CS230826B1 - Zapojení asynchronního regulačního pohonu - Google Patents

Abstract

Zapojení asynchronního regulačního pohonu, sestávající z trojfázového asynchronního motoru, snímače otáček, měniče střídavého napětí,,řídicího a regulačního obvodu a snímače sítového synchronizačního napětí, je vybaven snímačem synchronizačního napětí indukovaného v motoru. K synchronizaci fázového řízení měniče je použito diference sítového a vnijřního indukovaného napětí motoru. To umožňuje ztlumit momentový ráz při rychlé reverzaci pomocí řízeného setrvačného členu v řídicím a regulačním obvodu. Řízení režimu regulátoru vylučuje vliv mrtvého času reverzace na parametry regulátoru. Řídicí a regulační obvod je vybaven obvodem tvorby řídicího napětí, který pomocí násobičky vytváří stejnosměrnou složku proudu,a zajištuje brzdění pulsujícím stejnosměrným proudem při otáčkách blízkých synchronním a plynulý přechod k brzdění protisměrnému při nulových otáčkách, což snižuje ztráty motoru a zabezpečuje bezeskokový průběh momentu v okolí nulových otáček.

Description

Vynález se týká zapojení asynchronního regulačního pohonu, sestávajícího z třífázového asynchronního motoru napájeného z měniče střídavého napětí, připojeného svým výkonovým vstupem na napájecí třífázovou síť a regulačním vstupem na výstup řídicího a regulačního obvodu, přičemž další tři vstupy tvoří zdroj žádané hodnoty otáček, zdroj skutečné hodnoty otáček ze snímače otáček, kterým je třífázový asynchronní motor opatřen a vstup synchronizačního napětí ze snímače síťového synchronizačního napětí, napojeného svým vstupem na napájecí třífázovou síť.

Třífázová asynchronní motory jsou pro svoji spolehlivost, jednoduchost a nízkou cenu často používány i v případech, kdy je třeba řídit otáčky pohonu, popřípadně dosáhnout plynulého rozběhu a brzdění. K tomu účelu se vybavují polovodičovým měničem střídavého napětí, synchronizovaným napájecí sítí, doplňovaným obvodem pro stejnosměrné brzdění motoru.

Pro tyto pohony se věak obvykle používají speciální třífázové asynchronní motory s odporovou charakteristikou, což zhorěuje ekonomiku provozu pohonu. Brzdění stejnosměrným proudem se vyznačuje i u těchto speciálních motorů značnou proměnností brzdného momentu v závislosti na otáčkách. V klidu nevyvíjí motor žádný brzdný moment, počátek brzdicího procesu je charakterizován přechodným momentovým rázem.

Tyto vlastnosti se zvýrazní při použiti běžného asynchronního motoru s kotvou nakrátko, pro všeobecné použití. Pro zlepšení regulačních vlastností se používá také brzděni změnou smyslu fází, neboli protisměrné brzdění, které vyvíjí moment v celém rozsahu otáček a přechod přes nulové otáčky je plynulý. Je však energeticky nevýhodné, protože v rotoru motoru se zmaří trojnásobná množství energie než při brzdění stejnosměrném a než odpovídá kinetické energii brzděných hmot. Přechod z motorického do brzdného režimu je charakterizován zpožděním, které je možná zkrátit, avšak za cenu zvýšení momentového rázu. Zpoždění je dáno použitím kontaktních prvků a nutnou čekací dobou na zánik proudu při bezkontaktní reverzaci. Toto zpoždění zhoršuje dosažitelnou dynamiku regulace otáček. Ve svém souhrnu uvedené nepříznivé vlastnosti omezují použití asynchronního motoru, zvláště s normální kotvou nakrátko, s měničem střídavého napětí ve funkci čtyřkvadrantových pohonů s dobrými dynamickými vlastnostmi.

Těmto požadavkům sice nevyhovují stejnosměrné servopohony, které se vyznačují vysokou dynamikou regulace otáček a vysokou účinností v širokém regulačním rozsahu otáček, avšak vůči asynchronním regulačním pohonům jsou dražší, jejich vlastnosti, zvláště pro jednodušší regulační systémy nejsou využity a jejich použití proto není ekonomické.

Výše uvedené nedostatky jsou odstraněny u zapojení asynchronního regulačního pohonu podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že do větve mezi třífázový asynchronní motor a měnič střídavého napětí je sériově zapojen zdroj indukovaného synchronizačního napětí, r na jehož první vstup je svým výstupem zapojen blok měniče střídavého napětí, výstup je připojen na napájecí svorky třífázového asynchronního motoru a druhý výstup tvoří synchronizační pátý vstup řídicího a regulačního obvodu.

