RU2454784C1

RU2454784C1 - Asynchronous electric motor start and stop control device

Info

Publication number: RU2454784C1
Application number: RU2011105174/07A
Authority: RU
Inventors: Юрий Иванович Доломанов (RU); Юрий Иванович Доломанов; Людмила Николаевна Сараева (RU); Людмила Николаевна Сараева
Original assignee: Юрий Иванович Доломанов
Priority date: 2011-02-11
Filing date: 2011-02-11
Publication date: 2012-06-27

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: change of rotation speed of asynchronous motor armature consists in change of frequency and voltage supplied to stator windings; at that, voltage on stator is controlled proportionally to frequency. Device includes two pulse generators, alternating voltage rectifier, voltage comparator, voltage integrator, pulse-width modulator and in-series connected binary pulse counter, permanent storage unit, pulse shaper and voltage switching unit intended to connect working voltage to electric motor circuit.

EFFECT: improving the control quality of asynchronous motor rotation speed by providing smooth rise or drop of electric motor armature rotation frequency during acceleration or braking.

3 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводе стирально-отжимной машины.The present invention relates to electrical engineering and can be used in the electric drive of a washer-squeezer.

Известно устройство для управления пуском асинхронного электродвигателя, содержащее формирователь импульсов, тиристорный коммутатор, блок синхронизации, блок управления, включающий задатчик интенсивности с распределителем импульсов, элементы И, реверсивный двоичный счетчик и схему сравнения кодов (см. описание изобретения к авторскому свидетельству №1272441, кл. H02P 1/26, 1984 г.). Данное устройство позволяет плавно изменять напряжение, подаваемое к обмоткам асинхронного электродвигателя, поэтому момент начала, частота и темп нарастания частоты вращения якоря электродвигателя определяется не только параметрами известного устройства, но и величиной тормозного момента и рабочей нагрузки. Следовательно, к недостаткам известного устройства можно отнести отсутствие жесткой зависимости частоты вращения якоря электродвигателя от величины напряжения, подаваемого на его обмотки.A device for controlling the starting of an asynchronous electric motor, comprising a pulse shaper, a thyristor switch, a synchronization unit, a control unit including an intensity adjuster with a pulse distributor, I elements, a reversible binary counter and a code comparison scheme (see the description of the invention to copyright certificate No. 1272441, class H02P 1/26, 1984). This device allows you to smoothly change the voltage supplied to the windings of the induction motor, so the start time, frequency and slew rate of rotation of the motor armature speed is determined not only by the parameters of the known device, but also by the magnitude of the braking torque and working load. Therefore, the disadvantages of the known device include the lack of a rigid dependence of the rotational speed of the motor armature on the magnitude of the voltage supplied to its windings.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство для управления пуском и остановом асинхронного электродвигателя, содержащее формирователь импульсов, коммутатор напряжения, генератор импульсов, блок синхронизации, три двоичных счетчика импульсов, постоянное запоминающее устройство и RS-триггер (см. описание полезной модели к патенту РФ №31076, кл.7 H02P 1/26, 2003 г.).Closest to the proposed invention is a device for controlling the start and stop of an asynchronous electric motor, comprising a pulse shaper, a voltage switch, a pulse generator, a synchronization unit, three binary pulse counters, read-only memory and an RS trigger (see utility model description for RF patent No. 31076, Cl. 7 H02P 1/26, 2003).

Данное устройство при разгоне и торможении позволяет ступенчато управлять частотой вращения якоря электродвигателя в зависимости от параметров (частота, амплитуда) формируемого напряжения на выходе симисторного коммутатора.This device during acceleration and braking allows you to stepwise control the frequency of rotation of the motor armature, depending on the parameters (frequency, amplitude) of the generated voltage at the output of the triac switch.

