SU1734184A2 - Устройство дл управлени асинхронным электродвигателем - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике , в частности к асинхронным электроприводам с регулированием частоты вращени  электродвигателей общепромышленных механизмов. В результате введени  программируемого счетчика, узла задани  управл ющего сигнала и двух программируемых посто нных запоминающих блоков обеспечиваетс  ступенчата  отработка сигнала задани  скорости и последовательный перевод электропривода по выбранным механическим характеристикам на требуемую характеристику в режимах программного пуска на малую скорость, программного пуска на большую скорость и программного торможени , чем достигаетс  расширение функциональных возможностей . 7 ил. Ј

Description

Изобретение относитс  к электротехнике , а именно к асинхронному электроприводу , и может быть использовано дл  регулировани  частоты вращени  асинхронных двигателей.

Известно устройство дл  управлени  асинхронным электродвигателем, включающее в себ  подключенные между питающей трехфазной сетью переменного тока и статором электродвигател  три пары встречно- параллельно соединенных тиристоров, а также систему управлени  ими, обеспечивающую путем периодического чередовани  включенного и отключенного состо ний тиристоров подведение к статору асинхронного двигател  составл ющей напр жени  пониженной частоты. В таком устройстве за счет постепенной отработки сигнала задани  частоты обеспечиваетс  формирование переходных процессов асинхронного двигател .

Недостатком данного устройства  вл етс  ограниченные возможности формировани  переходных процессов,поскольку как увеличение, так и уменьшение скорости электродвигател  осуществл етс  при его работе на одних и тех же механических характеристиках , которые обеспечивают необходимое формирование только процесса торможени , а формирование процесса пуска двигател  до номинальной скорости в данном устройстве отсутствует.

Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей.

На фиг.1 показана блок-схема устройства дл  управлени  асинхронным электроЧ

CJ

00 4.

Ю

двигателем; на фиг.2 - таблица соответстви  состо ний посто нных программируемых запоминающих устройств ППЗУ1, ППЗУ2, ППЗУЗ и показателей работы электропривода; на фиг.З - экспериментальные механические характеристики асинхронного двигател  типа МТГ011-6 мощностью 1,4 кВт; на фиг.4-7 - временные диаграммы работы устройства при пуске асинхронного двигател  на высокую скорость, пуске на малую скорость, при переходе с малой скорости на большую и при торможении с высокой скорости на малую.

Устройство содержит асинхронный электродвигатель 1, преобразователь 2 переменного напр жени , выполненный в виде встречно-параллельно соединенных тиристоров 3-8, включенных между зажимами статорных обмоток электродвигател  1 и зажимами дл  подключени  к питающей сети, последовательно соединенные задающий генератор 9 импульсов, синхронизированный с напр жением питающей сети, блок 10 формировани  временных интервалов с информационными входами, узел 11 блокировки и блок 12 фазосмещени  и распределени  управл ющих импульсов, выходы которого подключены к управл ющим электродам тиристоров 3-8 преобразовател  2 переменного напр жени , а также за- датчик 13 частоты, блок 14 сравнени , генератор 15 тактовых импульсов, два компаратора 16 и 17, две схемы 18 и 19 совпадени , реверсивный счетчик 20 с пр мым и обратным счетными входами, программируемые посто нные запоминающие блоки 21- 23, цифроаналоговый преобразователь 24, программируемый счетчик 25 и узел 26 задани  управл ющего сигнала. Первый вход блока 14 сравнени  подключен к выходу за- датчика 13 частоты (скорости), а второй вход соединен с выходом цифроаналогового преобразовател  24. Выход блока 14 сравнени  соединен с объединенными входами обоих компараторов 16 и 17, выход первого компаратора 16 соединен с первым входом первой схемы 18 совпадени , а выход второго компаратора 17 - с первым входом второй схемы 19 совпадени . Вторые входы обеих схем 18 и 19 совпадени  объединены и соединены с выходом программируемого счетчика 25, счетный вход которого подключен к генератору 15 тактовых импульсов, а вход переключени  коэффициента делени  к выходу программируемого посто нного запоминающего блока 23. Выход первой схемы 18 совпадени  подключен к пр мому счетному входу реверсивного счетчика 20, а выход второй схемы 19 совпадени  к обратному счетному входу реверсивного

