управляющее устройство действует на полупроводниковую управляющую схему посредством управляющих импульсов различной частоты и длины через бесконтактную импульсную линию передачи и регулирует ток ротора и, следовательно, крутящий момент (число оборотов).

Передача сигнала управления в этом двигателе производится через воздушный промежуток с помощью светового сигнала, поступающего из блока управления по волоконному световоду. Однако в условиях тягового привода, когда имеет место повышенное загрязнение окружающей среды, управление по такому способу может оказаться малоэффективным, в результате чего снижается надежность работы всего привода. Кроме того, энергия выделяется в полупроводниковых приборах, что также снижает надежность регулирования такого двигателя в тяговых условиях.

Известно устройство для регулирования частоты вращения асинхронного двигателя [4] которое содержит тиристорный коммутатор в цепи ротора двигателя, выполненный по трехфазной мостовой схеме и шунтированный на выходе силовым резистором, и три диода, аноды которых объединены, а катоды через добавочные резисторы соединены с управляющими электродами трех тиристоров коммутатора. Кроме того, это устройство содержит блок стабилизированного управления, включающий в себя последовательно соединенные динистор и элемент с регулируемым порогом срабатывания. Это позволяет осуществлять импульсное управление пуском асинхронного двигателя путем дискретного изменения параметров цепи питания и соответствующего периодического изменения вращающего момента.

Однако в этом случае не обеспечивается поддержание максимального пускового (тормозного) момента во всем диапазоне изменения скоростей ввиду ступенчатого изменения параметров цепи питания ротора двигателя. В результате момент двигателя при разгоне и торможении изменяется от максимального пускового момента до некоторого минимального значения, соответствующего пересечению двух соседних электромеханических характеристик. Количество ступеней скорости вращения двигателя при этом зависит от числа стабилитронов в элементе с регулируемым порогом срабатывания.

Цель изобретения увеличение среднего значения момента двигателя путем плавного изменения сопротивления обмотки ротора.

Цель достигается тем, что устройство для управления трехфазным асинхронным электродвигателем с фазным ротором содержит трехфазный мостовой выпрямитель, вход которого предназначен для подключения к выводам роторной обмотки электродвигателя, а выход зашунтирован резистором, и блок стабилизированного управления. В него введены блок импульсного регулирования, шесть однофазных трансформаторов тока, попарно предназначенных для включения в соответствующие фазы роторной обмотки. Блок стабилизированного управления выполнен с девятью входами, четырьмя выходами и включает в себя формирователь стабилизированного питающего напряжения, формирователь управляющих импульсов и два усилителя-формирователя импульсов. Одни выводы вторичных обмоток первого, второго и третьего трансформаторов, предназначенных для включения в три соответствующие фазы роторной обмотки, подключены к первому, второму и третьему входам блока стабилизированного управления, другие выводы вторичных обмоток указанных однофазных трансформаторов объединены в общую точку. Одни и другие выводы вторичных обмоток четвертого, пятого и шестого однофазных трансформаторов подключены к соответственно с четвертого по девятый входам блока стабилизированного управления. Входы блока импульсного регулирования подключены к выводам резистора, один и второй выходы которого подключены к первому и второму выходам блока стабилизированного управления, третий и четвертый выходы которого подключены к управляющим входам блока импульсного регулирования. Три входа формирователя стабилизированного питающего напряжения являются первым, вторым и третьим входами блока стабилизированного управления, входы с четвертого по девятый которого образуют шесть входов формирователя управляющих импульсов, седьмой вход которого подключен к первому выходу формирователя стабилизированного питающего напряжения, второй и третий выходы которого подключены соответственно к первой паре входов первого и второго усилителей-формирователей импульсов, вторые пары входов которых связаны с соответствующими выходами формирователя управляющих импульсов. Первые выходы двух усилителей-формирователей импульсов образуют первый и второй выходы блока стабилизированного управления, третий и четвертый выходы которого образованы вторыми выходами указанных усилителей-формирователей импульсов.

Новым в предлагаемом техническом решении является то, что в него введены блок импульсов регулирования и шесть однофазных трансформаторов тока с их связями с блоком стабилизированного управления, с обмоткой ротора и выпрямителем. Блок стабилизированного управления включает в себя формирователь стабилизированного питающего напряжения, формирователь управляющих импульсов и два усилителя-формирователя импульсов с их внутренними и внешними связями.

