RU2532528C1

RU2532528C1 - Electromagnetic torque control device for alternating-current two-phase motor

Info

Publication number: RU2532528C1
Application number: RU2013125293/07A
Authority: RU
Inventors: Валерий Викторович Лодзин; Михаил Николаевич Минаков; Александр Сергеевич Новосёлов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева"
Priority date: 2013-05-31
Filing date: 2013-05-31
Publication date: 2014-11-10

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: invention is related to the area of electric engineering and may be used for electromagnetic torque control of alternating-current two-phase squirrel-cage induction motor. Excitation winding of the squirrel-cage motor is coupled to the alternating-current power supply in series connected through a compensating load unit, which, in its turn is connected in parallel with a switching unit. Input of the switching unit is coupled to output of the amplification coefficient control device, which is coupled to the first input of the amplifier with controlled amplification coefficient. Input of the amplification coefficient control device and the second input of the amplifier with controlled amplification coefficient are coupled to the voltage control source and output of the amplifier with controlled amplification coefficient is coupled to input of the power amplifier, which is connected in parallel to the control winding.

EFFECT: improved efficiency factor, reduced heat generation in the motor windings due to introduction of the operation mode with reduced electromagnetic torque.

2 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления электромагнитным моментом асинхронного двухфазного двигателя переменного тока с короткозамкнутым ротором.The present invention relates to the field of electrical engineering and can be used to control the electromagnetic moment of an asynchronous two-phase AC motor with a squirrel-cage rotor.

Известно устройство управления двухфазным асинхронным двигателем в режиме пульсирующего движения (Россия, полезная модель, патент №121407, МПК Н02Р 25/02, опубл. 20.10.2012 г.). Устройство для управления двухфазным асинхронным двигателем в режиме пульсирующего движения содержит два преобразователя напряжение-частота, инвертор, выход которого соединен с обмоткой управления двухфазного асинхронного двигателя, обмотка возбуждения которого соединена с источником переменного тока, частотный демодулятор, прецизионный регулируемый блок питания постоянного напряжения, амплитудный модулятор и сумматор, выход которого соединен с входом первого преобразователя напряжение-частота. Выход прецизионного регулируемого блока питания постоянного напряжения подключен к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с выходом частотного демодулятора, вход которого снабжен зажимами для подключения к источнику переменного тока. Второй преобразователь напряжение-частота соединен своим входом с выходом прецизионного регулируемого блока питания постоянного напряжения. Выход амплитудного модулятора подключен к управляющему входу инвертора. Фазовый регулятор соединен своим входом с выходом первого преобразователя напряжение-частота, а выходом - с первым входом амплитудного модулятора, второй вход которого соединен с выходом выпрямителя, подключенного своим входом к выходу второго преобразователя напряжение-частота. Однако данное устройство характеризуется низким коэффициентом полезного действия при формировании моментов ниже максимального.A known control device for a two-phase asynchronous motor in pulsating motion mode (Russia, utility model, patent No. 121407, IPC Н02Р 25/02, publ. 20.10.2012). A device for controlling a two-phase asynchronous motor in pulsed motion mode contains two voltage-frequency converters, an inverter, the output of which is connected to the control winding of a two-phase asynchronous motor, the field winding of which is connected to an AC source, a frequency demodulator, a precision adjustable DC voltage supply, an amplitude modulator and an adder, the output of which is connected to the input of the first voltage-frequency converter. The output of a precision adjustable DC power supply is connected to the first input of the adder, the second input of which is connected to the output of the frequency demodulator, the input of which is equipped with clamps for connecting to an AC source. The second voltage-frequency converter is connected by its input to the output of a precision adjustable DC power supply. The output of the amplitude modulator is connected to the control input of the inverter. The phase regulator is connected by its input to the output of the first voltage-frequency converter, and the output is connected to the first input of the amplitude modulator, the second input of which is connected to the output of the rectifier connected to the output of the second voltage-frequency converter by its input. However, this device is characterized by a low efficiency in the formation of moments below the maximum.

Известен способ управления электромагнитным моментом асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором, патент RU №2476982, МПК Н02Р 21/00, Н02Р 25/02, опубл. 27.02.2013 г. Но данный способ характеризуется повышенной сложностью, поскольку для его осуществления требуются дополнительное вычислительное устройство, усилитель и источники питания.A known method of controlling the electromagnetic moment of an asynchronous squirrel-cage rotor motor, patent RU No. 2476982, IPC Н02Р 21/00, Н02Р 25/02, publ. 02/27/2013. But this method is characterized by increased complexity, since its implementation requires an additional computing device, amplifier and power sources.

Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению является схема двухфазного двигателя, описанная в учебнике: М.М. Кацман. Электрические машины. М.: Высшая школа, 1990 г., стр.214, 215. Данная схема включения состоит из обмотки возбуждения и обмотки управления, расположенных на статоре так, что их оси смещены друг относительно друга под углом 90°. На эти обмотки непрерывно подается два напряжения от источника питания переменного тока, одинаковые по значению и частоте, но сдвинутые по фазе относительно друг друга на 90°. Недостатком данной схемы является то, что для реализации управления электромагнитным моментом необходимо применение дополнительного вычислительного устройства, рассчитывающего нелинейную функцию зависимости электромагнитного момента от напряжения на обмотках двигателя, дополнительно необходимы два канала усилителей и дополнительные источники питания.The closest analogue to the claimed technical solution is a two-phase motor circuit described in the textbook: M.M. Katzman. Electric cars. M .: Higher school, 1990, p. 214, 215. This switching circuit consists of an excitation winding and a control winding located on the stator so that their axes are offset from each other at an angle of 90 °. These voltages are continuously supplied with two voltages from an AC power source, identical in value and frequency, but 90 ° out of phase with respect to each other. The disadvantage of this scheme is that to implement the control of the electromagnetic moment, it is necessary to use an additional computing device that calculates the nonlinear function of the dependence of the electromagnetic moment on the voltage on the motor windings, two additional amplifier channels and additional power sources are additionally required.

Задача изобретения - повышение эксплуатационных характеристик устройства для управления электромагнитным моментом асинхронного двухфазного двигателя переменного тока.The objective of the invention is to increase the operational characteristics of the device for controlling the electromagnetic moment of an asynchronous two-phase AC motor.

Технический результат - повышение коэффициента полезного действия, снижение тепловыделения в обмотках двигателя за счет введения режима работы с уменьшенным электромагнитным моментом.The technical result is an increase in efficiency, a decrease in heat generation in the motor windings due to the introduction of an operating mode with a reduced electromagnetic moment.

Это достигается тем, что в устройстве управления электромагнитным моментом асинхронного двухфазного двигателя переменного тока, выполненного из обмотки возбуждения и обмотки управления, расположенных на статоре со смещением осей друг относительно друга на 90°, в отличие от известного, обмотка возбуждения соединена с источником питания переменного тока напряжением U1, последовательно включенным через блок компенсирующей нагрузки, соединенный параллельно с блоком коммутации, вход которого связан с выходом блока управления коэффициентом усиления, который, кроме того, также связан с первым входом усилителя с управляемым коэффициентом усиления, причем вход блока управления коэффициентом усиления и второй вход усилителя с управляемым коэффициентом усиления связаны с источником напряжения управления U2, а выход усилителя с управляемым коэффициентом усиления связан с входом усилителя мощности, параллельно подключенного к обмотке управления.This is achieved by the fact that in the electromagnetic moment control device of an asynchronous two-phase AC motor made of an excitation winding and a control winding located on the stator with axes offset from each other by 90 °, in contrast to the known, the excitation winding is connected to an AC power source voltage U1, connected in series through the compensating load unit, connected in parallel with the switching unit, whose input is connected to the output of the coefficient control unit m gain, which, in addition, is also connected to the first input of the amplifier with a controlled gain, and the input of the gain control unit and the second input of the amplifier with a controlled gain are connected to the control voltage source U2, and the output of the amplifier with a controlled gain is connected to the input power amplifier connected in parallel to the control winding.

На фиг.1 представлена блок-схема включения двигателя, на фиг.2а и 2б - вид сигналов на обмотке возбуждения 2 и на обмотке управления 3в первом и во втором режимах соответственно.In Fig.1 shows a block diagram of the engine, in Fig.2A and 2B is a view of the signals on the excitation winding 2 and on the control winding 3 in the first and second modes, respectively.

Устройство управления электромагнитным моментом асинхронного двухфазного двигателя переменного тока 1 (фиг.1), выполненного с обмоткой возбуждения 2 и обмоткой управления 3, расположенными на статоре со смещением осей друг относительно друга на 90°. Кроме того, устройство содержит усилитель мощности 4, блок компенсирующей нагрузки 5, блок коммутации 6, блок управления коэффициентом усиления 7 и усилитель с управляемым коэффициентом усиления 8. Фаза напряжения на обмотке возбуждения 2 сдвинута относительно фазы напряжения на обмотке управления 3 на угол 90°. Кроме того, обмотка возбуждения 2 соединена с источником питания переменного тока напряжением U1, последовательно включенным через блок компенсирующей нагрузки 5, который, в свою очередь, соединен параллельно с блоком коммутации 6. Вход блока коммутации 6 связан с выходом блока управления коэффициентом усиления 7, выход которого также связан с первым входом усилителя с управляемым коэффициентом усиления 8. Вход блока управления коэффициентом усиления 7 и второй вход усилителя с управляемым коэффициентом усиления 8 связаны с источником переменного тока, формирующим напряжение управления U2, а выход усилителя с управляемым коэффициентом усиления 8 связан с входом усилителя мощности 4, который параллельно подключен к обмотке управления 3.A control device for the electromagnetic moment of an asynchronous two-phase AC motor 1 (Fig. 1), made with an excitation winding 2 and a control winding 3, located on the stator with an axis offset of 90 ° from each other. In addition, the device includes a power amplifier 4, a compensating load unit 5, a switching unit 6, a gain control unit 7 and an amplifier with a controlled gain 8. The voltage phase on the field winding 2 is shifted relative to the voltage phase on the control winding 3 by an angle of 90 °. In addition, the field winding 2 is connected to an AC power source of voltage U1, connected in series through the compensating load unit 5, which, in turn, is connected in parallel with the switching unit 6. The input of the switching unit 6 is connected to the output of the gain control unit 7, output which is also connected to the first input of the amplifier with a controlled gain 8. The input of the control unit of the gain 7 and the second input of the amplifier with a controlled gain 8 are connected to the source ennogo current forming the control voltage U2 and the output of the amplifier with a controllable gain of 8 is connected to the input of the power amplifier 4 which is connected in parallel to the control winding 3.