счетчика 20, выходы которого св заны с адресными входами программируемых посто нных запоминающих блоков 21-23 и входами цифроаналогового преобразовате- л  24. Выход программируемого посто нного запоминающего блока 21 св зан с информационными входами блока 10 формировани  временных интервалов, а выход программируемого посто нного запомина- 0 ющего блока 22 подключен ко входу узла 26 задани  управл ющего сигнала , выход которого соединен с управл ющим входом блока 12 фазосмещени  и распределени  управл ющих импульсов. Выход компарато- 5 ра 16 (или компаратора 17) подключен к адресным входам программируемых посто нных запоминающих блоков 21-23.

На фиг.2 в качестве примера приведена таблица соответстви  состо ний посто н- 0 ных программируемых запоминающих устройств 21-23, а также показателей работы электропривода (обозначение механических характеристик и параметры системы управлени  т, п, Кдел, где тип- целые 5 числа, определ ющие длительность последовательно повтор ющихс  временных интервалов , соответственно включенного и отключенного состо ний преобразовател  2 переменного напр жени ; а- угол управ- 0 лени  тиристоров преобразовател  2; Кдел - коэффициент делени  программируемого счетчика 22.

На фиг.З также в качестве примера представлены экспериментальные механи- 5 ческие характеристики асинхронного двигател  мощностью 1,4 кВт при задании на информационные входы блока 10 формировани  временных интервалов кодов целых чисел тип при различных углах а. управ- 0 лени  тиристорами 3-8 дл  следующих случаев:

a-m 1,n 7,

б-т 4, п 4,

в- т 2, п 6, 5г-т 1, п 0,

д- т 1, п 0, а 0°

е- т 5, п 12,

ж- т 4, п 10,

з- т 2, п 8, 0 и-т 2, п 6,

При этом длительность временных интервалов включенного состо ни  преобразовател  2 равна m интервалам, а его отключенного состо ни  - п интервалам, между соседними управл ющими импульсами , подаваемыми на управл ющие электроды тиристоров 3-8.

На фиг.4 приведены временные диаграммы устройства при формировании про5

цесса пуска асинхронного двигател  1 на высокую скорость (на характеристику д, в случае изменени  скачком сигнала скорости .

На фиг.5-7 приведены временные диаграммы дл  случаев пуска на малую скорость (на характеристику в), перехода с малой скорости на высокую (с характеристики в на характеристику д) и торможение с высокой скорости на малую (с характеристики е на характеристику в).

На фиг.4-7 показаны DIG - сигнал на выходе задатчика 13 частоты; U24 - сигнал на выходе цифроаналогового преобразовател  24; Ui4 - сигнал на выходе улока 14 сравнени ; Uie, Ui - сигналы на выходах компараторов 16 и 17; Ui5 сигнал на выходе генератора 15; U25 - сигнал на выходе программируемого счетчика 25; Uie, Dig - сигналы на выходах схем 18 и 19 совпадени , а также значени  параметров системы управлени  электропривода, соответствующие кодам на выходах программируемых посто нных запоминающих блоков 21-23 в функции времени.

Устройство позвол ет реализовать следующие режимы программного пуска на малую скорость (на характеристику в); программного пуска на большую скорость (на характеристику д) программного торможени  с большой скорости на малую.

Работа устройства дл  управлени  асинхронным электродвигателем основана на том, что за счет постепенной ступенчатой отработки сигнала задани  скорости обеспечиваетс  последовательный перевод электропривода по выбранным механическим характеристикам на требуемую характеристику , например на в или д.