Это позволяет регулировать длительность короткозамкнутого состояния проводников обмотки ротора в каждый текущий момент времени разгона (торможения) в зависимости от длительности открытого состояния тиристоров импульсного регулятора.

Сказанное позволяет сделать вывод о том, что заявляемое техническое решение обладает критерием изобретения "новизна".

При изучении других известных технических решений признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, не выявлены. Поэтому заявляемое техническое решение соответствует критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 приведен предлагаемый вариант конструкции серийного асинхронного двигателя с фазным ротором и с устройством регулирования (общий вид); на фиг. 3 приведена функциональная схема этого варианта конструкции; на фиг. 4 приведена структурная схема тороидального модуля устройства с условным разделением его на три слоя; на фиг. 5 представлен вариант компоновки отдельных элементов схемы предлагаемого устройства в тороидальном модуле в разрезе; на фиг. 6 общий вид указанной компоновки; на фиг. 7 приведена принципиальная схема формирователя стабилизированного питающего напряжения; на фиг. 8 принципиальная схема формирователя управляющих импульсов; на фиг. 9 принципиальная схема формирователя однополярных импульсов; на фиг. 10 принципиальная схема усилителей-формирователей; на фиг. 11 диаграмма изменения импульсов, вырабатываемых элементами схемы формирователя управляющих импульсов при частоте токов в роторе f_рот=50 Гц на протяжении одного периода частоты питающего напряжения; на фиг. 12 диаграмма изменения импульсов тех же элементов при частоте токов в роторе f_рот=25 Гц на протяжении одного периода частоты питающего напряжения; на фиг. 13 диаграмма изменения импульсов тех же элементов при частоте токов в роторе f_рот=4 Гц на протяжении 1/6-й части периода частоты питающего напряжения; на фиг. 14 диаграмма изменения импульсов тех же элементов при частоте токов в роторе f_рот=4 Гц на протяжении одного периода частоты питающего напряжения; на фиг. 15 диаграмма изменения импульсов тех же элементов при частотах токов в роторе f_рот=2,78 Гц и f_рот=2,08 Гц на протяжении части каждого из периодов меньшей 1/6-й каждого из периодов частоты питающего напряжения; на фиг. 16 приведены электромеханические характеристики асинхронного двигателя с фазным ротором в двигательном и тормозном режимах; на фиг. 17 электромеханические характеристики асинхронного двигателя с фазным ротором с регулированием пуска по прототипу и по предлагаемому устройству без просадок и при длительных просадках питающего напряжения, а также при разных вариантах изменения кривой момента сопротивления приводного механизма; на фиг. 18 кривые изменения питающего напряжения в случае его длительной просадки и кривые изменения угловой скорости вращения ротора при этих просадках напряжения и постоянном моменте сопротивления приводного механизма; на фиг. 19 приведена конструктивная схема серийного асинхронного двигателя с фазным ротором типа 4 АНК200 с устройством для разгона и регулирования (УРР) числа оборотов асинхронного двигателя с контактными кольцами; на фиг. 20 приведена функциональная схема такого двигателя с внешним УРР.

Работу предлагаемого устройства регулирования рассмотрим на конкретном примере, когда число фаз обмотки статора и ротора m=3.

На фиг. 1, 2 и 3 приведен трехфазный асинхронный электродвигатель 1 с фазным ротором 2 и статором 4. Рассматриваемое устройство (фиг. 1 и 3) включает в себя трехфазный мостовой выпрямитель 3, вход (зажимы 5,6,7) которого предназначен для подключения к выводам 5,6,7 роторной обмотки (фазы а, b,с) электродвигателя, а выход (зажимы 8,9) зашунтирован резистором 10, и блок 11 стабилизированного управления.

В устройство введены (фиг. 1) блок 12 импульсного регулирования, шесть однофазных трансформаторов 13-18 тока, попарно предназначенных для включения в соответствующие фазы роторной обмотки (13 и 16 в фазу а, 14 и 17 в фазу b, 15 и 18 в фазу с).