Řešením podle vynálezu se dosáhne možnosti nahrazení drahých stejnosměrných servopohonů nebe asynchronních regulačních pohonů se speciálními asynchronními motory, vyznačujícími se horší ekonomikou a horšími regulačními vlastnostmi, asynchronním regulačním pohonem, sestávajícím z jednoduchého, provozně spolehlivého, třífázového asynchronního motoru s kotvou nakrátko pro všeobecné použití, tyristorového nebo triakového měniče střídavého napětí a řídicích a regulačních obvodů.

Zlepší se tím ekonomika pohonu, energetické účinnost brzdného procesu, potlačí se momentový ráz při reverzaci momentu, zachovají se regulační vlastnosti zajištěním stejnosměrného brzdění v oblasti vysokých otáček, s plynulým přechodem do protisměrného brzdění v oblasti nulových otáček, přičemž k vytvoření brzdného účinku je použit vlastní měnič střídavého napětí bez přídavných zařízení a kontaktních prvků, eliminuje se mrtvý čas reverzace.

Na připojených výkresech je znázorněn příklad zapojení asynchronního regulačního pohonu podle vynálezu, kde na obr. 1 je blokové schéma celého asynchronního regulačního pohonu, na obr. 2 je blokové schéma řídicího a regulačního obvodu a na obr. 3, 4 a 5 jsou zapojení bloků tvorby řídicího napětí, regulátoru otáček a synchronizace řídicího a regulačního obvodu.

Blokové schéma celého asynchronního regulačního pohonu podle vynálezu na obr. 1 sestává z třífázového asynchronního motoru J, na jehož napájecí svorky 31 je připojen výstup 63 zdroje indukovaného synchronizačního napětí 6, jehož první vstup 61 je výstupem 23 měniče střídavého napětí 2, který je svým výkonovým druhým vstupem 22 připojen na napájecí třífázovou sil s regulačním prvním vstupem 21 na výstup 12 řídicího a regulačního obvodu J., na jehož první vstup ϋ je připojen zdroj žádané hodnoty otáček, pátý vstup 15 indukovaného synchronizačního napětí je výstupem 62 zdroje indukovaného synchronizačního napětí 6, čtvrtý vstup 14 je výstupem 52 snímače sítového synchronizačního napětí 2, jehož první vstup 21 je připojen na napájecí třífázovou sít a třetí vstup 13 skutečných otáček je výstupem 41 snímače otáček 4, který je mechanicky spojen s třífázovým asynchronním motorem J.

Blok 1 řídicího a regulačního obvodu na obr. 2 sestává z obvodu regulátoru otáček 110. jehož výstup 114 je připojen jednak na čtvrtý vstup 124 obvodu 120 tvorby řídicího napětí, jednak na čtvrtý vstup 154 obvodu 150 řízení reverzace, jehož výstup 152 nulovacího signálu je druhým vstupem 112 regulátoru otáček 110. jehož první vstup 111 tvoří první vstup 11 bloku 1 řídicího a regulačního obvodu a třetí vstup 113 je současně třetím vstupem 123 obvodu 120 tvorby řídicího napětí a třetím vstupem 13 bloku 1 řídicího a regulačního obvodu, čtvrtý vstup 14 synchronizačního sítového napětového signálu a pátý vstup 15 indukovaného synchronizačního napětí bloku 1 řídicího a regulačního obvodu tvoří současně čtvrtý a pétý vstup 134. 135 obvodu 130 synchronizace, jehož výstup 136 synchronizačního signálu je současně šestým vstupem 126 obvodu 120 tvorby řídicího napětí a šestým vstupem 146 obvodu 140 fázového řízení, jehož první a pátý vstup 141. 145 je výstupem 121. 125 modifikovaného, nemodifikovaného řídicího napětí obvodu 120 tvorby řídicího napětí, třetí vstup 143 je výstupem 153 blokovacího signálu obvodu 150 řízení reverzace a výstup 142 je současně výstupem 12 řídicích impulsů bloku 1 řídicího a regulačního obvodu.

Blok 122 tvorby řídicího napětí na obr. 3 sestává z obvodu násobičky 1210. jejíž třetí vstup 1213 je současně třetím vstupem 123 skutečných otáček bloku 120 tvorby řídicího napětí, z obvodu nelinearity 1240. jehož čtvrtý vstup 1244 je současně čtvrtým vstupem 124 bloku 120 tvorby řídicího napětí a výstup 1245 je současně pátým vstupem 1215 obvodu násobičky 1210. výstupem 125 nemodifikovaného řídicího napětí bloku 120 tvorby řídicího napětí a pátým vstupem 1235 součtového členu 1230. jehož výstup 1231 je současně výstupem 121 modifikovaného řídicího napětí bloku 120 tvorby řídicího napětí a třetí vstup 1233 je výstupem 1223 obvodu 1220 spínané diody, jehož druhý vstup 1222 je výstupem 1212 obvodu násobičky 1210 a šestý vstup 1226 obvodu spínané diody 1220 je současně synchronizačním vstupem 126 bloku 120 tvorby řídicího napětí.