Кажда  из механических характеристик определ етс  трем  группами параметров системы управлени :

1)коэффициентом делени  Кдел, который задает врем  работы электропривода на данной механической характеристике;

2)углом а управлени  тиристоров, задаваемым с помощью узла 26 и определ ющим уровень напр жени  на статоре двигател  1;

3)параметрами тип, задающими скорость двигател  и формируемыми с помощью блока 10.

Значени  параметров Кдел, m, n формируютс  выходными сигналами, поступающими с выходов запоминающих блоков 23, 22 и 21 на входы счетчика 25, узла 26 и блока 10 соответственно.

При этом угол а управлени  тиристорами однозначно определ етс  напр жением , поступающим на вход блока 12с выхода узла 26 задани  управл ющего сигнала.

Узел 26 может быть выполнен, например, в виде резисторного делител  напр жени , в котором изменение выходного напр жени  осуществл етс  при включении или отключении транзисторных ключей в цеп х отдельных резисторов, вход щих в схему этого делител , при этом управление ключами производитс  выходными сигналами, программируемого посто нного запоминающего блока 22. Управл ет состо ни ми посто нныхпрограммируемых

запоминающих блоков 23, 22 и 21 счетчик 20, состо ние которого в процессе работы устройства может оставатьс  неизменным либо последовательно измен тьс . В первом случае сигнал с задатчика 13 частоты равен выходном сигналу цифроаналогового преобразовател  24, что соответствует установившемус  режиму работы электропривода . Во втором случае эти сигналы не

равны между собой. При этом, если сигнал задатчика 13 частоты больше выходного сигнала цифроаналогового преобразовател  24, то на выходе блока 14 сравнени  имеетс  положительный сигнал рассогласовани ,

под действием которого срабатывает компаратор 16 и его выходной сигнал разрешает прохождение импульсов с выхода программируемого счетчика 25 через схему 18 совпадени  на пр мой счетный вход реверсивного счетчика 20. Счетчик 20 измен ет свое состо ние на единицу в сторону увеличени  с частотой следовани  импульсов с выхода программируемого счетчика 25 до тех пор, пока сигнал с выхода цифроаналогового преобразовател  24 не станет равным сигналу с задатчика 13 частоты. В результате последовательного изменени  состо ний счетчика 20 из определенной области пам ти посто нного запоминающего

блока 21 последовательно выбираютс  коды чисел тип, которые обеспечивают частоты пониженной составл ющей напр жени  на статорных обмотках асинхронного двигател  1 и его последовательную работу на различных характеристиках. Одновременно с запоминающим блоком 21 работают запоминающие блоки 22 и 23, которые задают (в виде кодов) соответственно угол а управлени  тиристорами и коэффициент делени 

программируемого счетчика 25. Если же сигнал с задатчика 13 частоты меньше выходного сигнала цифроаналогового преобразовател  24, то на выходе блока 14 сравнени  имеетс  отрицательный сигнал

рассогласовани , под действием которого срабатывает компаратор 17 и его выходной сигнал разрешает прохождение импульсов с выхода программируемого счетчика 25 через схему 19 совпадени  на обратный счетный вход реверсивного счетчика 20. Последний с частотой следовани  импульсов на выходе программируемого счетчика 25 измен ет свое состо ние на единицу в сторону уменьшени  до момента равенства сигналов с выхода цифроаналогового преобразовател  24 и с задатчика 13 частоты.

Последовательное уменьшение на единицу состо ни  счетчика 20 обеспечивает последовательную выборку из другой области пам ти запоминающего блока 21 определенных кодов чисел типе соответствии с которыми обеспечиваетс  уменьшение частоты пониженной составл ющей напр жени  на обмотках статора асинхронного двигател  1 и последовательна  его работа на заданных характеристиках.

Использование программируемых посто нных запоминающих блоков 22 и 23 одновременно с блоком 21 позвол ет и в этом случае задавать дл  каждой ступени соответственно уровень напр жени  питани  асинхронного двигател  и необходимое врем  работы.