Блок 11 стабилизированного управления выполнен (фиг. 4) с девятью входами 19-27, четырьмя выходами 28-31 и включает в себя формирователь 32 стабилизированного питающего напряжения, формирователь 33 управляющих импульсов и два усилителя-формирователя 34, 35 импульсов.

Выводы 19, 20 и 21 вторичных обмоток 36, 37 и 38 первого 13, второго 14 и третьего 15 трансформаторов, предназначенных для включения в три соответствующие фазы a, b, c роторной обмотки, подключены к первому 19, второму 20 и третьему 21 входам блока 11 стабилизированного управления, выводы 39, 40, 41 вторичных обмоток 36, 37, 38 однофазных трансформаторов 13, 14, 15 объединены в общую точку 42. Выводы 22, 24, 26 и выводы 23, 25, 27 вторичных обмоток 43, 44, 45 четвертого 16, пятого 17 и шестого 18 однофазных трансформаторов подключены к соответственно с четвертого по девятый входам (22-27) блока 11 стабилизированного управления.

Входы 8, 9 блока 12 импульсного регулирования подключены к выводам 8,9 резистора 10, один и другой выходы которого подключены к первому 28 и второму 29 выходам блока 11 стабилизированного управления, третий 30 и четвертый 31 выходы которого подключены к управляющим входам 30,31 блока 12 импульсного регулирования.

Три входа 19, 20, 21 формирователя 32 стабилизированного питающего напряжения являются первым 19, вторым 20 и третьим 21 входами блока 11 стабилизированного управления, входы (22-27) с четвертого по девятый которого образуют шесть входов 22-27 формирователя 33 управляющих импульсов, седьмой вход 46 которого подключен к первому выходу 46 формирователя 32 стабилизированного питающего напряжения. Второй 47 и третий 48 выходы последнего подключены соответственно к первой паре 49, 50 и 51, 52 входов первого 34 и второго 35 усилителей-формирователей импульсов, вторые пары входов 53, 54 и 55, 56 которых связаны с соответствующими выходами формирователя 33 управляющих импульсов. Первые выходы 28 и 29 усилителей-формирователей 34 и 35 импульсов образуют первый 28 и второй 29 выходы блока 11 стабилизированного управления, третий 30 и четвертый 31 выходы которого образованы вторыми выходами 30 и 31 усилителей-формирователей 34 и 35 импульсов.

Блок 12 импульсного регулирования содержит главный 57 и коммутирующий 58 тиристоры, катоды 28 и 29 которых объединены в общую точку 9, являющуюся первым силовым входом 9 регулятора, подключенным к минусовой шине 9 выпрямителя 3. Между анодами 59 и 60 их включен коммутирующий конденсатор 61, общая точка 59 которого с главным тиристором 57 соединена с первым зажимом 8 первого резистора 62, подключенного вторым зажимом 60 к аноду коммутирующего тиристора 58. Первая точка 8 является вторым силовым входом 8 регулятора 12, подключенным к плюсовой шине выпрямителя 3. К управляющему электроду 63 и 64 соответственно каждого из тиристоров 57 и 58 подключен свой резистор, свободный зажим каждого из которых является соответственно первым 30 и вторым 31 управляющими входами блока 12 импульсного регулирования. Первым 28 и вторым 29 его силовыми входами являются одноименные катоды 28 и 29 соответственно главного 57 и коммутирующего 58 тиристоров Формирователь 32 стабилизированного питающего напряжения содержит (фиг. 7) трехфазный неуправляемый мостовой выпрямитель 65, к выходам 66, 67 которого подключен фильтрующий конденсатор 68. При этом минусовая шина 67 моста 65 является схемным нулем 67, а к плюсовой шине 66 подключен первый резистор 69 (первым зажимом 70), второй зажим 71 которого является первым выходом формирователя 32. К зажиму 71 подключен катод первого стабилитрона 72, к аноду которого встречно-последовательно подключен второй стабилитрон 73. Катод последнего подключен через второй резистор 74 к плюсовой шине 66 выпрямительного моста 65 (точка 70), а общая точка 75 стабилитронов 72 и 73 подключена к схемному нулю 67. Параллельно первому стабилитрону 72 подключен конденсатор 76, а параллельно второму стабилитрону 73 через резистор 77 подключен конденсатор 78. К общей точке 75 стабилитронов 72 и 73 подключен третий резистор 79, последовательно с которым соединен динистор 80, анод которого через резистор 77 соединен с катодом второго стабилитрона 73. Между минусовой шиной 67 выпрямителя 65 и анодом динистора 80 включена первичная обмотка 81 трансформатора 82 напряжения, зажимы вторичной обмотки 83 которого являются первыми двумя выходными зажимами 47, 48 формирователя 32.

