Устройство для векторно-импульсного управления асинхронным электроприводом

Устройство для векторно-импульсного управления асинхронным электроприводом

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

0 Й И-О=А H И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

III) 60068!

Оома Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт, свид-ву (22) Заявлено 25.06.75 (21) 2149542/07 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.03.78. Бюллетень ¹ 12 (45) Дата опубликования описания 13.04.78 (51) М. Кл.- "Н 02Р 5 40

Н 02Р 1/ 26

Государственный комитет

Совета Министров СССР ло делам изобретений и открытий (53) УДК 621.316.71 (088.8) (72) Авторы изобретения

О. А. Андрющенко, P Г. Подзолов, М. П, Обуховский и В. И. Капинос

Одесский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЕКТОРНО-ИМПУЛЬСНОГО

УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для управления асинхронными электроприводами, работающими в импульсных режимах регулирования скорости.

Известно устройство для импульсного регулирования асинхронного двигателя (1).

Известное устройство, характеризуется тем, что при очередном подключении двигателя к сети возникают электромагнитные переходные моменты Л1„„величина и знак которых определяются начальными электромагнитными условиями (НЭМУ).

НЭМУ характеризуется начальным значением вектора потокосцепления ротора фр(0), которое можно задать амплитудой и его угловым положением 0 (О) относительно результирующего вектора напряжения сети U,, Знак момента М„, возникающего при подключении двигателя, и закон его изменения зависят в основном от О (О), а величина ударного момента — от фр (О), Потокосцепление ротора фр отключенного двигателя затухает во времени с некоторой постоянной времени, определяемой параметрами ротора. Угловое положение вектора относительно U, ò. е. текущее значение 0 зависит от скорости ротора ар, статического момента нагрузки М„длительности to бестоковой na) 3II H распоloA eHIIII Bcieiopon QI н U„ в момент отключения. Для того, чтобы при очередном подключении получать переходный момент Л1, нужного aIIai a II характера, необходимо это подключение производить при oiiределенных значениях О.

Известно устройство (2), являющееся прототипом предложенного, которое определяет момент совпадения фа.-. двух независимых ис10 точников переменного тока и управляет переключением двигателя с одного источника питания на другой в этот момент.

Устройство состоит из двух последовательно включенных транзисторных ключей и узла

15 регулирования минимальной зоны фазового сдвига. При совпадении фаз контролируемых источников оба ключа включаются и подают на узел регулирования питающее напряжение в течение полупериода. За это время на20 кonII erII nbiII конденсатор успевает зарядиться до порогового значения и выдается команда на переключение.

Это устройство позволяет контролирсват только синфазность двух систем напряжений, неизменных по амплитуде и частоте, в то время как при контроле НЭМУ асинхронной машины необходимо определять фазу двух векторов, один пз которых (У,) вращается с нс30 изменной частотой со„и имеет неизменную амплитуду, а второй (фр) в зависимости от перечисленных выше параметров, меняет в широких пределах и частоту, и амплитуду.

Целью изобретения является реализация векторно-импульсного управления асинхронным двигателем, при котором очередное подключение двигателя происходит при таких начальных электромагнитных условиях, которые обеспечивают в зависимости от требований только положительные либо только отрицательные значенчя N, либо определяют переходный процесс с минимально возможными переходными составляющими М, для чсго необходимо контролировать не синфазность, а желаемое (задаваемое переключателем) взаимное положение векторов Uc и Е,.

Указанная цель достигается тем, что выходы блоков дискретного контроля фаз векторов напряжения сети и ЭДС отключенного двигателя через логичсские элементы И подключены к входу логического элемента ИЛ11, выход которого через элемент задержки сигнала и формирователь открывающих импульсов подключен к входу тиристорпого коммутатора.

