RU1810978C - Устройство дл управлени асинхронным электродвигателем - Google Patents

Abstract

Устройство управлени  асинхронным электродвигателем позвол ет направленно формировать с требуемым темпом переходные процессы отдельно дл  пуска и торможени  без использовани  тахогенератора. Устройство также обеспечивает работу на пониженной скорости, что необходимо дл  механизмов точной остановки. Устройство можно использовать прежде всего дл  асинхронных электроприводов механизмов од- нобалочных кранов и тельферов. Целью изобретени   вл етс  повышение эффективности торможени  и расширение области применени . Поставленные цели достигаютс  за счет реализации специальных законов управлени  в системе тиристорный регул тор напр жени  - асинхронный электродвигатель . Устройство содержит асинхронный двигатель 1, преобразователь переменного напр жени  2, выполненный в виде встречно-параллельно соединенных тиристоров 3-8. Блок 9 фазосмещени  и формировани  управл ющих импульсов выполнен в виде блока 10 фазосмещени  и распределени  управл ющих импульсов, блока 1.1 одновибраторов, коммутатора каналов 12 и блока 13 усилителей. Выход цифрового задатчика кода 14 соединен с одним из входом цифрового Компаратора 15, выходы которого подключены к входам реверсивного счетчика 1 6 и к одному из адресных входов программируемых запоминающих блоков 17,18, Выходы блока 17 подключены к входам блока 19 формировани  временных интервалов, тактовый вход которого соединен с выходом генератора импульсов 20 и с тактовым входом управл емого депител  частоты 21, 1 з.п. ф-лыч 8 ил ел с со О SQ -ч GO

Description

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в электроприводах производственных, например, крановых механизмов.

Целью изобретени   вл етс  повышение эффективности торможени  и расширение области применени .

На фиг. 1 показана структурна  схема устройства дл  управлени  асинхронным двигателем; на фиг. 2 в качестве примера представлены полученные дл  схемы фиг. 1 экспериментальные механические характеристики предлагаемого электропривода при использовании асинхронного двигател  типа MTF 011-6 мощностью 1,4 кВт; на фиг. 3 также в качестве примера приведена таблица соответстви  состо ний программируемых запоминающих блоков и показателей работы электропривода; на фиг, 4-7 - временные диаграммы работы предлагаемого устройства соответственно при пуске электродвигател  на высокую скорость, на малую скорость, при переходе с малой скорости на большую и-при торможении с высокой скорости на малую; на фиг. 8 - таблица соответстви  состо ний реверсивного счетчика.

Устройство содержит асинхронный двигатель 1, преобразователь переменного напр жени  2, выполненный в виде встречно-параллельно соединенных тиристоров 3-8 и включенных между зажимами статорных обмоток электродвигател  1 и зажимами дл  подключени  питающей сети. К управл ющим входам тиристоров 3-8 подключен блок 9 фазосмещени  и формировани  управл ющих импульсов, который включает в себ  последовательно соединенные блок 10 фазосмещени  и распределени  управл ющих импульсов, блок 11 одновибрэторов, коммутатор 12 каналов и блок 13 усилителей, причем один из входных каналов коммутатора 12 соединен с блоком 10 фазосмещени  и распределени  импульсов непосредственно, а другой через блок 11 одновибраторов. Выход цифрового задатчика кода 14 соединен с одним из входов цифрового компаратора 15, выходы которого подключены ко входам реверсивного счетчика 16, причем один из выходов цифрового компаратора 15 подключен и к одному из адресных входов как первого, так и второго программируемых запоминающих блоков 17 и 18. Остальные адресные входы запоминающих блоков 17 и 18 соединены параллельно и подключены к выходам реверсивного счетчика 16 и ко второму .входу компаратора 15. Выходы запоминающего блока 17 подключены ко входам блока 19 формировани  временных интервалов, выход которого подключен к блокирующему входу блока 13 усилителей, а тактовый вход блока 19 соединен с выходом генератора импульсов 20 и, одновременно, с тактовым

входом управл емого делител  частоты 21, входы задани  коэффициента делени  которого соединены с частью выходов заломи нающего блока 18, а другие выходы запоминающего блока 18 соединены со входом цифроаналогового преобразовател  22, со входом переключени  каналов коммутатора 12, входом блока 23 управлени  магнитным тормозом. Выходной сигнал с цифроаналогового преобразовател  22.no-.