Формирователь 33 управляющих импульсов включает в себя (фиг. 8) блок 84 формирователей 85, 86, 87 однополярных импульсов (ФОИ), подключенных к логическому элементу ИЛИ 88, и импульсно-фазовый формирователь 89. Каждая схема ФОИ 85 (86,87) включает в себя (фиг. 9) выпрямительный мост 90,91,92 и стандартный элемент нуль-орган 93(94,95). Знакопеременные входы 96, 97 (98, 99, 100, 101) каждого из выпрямителей 90 (91,92) являются входами 22, 23 (24, 25 и 26, 27) формирователя 33. Плюсовой выходной зажим 102, 103, 104 каждого из выпрямителей 90, 91, 92 подключен непосредственно к входу своего стандартного элемента нуль-орган 93 (94,95). Минусовой выходной зажим 105 (106, 107) каждого из них подключен к схемному нулю 67 блока 32 (фиг. 1). Выход 108 (109, 110) каждого из элементов 93(94,95) подключен к логическому элементу ИЛИ 88, а выход 111 последнего подключен к одноименному входу 111 импульсно-фазового формирователя 89 (фиг. 8, 9).

Формирователь 89 включает в себя (фиг. 8) пять логических элементов 112, 113, 114, 115, 116 задержки сигнала, четыре логических элемента И 117, 118, 119, 120, логический элемент ИЛИ-НЕ 121, логический элемент ИЛИ 122, инвертор 123 сигнала, два счетчика 124, 125 сигналов, два триггера 126, 127, генератор 128 высокочастотных импульсов, конденсатор 129 и резистор 130.

Выход 111 логического элемента ИЛИ 88 формирователя 84 однополярных импульсов подключен к входу 131 первого элемента 112 задержки и к входу 132 третьего элемента 114 задержки формирователя 89. К прямому выходу 133 элемента 112 подключены вход 134 второго элемента 113 задержки и вход 135 четвертого элемента 115 задержки. Второй инверсный выход 136 элемента 112 подключен к одноименному входу 136 первого логического элемента И 117, второй вход 137 которого подключен к одноименному выходу генератора 128 высокочастотных импульсов. Выход 138 элемента И 117 подключен к одноименному первому С-входу счетчика 124, второй R-вход 139 которого соединен с вторым R-входом 140 второго счетчика 125 и подключен к выходу 141 элемента ИЛИ 122. Выход 142 первого счетчика 124 подключен к одноименному С-входу счетчика 125. Четыре выхода 143, 144, 145, 146 последнего подключены к одноименным входам триггера 126, выходы 147, 148, 149, 150 которого подключены к одноименным входам элемента ИЛИ-НЕ 121. Инверсный выход 151 последнего подключен к первому входу 152 элемента И 118, второй вход 153 которой подключен к одноименному выходу третьего элемента 114 задержки. Выход 154 элемента И 118 подключен к одноименному первому входу элемента И 119. Второй вход 155 элемента И 119 соединен с вторым входом 156 элемента И 120 и подключен к выходу 157 RS-триггера 127. Выход 158 элемента И 119 и схемный ноль 67, созданный в блоке 32 (фиг. 7), образуют вторую пару выходов 55, 56 блока 89. Выход 159 второго элемента 113 задержки подключен к одноименному входу элемента И 120. Выход 160 последней и схемный ноль 67 образуют первую пару 53, 54 выходов блока 89. Первый выход 161 элемента 115 задержки подключен к входу 162 элемента 116 задержки и к С-входу 163 триггера 126. Второй инверсный выход 164 элемента 115 подключен к одноименному S-входу триггера 127. Второй R-вход 165 последнего подключен к выходу инвертора 123 сигнала. Первый вход 166 элемента ИЛИ 122 подключен к одноименному выходу 166 элемента 116 задержки. Второй вход 167 элемента ИЛИ 122 подключен к одноименному входу 167 инвертора 123 сигнала. К входу 167 инвертора 123 сигнала, с одной стороны, и к выходу 46 блока 32 (фиг. 9), с другой стороны, подключен конденсатор 129. Между входом 167 инвертора 123 сигнала и схемным нулем 67 блока 32 включен резистор 130.

