Устройство для управления асинхронным короткозамкнутым электродвигателем

Устройство для управления асинхронным короткозамкнутым электродвигателем

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик " 699643 (6! ) Дополнительное к авт. свид-ву N 529537 (22)Заявлено 02.08.77(21) 2511793/24-07 с присоединением заявки ре (23) Приоритет

Опубликовано 25,11.79. Бюллетень Рй 43 (5l)M. Кл.

Н 02 P 7/42

Гесударстееннвй юетет

СССР

No делам нзебретеннй и еткрытнй (53) УДК 621.316. .718(088.8) Дата опубликования описания 28.11.79

В. А. Скрыпник, Г. А. Пименов, Л. Х. Дацковский, И. П. Некрасов, Е, Ll. Лебедев, И. И. Эпштейн, Л. В. Федотенко и С. О. Кривтшкий (72) Авторы изобретения (7l) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ

КОРОТКОЗАМКНУТЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ

Изобретейие относится к области час« тотного регулирования асинхронными электродвигателями, питание которых произI .водится от преобразователей частоты с непосредственной связью или инверторов

5 с широтно-импульсной модуляцией выходного напряжения.

По основному авторскому свидетельству М 529537 описано устройство, содержащее преобразователь частоты, двухканальный задатчик частоты и амплитуды токов статора с сумматорами в каж дом из каналов и тактовым генератором, управляемый импульсный генератор частоты токов ротора, импульсный датчик скорости, установленный на валу двигателя и присоединенный к одному из входов упомянутого сумматора в канале регулирования частоты, при этом другой его вход соединен с тактовым генератором, один из входов сумматора задатчика в канале регулирования амплитуды также соединен с тактовым генератором, при этом другой его вход подключен к выходу управляемого импульсного генератора частоты токов ротора.

В известном устройстве не обеспечивается управление начальной фазой обобщенного вектора задающего синусоидального сигнала, что приводит к ухудшению качества переходных процессов изменения скорости привода.

Целью изобретения является повышение быстродействия процессов регулирования асинхронного двигателя за счет обеспечения управления начальной фазой обобщенного вектора тока (напряжения) статора путем раздельного задания или у-правления его ортогональными составляющими.

Для этого оно снабжено в канале регулирования амплитудой вторым модулятором напряжения, включенным параллельно первому модулятору между вторым входом фильтра и вторым выходом делителя частоты, На фиг. 1 представлено устройство для управления an нхронным короткозамкнутым электродвигателем, блок3 699 схема; на фиг. 2 векторная диаграмма обобщенного вектора задающего синусоидального сигнала,; на фиг. 3 вариант устройства для управления асинхронным короткозамкнутым электродвигателем с двумя сумматорами частоты в одном канале управления; на фиг. 4 - последний разряд делителя частоты, модуляторов и фильтра-сумматора, принципиальная схема; на фиг. 5 - временная диаграмма работы устройства модуляторов и фильтра-сумматора.

Устройство содержит генератор 1 тактовых импульсов, сумматоры 2 - 3 частот, импульсный датчик 4 скорости, делитель 5 частоты, пересчетную схему 6, коммутаторы и выходные фильт.ры 7, генератор 8 частоты скольжения, делйтель 9 частоты, модуляторы 1 0 —

11, фильтр-сумматор 12, инвертирующий усилитель 13, тиристорный» преобразователь 14 частоты, асинхронный короткозамкнутый двигатель 15, одноступенчатые триггеры 16 — 17, инвертор 18, операционные усилители 19 - 20, транзисторные ключи 21.

В устройстве выходы генератора 1 тактовых импульсов подключены к первым входам сумматоров 2 и 3 частот. Ко второму входу сумматора 2 подключен выход импульсного датчика 4 скорости, установленного на валу асинхронного короткозамкнутого двигателя 15. Ко .. второму входу сумматора 3 подключен выход генератора 8 частоты скольжения.

Выход сумматора 2 через делитель 5 частоты подключен к входу пересчетной схемы 6, выходы которой соединены с коммутирующими входами коммутаторов 7.

- Выход сумматора 3 подключен к входу делителя 9 частоты, два выхода которого присоединены к коммутирующим входам модуляторов 10 и 11, на которые

-поступают аналоговые напряжения Ц, и (фиг.. 2). Выходы модуляторов 10 и 11 присоединены к двум входам фильтра-сумматора 12, выход которого подключен к входу инвертирующего усилителя 13. Выходы фильтра-сумматора 12 и инвертирующего усилителя 13 подключены к питающим входам коммутатора 7.

Выход коммутаторов и фильтров 7 подключен к входу тиристорного преобразователя 14 частоты, который своим выходом присоединен к асинхронному двигателю.

Принцип работы устройства заключается в следующем.