Устройство основано на том, что начальная фаза потокосцепления статора ф, однозначно зависит от начального значения фазы вектора напряжения сети U„ a фр определяет пачальныс значения ЭДС е, на обмотках отключенного двигателя. Это положение позволяет в предлагаемом устройстве контролировать текущую фазу U, и е, и выбирать такое взаимное положение векторов U, и Е„которое обеспечивает желаемый закон изменения М„, т. е. обеспечивать подключение двигателя не только при синфазном, но и при любом желаемом взаимном положении контролируемых векторов.

Кроме того, так как вектор Е, характеризуется переменной амплитудой и частотой вращения, контроль текущих фаз ведется дискретно, по зонам, т. е. фаза векторов контролируется в неподвижной системе координат; по их пространственному расположению в расточке статора. При этом появляется возможность перейти от контроля различных и неопределенных для ЭДС скоростей и периодов вращения векторов к контролю определенных положений каждого вектора в пределах части (зоны) двойного полюсного деления.

Число зон выбрано равным шести, что наиболее просто реалируется при контроле линейных или фазных напряжений трехфазной системы. При необходимости число зоп мож о увеличить, например до 12, если использовать и линейные, и фазные величины.

Устройство обеспечивает фиксацию пространственного положения независимо от амплитуд фр и Е„вплоть до их полного затухания.

На фиг. 1 дана структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — электрическая схема части датчика фазы U„; на фиг.

3 — электрическая схема части датчика фазы

Е,; на фиг. 4 — кривые ЭДС, поясняющие работу устройства.

Предлагаемое устройство содержит (см. фиг. 1) асинхронный трехфазный электродвигатель 1, подключенный посредством импульсного тиристорного коммутатора 2 к питаюшей трехфазной сети 3; датчик 4 текущей фазы вектора напряжения сети Uc, подключенный к питающей трехфазной сети 3; датчик 5 текущей фазы ЭДС обмоток отключения двигателя Е„подключенный к обмоткам статора асинхронного двигателя (1); задающий переключатель 6, шесть входов которого связаны с шестью выходами датчика 5 фазы Е„а шесть выходов — с шестью логическими элементами И 7 — 1,..., 7 — 6, которые так же соединены с шестью выходами датчика фазы U, 4; выходы логических элементов И i — 1,..., 7 — 6 связаны со входами логического элемента ИЛИ 8, выход которого соединен со входом элемента задержки 9; блок 10 формирования открывающих импульсов, вход которого связан с выходом элемента задержки 9, а выход подан на импульсный тпристорный коммутатор 2.

Датчик 4 фазы У„состоит из трех идентичных устройств (см. фиг. 2), каждое из которых содержит трансформатор 11, первичная обмотка которого связана с соответствующей фазой сетевого напряжения, а вторичная обмотка со средней точкой управляет двумя ключевыми схемами. Входная цепь ключевой схемы содержит ограничитель на диоде 12, резисторе 13, стабилитроне 14, резисторе 15 и транзисторе 16, который базой подключен к аноду стабилитрона 14, аноду диода 12 и через него к началу вторичной обмотки трансформатора 11, эмиттером — к положительной шине источника питания и через последовательно соединенные резисторы 13 и 15 к средней точке вторичной обмотки трансформатора

ll. При этом средняя точка последовательно соединенных резисторов 13, 15 соединена с катодом стабилитропа 14. Коллектором транзистор 16 через резистор 17 подключен к отрицательной шине источника питания и через конденсатор 18 — к одному концу резистора

19, второй конец которого соединен с отрицательной шиной источника питания, и базе транзистора 20. Транзистор 20 эмиттером соединен с положительной шиной источника питания, коллектором со входом логического элемента И (7 — 1,..., 7 — 6) и через резистор

21 с отрицательной шиной источника питания.

Копен, вторичной обмотки трансформатора

11 соединен со входом второй, аналогичной, ключевой схемы. Резисторы 13 и 15 являются общими для обеих клк)чевых схем.

Датчик 5 фазы Е, также состоит из трех идентичных устройств (см. фиг. 3), каждое из которых содержит трансформатор 22, первичная обмотка которого связана с соответствующей обмоткой статора асинхронного двига600681

5 теля 1, а вторичная обмотка со средней точкой управляет двумя ключевыми схемами.