Усилители-формирователи 34 и 35 импульсов управления тиристорами 57, 58, импульсного регулятора 12 (фиг. 1) состоят каждый (фиг. 10) из двух оптронов 168, 169, и 170, 171 и двух диодов 172, 173 и 174, 175. При этом первые пары входов 49,50 первого 34 и 51, 52 второго 35 формирователей объединены между собой (точки 49, 51 и 50, 52) и подключены к первым двум входным зажимами 47, 48 формирователя 32 (фиг. 1). Вторая пара входов 53, 54 первого 34 и вторая пара входов 55, 56 второго 35 усилителей подключены соответственно к первой и второй парам выходов формирователя 33 (фиг. 8). При этом один из зажимов 54, 56 в каждой паре входов 53, 54 и 55, 56 усилителей подключен к тому зажиму в соответствующей паре выходов формирователя 33, который соединен со схемным нулем 67 в формирователе 32 (фиг. 7).

В каждом усилителя 34(35) (фиг. 10) к второй паре входов 53,54 (55,56) (катодом к схемному нулю 67 вход 54 или 56) подключен светодиод 176(177) первого оптрона 168(170). Фототиристор 178 (179) каждого первого оптрона 168(170) анодом подключался к катоду фототиристора 180(181) второго оптрона 169(171) и к первому зажиму 49(51), т.е. к зажиму 47 первой пары входов 47, 48 усилителей 34 и 35. Катод фототиристора 178(179) первого оптрона 168(170) через встречно-последовательно с ним включенный первый диод 172(174) подключен к второму зажиму 50(52), т.е. к зажиму 48 первой пары входов 47, 48 усилителей 34, 35. К зажиму 50(52) катодом подключен второй диод 173,175, включенный встречно-последовательно с фототиристором 180(181) второго оптрона 169(171). Светодиод 182(183) второго оптрона 169(171) в каждом усилителе 34(35) катодом подключен к схемному нулю 67, т.е. к второму входному зажиму 54(56), а анодом к первому зажиму 53(55) в своей паре входов усилителей 34(35). Катод первого фототиристора 178(179) и анод второго фототиристора 180(181) в каждом усилителе являются соответствующей парой выходов 30,28(31,29). При этом пара выходов 30,28 первого усилителя 34 и пара выходов 31,29 второго усилителя 35 подключены к соответствующей одноименной паре входов блока 12 импульсного регулирования (фиг. 1).

Схема тороидальных трансформаторов 13, 14, 15 и 16, 17, 18 тока общеизвестна. Справочник по средствам автоматики./Под ред. В.Э. Визе и И.В. Антика. М. Энергоатомиздат, 1983, с. 279-284). Схема стандартных элементов нуль-орган 93,94,95 также общеизвестна Радио, 1985, N 8, с. 46-48, фазомер-частотомер).

Логические устройства 112, 113, 114, 115 и 116 задержки выполнены на микросхемах К155 АГЗ Радио, 1987, N 9, с. 38-39. Применение микросхем серии К155). Логические устройства ИЛИ 88, И 117, 118, 119, 120, ИЛИ-НЕ 121 и ИЛИ 122 построены на стандартных микросхемах К155 ЛАЗ, К155 ЛАI. Справочник по интегральным микросхемам. /Под ред. В.В. Тарабрина, изд-е 2-ое, М. Энергия, 1980, с. 124-186).

Схема логического инвертора 123 сигнала выполнена на микросхеме К155ЛК1 или К155ЛАЗ (Справочник по интегральным микросхемам./Под ред. В.В. Тарабрина, изд-е 2-ое, М. Энергия, 1980, с. 124-186). Счетчики 124 и 125 импульсов выполнены на микросхемах К155ИЕ7 и К155ИЕ5 соответственно (Радио, 1978, N 5, с. 37, 38 и 1977, N 10, с. 39-41 соответственно).