Использование сигнала с выхода компаратора 16 или 17 в качестве дополнительного адреса дл  всех программируемых посто нных запоминающих устройств 21- 23 позвол ет выбирать различные наборы характеристик дл  разгона и торможени , поскольку в этом случае одна часть области пам ти запоминающих устройств 21-23 отводитс  дл  формировани  разгона, а друга  - дл  торможени .

Работу устройства рассмотрим на примере электропривода, реализующего семейства характеристик дл  разгона и торможени , изображенные на фиг.З.

В соответствии с выбранными характеристиками и временами работы на них за- программированыпосто нные

запоминающие блоки 21-23 согласно таблице , представленной на фиг.2, где показа- ны состо ни  блоков 21-23 и соответствующие им показатели электропривода .

Пусть в исходном состо нии сигнал Ui3 задатчика частоты равен сигналу U24 на выходе цифроаналоговогс преобразовател  и оба они равны нулю. При этом программируемые посто нные запоминающие устройства установлены в состо ни , соответствующие на фиг.2 номеру № 15. В этом случае m 0, п О и двигатель обесточен.

Если в момент времени to (см. фиг.4) сигнал Ui3 на выходе задатчика 13 частоты измен етс  до уровн , определ ющего частоту составл ющей напр жени  на выходе

преобразовател  2, соответствующую работу асинхронного двигател  на характеристике д, то на выходе блока 14 сравнени  по вл етс  положительный сигнал рассогласовани  U14 (фиг.4), под действием кото0 рого срабатывает компаратор 16, и его выходной сигнал Uie обеспечивает прохождение тактовых импульсов от генератора импульсов через программируемый счетчик 25 на выход схемы 18 совпадение (сигнал

5 LHa фиг.4). Под действием сигнала Uis, поступающего на пр мой счетный вход реверсивного счетчика 20, последний измен ет свое состо ние до тех пор, пока сигнал IJ24 с выхода цифроаналогового преобразовате0 л  24 не станет равным сигналу Uis с задатчика 13 частоты. При последовательном изменении состо ни  реверсивного счетчика 20 в соответствии с фиг.2 из состо ни  N 15 до N 29 последовательно измен ютс 

5 коды чисел тип, угла управлени  тиристорами и времени работы на каждом из этих состо ний. Выборка параметров системы управлени  происходит из той области пам ти программируемых посто нных запо0 минающих устройств, котора  обозначена состо ними с номерами от 15 до 29. Это обусловлено тем, что на выходе компаратора 16 до тех пор, пока сигнал с выхода цифроаналогового преобразовател  24 не

5 достигнет сигнала с задатчика 13 частоты, формируетс  сигнал 1, который подаетс  с компаратора 16 в качестве дополнительного адреса на входы устройств 21-23.

При достижении сигналом U24 уровн 

0 сигнала Ui3 на выходе компаратора 16 по вл етс  сигнал О, т.е. измен етс  код на дополнительном входе программируемого посто нного запоминающего устройства, . что переводит его из состо ни  № 29 в со5 сто ние № 1. Это состо ние характеризует установившийс  режим работы электропривода на высокой скорости (характеристика д на фиг.З). Таким образом, в момент подачи сигнала с задатчика скорости до прихо0 да на входы счетчика 20 первого импульса на выходах программируемых посто нных запоминающих устройств установлены коды параметров системы управлени , соответствующие состо нию № 15. При этом до

5 момента времени tie (фиг.4) на тиристоры 3-8 преобразовател  2 не подаютс  управл ющие импульсы (так как m 0, п С) и на статорные обмотки двигател  1 не подаетс  напр жение, на выходе узла 14 сравнени  устанавливаетс  положительное напр жение Ун, под действием которого на выходе компаратора 16 по вл етс  сигнал 1 и разрешаетс  прохождение тактовых импульсов через программируемый счетчик 25 на пр мой вход счетчика 20. В момент прохождени  первого тактового импульса (врем  tie, фиг.4) устройства 21-23 устанавливаютс  в состо  ние, соответствующее № 16. При этом m 1, п 7, а 0° и Кдел 2 (фиг.2), что соответствует характеристике а на фиг.З. Врем  работы на этой характеристике зависит от Кдел. В случае, когда Кдел 2, врем  работы на характеристике а равно двум периодам следовани  импульсов генератора 15 и соответствует интервалу от tie до ш (фиг.4). В момент времени ti с выхода программируемого счетчика 25 на пр мой вход счетчика 20 проходит второй импульс, который измен ет на единицу состо ние счетчика 20 и состо ние устройств 21-23 согласно строке Мг 17 (фиг.2).