ступает на вход блока 10 формировани  и распределени  управл ющих импульсов. На фиг. 1 св зи между блоками, содержащие несколько каналов, показаны двойными лини ми. На фиг. 2 в качестве примера

представлены экспериментальные механические характеристики а, б, в, г, д, е, ж, з, и асинхронного двигател  мощностью 1,4 кВт, которые могут быть пол- учены с помощью предлагаемой системы управлени . На фиг. 3 приведена таблица кодов, запрограммированных в запоминающих блоков 17 и 18 и необходимых дл  реализации механических характеристик фиг. 2. Здесь же приведены числовые значени 

параметров управлени  электропривода, которые соответствуют кодам, запрограммированным в блоках 17 и 18. В данном примере адресное пространство запоминающих блоков 17 и 18 разбито на две части,

обращение к каждой из которых определ етс  старшим адресным разр дом и задаетс  логическим сигналом с выхода неравенства цифрового компаратора 15 (фиг, 1), При наличии на этом разр де сигнала лог. 1 электропривод работает в пусковом режиме (строки № 1-14, фиг. 3), при наличии сигнала лог. О - в тормозном режиме (строки № 17-30, фиг, 3), а также в установившихс  режимах при номинальной

(строка № 1) и пониженной (строка № 11) скорост х. Данные, записанные в запоминающих блоках 17 и 18, задают параметры управлени  электропривода: числа тип, угол а, Кдел, Тимп, где m и п - целые числа,

определ ющие длительность последовательно Повтор ющихс  временных интервалов соответственно дл  включенного и отключенного состо ний преобразовател  переменного напр жени  2 (фиг. 1); а-угол

управлени  тиристоров 3-8 преобразовател  2; Тимп. -длительностьуправл ющих.им- пульсов, подаваемых на тиристоры 3-8,Кдел, - коэффициент делени  управл емого делител  частоты 21.

Определенное сочетание таких параметров соответствует работе электропривода на одной из характеристик фиг. 2. Например, согласно фиг. 3. характеристике а соответствуют параметры m 1, п 7, а О, Тимп. 180°, а характеристике - m .- 2, п 6, а 0°, Тимп. - 110°. На фиг. 4 приведены временные диаграммы работы устройства при формировании процесса пуска электродвигател  1 на высокую скорость (на характеристику д, фиг. 2). На фиг. 5, 6 и 7 приведены аналогичные изображенным на фиг, 4 временные диаграммы соответственно дл  случаев пуска на малую скорость (характеристика в, фиг. 2), перехода с малой скорости на высокую (с характеристики в на характеристику д) и торможени  с высокой скорости на малую (с характеристики д на характеристику в). На фиг. 4-7 показаны временные диаграммы следующих сигналов:

Ni4 - сигнал кода на выходе цифрового ,задатчика кода 14;

Nie - сигнал кода на выходе реверсивного счетчика 16;

Uis/1 - логический сигнал на выходе неравенства цифрового компаратора 15;

Uis/2-логический сигнал на выходе равенства цифрового компаратора 15;

U21 логический сигнал на выходе управл емого делител  частоты 21.

Кроме того, на фиг. 4-7 также указаны численные значени  параметров управлени  электропривода, измен ющиес  в процессе работы устройства в функции времени.

Сигнал кода Ni6 на выходе реверсивного счетчика 16 имеет вид ступенчатой функции , котора  измен етс  на единицу в сторону возрастани  (см. фиг. 4, 5 и 6) или в сторону убывани  (фиг. 7) с приходом каждого тактового импульса (сигнал N21) на реверсивный счетчик 16.

Период следовани  тактовых импульсов (сигнал U2i) определ етс  состо нием программируемого запоминающего блока 18, сигналы которого воздействуют на управл емый делитель частоты 21 и, в конечном счете, управл ет переключением счетчика 16, На диаграммах фиг. 4-7 показаны последовательные моменты времени, соответствующие изменению сигнала Nie.