Схема триггера 126 выполнена на микросхеме К155 ТМ8 (Радио, 1984, N 3, с. 26-29). Схема RS-триггера 127 выполнена на микросхеме К155ТМ2 (Радио, 1976, N 2, с. 42-45).

Схема генератора 128 высокочастотных импульсов известна (Сб. В помощь радиолюбителю. в. 87, сост.Н.Ф. Назаров, М. ДОСААФ, 1984, с. 32). Схема оптронного усилителя-формирователя 34, 35 импульсов известна (Визиков В.А. Миронов, В. Н. Обухов С.Г. Шамгунов Р.Н. Cистемы управления тиристорными преобразователями частоты, М. Энергоиздат, 1981, с. 137-140). Схема генератора импульсного напряжения в формирователe 32 (также известна (Кублановский Я.С. Тиристорные устройства. 2-ое изд-е. М. Радио и связь, 1987, с. 71-73, массовая радиобиблиотека, вып. 1104).

Рассмотрим работу предлагаемого устройства. В момент подключения обмотки статора АД1 (фиг. 1) к питающей сети частота вращения ротора 2 равна нулю, а скольжение ротора S_рот= 1. При этом в фазах а, b, с ротора наводится ЭДС с частотой, равной частоте питания обмотки статора f_рот=f_cт. Все фазы обмотки ротора 2 оказываются замкнутыми через диодный мост 3 и активное сопротивление 10, в результате чего в обмотке ротора 2 начинает течь ток, например, по цепи: фаза а ротора точка 5 диодного моста 3 диод фазы а точка 8 резистор 10 точка 9, а далее, например, по двум параллельным цепям: диод катодной группы фазы b точка 6 фаза b фаза а ротора 2 и диод катодной группы фазы с фаза с фаза а ротора. В результате, во-первых, тиристоры 57 и 58 импульсного регулятора 12 оказываются под воздействием силового напряжения, индуктируемого в фазах обмотки ротора и выпрямляемого диодным мостом 3, и, во-вторых, в результате того, что первичные обмотки трансформаторов 13, 14, 15 тока обтекаются указанными токами, на зажимах 19, 39; 20, 40; 21, 41 и 22, 23; 24, 25; 26, 27 каждого из этих трансформаторов появляется свое напряжение, каждое из которых подается на определенный элемент в системе 11 управления импульсным регулятором 12.

Система 11 управления вырабатывает импульсы управления главным тиристором 57 и коммутирующим тиристором 58 блока 12 импульсного регулирования. При подаче на главный тиристор 57 управляющего сигнала через входы 30, 28 он открывается. При этом происходит заряд конденсатора 61 по цепи: "+"-ая шина 8 резистор 62 конденсатор 61 точка 59 главный тиристор 57 точка 28 "-"-ая шина 9. Полярность конденсатора 61 в этом случае соответствует указанной на фиг. 1 без скобок.

При подаче сигнала управления на коммутирующий тиристор 58 через входы 29, 31 регулятора 12 происходит принудительная коммутация главного тиристора 57 разрядом конденсатора 61 по цепи: "+"-ая обкладка конденсатора 61, точка 60 тиристор 58 точка 29 тиристор 57 точка 59 правая обкладка конденсатора 61. После закрывания главного тиристора 57 дальнейший разряд конденсатора 61 происходит через коммутирующий тиристор 58 и диоды выпрямителей 3. По окончании разряда и перезаряда конденсатора 61 до полярности (-+), указанной на фиг. 1 в скобках, к аноду коммутирующего тиристора 58 прикладывается "-"-й потенциал, в результате чего заряженный отрицательным обратным напряжением коммутирующий тиристор 58 закрывается. Окончание перезаряда конденсатора 61 до исходной полярности "+"-", указанной на фиг. 1 без скобок, происходит по цепи: правая обкладка конденсатора 61 точка 8 резистор 62 уточка 60 левая обкладка конденсатора 61.