Предложенное техническое решение улучшает качество регулирования скорости вращения асинхронного электродвигателя, обеспечивая плавное нарастание или снижение частоты вращения якоря электродвигателя при разгоне или торможении. Изменение скорости вращения якоря асинхронного двигателя заключается в изменении частоты и напряжения, питающего обмотки статора, причем напряжение на статоре регулируется пропорционально частоте.The proposed technical solution improves the quality of regulation of the speed of rotation of an induction motor, providing a smooth increase or decrease in the frequency of rotation of the armature of the motor during acceleration or braking. Changing the speed of rotation of the armature of an induction motor consists in changing the frequency and voltage supplying the stator windings, and the voltage on the stator is regulated in proportion to the frequency.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройство для управления пуском и остановом асинхронного электродвигателя, содержащее последовательно соединенные генератор импульсов и двоичный счетчик импульсов, а также последовательно соединенные постоянное запоминающее устройство, формирователь импульсов и коммутатор напряжения, предназначенный для включения в цепь электродвигателя рабочего напряжения, введены выпрямитель переменного напряжения, компаратор напряжения, интегратор напряжения, регистр и последовательно соединенные второй генератор импульсов и широтно-импульсный модулятор, вторым входом подключенный к входу первого генератора импульсов, к первому входу компаратора напряжения и к выходу интегратора напряжения, вход которого является входом устройства, выход компаратора напряжения, на второй вход которого подается опорное напряжение, соединен с управляющей шиной постоянного запоминающего устройства, старшая адресная шина которого подключена к выходу широтно-импульсного модулятора, а младшие адресные шины - к выходам регистра, входы которого соединены с выходами двоичного счетчика импульсов, а синхронизирующий вход - с выходом второго генератора импульсов, второй вход коммутатора напряжения подключен к выходу выпрямителя переменного напряжения, на вход которого подается сетевое напряжение.The specified technical result is achieved in that in a device for controlling the start and stop of an asynchronous electric motor, comprising a pulse generator and a binary pulse counter connected in series, as well as a permanent storage device, a pulse shaper and a voltage switch, connected in series for connecting the operating voltage to the electric motor circuit, introduced an AC voltage rectifier, a voltage comparator, a voltage integrator, a register and in series connected to a second pulse generator and a pulse-width modulator, the second input connected to the input of the first pulse generator, to the first input of the voltage comparator and to the output of the voltage integrator, the input of which is the input of the device, the output of the voltage comparator, to the second input of which the reference voltage is supplied, is connected to control bus of the permanent storage device, the highest address bus of which is connected to the output of the pulse-width modulator, and the lower address buses to the outputs of the register, the inputs to torogo connected to the binary outputs of the pulse counter, and a clock input - with the output of the second pulse generator, a second voltage switch input is connected to the output of the rectifier the AC voltage which is fed to the input line voltage.

Сущность предложенного технического решения представлена функциональной схемой устройства на фиг.1, на фиг.2 показаны эпюры напряжений и тока, поясняющие работу устройства, на фиг.3 представлена мостовая схема коммутатора напряжения.The essence of the proposed technical solution is represented by the functional diagram of the device in figure 1, figure 2 shows the diagrams of voltages and currents explaining the operation of the device, figure 3 shows the bridge circuit of the voltage switch.

Устройство для управления пуском и остановом асинхронного электродвигателя содержит вход 1, интегратор 2 напряжения, генераторы 3 и 4 импульсов, двоичный счетчик 5 импульсов, компаратор 6 напряжения, регистр 7, широтно-импульсный модулятор 8, постоянное запоминающее устройство 9, формирователь 10 импульсов, выпрямитель 11 переменного напряжения, транзисторный коммутатор 12 напряжения, подаваемого на обмотки асинхронного электродвигателя 13.A device for controlling the start and stop of an induction motor contains an input 1, a voltage integrator 2, 3 and 4 pulse generators, a 5 pulse counter, a voltage comparator 6, a register 7, a pulse-width modulator 8, read-only memory 9, a pulse shaper 10, a rectifier 11 AC voltage, transistor switch 12 voltage supplied to the windings of an induction motor 13.

На временных диаграммах фиг.2 изображены сигналы: 14, 15 - импульсная последовательность на входах коммутатора напряжения, 16 - двухполярная последовательность прямоугольных импульсов на выходах коммутатора напряжения, 17 - форма токов в обмотках статора асинхронного двигателя.The time diagrams of figure 2 shows the signals: 14, 15 - pulse sequence at the inputs of the voltage switch, 16 - bipolar sequence of rectangular pulses at the outputs of the voltage switch, 17 - the shape of the currents in the stator windings of an induction motor.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

