PL64716B1 - - Google Patents

Description

Pierwszenstwo: Opublikowano: 19.VII.1969 (P 134 946) 15.Y.1972 64716 KI. 21d3,2 MKP H 02 p, 5/52 ti+S*** IW***** 1 Twórca wynalazku: Jerzy Kalinski Wlasciciel patentu: Polska Akademia Nauk Zaklad Doswiadczalny Budowy Aparatury Naukowej UNIPAN, Warszawa (Polska) Uklad automatycznej kontroli i regulacji optymalnej wartosci kata przesuniecia fazowego napiec zasilania dwufazowych silników asynchronicznych Przedmiotem wynalazku jest uklad automatycznej kon¬ troli i regulacji optymalnej wartosci kata przesuniecia fazowego napiec zasilania dwufazowych silników asyn¬ chronicznych, jako elementów wykonawczych w ukla¬ dach automatycznej regulacji i sterowania.Dwufazowe silniki asynchroniczne stosowane jako elementy wykonawcze w ukladach automatycznej regu¬ lacji i sterowania przeksztalcaja okreslony sygnal elek¬ tryczny doprowadzany do uzwojenia sterujacego na prze¬ mieszczenie katowe osi silnika.W zaleznosci od rodzaju sterowania, sygnalami powo¬ dujacymi dzialanie silnika sa: pojawienie sie napiecia sterujacego, zmiana fazy napiecia sterujacego w stosun¬ ku do napiecia wzbudzajacego lub jednoczesna zmiana napiecia sterujacego i jego fazy wzgledem napiecia wzbudzajacego. Najwiekszy moment obrotowy na osi silnika wytwarzany w przypadku wzbudzenia kolowego pola wirujacego powstaje przy wzglednym kacie przesu- 71 niecia fazowego pradów w obu uzwojeniach, równym — radianów oraz przy równych przeplywach w obu uzwo¬ jeniach. Niewypelnienie jednego z tych warunków po¬ woduje [powstanie pola eliptycznego stanowiacego sume dwóch pól kolowych wirujacych w przeciwnych kierun¬ kach, przy czym pole wspólbiezne wytwarza moment obrotowy, zas pole przeciwbiezne moment hamujacy.Amplituda pola przeciwbieznego zwieksza sie wraz ze wzrostem stopnia odksztalcenia pola wypadkowego od pola kolowego, które to pole wypadkowe przechodzi w oscylujace pole przemienne, gdy napiecie sterujace rów- 10 15 20 25 30 ne jest zeru, albo gdy napiecie wzbudzajace równe jest zeru, lub gdy wzgledny kat przesuniecia fazowego mie¬ dzy napieciem sterujacym i wzbudzajacym równy jest zeru lub wielokrotnosci jt radianów. W takim przypadku amplitudy pól wspólbieznego i przeciwbieznego zostaja wyrównane i silnik nie wytwarza momentu obrotowego.W przypadkach posrednich wystapienie pola hamujace¬ go powodowane zmiana amplitudy lub fazy napiecia ste¬ rujacego pogarsza wskazniki energetyczne silnika, zmniejsza sprawnosc i moc oddawania na wal, ale jed¬ noczesnie umozliwia uzyskanie dobrych wlasciwosci re¬ gulacyjnych dwufazowego silnika asynchronicznego.Przy sterowaniu fazowym optymalna wartoscia ampli¬ tudy napiecia sterujacego jest jej wartosc znamionowa, która utrzymywana jest na stalym poziomie w calym za¬ kresie zmian kata cp przesuniecia fazowego sygnalu ste¬ rujacego wzgledem wzbudzajacego. W takim przypadku wystapienie pola hamujacego jest wynikiem zmiany wzglednego kata przesuniecia fazowego miedzy napie¬ ciem sterujacym i wzbudzajacym.Przy sterowaniu amplitudowym optymalna wartoscia kata przesuniecia fazowego 71 rujacym i wzbudzajacym jest wartosc ~~~ radianów, która musi byc utrzymywana jako wartosc stala w calym za¬ kresie zmian amplitudy sygnalu sterujacego. W zalezno^ sci od kierunku obrotów silnika zmienia sie jedynie znak kata takim przypadku wystapienie pola hamujacego jest wy¬ nikiem zmiany amplitudy sygnalu napiecia sterujacego. 