В промежутке времени, когда главный тиристор 57 регулятора 12 открыт, через последний создается короткозамкнутая цепь для тока выпрямителя 3, в результате чего в этом промежутке времени резистор 10 оказывается шунтированным тиристором 57. Чем больше длительность открытого состояния главного тиристора 57, тем меньше время, в течение которого ток выпрямителя 3 замыкается через резистор 10, что равносильно уменьшению среднего значения пускового сопротивления обмотки ротора. Таким образом, с увеличением времени открытого состояния главного тиристора 57 уменьшается активное сопротивление ротора R_рот=f(t).

С увеличением скорости вращения ротора при пуске двигателя от n_рот=0 до n_рот= (1-S)n_ст, S скольжение; n_рот скорость вращения ротора; n_ст скорость вращения поля статора), а значит, при уменьшении скольжения от S=1 до S 0 длительность короткозамкнутого состояния фаз двигателя увеличивается от минимальной величины до максимального значения.

При этом минимальное время короткозамкнутого состояния фаз обмотки ротора определяется при частоте ротора f_рот=f_cт=50 Гц (т.е. в начальный момент пуска двигателя) и равно t_min57= t_откр.57+t_зар.61, где t_откр.57 паспортное время открывания главного тиристора 57 при подаче на него управляющих сигналов; t_зар.61 время первоначального заряда коммутирующего конденсатора 61 через главный тиристор 57.

Максимальное время короткозамкнутого состояния фаз обмотки ротора в диапазоне регулируемого пуска определяется при минимальном для конкретного типа двигателя скольжения, соответствующем выходу двигателя на устойчивую часть естественной электромеханической характеристики.

При этом активное сопротивление ротора в период разгона двигателя от S=1 до S= S_min меняется от R_max до R_min. В результате плавного бесконтактного и автоматческого изменения активного сопротивления ротора двигатель разгоняется при максимальном пусковом моменте по кривой 188 (фиг. 16) без провалов величины пускового момента, так как с увеличением скорости вращения ротора в каждый текущий момент времени увеличивается длительность короткозамкнутого состояния фаз обмотки двигателя. Иначе говоря пуск двигателя осуществляется по характеристике, огибающей "верхушки" каждой конкретной для текущего момента времени пусковой электромеханической характеристики 184-187 двигателя вплоть до выхода ее на устойчивую часть естественной электромеханической характеристики. Аналогичные явления, но в обратном порядке происходят при торможении двигателя противовключением вплоть до выхода его на предельную тормозную характеристику.

Напряжение питания системы 11 управления как уже было сказано, создается в источнике 13, 14, 15 (фиг. 1) и подается на входы 19, 20, 21 формирователя 32 стабилизированного питающего напряжения в системе 11 управления. В блоке 32 (фиг. 7) это напряжение выпрямляется трехфазным диодным выпрямителем 65, в результате чего на шинах 66, 67 его создается выпрямленное напряжение, которое фильтруется от переменных составляющих конденсатором 68.

Стабилитроны 72,73 подобраны таким образом, что порог срабатывания первого из них меньше порога срабатывания второго, т.е. U_пор.72 < U_пор73.

При увеличении выходного напряжения на выпрямителе 65 (в период переходного процесса) на зажимах 66, 67 и достижении им величины U_пор.72стабилитрон 72 пробивается, и на выходных зажимах 46, 67 блока 32 удерживается стабилизированное напряжение, являющееся опорным напряжением микросхем блока 11 системы управления. Таким образом, практически сразу же после подключения обмотки статора к питающей сети все элементы схемы 11 управления, требующие питания, получают его от формирователя 32.

Одновременно с ростом напряжения на зажимах 46, 67 выпрямителя 65 в переходном режиме происходит заряд конденсатора 78 блока 32 по цепи: "+" выпрямителя 65 (точки 66, 70) резистор 74 резистор 77 конденсатор 78 точка 75 "-" выпрямителя 65 (точка 67). По достижении в переходном режиме напряжением U_пор.73 величины порога срабатывания стабилитрона 73 последний пробивается и далее удерживает на зажимах последовательной цепочки из сопротивления 79 и динистора 80 стабилизированное напряжение, равное U_пор.73.