Дл  обозначени  тахих моментов времени используетс  двойна  индексаци  (см. например, фиг. 4, где обозначены времена tv , ta12.....3), а именно: нижний индекс обозначает номер следующих друг за другом моментов времени переключени  счетчика 16, а верхний индекс совпадает с

номером состо ни  запоминающих блоков 17 и 18 (согласно таблице фиг. 3), в которое они переход т в данный момент времени. Например, на фиг. 4 момент времени ts 5 относитс  к п тому переключению счетчика 16 по отношению, к начальному моменту времени . при котором происходит подача команды на пусх асинхронного двигател  с цифрового задатчика кода 15. На фиг. 8

0 показана таблица состо ний реверсивного счетчика 16. В устройстве фиг. 1 может быть применен счетчик 16 в интегральном исполнении (например, микросхема типа К561 ИЕ 11 или К561 ИЕ 14, которые могут работать

5 согласно таблице, приведенной на фиг. 8).

С помощью устройства на фиг, 1 можно

получить следующие программные режимы:

пуск на малую скорость (на характеристику

в); пуск на большую скорость (на характе0 ристику д); пуск с малой скорости на большую; торможение с большой скорости на

малую. ;:-/- V :- ... : .; V--V-.-:

Работа устройства основана на постепенной ступенчатой отработке задающего

5 сигнала, при этом происходит последовательный переход электропривода по механическим характеристикам (фиг. 2) на требуемую характеристику, например, в или д. Работа на каждой из характеристик

0 определ етс  следующими параметрами управлени :

а) числами m мп, задающими времена включенного и отключенного состо ний ти-- ристоров 3-8;

5 б) угол «управлени i тиристоров;

г) шириной управл ющего импульса

Тимл.1 ;- . у : / . . .

; д) коэффициентом Кдвл, определ ющим врем  работы на каждой из механических

0. характеристик, Значени  параметров управлени  т, п, а, Тимп., Кдел. задаютс  выходными сигналами с программируемых запоминающих блоков 17 и 18.:

Выходные сигналы посто нных запоми5 нающих блоков 17, 18 определ ютс  сигналами на их адресных входах, которые поступают с выходов счетчика 16, Дополнительный сигнал, .поступающий на старший разр д адресного входа запоминающих

0 блоков 17 и 18, с выхода неравенства компаратора 15 позвол ет задавать различные параметры управлени  дл  режимов разгона и торможени . Состо ние реверсивного счетчика 16 при работе устройства может

5 оставатьс  неизменным или последовательно измен тьс . При неизменном состо нии счетчика 16 электропривод работает в установившемс  режиме, при этом коды сигналов на двух входах цифрового компаратора

15 ргзны между собой, а сигналы на выходах равенства и неравенства компаратора 15, которые поступают соответственно на входы запрета такта и направлени  счета реверсивного счетчика 16, имеют логические уровни согласно состо нию № 1 таблице фиг. 8.

Последовательные изменени  состо ни  счетчика 16 происходит при неравенстве кодов входных сигналов цифрового компаратора 15,

Направление счета определ етс  в соответствии с таблицей фиг. 8. В этом случае электропривод работает в переходном режиме и инкремент или декремент счетчика 16 происходит с приходом каждого тактового импульса до тех пор, пока содержимое счетчика 16 не сравн етс  с сигналом, поступающим с цифрового задатчика кода 14, после чего электропривод перейдет в работу в установившемс  режиме. В результате последовательного изменени  состо ний, счетчика 16 из запоминающих блоков 17 и 18 последовательно выбираютс  и поступают на соответствующие блоки сигналы в виде двоичных кодов, задающие параметры управлени  системы.

В запоминающем блоке 17 содержатс  данные о числах тип, которые обеспечивают необходимые частоты пониженной составл ющей на статорных обмотках, а тем самым и скорость асинхронного двигател  1. Коды чисел m и п поступают с запоминающего блока 17 на вход блока формировани  временных интервалов 19. В запоминающем блоке 18 наход тс  данные, задающие: угол а управлени  тиристоров; коэффициент Кдел., который определ ет врем  работы на каждой характеристике асинхронного двигател ; длительность импульса Тимп,, управл ющего тиристорами 3- 8, также команду на срабатывание электромагнитного тормоза 23.

Устройство на фиг. 1 при пуске электропривода работает следующим образом.