На фиг.2а представлен вид сигналов на обмотке возбуждения 2 и на обмотке управления 3 в первом режиме, на фиг.2б - вид сигналов на обмотке возбуждения 2 и на обмотке управления 3 во втором режиме.On figa presents a view of the signals on the field winding 2 and on the control winding 3 in the first mode, on figb - view of the signals on the field winding 2 and on the control winding 3 in the second mode.

Устройство управления электромагнитным моментом асинхронного двухфазного двигателя переменного тока работает в двух режимах. Первый режим предназначен для формирования больших электромагнитных моментов, а второй режим - для формирования малых электромагнитных моментов. Выбор режима в зависимости от действующего значения напряжения управления U2 определяет блок управления коэффициентом усиления 7. В первом режиме блок коммутации 6 замыкает вывод, идущий от источника питания переменного тока напряжением U1, и вывод, идущий от обмотки возбуждения 2. Таким образом, напряжение на обмотке возбуждения 2 Uoв равно напряжению U1 источника питания переменного тока. При этом коэффициент усиления усилителя с управляемым коэффициентом усиления 8 равен единице, и на вход усилителя мощности 4 подается сигнал, равный U2. Во втором режиме блок коммутации 6 размыкает выводы, идущие от источника питания переменного тока напряжением U1 и на обмотку возбуждения 2, при этом ток в обмотку возбуждения 2 течет через блок компенсирующей нагрузки 5. При этом устанавливается действующее значение напряжения обмотки возбуждения Uoв=U1/k, где k - коэффициент, задающий соотношение напряжений для двух режимов. Параметры блока компенсирующей нагрузки 5 подобраны таким образом, чтобы обеспечивать заданное соотношение напряжений для двух режимов и заданную фазу напряжения обмотки возбуждения 2 при выборе режима. Для второго режима мощность, потребляемая обмоткой возбуждения, снижается в k² раз. Во втором режиме коэффициент усиления усилителя с управляемым коэффициентом усиления 8 равен k. При этом усилитель с управляемым коэффициентом усиления 8 преобразует напряжение управления согласно формуле Uoy=U2хk.The electromagnetic torque control device of an asynchronous two-phase AC motor operates in two modes. The first mode is intended for the formation of large electromagnetic moments, and the second mode is for the formation of small electromagnetic moments. The choice of the mode depending on the actual value of the control voltage U2 is determined by the gain control unit 7. In the first mode, the switching unit 6 closes the output coming from the AC power source with voltage U1 and the output coming from the field winding 2. Thus, the voltage on the winding excitation 2 UoV is equal to voltage U1 of the AC power source. In this case, the gain of the amplifier with a controlled gain of 8 is equal to unity, and a signal equal to U2 is supplied to the input of the power amplifier 4. In the second mode, the switching unit 6 opens the conclusions coming from the AC power source with voltage U1 and to the field winding 2, while the current flows to the field winding 2 through the compensating load unit 5. In this case, the effective value of the field voltage Uoв = U1 / k , where k is a coefficient defining the ratio of stresses for two modes. The parameters of the compensating load unit 5 are selected in such a way as to provide a given voltage ratio for the two modes and a given phase of the excitation winding voltage 2 when the mode is selected. For the second mode, the power consumed by the field winding is reduced by a factor of k ² . In the second mode, the gain of the amplifier with a controlled gain of 8 is equal to k. In this case, an amplifier with a controlled gain of 8 converts the control voltage according to the formula Uoy = U2хk.

Таким образом, достигнут технический результат - повышен коэффициент полезного действия за счет снижения тепловыделения в обмотках двигателя и снижения напряжения на обмотке возбуждения в режиме работы с уменьшенным электромагнитным моментом, кроме того, снижен номинальный ток потребления при использовании простой схемы устройства.Thus, the technical result was achieved - the efficiency was improved by reducing heat generation in the motor windings and reducing the voltage on the field winding in the operating mode with a reduced electromagnetic moment, in addition, the nominal current consumption was reduced when using a simple device circuit.

Claims

A control device for the electromagnetic moment of an asynchronous two-phase AC motor made of an excitation winding and a control winding located on the stator with an axis offset of 90 ° relative to each other, characterized in that the excitation winding is connected to an AC power source with voltage U1 connected in series through the unit compensating load connected in parallel with the switching unit, the input of which is connected to the output of the gain control unit, which, in addition o, is also connected to the first input of the amplifier with a controlled gain, the input of the gain control unit and the second input of the amplifier with a controlled gain connected to the control voltage U2, and the output of the amplifier with a controlled gain connected to the input of a power amplifier connected in parallel to winding control.