Одновременно динистор 80 переключается в проводящее состояние и конденсатор 78 начинает разряжаться через динистор 80 и резистор 79. Далее конденсатор 78, резистор 79 и динистор 80 начинают работать как генератор пилообразного напряжения. Благодаря тому, что в качестве трансформатора 82 напряжения используется трансформатор с прямоугольной петлей гистерезиса, на вторичную обмотку 83 последнего трансформируется импульсное, практически прямоугольное, знакопеременное напряжение, которое с зажимов 47,48 формирователя 32 поступает на одноименные входы усилителей-формирователей 34 и 35 импульсов (фиг. 10). В результате последние получают питание, ожидая управляющих импульсов на входах 53, 54 и 55, 56 соответственно.

Эти сигналы формируются следующим образом (фиг. 8 и 9).

Одновременно с появлением переменных напряжений на входах 19, 20, 21 формирователя 32 системы 11 управления (фиг. 8) синусоидальные напряжения с зажимов 22, 23 24, 25 и 26, 27 трансформаторов 16, 17, 18 поступают на одноименные входы формирователя 33 управляющих импульсов. Каждое из этих напряжений выпрямляется в своем выпрямителе 90, 91, 92 (фиг. 9) и далее поступает в свою схему нуль-орган 93,94,95. В каждом нуль-органе по точкам перехода своей фазной синусоиды напряжения через ноль формируются узкие однополярные импульсы напряжения, поступающие на входы 108. 109, 110 логического элемента ИЛИ 88. С выхода 111 последнего эти импульсы поступают одновременно на вход 131 первого логического элемента 112 задержки и на вход 132 третьего элемента 114 задержки в импульсно-фазовом формирователе 89 (фиг. 8). Формирование выходных прямоугольных импульсов на выходах 133 и 153 элементов 112 и 114 осуществляется по переднем фронту входных импульсов 131(132). В пределах одного периода изменения фазового напряжения на выходе элемента ИЛИ 88 появляется шесть таких узких импульсов. перехода своей фазной синусоиды напряжения через ноль формируются узкие однополярные импульсы напряжения, поступающие на входы 108, 109, 110 логического элемента ИЛИ 88. С выхода 111 последнего эти импульсы поступают одновременно на вход 131 первого логического элемента 112 задержки и на вход 132 третьего элемента 114 задержки в импульсно-фазовом формирователе 89 (фиг. 8). Формирование выходных прямоугольных импульсов на выходах 133 и 153 элементов 112 и 114 осуществляется по переднему фронту входных импульсов 131(132). В пределах одного периода изменения фазового напряжения на выходе элемента ИЛИ 88 появляется шесть таких узких импульсов.Длительность импульсов на выходе 133 элемента 112 определяется при частоте, близкой к частоте статора f_ротf_ст=50 Гц, исходя из условия минимального времени открытого состояния главного тиристора 57 (фиг. 1) и блока 12, следующим равенством: t₁₃₃= T_рот-t_min T_ст-(t_откр.57+t_зар.61), где Т_рот промежуток времени между соседними импульсами, появляющимися на выходе 111 элемента ИЛИ 88, т.е. 1/6 часть периода изменения фазного напряжения в момент подключения обмотки статора двигателя 1 к питающей сети при f_рот=f_ст=50 Гц; t_min57 минимальное время короткозамкнутого состояния фаз обмотки ротора в период разгона двигателя.

В процессе всего пуска двигателя величины t₁₃₃ и t_min57 остаются постоянными, причем величина t_min57, определяемая паспортным временем открывания главного тиристора 57 и параметрами цепи заряда конденсатора 61, на порядок меньше величины t₁₃₃, т.е. t_min57<< t_133. Для f_ст=50 Гц это вытекает из следующих данных: T_ст 20 мс; t_откр.57=0,008-0,011 мс (Справочник Силовые полупроводниковые приборы, О.Г.Чебовский и др. М. Энергия, 1975, с. 356); t_зар.61 0,2-0,3 мс (в зависимости от параметров цепи первоначального заряда конденсатора 61); откуда t_min57=0,01-0,3=0,31 мс, а t₁₃₃ 20 0,31 3,33 0,31 3 мс.

По мере разгона двигателя частота тока в роторе f_рот уменьшается, а период соответственно увеличивается (Т_рот=1/f_рот)