После включения питания устройства на выходе компаратора 6 напряжения устанавливается сигнал низкого уровня, который поступает на управляющий вход постоянного запоминающего устройства 9 и запрещает подачу сигналов на шины данных постоянного запоминающего устройства. При подаче на вход 1 устройства постоянного сигнала высокого уровня на выходе интегратора 2 напряжения происходит линейное нарастание напряжения и при его достижении уровня опорного напряжения Uоп выход компаратора 6 напряжения переключится на сигнал высокого уровня. Этот уровень снимет запрет подачи сигналов на шины данных постоянного запоминающего устройства. С выходов широтно-импульсного модулятора 8 и генератора 3 следуют импульсы, частота следования импульсов на выходе широтно-импульсного модулятора соответствует частоте тактовых импульсов генератора 4, а их длительность прямо пропорциональна величине напряжения, поступающего с выхода интегратора напряжения. Длительность тактовых импульсов на выходе широтно-импульсного модулятора 8 определяет величину питающего двигатель напряжения. Частота следования импульсов с выхода генератора 3, управляемого напряжением, изменяется прямо пропорционально изменению величины напряжения на выходе компаратора напряжения и определяет частоту питающего двигатель напряжения.After turning on the power of the device at the output of the voltage comparator 6, a low level signal is established, which is fed to the control input of the read-only memory 9 and prohibits the supply of signals to the data buses of the read-only memory. When applying to the input 1 of the device a constant high level signal at the output of the voltage integrator 2, a linear increase in voltage occurs and when it reaches the reference voltage level Uop, the output of the voltage comparator 6 switches to a high level signal. This level will remove the prohibition of signals to the data buses of the read-only memory device. The outputs of the pulse-width modulator 8 and generator 3 are followed by pulses, the pulse repetition rate at the output of the pulse-width modulator corresponds to the clock frequency of the generator 4, and their duration is directly proportional to the voltage supplied from the output of the voltage integrator. The duration of the clock pulses at the output of the pulse-width modulator 8 determines the magnitude of the voltage supplying the motor. The pulse repetition rate from the output of the voltage controlled generator 3 changes in direct proportion to the change in the voltage value at the output of the voltage comparator and determines the frequency of the voltage supplying the motor.

Период отсчета двоичного счетчика 5 импульсов находится в прямо пропорциональной зависимости от периода следования импульсов генератора 3 и кратен периоду следования формируемого для обмоток асинхронного электродвигателя переменного напряжения. Двоичный счетчик 5 импульсов, отсчитывая импульсы с выхода генератора 3, оцифровывает период следования формируемого для обмоток электродвигателя переменного напряжения и на своих выходах устанавливает последовательность параллельных кодовых комбинаций. Последовательность кодовых комбинаций положительными фронтами импульсов тактового генератора 4 записывается на разряды регистра 7 и синхронно тактовым импульсам генератора 4 считывается на адресные шины постоянного запоминающего устройства 9. Каждому коду адреса соответствуют данные, заранее записанные в постоянное запоминающее устройство. В память постоянного запоминающего устройства записана информация, которая считывается на шины данных в виде последовательностей импульсов, длительность которых изменяется по синусоидальному закону и с периодом, равным периоду отсчета двоичного счетчика импульсов, причем импульсы с определенной длительностью на шинах данных дополнительно модулируются по ширине импульсами, поступающими с выхода широтно-импульсного модулятора на адресную шину постоянного запоминающего устройства.The countdown period of the binary counter 5 pulses is directly proportional to the period of the pulses of the generator 3 and is a multiple of the period of repetition formed for the windings of an asynchronous AC motor. The binary counter 5 pulses, counting the pulses from the output of the generator 3, digitizes the repetition period of the alternating voltage generated for the motor windings and sets a sequence of parallel code combinations at its outputs. The sequence of code combinations by the positive edges of the pulses of the clock generator 4 is written to the bits of the register 7 and synchronously clock pulses of the generator 4 are read on the address buses of the read-only memory 9. Each address code corresponds to data written in advance to the read-only memory. Information is stored in the memory of the read-only memory device, which is read onto data buses in the form of pulse sequences, the duration of which varies according to a sinusoidal law and with a period equal to the reference period of the binary pulse counter, and pulses with a certain duration on the data buses are additionally modulated in width by the pulses received from the output of a pulse-width modulator to the address bus of a read-only memory device.