Blok 110 regulátoru otáček na obr. 4 sestává z obvodu regulátoru 1110. jehož první a třetí vstup 1111 a 1113 žádané a skutečné hodnoty otáček je současně prvním a třetím vstupem bloku 110 regulátoru otáček, pátý vstup úrovně omezení 1115 je výstupem 1125 obvodu 1120 setrvačného členu, jehož drzhý vstup 1122 nulovacího signálu je současně druhým vstupem 112 bloku 110 regulátoru otáček, výstup 1114 napětí obvodu regulátoru 1110 je současně výstupem 114 bloku 110 regulátoru otáček.

Blok 130 synchronizace na obr. 5 sestává z obvodu rozdílového členu 1310. jehož čtvrtý a pátý vstup 1314 a 1315 je současně čtvrtým a pátým vstupem synchronizačního sítového napětí 134 a synchronizačního indukovaného napětí 135 bloku 130 synchronizace, výstup diferenčního napětí 1311 obvodu rozdílového členu 1310 je prvním vstupem 1321 obvodu komparátoru 1320. jehož výstup synchronizačního signálu 1326 je současně výstupem 136 bloku 130 synchronizace.

Podstata eliminace mrtvého času a momentového rázu při reverzaci, podle vynálezu, je v aplikaci setrvačného členu v regulátoru otáček, řízeného v režimu příprava - řešení, jehož výstup je vstupem úrovně omezení vlastního regulátoru. V okamžiku vzniku požadavku reverzace je nulovacím signálem z obvodu řízeni reverzace regulátor otáček nulován po celou dobu mrtvého času a jeho dynamické vlastnosti jsou potlačeny. Časová konstanta setrvačného členu po vymizení nulovacího signálu filtruje a potlačuje momentový ráz, vznikající derivačním charakterem přechodného děje po reverzaci.

Podstatou řízení brzdění, od stejnosměrného pro vysoké otáčky k protisměrnému pro nulové otáčky, využitím měniče střídavého napětí, podle vynálezu, je modulace stejnosměrného řídicího napětí synchronizačním signálem v bloku spínané diody. Ve zvolených půlperiodách synchronizačního napětí se na součtovém členu odečítá od řídicího napětí z výstupu nelinearity úroveň, daná součinem tohoto řídicího napětí a skutečných otáček ze vstupu násobičky, a to pouze v brzdných kvadrantech, kde je výstup násobičky záporné úrovně a spínaná dioda je propustná.

Při vysokých otáčkách jsou v jedné půlperiodě řídicí napětí a proud zcela potlačeny a proud je pulsující stejnosměrný. S klesajícími otáčkami se zmeněuje poměr řídicího napětí pro obě půlperiody napájecího napětí a pro nulové otáčky je brzdění protisměrné. Obvod nelinearity linearizuje řídicí charakteristiku asynchronního motoru.

Je-li fázové řízení uzpůsobeno s dvoukanálovým vstupem, kde jeden kanál slouží k fázovému řízení v kladné půlperiodě a druhý v záporné půlperiodě, nepoužije se vstup synchronizačního signálu a použije se výstup řídicího napětí obvodu tvorby řídicího napětí.

Podstatou zapojení obvodu synchronizace podle vynálezu je tvorba synchronizačního signálu na základě diference mezi sítovým a vnitřním indukovaným napětím na rozdílovém členu. Tím je zajištěna správná funkce fázového řízení i ve fázově přechodných stavech, což je nutnou podmínkou pro možnost potlačit momentový ráz při reverzaci.

Zapojení asynchronního regulačního pohonu podle vynálezu se dobře uplatňuje zejména v aplikacích manipulačního a transportního charakteru, kde často ustálené rychlost pohonu je vždy stejná, což je výhodné pro asynchronní motor s normální momentovou charakteristikou a kde je vyžadována regulace rychlosti pro plynulé rozběhy a brzdění s polohováním.