6471664716 Wszelkie zmiany amplitudy napiecia sterujacego pizy sterowaniu fazowym lub wzglednego kata przesu¬ niecia fazowego napiec sterujacego i wzbudzajacego przy sterowaniu amplitudowym znieksztalcaja pole ko¬ lowe silnika i powoduja powstanie szkodliwego momen¬ tu hamujacego, W wyniku tego stala czasowa ukladu re¬ gulacyjnego wzrasta a sprawnosc i moc silnika maleja w stopniu zaleznym od stopnia znieksztalcenia sterowa¬ nia amplitudowego jednoczesnymi zmianami fazy lub sterowania fazowego jednoczesnymi zmianami ampli¬ tudy.Przy najczesciej stosowanym sterowaniu amplitudo¬ wym przesuniecie fazy pomiedzy napieciem sterujacym TC i wzbudzajacym o kat "T" radianów uzyskiwane jest przez wlaczanie w szereg z uzwojeniem odpowiednio dobra¬ nego kondensatora. Warunek ten realizowany jest rów¬ niez przez umieszczenie w torze napiecia sterujacego przesuwnika fazowego, o tak dobranym kacie wprowa¬ dzonego przesuniecia fazowego, by wypadkowy wzgled¬ ny kat przesuniecia fazowego obu napiec zasilania silni- tc tc ka wynosil + — lub — — radianów.W ukladach automatycznej regulacji dwufazowy sil¬ nik asynchroniczny wykorzystywany jest jako element wykonawczy w petli sprzezenia zwrotnego. Sterowany sygnalem bledu silnik sprowadza ten sygnal do minimal¬ nej wartosci poprzez zmiane okreslonego parametru lub parametrów regulowanego ukladu.W polaczeniu takim, sygnal doprowadzany doi uzwoje¬ nia sterujacego silnika zmienia sie ze zmiana wielkosci tego bledu. Celem zwiekszenia szybkosci dzialania ta¬ kiego ukladu ze sprzezeniem zwrotnym, w którym na¬ piecie sterujace zmienia sie ze zmiana wielkosci bledu, niezbedne jest zapewnienie silnikowi nominalnej ampli¬ tudy napiecia sterujacego przez mozliwie najdluzszy okres reagowania ukladu na sygnal bledu. Wymaganie to realizowane jest za pomoca wzmacniaczy z nasyce¬ niem lub wzmacniaczy sygnalu bledu z automatyczna regulacja wzmocnienia, których sygnal wyjsciowy jest w przyblizeniu staly w szerokim zakresie zmian sygnalu wejsciowego.Wzmocnienie tego typu wzmacniaczy jest tym wiek¬ sze, im mniejszy sygnal doprowadzany jest do wejscia wzmacniacza, który w zaleznosci od rozwiazania, pra¬ cuje w warunkach braku sygnalu wejsciowego na grani¬ cy wzbudzania lub przy maksymalnym wzmocnieniu. Za¬ stosowanie wzmacniaczy sygnalu bledu z automatyczna regulacja wzmocnienia zapewnia silnikowi wykonawcze¬ mu optymalne warunki wzbudzenia tj. znamionowe war¬ tosci amplitud napiec sterujacego i wzbudzajacego przez prawie caly okres reagowania ukladu na sygnal bledu.TC Przy stalej i równej —- radianów wartosci kata prze¬ suniecia fazowego prowadzi to do wytworzenia przez silnik kolowego pola wirujacego i maksymalnego mo¬ mentu obrotowego. Warunek stalej wartosci kata prze¬ suniecia fazowego miedzy napieciami zasilania dwufa¬ zowego silnika asynchronicznego, zwanego dalej silni¬ kiem, nie jest na ogól spelniany, gdyz charakterystyki fa¬ zowe wzmacniaczy z automatyczna regulacja