Входттая цепь ключевой схемы содер>кит ограничитель из стабилитрона 23, диода 24, резисторов 25 и 26 и транзистор 27, который базой подключен к аноду стябилитрона 23, аноду диода 24, и через него к началу вторичной обмотки трансформатора 22, эмиттером — к положительной шине источника питания и через последовательно соединенные резисторы

25, 26 к средней точке вторичной обмотки трансформатора 22 причем средняя точка последовательно соединенных резисторов 25, 26 соединена с катодом стабилитрона 23, коллектором — через резистор 28 к отрипательной шине источника питания и через резистор 29 к базе транзистора 30, который эмиттером соединен с положительной шиной источника питания, коллектором с входохт логической ячейки элемента И и через резистор 31 с отрицательной шиной источника питания.

Конец вторичной обмотки трансформатора

22 соединен с входом второй, аналоптчной ключевой схемы. Резисторы 25, 26, являются общими .чля обеих ключевых схем.

Устройство действует следующим образом (см. фиг. 1).

Гтаторньте обмотки асинхронного двигателя 1 при помощи тиристорного коммутатора 2 одновременно подключаются к сети 3 или одновременно отключаются от нее. Фаза У„котттролируется с то тностью до 60 эл. град при помощи датчика 4 фазы напряжения сети (см. фиг. 2). При нарастании напряжен. тя фазы А от нуля в сторону положительттогс значения транзистор 16 через резисторы 13, 15, диод!2 и ограничительный стабилитрон 14 получает открывающий сигнал и открывается. Конденсатор 18, ранее заряженный через эмиттер-базовый переход транзистора 20, чачттнает разряжаться через резисторы 17, 19, я трапзттстор

20, закрывается и па выходе 4 — 1 появляется сигнал, свттдетельствующий о пояг,,четттттт положительной полуволттhI напряжеттня фазbI Л.

Ширина этого сигнала определяется постоянной времени цепочки элементов 17. 18, 19 и выбрана равной 20 эл. град. Аналогично тта выходе 4 — 4 появится сигнал шириной 20 э,ч. град. при наступлении отрицательной пот;волны фазного >тапряженття. Такие >ке устройства следят за почожительными и отрнпатслт.ными полуволнами напряжения фяз В и C.

Таким образом, на выходах 4 — 1. 4 — 2,..., 4 — 6 датчика (4) последовательно по мере изменения фазы ттапря>кеттия появляются сигналы, уровень которых соответствует стандяптной логической единицы. Датчик 5 фазы ЭДГ обеспечивает появление на своих шести выходах импульсов напряжения. соответствующего стандаптной логической единице. дтпттслтгностью 60 эл. грал. при изметтяющемся в широких пределах по амплитуде и частоте входном напряжении.

В схеме на фиг. 3, так же. как и в схеме фиг. 2 применены ограничения напряжения помощтио стабплптропа 23 диода 24 н резисторов 25, 26 н усилитель с коэффициентом усплеттпя порядт а 400 — 500 на транзисторах

27, 30. Здесь также описывается работа толь5 ко половины очной пз трех ттдетттттчттьтх частей блока 5. Прп появлении на входс положительной полуволны ЭДС фазы А транзистор 27 открывается, а транзистор 30 закрывается, в результате чего íà pI I> выходе появлястся на10 пряженттс, которое можно обозначить т- Л.

При появленшт отрпцате,IhIIOII полуволтты ЭДГ на второй половине схс ттт поягптся сигнал — Л. В фазах В и С стоят атталогпчныс уcTройства, дающие индикацию знака ЭДС (+-В

15 и т-С).

