Устройство для управления асинхронным двигателем

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ(71) Заявитель Могилевский машиностроительный институт(73) Патентообладатель Могилевский машиностроительный институт(57) Устройство для управления асинхронным двигателем, содержащее тиристорный коммутатор, выполненный в виде трех пар встречно-параллельно включенных тиристоров, первые выводы которого соединены с зажимами для подключения питающего напряжения, а вторые предназначены для подключения к выводам фаз статорной обмотки асинхронного двигателя, датчик тока, включенный в одну из фаз статорной обмотки асинхронного двигателя,отличающееся тем, что в него введены генератор пилообразного напряжения, формирователь импульсов, распределитель импульсов, блок регулируемого напряжения, элемент НЕ, шесть усилителей мощности, замыкающий контакт с фиксацией и шесть элементов И, первый вход каждого из которых соединен с соответствующим выходом распределителя импульсов, а вторые входы соединены с выходом логического элемента НЕ, вход которого подключен к первому выводу замыкающего контакта с фиксацией, к первым входам усилителей мощности и через резистор, к общему проводу источника питания, второй вывод замыкающего контакта с фиксацией соединен с положительной клеммой источника питания, а выход датчика тока соединен со входом генератора пилообразного напряжения, выход которого подключен к первому входу формирователя импульсов, второй вход которого соединен с выходом блока регулируемого напряжения, а выход - с входом распределителя импульсов, при этом выходы усилителей мощности подключены к управляющим электродам тиристоров.(прототип). Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для энергетической оптимизации асинхронных электроприводов при изменении нагрузки. 2805 1 Известен электропривод с тиристорным коммутатором и с регулятором, минимизирующим потребляемый двигателем ток при изменении нагрузки 1. Однако известный электропривод является неинвариантным к изменению параметров асинхронного двигателя, что ухудшает технико-экономические показатели всего электропривода. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предполагаемому изобретению является устройство для регулирования напряжения на статоре в функции угла нагрузки содержащее тиристорный коммутатор в цепи питания обмоток статора асинхронного двигателя, выполненный в виде встречно-параллельно включенных тиристоров датчики тока и напряжения с фильтрами, датчик угла нагрузки, регулятор угла нагрузки 2. Но известное устройство, принятое за прототип конструктивно сложно. Это обусловлено тем, что для регулирования напряжения при изменении нагрузки необходимо определять значение угла нагрузки и, соответственно, нужны функциональные элементы выполняющие эту функцию, а именно датчики напряжения и тока с фильтрами первых гармоник, датчик угла нагрузки. Использование этих элементов, к тому же требует и соответствующие регулировочные и настроечные операции. Все это и усложняет конструкцию устройства для управления асинхронным двигателем. Задачей настоящего изобретения является упрощение конструкции. Решение указанной задачи достигается тем, что в устройство для управления асинхронным двигателем,содержащее тиристорный коммутатор, выполненный в виде трех пар встречно-параллельно включенных тиристоров, первые выводы которого соединены с зажимами для подключения питающего напряжения, а вторые предназначены для подключения к выводам фаз статорной обмотки асинхронного двигателя, датчик тока, включенный в одну из фаз статорной обмотки асинхронного двигателя, согласно изобретения введены генератор пилообразного напряжения, формирователь импульсов, блок регулируемого напряжения, элемент НЕ, шесть усилителей мощности, замыкающий контакт с фиксацией и шесть элементов И, первый вход каждого из которых соединен с соответствующим выходом распределителя импульсов, а вторые входы соединены с выходом логического элемента НЕ, вход которого подключен к первому выводу замыкающего контакта с фиксацией, к первым входам усилителей мощности и через резистор, к общему проводу источника питания, второй вывод замыкающего контакта с фиксацией