При этом m 4, п 4, а 50° и Кдел. 2 (фиг.2), что соответствует характеристике б на фиг.З. В этом случае врем  работы на характеристике б также равно двум периодам следовани  импульсов генератора 15 и соответствует интервалу от ti до tie (фиг.4).

В момент времени tie приходит следующий импульс на пр мой счетный вход счетчика 20, устройства 21-23 и переход т в состо ние согласно строке № 18 (фиг.2). При этом m 2, п 6, а 50°, а Кдел 2 (фиг.2), что соответствует характеристике в на фиг.ЗЗ и времени работы на ней с tie до tig (фиг.4).

Аналогично происход т последовательные изменени  состо ний устройств 21-23 согласно строкам с № 18 по Kb 29. При состо ни х , соответствующих строкам Ms 21, № 22 и № 23, Кдел 4, а врем  работы электропривода в каждом из этих состо ний определ етс  четырьм  периодами следовани  импульсов генератора .15. При этом в интервалах времени с tie no t2i привод работает на характеристике в, с t2i no t24 - на характеристике г, а с t24 no t29 и далее на характеристике д. В момент времени t29 привод переходит в установившийс  режим , при этом на выходе узла 14 сравнени  устанавливаетс  напр жение Ui4, равное нулю, которое измен ет напр жение на выходе компаратора 16 из 1 в О, а устройства 21-23 из состо ни  № 29 (фиг.2) переход т в состо ние 1, также соответствующее работе на характеристике д.

Аналогично рассмотренному работает устройство в режимах пуска на малую скорость и перехода с малой скорости на большую . Диаграммы работы устройства дл  эуих случаев показаны соответственно на фиг.5 и 6.

В первом случае, т.е. при пуске на малую скорость напр жение Ui3 с задатчика частоты выбираетс  таким, чтобы равенство сигналов с задатчика 13 частоты и с выхода цифроаналогового преобразовател  24 наступало при достижении состо ний программируемых посто нных запоминающих устройств 21-23, соответствующих № 19 (фиг.2), т.е. в момент времени tig (фиг.5).

Во втором случае, т.е. при переходе с малой скорости на большую, начальным

значением напр жени  1Нз с задатчика 13 частоты  вл етс  не нулевое значение, как при пуске, а соответствующее заданному значению при пуске на малую скорость. При этом исходным состо нием устройств 21-23

 вл етс  состо ние, соответствующее строке № 11 (фиг.2). С момента скачкообразного изменени  напр жени  Ui3 с задатчика частоты до момента прохождени  первого так- тового импульса с генератора 15

происходит переход из состо ни  № 11 в состо ние № 19, так как в это врем  на выходе компаратора N° 18 формируетс  сигнал 1. Однако при этом работа привода не измен етс , так как не измен ютс  при этом

параметры системы управлени  (т 2, п 6, « 50°, Кдел 2), и электропривод продолжает работать на характеристике в. С приходом после этого первого тактового импульса с генератора 15 в устройстве происходит последовательный переход состо ний от № 19 до № 29, а при переходе в установившийс  режим - из состо ни  № 29 в состо ние N° 1 (как и в рассмотренном случае дл  пуска на большую скорость).