На верхней части фиг. 4 видно, что, если один период кривой. независимо от ес частоты и ахтплттт ды разбнтт на птссть частей, то каждой такой части будет соотвстствовять оп20 редслстшое соотношение знаков полуволньт фазньтх ЭДС. Ec;Ill выбрать первый пз шести участков (зотт), совп".äàIîùèì с нача.чохт положительной полуволны е т, то для формирования выходов 5 — 1, 5 2, ..., 5 — 6 IToTpc|».ñò25 ся выдер>кать 10птчсское соотношcíïс элсмcíTQB И, с входными сипталахтп, показанными в таблице.

С! т Гн а, I hI на В ьт х ода х элементов И

В ыхолы дат тптта 5

- -А — В - -С

+А —  — С вЂ А+В в — А+ — С вЂ А+В

5 — 1

5 — 2

35 5 — 3

5 — 5

-Л вЂ” В - -С

При соблтоденпп этих условий на выходах

5 — 1; 5 — 2,..., 5 — 6 будут последовательно

1 во".IïIêàòh напряжения длительностью — Т„

6 где ҄— период ЭДГ (нижняя часть фиг. 4).

Итатс, датчики 4 и 5 имеют по шесть выходов. 4 — 1; 4 — 2,...,4 — 6п 5 — 1; 5 — 2,...,5 — 6, напряжения на которых появляются поочеред50 но по мере того, как гекторы ст„тт F, проходят соответствующие зоны. Выходттые сигналы одного из датчиков фазы (например, 5) через задающий переключатель 6 подаются совместно с выходными сигналами другого датчика

55 фазы (4) на вхо..т, логических зле тентов И

7 — 1, ..., 7 — 6. Гттгнял па выходе кя>к того пз элементов И появптся при задатнтых совпаlI. нпях текущих фаз U, и Е, с выбранными зонами. >Келае>тое начальное положение Uc II Е;, обеспечивается задающим переключателем 6.

11апрттхтер. если желаемым являстся вк.тточсние двигателя при пространственном совпадении векторов Uc(0) и Е,(0), то задающим

05 переключателем 6 соединяются одноименные

600681

7 выходы датчика 5 и входы элементов И. Этим определяется возможность появления сигнала на выходах элементов И при одновремснном наличии сигналов на выходах 4 — 1 и 5 — 1 или

4 — 2 и 5 — 2 и т, д., т. е. при заданном взаимном положении U, и Е, в любой из шести зоп.

При совпадении сигналов на входе одного из элементов И, например, на входах 4 — 1 и

6 — 1 элемента И сигнал с его выхода поступает на вход элемента ИЛИ 8, с выхода которого через элемент задержки 9 сигнал поступает на блок 10 формирования открывающих импульсов.

Блок 10 формирует мощный импульс, необходимый для включения импульсного тиристорного коммутатора 2.

На вход блока задержки 8 подается сигнал от задатчика скорости и вводится обратная вязь по скорости двигателя.

Формула изобретения

Устройство для векторно-импульсного управления асинхронным электроприводом с тиристорным коммутатором в статорной цепи двигателя, содержащее блоки дискретного контроля фаз векторов и логические элементы, отличающееся тем, что, с целью по5 лучения заданного характера переходного процесса при очередном подключении двигателя с незатухшим магнитным полем с высокой стабильностью и повторяемостью режима, выходы блоков дискретного контроля фаз векто10 ров напряжения сети и ЭДС отключенного двигате.".я через логичсские элементы И подключены к входу логического элемента ИЛИ. выход o;cporo черс элемент задержки сигнала и формирователь открывающих импул. 15 сов подключен к входу тпристорного коммутатораа.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Соколов М. М. и др. Асинхронный элек2О тропривод с импульсным управлением в цепи выпрямленного тока ротора. М., «Энергия», 1972, с. 8 — 9.

2. Патент США ¹ Зб52866, кл. Н 02J 3/00.

1972, 600681 (с

Г иг, Составитель В. Боев

Техред И. Михайлова

Редактор Н. Коляда

Корректор И. Позняковская

ПОДпиСн06

Типография, нр. Сапунова, 2

Заказ 407/16 Изд. № 353 Тираж 892

Е1ПО Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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