Сигналы, поступающие с шин данных постоянного запоминающего устройства на входы формирователя 10 импульсов, преобразуются в нем как импульсная последовательность, которая поступает на входы коммутатора 12 напряжения. Эти входы являются затворами IGBT-транзисторов коммутатора 12, собранного по трехфазной мостовой схеме (фиг.3). Импульсная последовательность (эпюра 14 фиг.2) определяет порядок открывания верхнего ряда трех транзисторов коммутатора напряжения, переключая трехфазный выход коммутатора напряжения на положительную полярность постоянного напряжения, преобразуемого выпрямителем 11 из переменного сетевого напряжения. Импульсная последовательность (эпюра 15 фиг.2) определяет порядок открывания нижнего ряда трех транзисторов коммутатора напряжения, переключая трехфазный выход коммутатора напряжения на отрицательную полярность постоянного напряжения. На трех выходах коммутатора напряжения формируются двухполярные напряжения (эпюра 16 фиг.2), сдвинутые по фазе относительно друг друга на 120 электрических градусов, при этом токи (эпюра 17 фиг.2) в обмотках статора асинхронного электродвигателя практически представляют синусоидальную форму. После снятия с входа 1 устройства напряжения высокого уровня на выходе интегратора 2 напряжения происходит плавное убывание значения напряжения, что приводит к уменьшению длительности выходных импульсов широтно-импульсного модулятора 8 и выходной частоты генератора 3. Таким образом, разгон и торможение устройства осуществляются плавным нарастанием и убыванием частоты и величины питающего обмотки статора асинхронного двигателя напряжения в соответствии с плавным изменением напряжения на выходе интегратора напряжения.The signals from the data buses of the permanent storage device to the inputs of the pulse shaper 10 are converted in it as a pulse sequence, which is fed to the inputs of the voltage switch 12. These inputs are the gates of the IGBT transistors of the switch 12, assembled in a three-phase bridge circuit (figure 3). The pulse sequence (plot 14 of FIG. 2) determines the opening order of the top row of the three voltage switch transistors by switching the three-phase output of the voltage switch to the positive polarity of the DC voltage converted by rectifier 11 from the alternating mains voltage. The pulse sequence (plot 15 of FIG. 2) determines the opening order of the bottom row of the three voltage switch transistors by switching the three-phase output of the voltage switch to the negative polarity of the DC voltage. At the three outputs of the voltage switch, bipolar voltages are formed (plot 16 of FIG. 2), phase shifted by 120 electrical degrees relative to each other, while the currents (plot 17 of FIG. 2) in the stator windings of the induction motor practically represent a sinusoidal shape. After removing from the input 1 of the high-voltage device at the output of the voltage integrator 2, the voltage value gradually decreases, which leads to a decrease in the duration of the output pulses of the pulse-width modulator 8 and the output frequency of the generator 3. Thus, the acceleration and braking of the device are carried out by a smooth increase and decrease frequency and magnitude of the supply winding of the stator of an asynchronous voltage motor in accordance with a smooth change in voltage at the output of the voltage integrator.

Использование предложенного устройства для управления пуском и остановом асинхронного электродвигателя, например, в составе привода стирально-отжимной машины в сравнении с аналогом обеспечивает плавное регулирование скорости вращения барабана в широком диапазоне и высокие механические характеристики.Using the proposed device to control the start and stop of an induction motor, for example, as part of the drive of a washer-squeezer in comparison with an analogue, provides smooth control of the drum rotation speed over a wide range and high mechanical characteristics.

Claims

A device for controlling the start and stop of an asynchronous electric motor, comprising a pulse generator and a binary pulse counter connected in series, as well as a read-only memory device, a pulse shaper and a voltage switch connected in series, for connecting an operating voltage to the electric motor circuit, characterized in that a rectifier is introduced into the device alternating voltage, voltage comparator, voltage integrator, register and second g connected in series a pulse generator and a pulse-width modulator, the second input connected to the input of the first pulse generator, to the first input of the voltage comparator and to the output of the voltage integrator, the input of which is the input of the device, the output of the voltage comparator, to the second input of which the reference voltage is supplied, is connected to the control bus read-only memory device, the highest address bus of which is connected to the output of the pulse-width modulator, and the lower address buses are connected to the outputs of the register, the inputs of which are connected to the outputs of the binary pulse counter, and the clock input is with the output of the second pulse generator, the second input of the voltage switch is connected to the output of the AC voltage rectifier, to the input of which the mains voltage is supplied.