643

f+4 1þ, где знак +" или "-" означает работу

25 сумматора в режиме суммирования или вычитания и задается внешним логическим сигналом (51g tl(й) нуль" или "единица". Так как в зависимости от режима работы сумматора импульсы с датчика

З0 скорости вклиниваются между импульсами тактового генератора импульсов при суммировании или вычитаются с частотой kfl9 при вычитании, то на выходе сумматора 2 появляется неравномерЗ5 ность следования импульсов. Для устранения этого явления после сумматора

2 установлен делитель 5 частоты. С ростом коэффициента деления делителя неравномерность следования импульсов становится незначительной.

Импульсы с делителя 5 частоты поступают в пересчетную схему 6, которая служит для преобразования последовательности прямоугольных импульсов

45 в многофазное прямоугольное напряжение.

Частота прямоугольного напряжения на входе пересчетной схемы равна

1+kfuu

5 ь где К5 — коэффициент передачи дели еля 5;

К вЂ” коэффициент деления пересчетной схемы 6 (зависит от требуемого числа фаз выходного напряжения устройства) .

Парафазные импульсы генератора 1 тактовых импульсов с частотой т одновременно поступают на первые входы сумматоров 2-3 частот, которые выполнены в виде простых сумматоров-вычитателей двух последовательностей импульсов.

Режим суммирования или вычитания сумматоров частот задается сигналами управления в виде логического нуля" и единицы" (УдИ ии и S

На второй вход сумматора 2 поступают импульсы с датчика 4 скорости, частота которых пропорциональна частоте вращении ротора и равна Qf, где k » коэффициент пропорциональности, зависящий от числа импульсов на один оборот датчика скорости.

Частота следования импульсов на выходе сумматора 2 равна

699643

Выходное напряжение управляет ключами коммутаторов 7.

В канале регулирования амплитутой на второй вход сумматора 3 поступают импульсы с управляемого генератора 8 частоты скольжения, частота которых пропорциональна задаваемой частоте токов ротора, После сумматора 3 импульсы следуют с частотой где К вЂ” коэффициент передачи делителя 9 частоты.

С выхода последнего разряда делителя 9 частоты снимаются два прямоугольных напряжения со сдвигом в 90 эл. град. между ними. 25

Прямоугольные напряжения поступают на коммутирующце входы модуляторов

10 и 11, которые преобразуют аналоговые напряжения Ц и U в прямоугольные напряжения с частотой выходных ЗО импульсов делителя 9 и амплитудой, равной соответственно Q и 0 . Сдвиг фаз между выходными напряженйяМи модуляторов равен 90 эл. град.

Выходные напряжения с модуляторов 35

10 и 11 поступают на фильтр-сумматор

12. Так как последний выполнен в виде активного фильтра с двумя входами, то одновременно с преобразованием прямоугольных напряжений в синусоидальные происходит их суммирование. Таким образом, просуммировав два напряжения со сдвигом в 90 эл. град., получим напряжение на выходе фильтра сумматора

12 в виде:

0 =ц s n(50

4- д

U „0, +0 .— амплитуда выходного напряжения фильтра;

Я =с(гС1 — начальная фаза выл ходного напряже + ния фильтра;

Ш = 2 Й вЂ” - круговая частота

С выходного напряжения фильтра. где

55 гда знак +" или "-" определяется сигналом управления в зависимости от режима работы асинхронной машины. Пройдя через делитель 9 частоты, импульсы име-15 ют частоту

С выхода фильтра-сумматора 12 напряжение инвертируется либо с помощью согласующего трансформатора, либо с помощью инвертирующего усилителя 13, так.как на питающие входы коммутаторов необходимо подавать два синусоидальных напряжения в противофазе.

В коммутаторах 7 происходит модуляция синусоидального напряжения с выхода элементов 12 и 13 многофазным прямоугольным напряжением с выхода пересчетной схемы 6.

Напракение на выходе коммутатора одной фазы равно. м сЮ()кЮ=Оп,сэ1" (-t с

4 о у 20 „с ао 4

X — в1пмщ t= ®ко"с с +«> Wu) .а> q+q

4 „(Ц, где ОК(Ы= — Z т БАЛ К1 -прямоу, Ф1 ное комь(утирующее напряжение с пересчетной схемы, представленное в виде гармонического ряда;

1=2п-1 - номер гармоники;

h=),2,Ъ,4.. ° - натуральный вил чисел;

/+VS.uu, Гя =21 — — — круговая частота комму

5 (-6 тирующего напряжения.