Claims (5)

1. Zapojení asynchronního regulačního pohonu, sestávajícího z třífázového asynchronního motoru napájeného z měniče střídavého napětí, připojeného svým výkonovým vstupem na napájecí třífázovou sít a regulačním vstupem na výstup řídicího a regulačního obvodu, jehož tři vstupy tvoří zdroj žádané hodnoty otáček, zdroj skutečné hodnoty otáček ze snímače otáček, jímž je třífázový asynchronní motor opatřen a λ stup synchronizačního napětí, napojeného svým vstupem na napájecí třífázovou sil, vyznačující se tím, že do větve mezi třífázový asynchronní motor (3) a měnič střídavého napětí (2) je jóriově zapojen zdroj indukovaného synchronizačního napětí (6), na jehož první vstup (61) je svým výstupem (23) zapojen blok (2) měniče střídavého napětí, výstup (63) je připojen na napájecí svorky (31) třífázového asynchronního motoru (3) a výstup (62) tvoří synchronizační pátý vstup (15) řídicího a regulačního obvodu (1).

2. Zapojení podle bodu 1, vyznačující se tím, že blok (1) řídicího a regulačního obvodu sestává z obvodu regulátoru otáček (110), jehož výstup (114) je připojen jednak na čtvrtý vstup (124) obvodu (120) tvorby řídicího napětí, jednak na čtvrtý vstup (154) obvodu (150) řízení reverzace, jehož výstup (152) nulovacího signálu je druhým vstupem (112) regulátoru otáček (110), jehož první vstup (111) tvoří první vstup (11) bloku (1) řídicího a regulačního obvodu a třetí vstup (113) je současně třetím vstupem (123) obvodu (120) tvorby řídicího napětí a třetím vstupem (13) bloku (1) řídicího a regulačního obvodu, čtvrtý vstup (14) synchronizačního a regulačního obvodu, čtvrtý vstup (14) synchronizačního sítového napětí signálu a pátý vstup (15) indukovaného synchronizačního napětí bloku (1) řídicího a regulačního obvodu tvoří současně čtvrtý a pátý vstup (134, 135) obvodu (130) synchronizace, jehož výstup (136) synchronizačního signálu je současně šestým vstupem (126) obvodu (120) tvorby řídicího napětí a šestým vstupem (146) obvodu (140) fázového řízení, jehož první a pétý vstup (141, 145) je výstupem (121, 125) modifikovaného, nemodifikovaného řídicího napětí obvodu (120) tvorby řídicího napětí, třetí vstup (143) je výstupem (153) blokovacího signálu obvodu (150) řízení reverzace a výstup (142) je současně výstupem (12) řídicích impulsů bloku (1) řídicího a regulačního obvodu.

3. Zapojení podle bodu 1, vyznačující se tím, že blok (120) tvorby řídicího napětí sestává z obvodu násobičky (1210), jejíž třetí vstup (1213) je současně třetím vstupem (123) skutečných otáček bloku (120) tvorby řídicího napětí, z obvodu nelinearity (1240), jehož čtvrtý vstup (1244) je současně čtvrtým vstupem (124) bloku (120) tvorby řídicího napětí a výstup (1245) je současně pátým vstupem (12,5) obvodu násobičky (1210), výstupem (125) nemodifikovaného řídicího napětí bloku (120) tvorby řídicího napětí a pátým vstupem (1235) součtového členu (1230), jehož výstup (1231) je současně výstupem (121) modifikovaného řídicího napět.í bloku (120) tvorby řídicího napětí a třetí vstup (1233) je výstupem (1223) obvodu (1220) spínané diody, jehož druhý vstup (1222) je výstupem (1212) obvodu násobičky (1210) a šestý vstup (1226) obvodu spínané diody (1220) je současně synchronizačním vstupem (126) bloku (120) tvorby řídicího napětí.

4. Zapojení podle bodu 1, vyznačující se tím, že blok (130) synchronizace sestává z obvodu rozdílového členu (1310), jehož čtvrtý a pátý vstup (1314) a (1315) je současně čtvrtým a pátým vstupem synchronizačního sílového napětí (134) a synchronizačního indukovaného napětí (135) bloku (130) synchronizace, výstup diferenčního napětí (1311) obvodu rozdílového členu (1310) je prvním vstupem (1321) obvodu komparátoru (1320), jehož výstup synchronizačního signálu (1326) je současně výstupem (136) bloku (130) synchronizace.

5. Zapojení podle bodu 1, vyznačující se tím, že blok (1,0) regulátoru otáček sestává z obvodu regulátoru (1110), jehož první a třetí vstup (1111) a (1113) žádané a skutečné hodnoty otáček je současně prvním a třetím vstupem bloku (110) regulátoru otáček, pátý vstup (1115) úrovně omezení je výstupem (1125) obvodu (1120) setrvačného členu, jehož druhý vstup (1122) nulovacího signálu je současně druhým vstupem (112) bloku (110) regulátoru otáček, výstup (1114) napětí obvodu regulátoru (1110) je současně výstupem (114) bloku (110) regulátoru otáček.