соединен с положительной клеммой источника питания, а выход датчика тока соединен со входом генератора пилообразного напряжения, выход которого подключен к первому входу формирователя импульсов, второй вход которого соединен с выходом блока регулируемого напряжения, а выход - с входом распределителя импульсов, при этом выходы усилителей мощности подключены к управляемым электродам тиристоров. Использование совместно с датчиком тока генератора пилообразного напряжения позволяет получить опорное пилообразное напряжение, для формирования формирователем и распределителем импульсов последовательности импульсов управления для тиристоров тиристорного коммутатора, синхронизированное с полупериодом протекания тока в нагрузке, что при изменении угла нагрузки приводит к соответствующему и автоматическому изменению фазового положения опорного пилообразного напряжения на величину приращения угла нагрузки, что и позволяет автоматически регулировать момент подачи импульсов управления на тиристоры тиристорного коммутатора. При этом действующее значение напряжения на двигателе регулируется при изменении нагрузки без необходимости использования и настройки функциональных элементов,определяющих угол нагрузки. Все это и дает возможность упростить конструкцию устройства для управления асинхронным двигателем. Сущность изобретения поясняется чертежами на фиг. 1 приведена схема устройства для управления асинхронным двигателем, на фиг. 2 - диаграммы, поясняющие его работу, а на фиг. 3 - расчетные зависимости угла нагрузки от напряжения при различных моментах нагрузки. Устройство для управления асинхронным двигателем содержит тиристорный коммутатор 1, выполненный в виде трех пар встречно-параллельно включенных тиристоров, первые выводы которого соединены с зажимами для подключения питающего напряжения, а вторые предназначены для подключения к выводам фаз статорной обмотки асинхронного двигателя 2 датчик тока 3, включенный в одну из фаз статорной обмотки асинхронного двигателя 2 генератор пилообразного напряжения 4, входом соединенный с выходом датчика тока 3, а выходом подключенный к одному входу формирователя импульсов 5, на другой вход которого подключен выход блока регулируемого напряжения 6 распределитель импульсов 7, входом соединенный с выходом формирователя импульсов 5, а соответствующим выходом соединенный с первыми входами каждого из шести элементов И 8, 9, 10, 11, 12, 13 шесть усилителей мощности 14, 15, 16, 17, 18, 19, первые входы каждого из которых соединены с одним из соответствующих выходов элементов И 8, 9, 10, 11, 12, 13, а выходы подключены к управляющим электродам встречно-параллельно включенных тиристоров тиристорного коммутатора 1 логический элемент НЕ 20, вход которого подключен к первому выводу замыкающего контакта с фиксацией 21,ко вторым входом каждого из шести усилителей мощности 14, 15, 16, 17, 18, 19 и, через резистор 22, подключен к общему проводу источника питания, а второй вывод замыкающего контакта с фиксацией 21 соединен с положительной клеммой источника питания, а выход логического элемента НЕ 20 соединен со вторыми входами каждого из элементов И 8, 9, 10, 11, 12, 13. 2 2805 1 На фиг. 2 показаны графики 23 питающего напряжения и тока асинхронного двигателя 2, например, фазы А, при номинальной нагрузке двигателя 2 сигналы 24 с выхода генератора пилообразного напряжения 4 и блока регулируемого напряжения 6 сигналы 25 с выхода формирователя импульсов 5 сигналы 26 с выхода распределителя импульсов 7 графики 27 питающего напряжения и тока асинхронного двигателя 2, например, для фазы А, при нагрузке асинхронного двигателя 2, отличающейся от номинальной и равной Мст 0,4 Мном сигналы 28 с выхода генератора пилообразного напряжения 4 и блока регулируемого напряжения 6 при нагрузке асинхронного двигателя 2, Мст 0,4 Мном. На фиг. 3 показаны расчетная зависимость 30 угла нагрузки от напряжения при номинальном моменте нагрузки асинхронного двигателя 2 расчетная зависимость 31 угла нагрузки от напряжения при моменте нагрузки двигателя равным 0,4 Мном. Устройство для управления асинхронным двигателем работает следующим образом (см. фиг. 1, фиг. 2,фиг. 3). При подаче силового