wzmocnie¬ nia ulegaja znacznym zmianom w funkcji regulacji wzmocnienia. Znamionowy kat przesuniecia fazowego zapewniany jest jedynie w waskim zakresie sygnalów wejsciowych wzmacniacza.W wyniku tego stala czasowa ukladu wzmacniacz — silnik rosnie w stopniu zaleznym od zmian charaktery¬ styki fazowej wzmacniacza z automatyczna regulacja wzmocnienia, pomimo zapewnienia nominalnej wartosci 5 amplitudy napiecia sterujacego. Utrzymanie minimalnej wartosci stalej czasowej wymaga równiez utrzymania kata przesuniecia fazowego napiec zasilania silnika na TC nominalnej wartosci —- radianów w calym zakresie 10 zmian sygnalu wejsciowegio wzmacniacza z automatycz¬ na regulacja wzmocnienia.Celem wynalazku jest zapewnienie dwufazowemu sil¬ nikowi asynchronicznemu sterowanemu amplitudowo poprzez wzmacniacz z automatyczna regulacja wzmoc¬ nienia, optymalnego kata przesuniecia fazowego napiec TC TC zasilajacych wzgledem siebie równego + —- lub — ~ rad w zaleznosci od wzglednego kata przesuniecia fazo- wego napiecia sterujacego wzgledem napiecia wzbudza¬ jacego, wyznaczajacego kierunek obrotu silnika, w ca¬ lym zakresie zmian sygnalu wejsciowego ukladu wzmac¬ niacz — silnik.Cel ten osiagniety zostal w ukladzie wedlug niniejsze- 25 go wynalazku, zgodnie z którym w ukladzie sa dwa de¬ tektory fazoczule polaczone wejsciami z uzwojeniami sterujacym i wzbudzajacym silnika asynchronicznego, zas wyjscia obu detektorów fazoczulych polaczone sa po¬ przez odrebne zawory z regulowanym przesuwnikiem fa- 30 zowym.Istotna wedlug wynalazku jest równiez rozbudowa podstawowego ukladu w celu umozliwienia doboru po¬ czatkowego punktu pracy. Wedlug wynalazku osiagane jest to przez wlaczenie szeregowe w tor napiecia steru- 35 jacego, pomiedzy regulowanym przesuwnikiem fazowym i wzmacniaczem, dodatkowego rozdzielacza fazy i na¬ stawnego przesuwnika fazowego. Równie istotne jest umozliwienie rozszerzenia zakresu dopuszczalnych zmian kata przesuniecia fazowego. Osiagniete to zostalo w wy- 40 nalazku przez wlaczenie w szereg w torze napiecia ste¬ rujacego, pomiedzy nastawnym przesuwnikiem fazowym i wzmacniaczem, dalszego dodatkowego rozdzielacza fa¬ zy oraz dalszego dodatkowego regulowanego przesuwni¬ ka fazowego zasilanego, równolegle z pierwszym regu- 45 lowanym przesuwnikiem fazowym, sygnalem korekcyj¬ nym z detektorów fazoczulych poprzez zawory.Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykla¬ dach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedsta¬ wia schemat blokowy podstawowego ukladu automa- 50 tycznie utrzymujacego wzgledny kat przesuniecia fazo- TC wego napiec zasilajacych silnika, na wartosci + — lub 55 — — rad, fig. 2 przedstawia uproszczone charaktery¬ styki detektorów fazoczulych, fig. 3 przedstawia przy¬ klad wykonania ukladu umozliwiajacego dobór poczat¬ kowego punktu pracy, natomiast fig. 4 przedstawia przy¬ klad wykonania ukladu umozliwiajacy rozszerzenie za- 60 kresu dopuszczalnych zmian kata przesuniecia fazowe¬ go w torze sygnalu sterujacego.Podstawowe zespoly ukladu automatycznie utrzymuja¬ cego wzgledny kat przesuniecia fazowego napiec zasila- TC jacych dwufazowy silnik asynchroniczny na wartosci + "T" 65 