В исходном состо нии скорость электропривода равна нулю, при .этом сигнал с блока цифрового задатчика кода, 14 тоже равен нулю. Поскольку сигналы на входах цифрового компаратора 15 равны нулю, то сигнал на его выходах равенства и неравенства равны соответственно лог. 1 и лог. О, при этом на адресных входах программируемых запоминающих блоков 17 и 18 будет присутствовать сигнал, соответствующий состо нию N 15 фиг. 3 и параметрам управлени  m 0 и п 0, что определ ет нулевую скорость электропривода.

Следует отметить, что параметр Кдел. 32. и на счетчик 16 с делител  частоты 21

поступают тактовые импульсы, но, т.к. на входе блокировки тактовых импульсов счетчика 16 присутствует запрещающий сигнал лог. 1, поступающий с выхода равенства

компаратора 15, то, согласно таблице фиг. 8, изменени  состо ни  счетчика 16 происходить не будет. В момент времени to16 (фиг, 4) с цифрового задатчика 14 на компаратор 15 поступает код, соответствующий зада0 нию высокой скорости (т.е. 1110-см фиг. 3, состо ние № 29), который превысит сигнал с реверсивного счетчика 16 и на выходе неравенства компаратора 15 по витс  сигнал лог. 1, а на выходе равенства - сигнал

5 лог.О. При этом, согласно таблице фиг. 8, реверсивный счетчик 16, с каждым тактовым импульсом, будет увеличивать свое содержимое на единицу.

Сигнал лог. 1 на выходе неравенства

0 компаратора 15 будет задавать обращение к области пам ти блоков 17 и 18, котора  соответствует данным нижней половины таблицы фиг. 3, т.е. дл  входных адресов от 10000 до 11110. При этом, с инкрементом

5 счетчика 16, будет последовательно выбиратьс  содержимое запоминающих блоков 17 и 18. После достижени  содержимого счетчика 16 величины, соответствующей коду задани , в данном случае 1110, устройст0 во по схеме фиг. 1 перейдет в состо ние № 30 фиг. 3, причем на выходе равенства компаратора 15 по витс  сигнал лог. 1, который согласно таблице фиг. 8, блокирует прохождение тактовых импульсов счетчика

5 16, а на выходе неравенства который подключен к старшему адресному разр ду запоминающих блоков 17 и 18, по витс  сигнал лог. О, поэтому устройство перейдет в состо ние № 1, в котором показатели

0 системы управлени  электроприводом такие же, как и в состо нии № 30. На этом процесс разгона закончитс , и электропривод будет работать в установившемс  режиме на механической характеристике д,

5 фиг. 2.

Таким образом, до момента подачи сигнала с задатчика 14 на выходах запоминающих блоков 17 и 18 установлены коды, соответствующие параметрам управлени 

0 состо ни  № 15 (фиг 3). После прихода сигнала с цифрового задатчика 14, на выходе неравенства компаратора 15 по витс  сигнал лог. Г, поэтому в период между моментами to и ti17 (см. фиг. 4) блоки 17 и 18

5 переход т в состо ние № 16 (фиг. 3), при этом на статорныё обмотки двигател  напр жени  не подаетс , т.к. m 0 и п Ъ. В момент прохождени  тактового импульса (ti ), блоки 17 и 18 устанавливаютс  в состо-  ние № 17. При этом m 1, п 7, а О,

Кдел. 32, Тимп. 180, что соответствует характеристике а фиг. 2. Врем  работы на характеристике а определ етс  коэффициентом Кдел и в данном случае равно тридцати двум периодам следовани  импульсов с генератора 20 импульсов, что соответствует интервалу времени от ц17 до ta18 (фиг. 4). В момент t2 8 с выхода управл емого делител  частоты 21 на счетчик 16 поступит следующий импульс, который инкрементирует счетчик 16 и блоки 17 и 18 перейдут в состо ние № 18 (фиг. 3). При этом , п 4, а- 0°, Кдел. 32, Тимп. 180°, что соответствует характеристике б фиг. 2, причем врем  работы на характеристике б также равно тридцати двум периодам следовани  импульсов с генератора 20 и соответствует интервалу от ta18 до ta на фиг. 4. В момент 1з19 импульс, пришедший на тактовый вход реверсивного счетчика 16, увеличивает его содержимое еще на единицу и переводит устройство в состо ние, соответствующее строке № 19ФИГ. 3, При этомт 2, п 6,а 50°, Кдел. 32, Тимп. 130°. Аналогично будет происходить изменение состо ний системы в моменты м20-tn30. На фиг. 3 где Кдел. 64, врем  работы на каждой из характеристик равно шестидес ти четырем периодам следовани  импульсов с генератора 20. В период времени от гз19 до te22 электропривод работает по характеристике в, от te 2 до tg25- на характеристике г, а с tg25 по ti4 и далее на характеристике д. В момент ш система управлени  переходит в установившийс  режим работы, при этом на выходе компаратора 15 по витс  сигнал лог. О, который переведет запоминающие блоки 17 и 18 в состо ние № 1, также соответствующее работе электропривода на характеристике