Диаграмма работы устройства дл  режима торможени  с высокой скоростью на низкую представлена на фиг.7. В исходном положении с задатчика скорости подаетс  напр жение Uis соответствующее работе на

высокой скорости, определ емое состо нием № 1. При этом параметры электропривода m 1, п О, а 0°, Кдел 2 и имеет место установившийс  режим работы, при котором напр жение с выхода цифроаналогового преобразовател  24 уже достигло напр жени  Ui3, а привод работает на естественной характеристике. При скачкообразном изменении напр жени  1Из (в рассматриваемом случае напр жение 1Нз

уменьшаетс ) в первый момент напр жение с цифроаналогового преобразовател  24 оказываетс  больше напр жени  1Из. При этом на выходе блока 14 сравнени  формируетс  отрицательное напр жение Un рассогласовани , под действием которого на выходе компаратора 17 возникает 1, а на выходе компаратора 16 - О, в результате чего импульсы с генератора 15 через программируемый счетчик 25 и схему 19 совпа- дени  поступают на обратный счетный вход счетчика 20. Последний измен ет свое состо ние на единицу в сторону уменьшени  с частотой следовани  импульсов программируемого счетчика 25 до момента равенст- ва сигналов с выхода цифроаналогового преобразовател  24 и задатчика частоты 13. Последовательное уменьшение на единицу состо ни  счетчика 20 обеспечивает последовательную выборку из программируемых посто нных запоминающих блоков 21-23 таких кодов чисел тип, углов а управлени  тиристоров и коэффициентов делени  тактовой частоты, которые соответствуют области пам ти указанных блоков согласно номерам состо ний с № 1 по № 11 (см. фиг.2). В момент времени tn (фиг.7) напр жение U24 на выходе цифроаналогового преобразовател  24 сравниваетс  с напр жением Ui3 задани  скорости, в результате чего на- пр жение Ui4 принимает нулевое значение, а компараторы 16 и 17 запрещают прохождение тактовых импульсов с генератора 15 на счетные входы счетчика 20. При этом наступает установившийс  режим согласно состо нию Nfe 11 (характеристика в).

В результате описанных переключений асинхронный двигатель при работе вхолостую переходит из точке А (фиг.З), соответствующей характеристике д, в точку В на характеристике в путем последовательного перехода по характеристикам е, ж, з, и. При этом исключаетс  зона скоростей , где двигатель развивает движущий момент , что обеспечив-эет надежный процесс электрического торможени  двигател .

Предлагаемое устройство позвол ет направленно формировать с нужным темпом переходные процессы, отдельно дл  пуска (при последовательной работе на характе- ристиках и дл  торможени  (при последовательной работе на характеристиках . Оно также обеспечивает работу на пониженной промежуточной скорости (характеристика в).

Таким образом это устройство позвол ет расширить (по сравнению с прототипом) функциональные возможности по формированию процессов пуска, торможени  и регу- лировани  скорости асинхронного электропривода.

Повышенна  плавность и надежность регулировани  скорости приводного двигател  (обусловленна  отсутствием тахогене- ратора в системе регулировани ) в предлагаемом устройстве обеспечивают удобство обслуживани  крановых механизмов , повышение их производительности и точности остановки грузов.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  управлени  асинхронным электродвигателем по авт.св. № 1252898, отличающеес  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей , в него введены программируемый счетчик, узел задани  управл ющего сигнала и два програмируемых посто нных запоминающих блока, а первый программируемый посто нный запоминающий блок снабжен дополнительным адресным входом , при этом программируемый счетчик включен между выходом генератора тактовых импульсов и объединенными вторыми входами схем совпадени , вход переключени  коэффициента делени  программируемого счетчика соединен с выходом первого дополнительного программируемого посто нного запоминающего блока, узел задани  управл ющего сигнала соединен входом с выходом второго дополнительного программируемого посто нного запоминающего блока и выходом с управл ющим входом блока фазосмещени  и распределени  управл ющих импульсов, адресные входы второго и третьего программируемых посто нных запоминающих блоков соединены с соответствующими адресными входами первого программируемого запоминающего блока, дополнительный адресный вход которого соединен с соответствующими адресными входами второго и третьего программируемых посто нных запоминающих блоков и выходом одного из компараторов.

   Фиг.2

   со

   C-.

   s е

   02

   178117Ш

   61

   .5