264716 lub — — rad przedstawione sa na fig. 1. Dwufazowy sil¬ nik asynchroniczny 1 zasilany jest dwoma napieciami: napieciem wzbudzajacym, pobieranym ze zródla zasila¬ nia calosci ukladu, oraz pozostajacym wzgledem niego 5 w okreslonej zaleznosci fazowej napieciem sterujacym o tej samej czestotliwosci, doprowadzanym do uzwojenia silnika poprzez wzmacniacz 2 z automatyczna regulacja wzmocnienia.Do toru napiecia sterujacego silnikiem 1 wlaczony 10 jest rozdzielacz fazy 3, który zasila przesunietymi w fa¬ zie o k rad sygnalami, regulowany przesuwnik fazowy 4.Przesuwnik fazowy 4 wprowadza kat przesuniecia fazo¬ wego regulowany w zakresie od 0 do jt rad poprzez zmiane impedancji elementu lub elementów skladowych *5 tego przesuwnika. Zmiana impedancji elementu lub ele¬ mentów skladowych regulowanego przesuwnika fazowe¬ go 4 uzyskiwana jest przez doprowadzenie do tego lub tych elementów sygnalu pradu stalego.Sygnal korekcyjny pradu stalego doprowadzany jest do regulowanego przesuwnika fazowego 4 z wyjsc detekto¬ rów fazoczulych 5 i 6 poprzez filtry dolnoprzepustowe 7 i 8 oraz zawory 9 i 10. Sygnalami wejsciowymi de¬ tektorów fazoczulych 5 i 6 sa napiecia zasilania silni¬ ka 1, których wzgledny kat przesuniecia fazowego utrzy- TC TC mywany jest na wartosci + — lub — ~ rad.W nastepnym przykladzie wykonania wedlug wyna¬ lazku, pokazanym na fig. 3, niezaleznie od regulowane- 30 go przesuwnika fazowego 4 wprowadzajacego zmienny kat przesuniecia fazowego kompensujacy zmiany cha¬ rakterystyki fazowej toru napiecia sterujacego silni¬ kiem 1, do toru tegoz napiecia wlaczony jest dodatkowy rozdzielacz fazy 11 i nastawny przesuwnik fazowy 12 35 umozliwiajacy wprowadzenie dowolnego kata przesunie¬ cia fazowego w zakresie od 0 do — jt rad lub od 0 do + jt rad.Za pomoca nastawnego przesuwnika fazowego 12 usta¬ lany jest poczatkowy kat przesuniecia fazowego napie¬ cia sterujacego wzgledem wzbudzajacego, a wiec i po¬ czatkowy kat przesuniecia fazowego wprowadzany przez regulowany przesuwnik fazowy 4. Przy ustawieniu za pomoca przesuwnika 12, przy rozwartej petli automa¬ tycznej regulacji kata przesuniecia fazowego, wypadko¬ wego kata przesuniecia fazowego miedzy napieciami za¬ silania silnika w poblizu wartosci zerowej, regulowany przesuwnik fazowy 4 ustawi sie automatycznie w petli n zamknietej, na wartosci kata zblizonej do ~~~ rad.Zakres regulacji kata przesuniecia fazowego miedzy napieciami zasilania silnika 1 wyniesie w takim przy- TC padku 0± —rad dla jednego kierunku obrotów silnika TC i jt± "i" rad dla drugiego kierunku jego obrotów.Dla rozszerzenia tego zakresu, przedstawiono na fig. 4 inny przyklad wykonania wedlug wynalazku, gdzie w szereg z nastawnym przesuwnikiem fazowym 12 wlaczo¬ ne sa dalszy dodatkowy rozdzielacz fazy 13 i dodatko¬ wy regulowany przesuwnik fazowy 14. Regulowany przesuwnik fazowy 14 zasilany jest sygnalem korekcyj¬ nym z tego samego ukladu detektorów fazoczulych 5 i 6, poprzez zawory 9 i 10. Sygnal wyjsciowy regulowa¬ nego przesuwnika fazowego 14, wzmocniony we wzmac¬ niaczu 2 zasila uzwojenie sterujace silnika 1.We wszystkich przedstawionych przykladach wykona¬ nia wedlug wynalazku wyjscia detektorów