Так как из выражения (2) следует, что разница между частотой первой гармоники (Ш -й ) и высшими гармоническими большая, то высшие легко устраняются фильтрами, установленными после коммутаторов и поэтому напряжение на выходе коммутаторов 7 (например для первой фазы) имеет вид:

2Uвс

u= „« ((; ) %Д (р)

Следовательно, частота синусоидального напряжения на выходе коммутаторов 7 равна:

1 к чог,= g y (Ет-<„J g (%та% )9

+ г к1

- К, К,("-М= — «"-, I (4) так как при построении необходимо соблюдать условие:

5 6 ч (у )Таким образом, частота синусоидального управляющего сигнала строго пропорциональна алгебраической сумме частоты вращения ротора и заданной частоты то69964 ков ротора, а его начальная фаза определяется величинами напряжений (), и U p

Изменяя эти напряжения как по величине, так и по знаку, можно в общем случае поворачивать обобщенный вектор задающего синусоидального сигнала на 360

an. град. согласно фиг. 2.

Следует отметить, что устройство работает аналогично, если оба сумматора частот в ипочить последовательно в один канал регулирования по частоте (фиг. 3), что может быть вызвано удобством расположения деталей при конструкторской разработке. Все устройство выполнено HQ интегральных микросхемах.

На фиг. 4 представлен последний ,разряд делителя 9 частоты, модуляторов 1 0 и 1 1, фильтра-сумматора 1 2 „ принципиальная схема.

Схема работает следующим образом.

Прямоугольные импульсы с предлосl леднего разряда делителя частоты поступают на вход 22 последнего разряда де.лителя частоты, собранного по схеме двухтактного триггера (Ф -1 триггер) исостоящего из элементарных одноступенчатых триггеров 16 — 17 и инвертора 18. Триггер 16 (выход 23) переключается по переднему фронту входного импульса, а триггер 17 (выход 24) - по заднему фронту, благодаря инвертору 18, так как логический сигнал "единица" на выходе 24 триггера 17 появляется лишь при наличии единицы" с выхода 23 триггера 16 и

«нуля" на входе 25 инвертора 1 8 ("единица" на выходе 26 инвертора 1 8).

Как видно на временной диаграмме, поясняюшей работу модуляторов (фиг. 5), импульсы с выхода 23 триггера 16 и 40 импульсы с выхода 24 триггера 17 сдвинуты друг относительно друга на 90 эл. грац. Эти выходы (фиг, 4) подключены к входам транзисторных ключей 21, управляющих полярностью выходного напряжения операционных усилителей 19 и

20.

Модуляторы реализованы по схеме с ключом в цепи неинвертируюшего, входа

27 усилителей 19 и 20, при этом в замк-50 нутом состоянии транзисторных ключей

21 аналоговые напряжения LI< и 0 подаются на инвертируюшие входы 28 и усилители работают как инверторы входного напряжения, а в разомкнутом состо- 55

3 8 янии транзисторных ключей 21, KQK повторители.

Таким образом, на выходах 29 усилителей 19 и 20 будут симметричные двух

Ф полярные прямоугольные напряжения с амплитудой, равной аналоговым входным напряжениям Ug u Ug и частотой, равной частоте импульсов с выходов делителя частоты. Напряжение на выходах 29 усилителей 19 - 20 сдвинуты на 90 эл. град. друг относительно друга и поступают на два аналогичных входа активного фильтра, реализованного на операционном усилителе 30. При этом фильтр выделяет первые гармоники этих напряжений (фиг.

5) и одновременно суммирует их.

Так как происходит суммирование в ортогональных осях, т. е. суммируются синусоида и косинусоида, то выходное напряжение фильтра-сумматора 12 является синусоидальным с амплитудой и фазой, определяемой амплитудами суммируе мых напряжений, а следовательно, в конечном итоге величинами напряжений о о

О, ц = „ ./ц u sin(w„t,òÎ Îúÿ „) Ь

Все устройство легко реализуется полностью на интегральных микросхемах, при этом отсутствуют намоточные узлы, упрощается технология изготовления.

Введение в известное устройство второго модулятора в канал регулирования амплитудой позволило точно формировать начальную фазу обобщенного вектора тока, что уменьшает длительность переходных процессов и повышает быстродействие, Формула изобретения

Устройство для управления асинхронным короткозамкнутым электродвигателем по авт. свид. No. 529537, о т л ич а ю ш е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия процессов регулирования асинхронного двигателя, оно снабжено в канале регулирования амплитудой вторым модулятором напряжения, включенным параллельно первому модулятору между вторым входом фильтра v вторым выходом делителя частоты, 699643

Вход 2 триггера

1б алых 33 грл гера

1б

Вых. 2е григгсра

17

Выхад ,надрп

r0

Выхад

»Нрпр тара

11

Выл аг7

Punbrpu

fZ

UHHHIIH Заказ 7434/59 Тираж 857 Подписное

Филиал ППП «Патент, г. Ужгород,ул. Проектная, 4