Аналогично рассмотренному выше устройство фиг, 1 работает в режимах пуска на малую скорость и перехода с малой скорости на большую. Диаграммы работы устрой-. ства дл  этих случаев показаны соответственно на фиг. 5 и 6.

В первом случае (фиг. 5) при пуске на малую скорость, сигнал с цифрового задатчика 14 определ етс  кодом 0100, соответствующим работе на характеристике в фиг. 2. При этом процесс пуска заканчиваетс  в момент t420.

Во втором случае (фиг. 6), при пуске с малой скорости набольшую, начальным (т.е. до to20) значением кода с задатчика 14  вл етс  комбинаци  0100, соответствующа  работе электропривода на характеристике в фиг. 2. В момент времени to20 происходит изменение сигнала задани  с кода 0100 на

код 1110. При этом на выходе неравенства компаратора 15 по вл етс  сигнал лог.1, вследствие чего электропривод продолжает работать на характеристике в фиг, 2. В момент ц21 приходит первый счетный тактовый импульс на счётчик 16 и далее будет происходить последовательный переход как было показано ранее, дл  пуска на большую скорость. На фиг. 7 показана диаграмма работы устройства (фиг. 1) в режиме торможени  с высокой скорости на низкую. В исходном установившемс  режиме с задатчика кода 14 на один из входов компаратора 15 подаётс  код 1110, соответствующий работе на характеристике д фиг. 2. При этом m 1, п О-   0, Кдел. . 32, Тимп. - 180°. Сигнал с выхода реверсивного счетчика 16 на второй вход компаратора 15 равен сигналу е задатчика кода 14. В

момент to1 (фиг. 7) происходит изменение сигнала, поступающего с задатчика 14, на код 0100, соответствующий работе электропривода на характеристике в фиг. 2. При этом на выходе равенства компаратора 15

по вл етс  сигнал лог.О, показывающий наличие рассогласовани  его входных сигналов , и на выходе неравенства будет сигнал лог. О. Комбинаци  этих выходных сигналов в соответствии с таблицей фиг. 8

определ ют работу реверсивного счетчика 16 на уменьшение его содержимого. На старший адресный разр д запоминающих блоков 17 и 18 поступает сигнал лог. О с выхода неравенства компаратора 15, этот

сигнал определ ет работу электропривода с параметрами, соответствующими состо ни-  мМг-Мгбтаблицы фиг. 3. При поступлении каждого тактового импульса на счетчик 16 будет происходить уменьшение его содержимого на единицу, что обеспечит последовательную выборку из запоминающих блоков 17 и 18 кодов параметров управлени  электропривода. В результате этого асинхронный двигатель переходит из точки

А (фиг. 2), втора  соответствует характеристихе д, в точку Б на характеристике в, путем последовательного перехода по характеристикам е, ж, з, и. При этом исключаетс  зона скоростей, где двигатель

развивает движущий момент, что обеспечивает надежный процесс торможени  элект- . ропривода.

Следует отметить, что в период между моментами ti2 и to11 на вход коммутатора 12

каналов с запоминающего блока 18 подаетс  сигнал лог.1, действие которого переключает на выходной канал коммутатора 12 его входной канал, подключенный к блоку одновибраторов 11.

Принцип работы блока одновибраторов 11 заключаетс  в формировании управл ющих импульсов тиристоров 3-8 длительностью 100°-110° эл. градусов, что приводит к существенному (на 20-30%) увеличению тормозного момента устройства.