fazoczulych 5 i 6 polaczone sa ze srodkowym punktem rozdzielacza fa¬ zy 3 i z regulowanym przesuwnikiem fazowym 4 tak, ze uzyskane charakterystyki zaleznosci sygnalu korekcyjne¬ go z wyjsc filtrów dolnoprzepustowych 7 i 8 od kata przesuniecia fazowego miedzy obu napieciami wejscior wymi detektorów maja przebiegi jak przedstawiono na fig. 2. Niezaleznie od znaku wzglednego kata przesu- niecia fazowego —- rad miedzy napieciem sterujacym i wzbudzajacym silnika,.a wiec niezaleznie od kierunku obrotów silnika, zmiany charakterystyki toru napiecia sterujacego kompensowane sa zmianami kata przesunie¬ cia fazowego regulowanego przesuwnika fazowego 4 na odcinkach charakterystyk detektorów fazoczulych 5 i 6 o jednakowym nachyleniu. Uklad wedlug wynalazku utrzymuje z jednakowa skutecznoscia stala wartosc ka¬ ta przesuniecia fazowego pomiedzy napieciami zasila¬ jacymi silnik niezaleznie od tego czy napiecie sterujace silnika wyprzedza napiecie wzbudzajace czy tez opóznia sie wzgledem tegoi napiecia.Uklad polaczen wedlug wynalazku znajduje zastoso¬ wanie w ukladach automatycznej kontroli i sterowania, w których dwufazowy silnik asynchroniczny jest elemen¬ tem wykonawczym zawartym w petli sprzezenia zwrot¬ nego, i sterowany jest amplitudowo sygnalem bledu po¬ przez wzmacniacz z automatyczna regulacja wzmocnie¬ nia oraz w takich ukladach zasilania silników, w któ¬ rych zasadnicze znaczenie ma minimalna wartosc stalej czasowej reagowania ukladu na sygnal bledu. PL PL

Claims (3)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Uklad automatycznej kontroli i regulacji opty- 40 malnej wartosci kata przesuniecia fazowego napiec za¬ silania dwufazowych silników asynchronicznych, zawie¬ rajacy w torze napiecia sterujacego silnika rozdzielacz fazy, regulowany przesuwnik fazowy i wzmacniacz, do wyjscia którego przylaczone jest uzwojenie sterujace sil- 45 nika, znamienny tym, ze ma dwa detektory fazoczule (5 i 6), które sa polaczone wejsciami z uzwojeniami steru¬ jacym i wzbudzajacym silnika (1), zas wyjscia obu detektorów fazoczulych (5 i 6) polaczone sa poprzez od¬ rebne zawory (9 i 10), z regulowanym przesuwnikiem 50 fazowym (4). 2. Uklad wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze w to¬ rze napiecia sterujacego, pomiedzy regulowanym prze¬ suwnikiem fazowym (4) i wzmacniaczem (2) wlaczone sa szeregowo dodatkowy rozdzielacz fazy (11) i nastawny 55 przesuwnik fazowy (12). 3. Uklad wedlug zastrz. 1 i 2, znamienny tym, ze w torze napiecia sterujacego, pomiedzy nastawnym prze¬ suwnikiem fazowym (12) i wzmacniaczem (2) wlaczone 60 sa szeregowo dalszy dodatkowy rozdzielacz fazy (13) oraz dalszy dodatkowy regulowany przesuwnik fazowy (14) zasilany równolegle z regulowanym przesuwnikiem fazowym (4) sygnalem korekcyjnym z detektorów fazo¬ czulych (5 i 6) poprzez zawory (9 i 10).KI. 21 d3,2 64716 MKP H 02 p, 5/52 [Tt 10 s T] ?^9 ^—l i— i_z_r Tl e L «t 1 1— Fig. 1 2 rrt H i i^ < TTOT} «% • jr -y o +r +ir -fr J 5 +ir 4ir ^ 2 2 2 Fig.

2. Hi 104 |T] |rr|-|i2~| [¥] n^r-^-3 ~^_7_P 5 [ icTnn 1 <4—1 1 1 1 i (6 090901 Fig.

3. -3_b n \± £9 Ru L__J-J2j 13 K 8 116 Fig. * 1 (?) WDA-l. Zam. 2356, naklad 200 egz. Cena zl 10.— PL PL