напряжения на встречно-параллельно включенные тиристоры 1 и нажатии на замыкающий контакт с фиксацией 21 на вторых входах каждого из усилителей мощности 14, 15, 16, 17, 18, 19 появляется нерегулируемое напряжение управления равное напряжению источника питания. При этом на выходах усилителей мощности 14, 15, 16, 17, 18, 19 возникает нерегулируемое напряжение управления для встречно-параллельно включенных тиристоров тиристорного коммутатора 1, обеспечивающее их включение с началом каждого рабочего полупериода питающего напряжения. Асинхронный двигатель 2 работает по своей естественной механической характеристике и выходит на установившийся режим работы. При нагрузке на валу асинхронного двигателя 2 равной номинальной, зависимость угла нагрузки от напряжения питания определяется графиком 30. В этом случае взаимное расположение напряжения питания и тока асинхронного двигателя 2, например, для фазы А, представлено графиками 23. Сигналы 28 характеризуют для этого случая взаимное положение напряжения с выхода генератора пилообразного напряжения 4, синхронизированного с кривой тока двигателя 2 через датчик тока 3, и постоянного напряжения с блока регулируемого напряжения 6. Соответственно, формирователь импульсов 5 в моменты равенства этих напряжений формирует импульсы 25, которые являются запускающими импульсами для распределителя импульсов 7, например, выполненного на основе таймера. Последовательность импульсов сдвинутых на 60 на выходе распределителя импульсов 7, имеет вид 26, и является последовательностью управляющих сигналов для встречнопараллельно включенных тиристоров тиристорного коммутатора 1. Импульсы поступают на соответствуюшие первые входы каждого из элементов И 8, 9, 10, 11,12.13. На вторых входах этих элементов И 8, 9,10, 11,12, 13 присутствует логический сигнал ноль с выхода логического элемента НЕ 20. В результате на выходах логических элементов И 8, 9 ,10, 11, 12, 13 отсутствуют сигналы. Если теперь замыкающий контакт с фиксацией 21 вернуть в исходное положение, то на вторых входах усилителей мощности 14, 15, 16, 17, 18, 19 отсутствует напряжение источника питания, зато на вторых входах элементов И 8, 9, 10, 11, 12, 13 появляется логический сигнал единица с выхода логического элемента НЕ 20. При этом последовательность импульсов 26 с выхода распределителя импульсов 7 через элементы И 8, 9, 10, 11, 12, 13 поступает на первые входы каждого из усилителей мощности 14, 15, 16, 17,18, 19 и далее на соответствующие тиристоры тиристорного коммутатора 1, обеспечивая нормальную работу двигателя 2. Если нагрузка на валу двигателя изменится, и будет отличаться от номинальной, например Мст 0,4 Мном, то расчетная зависимость угла нагрузки от напряжения питания определяется графиком 31 и угол нагрузки отличается от номинального, он больше. Соответственно кривая тока асинхронного двигателя 2 сдвигается по фазе относительно напряжения питания на приращение угла нагрузки (кривые 27), что автоматически влечет за собой соответствующий сдвиг по фазе и момент формирования формирователем импульсов 5 запускающих импульсов для распределителя импульсов 7 (при неизменном напряжении с блока управляемого напряжения 6). Действующее напряжение на асинхронном двигателе 2 уменьшается, что в свою очередь (график 31) стабилизирует режим работы синхронного двигателя 2 с углом нагрузки отличным и меньшим по сравнению со значением угла нагрузки при неизменном значении напряжения питания на двигателе 2. Блок регулируемого напряжения 6 регулирует уровень напряжения, относительно которого формирователь импульсов 5 формирует запускающие импульсы для распределителя импульсов 7, а значит, позволяет регулировать действующее напряжение на асинхронном двигателе 2 и, соответственно, угол нагрузки. Таким образом, применение изобретения позволяет при уменьшении нагрузки на валу асинхронного двигателя в статических режимах регулировать угол нагрузки двигателя без необходимости использования и настройки функциональных элементов определяющих собственно угол нагрузки. Это позволяет упростить конструкцию устройства для управления асинхронным двигателем. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.