В остальных случа х, т.е. при сигнале лог. О на входе управлени  коммутатора 12, длительность управл ющих импульсов определ етс  выражением: Тимп. 180°- а, где «-угол управлени  тиристоров,

При этом сигнал с блока 10 формировани  импульсов поступает на вход блока 13 усилителей, мину  блок 11 одновибраторов, т.е. в этом случае к выходу коммутатора 12 подключен пр мой канал с блока 10 формировани  импульсов.

Если электромагнитный тормозной момент, создаваемый асинхронным электродвигателем 1 устройства фиг. 1, недостаточен дл  нормальной работы механизма, что веро тнее всего может про витьс  в начальные моменты времени процесса торможени  с высокой скорости, то устройство позвол ет создавать дополнительный механический момент при торможении за счет кратковременного включени  электромагнитного тормоза, который управл етс  блоком 23. В устройстве предусмотрена подача сигнала с запоминающего блока 18 на блок 23 управлени  электромагнитным тормозом , который обеспечивает включение тормоза при работе механизма на характеристиках е, и, ж, фиг, 2, т.е. в период времени ti2 - ts6 фиг. 7. Если создание дополнительного механического тормозного момента не требуетс , то блок 23 предварительно, до начала работы устройства , отключаетс ,

Устройство по звол ет направленно формировать с требуемым темпом переходные процессы отдельно дл  пуска и торможени . Оно также обеспечивает работу на пониженной скорости, что необходимо дл  механизмов точной остановки.

Устройство может включать в себ  серийный тиристорный преобразователь напр жени , причем затраты на изготовление дополнительных блоков, необходимых дл  реализации всего устройства, составл ют небольшую часть стоимости преобразовател .

Claims (2)

1. Формула изобретени  1. Устройство дл  управлени  асинхронным электродвигателем, содержащее преобразователь переменного напр жени , предназначенный дл  включени  между зажимами статора и зажимами питающей сети «и выполненный в виде встречно-параллельно соединенных тиристоров, к управл ющим входам которых подключен блок фазос- мещени  и формировани  управл ющих импульсов , выполненный в виде блока фазосмещени  и распределени  управл ющих импульсов и блока усилителей, последовательно соединенные реверсивный .счетчик, первый программируемый запоминающий блок и блок формировани  временных интервалов, выходом подключенный к

   блоку усилителей блока фазосмещени  и формировани  управл ющих импульсов, генератор импульсов, выходом соединенный с блоком формировани  временных интервалов , цифроаналоговый преобразователь,

   отличающеес  тем, что, с целью повышени  эффективности торможени  и расширени  области применени , в него введены цифровой задатчик кода, цифровой компаратор, управл емый делитель частоты , второй программирующий запоминающий блок, а блок фазосмещени  и формировани  управл ющих импульсов снабжен блоком одновибраторов и коммутатором каналов, при этом тактовый вход

   реверсивного счетчика подключен к выходу управл емого делител  частоты, тактовый вход которого соединен с выходом генератора импульсов, управл ющий вход коммутатора каналов подключен к первому

   выходу второго программируемого запоминающего блока, второй выход которого сое- динен с входом цифроаналогового преобразовател , а третий выход подключен к входу задани  коэффициента делени 

   управл емого делител  частоты, адресные входы второго программируемого запоминающего блока соединены параллельно входам первого программируемого запоминающего блока, причем один из входных

   адресных разр дов программируемых запо-. минающих блоков подключен к входу на-, правлени  счета реверсивного счетчика и выходу неравенства цифрового компаратора , выход равенства которого подключен к

   входу блокировки тактовых импульсов реверсивного счетчика, при этом один из входов цифрового компаратора соединен с выходом цифрового задатчика кода, а второй вход - с выходом реверсивного

   счетчика, выход цифроаналогового преобразовател  подключен к входу блока фазосмещени  и распределени  управл ющих импульсов, а выход коммутатора каналов подключен к входу блока усилителей, причем один вход коммутатора каналов соединён с выходом блока фазосмещени  и распределени  управл ющих импульсов не:- посредственно, а другой - через блок одно- вибраторов.
2. 2. Устройство по п. 1. отличающее- с   тем, что в него дополнительно введен блок управлени  электромагнитным тормозом , соединенный с четвертым выходом второго программируемого запоминающего блока.

   Фиг.З.

   Фиг.4.

   %

   &

   00-Q3y