Электропривод переменного тока

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ(71) Заявитель Могилевский машиностроительный институт(73) Патентообладатель Могилевский машиностроительный институт(57) Электропривод переменного тока, содержащий асинхронный электродвигатель с высокоскоростной и низкоскоростной обмотками статора, блок тиристорного регулятора напряжения, выполненный в виде встречнопараллельно включенных тиристоров, катод и анод которых соединены с соответствующими фазовыми выводами первой и второй групп выводов блока тиристорного регулятора напряжения, управляющие входы которого соединены с управляющими входами соответствующих тиристоров, блок управления, три коммутационных элемента задания скорости и режимов вращения, датчик частоты вращения, блок задания скорости и режимов вращения,коммутационные элементы фазовых входов электропривода, фазовые выводы первой группы выводов которых соединены с соответствующими фазовыми выводами второй группы выводов блока тиристорного регулятора напряжения, фазовые выводы первой группы выводов которого соединены с соответствующими фазовыми выводами высокоскоростной обмотки статора, а фазовые выводы второй группы выводов коммутационных элементов фазовых входов электропривода соединены с соответствующими фазовыми входами подключения электропитания электропривода, причем выходы блока управления соединены с соответствующими управляющими входами блока тиристорного регулятора напряжения, а соответствующие входы блока управления соединены с выходом соответственно датчика частоты вращения и блока задания скорости и режимов вращения, соответствующие входы которого соединены с первыми выводами соответственно первого и второго коммутационного Фиг. 1 элемента задания скорости и режимов вращения, второй вывод которых, а также и третьего коммутационного элемента задания скорости и режимов вращения соединен с источником постоянного напряжения, отличающийся 3764 1 тем, что содержит дополнительный тиристор, четвертый коммутационный элемент задания скорости и режимов вращения и датчики контроля состояния фазовых выводов, причем один из фазовых выводов высокоскоростной обмотки статора соединен с одним фазовым выводом низкоскоростной обмотки статора, второй фазовый вывод которой соединен с анодом дополнительного тиристора, катод которого соединен с соответствующим фазовым выводом второй группы выводов блока тиристорного регулятора напряжения, фазовые выводы первой и второй групп выводов которого соединены с соответствующими входами соответствующих датчиков контроля состояния фазовых выводов, выходы которых соединены с соответствующими входами блока управления, соответствующий выход которого соединен с управляющим входом дополнительного тиристора, а соответствующие входы блока управления соединены с первыми выводами соответственно первого, второго, третьего и четвертого коммуникационного элемента задания скорости и режимов вращения, второй вывод которого соединен с источником постоянного напряжения, при этом блок управления содержит усилители в количестве, равном количеству тиристоров, датчик перемещения, два преобразователя напряжение-код, микропроцессор, выходы которого соединены с входами усилителей, выходы которых соединены с выходами блока управления, а соответствующие входы микропроцессора соединены с выходом датчика перемещения, соответствующими входами блока управления и выходами обоих преобразователей напряжение-код, входы которых и вход датчика перемещений соединены с соответствующими входами блока управления.(56) 1.1440371 А 1, МПК Н 02 Р 3/24, 1977. 2.2455843 А 1, МПК Н 02 Р 5/40, 1977. Изобретение относится к области управляемого электропривода переменного тока и может быть использовано в приводах грузоподъемных механизмов и пассажирских лифтов. Известен электропривод подъемной установки, содержащий двигательные секции высокой и низкой скорости. Двигатель высокой скорости возбуждается через первичный регулятор напряжения, состоящий из четырех встречно-параллельно включенных транзисторов, а двигатель низкой скорости - от полууправляемого выпрямителя, когда требуется осуществить торможение 1. Однако известный электропривод обладает неудовлетворительным гармоническим составом токов, что приводит к ограничению частоты пусков и торможений. Существенным недостатком также является получение высокой и низкой скорости при помощи двух двигателей, что приводит к значительному увеличению габаритов привода. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению является электропривод переменного тока, содержащий асинхронный двигатель с высокоскоростной и низкоскоростной обмотками статора, тиристорный регулятор напряжения в цепи питания фаз высокоскоростной обмотки, выполненный в виде встречно-параллельно включенных тиристоров и диодов, управляемый выпрямитель, блок управления тиристорами тиристорного регулятора напряжения и управляемого выпрямителя, датчик частоты вращения, коммутационные элементы 2. Но известный электропривод, принятый за прототип, имеет высокие массогабаритные показатели. В электроприводах, где сравнительно высокая частота включения в час, нагрев двигателя, в основном, определяется пуско-тормозными режимами. Так как двигатель имеет две трехфазные обмотки, одна из которых работает только на пуск, а вторая - только на торможение, то при их расчете каждая из них должна рассчитываться из условия ее нагрева другой работающей обмоткой статора. Практически это сводится к тому, что каждая из трехфазных обмоток двигателя должна рассчитываться с учетом потерь при пуске и торможении, хотя работают эти обмотки одна только при пуске, вторая только при торможении соответственно. Рассчитанный таким образом двигатель имеет завышенные массогабаритные характеристики. Использование тиристорного регулятора напряжения, выполненного в виде встречно-параллельно включенных тиристоров и диодов, обеспечивает присутствие в цепи четных гармоник, что увеличивает потери в двигателе, а значит, опять же, сам двигатель будет иметь завышенные массогабаритные показатели. Все это и определяет высокие массогабаритные показатели электропривода, принятого за прототип. Задачей настоящего изобретения является снижение массогабаритных показателей электропривода. Решение указанной задачи достигается тем, что в электроприводе переменного тока, содержащем асинхронный электродвигатель с высокоскоростной и низкоскоростной обмотками статора, блок тиристорного регулятора напряжения, выполненный в виде встречно-параллельно включенных тиристоров, катод и анод которых соединены с соответствующими фазовыми выводами первой и второй групп выводов блока тиристорного регулятора напряжения, управляющие входы которого соединены с управляющими входами соответствующих тиристоров, блок управления, три коммутационных элемента задания скорости и режимов вращения, датчик частоты вращения,блок задания скорости и режимов вращения, коммутационные элементы фазовых входов электропривода, фазовые выходы первой группы выводов которых соединены с соответствующими фазовыми выводами второй группы выводов блока тиристорного регулятора напряжения, фазовые выводы первой группы выводы которого соединены с соответствующими фазовыми выводами высокоскоростной обмотки статора, а фазовые выводы второй группы выводов коммутационных элементов фазовых входов электропривода соединены с соответствующими фазовыми входами подключения электропитания электропривода, причем выходы блока управления соединены с соответст 2 3764 1 вующими управляющими входами блока тиристорного регулятора напряжения, а соответствующие входы блока управления соединены с выходом соответственно датчика частоты вращения и блока задания скорости и режимов вращения, соответствующие входы которого соединены с первыми выводами соответственно первого и второго коммутационного элемента задания скорости и режимов вращения, второй вывод которых, а также и третьего коммутационного элемента задания скорости и режимов вращениясоединены с источником постоянного напряжения, согласно изобретению, содержит дополнительный тиристор, четвертый коммутационный элемент задания скорости и режимов вращения и датчики контроля состояния фазовых выводов, причем один из фазовых выводов высокоскоростной обмотки статора соединен с одним фазовым выводом низкоскоростной обмотки статора, второй фазовый вывод которой соединен с анодом дополнительного тиристора, катод которого соединен с соответствующим фазовым выводом второй группы выводов блока тиристорного регулятора напряжения, фазовые выводы первой и второй групп выводов которого соединены с соответствующими входами соответствующих датчиков контроля состояния фазовых выводов, выходы которых соединены с соответствующими входами блока управления, соответствующий выход которого соединен с управляющим входом дополнительного тиристора, а соответствующие входы блока управления соединены с первыми выводами соответствующего первого, второго, третьего и четвертого коммутационного элемента задания скорости и режимов вращения, второй вывод которых соединен с источником постоянного напряжения, при этом блок управления содержит усилители в количестве, равном количеству тиристоров, датчик перемещения, два преобразователя напряжение-код, микропроцессор, выходы которого соединены с входами усилителей, выходы которых соединены с выходами блока управления, а соответствующие входы микропроцессора соединены с выходом датчика перемещения, соответствующими входами блока управления и выходами обоих преобразователей напряжение-код, входы которых и вход датчика перемещений соединены с соответствующими входами блока управления. Сущность изобретения поясняется чертежами на фиг. 1 приведена схема электропривода переменного тока на фиг. 2 - диаграммы, поясняющие его работу. Электропривод переменного тока содержит асинхронный двигатель с высокоскоростной обмоткой 1 и низкоскоростной обмоткой 2 статора блок тиристорного регулятора напряжения 3, выполненный в виде встречнопараллельно включенных тиристоров, катод и анод которых соединены с соответствующими фазовыми выводами первой и второй групп выводов блока тиристорного регулятора напряжения 3 и один из фазовых выводов высокоскоростной обмотки 1 статора соединен с одним фазовым выводом низкоскоростной обмотки 2 статора, а второй фазовый вывод которой соединен с анодом дополнительного тиристора 4, катод которого соединен с соответствующим фазовым выводом второй группы выводов блока тиристорного регулятора напряжения 3, управляющие входы которого соединены с управляющими входами соответствующих тиристоров блок управления 5, содержащий микропроцессор 6, датчик перемещения 7 и преобразователь напряжение-код 8, соединенные соответствующими выходами с соответствующими входами микропроцессора 6 и выходы которого соединены с входами усилителей 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 по количеству тиристоров еще один преобразователь напряжение-код 16, выходы которого также подключены к соответствующим входам микропроцессора 6, а входы обоих преобразователей напряжение-код 8, 16 датчика перемещения 7 и микропроцессора 6 соединены с группой выводов, образующих вход блока управления 5, а выходы усилителей 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 соединены с группой выводов,образующих выход блока управления 5 коммутационные элементы 17, 18 фазовых входов электропривода и фазовые выводы первой группы которых соединены с фазовыми выводами второй группы выводов блока тиристорного регулятора напряжения 3, а фазовые выводы второй группы выводов коммутационных элементов 17, 18 соединены с соответствующими фазовыми входами подключения электропитания электропривода первый и второй коммутационные элементы 19, 20 задания скорости и режимов вращения, первые выводы которых соединены с соответствующими входами блока задания скорости и режимов вращения 22, а вторые выводы первого и второго коммутационных элементов 19, 20 подключены к источнику постоянного напряжения третий коммутационный элемент 21, первый вывод которого соединен с соответствующим входом микропроцессора 6 блока управления 5,а второй вывод соединен с источником постоянного напряжения, а выход блока задания скорости и режимов вращения 22 соединен с соответствующим входом блока управления 5 датчик частоты вращения 23, выход которого тоже соединен с соответствующим входом блока управления 5 четвертый коммутационный элемент 24, первый вывод которого подключен к соответствующему входу блока управления 5, а второй вывод соединен с источником постоянного напряжения датчики 25, 26, 27 контроля состояния фазовых выводов и соответствующие входы которых соединены с фазовыми выводами первой и второй групп выводов блока тиристорного регулятора напряжения 3, а соответствующие выходы датчиков 25, 26, 27 контроля состояния фазовых выводов соединены с соответствующими входами блока управления 5. На фиг. 2 показаны графики 28 питающего напряжения сигналы 29, 30, 31, 32 управляющих напряжений на тиристоры блока тиристорного регулятора напряжения 3 и тиристор 4 в режиме динамического торможения. Электропривод переменного тока работает следующим образом (фиг. 1, фиг. 2). При включении коммутационных элементов 19, 21, 17 (соответственно команды разгон и вперед) с выхода блока задания 22 через преобразователь напряжение-код 16 на соответствующий вход микропроцессора 6 блока управления 5 поступает код напряжения задания и выбора направления движения для блока тиристорного регулятора напряжения 3, который и обеспечивает плавный разгон привода и поддерживает заданную скорость. Микропроцессор 6 блока управления 5 рассчитывает отклонение от заданной скорости по сигналу фактической скорости,получаемому от датчика 23 частоты вращения асинхронного двигателя, преобразуемому преобразователем 7 на 3 3764 1 пряжение-частота в частоту следования импульсов и поступающему на его соответствующий вход. В соответствии с этим отклонением микропроцессор 6 блока управления 5 определяет момент подачи импульсов управления(через усилители сигналов 9, 10, 11, 12, 13, 14) на управляющие электроды встречно-параллельно включенных тиристоров тиристорного регулятора напряжения 3. Закон регулирования частоты, реализуемый микропроцессором 6 блока управления 5, представляет, например, модифицированный ПИД-регулятор, -функция которого имеет вид(01-12-2) / (13-14-2),где К, 0, 1, 2, 3, 4 - постоянные коэффициенты. Кроме того, микропроцессор 6 блока управления 5 программно реализует логическое переключающее устройство (ЛПУ), которое определяет режим работы (двигательный, динамическое торможение). ЛПУ обеспечивает следующий алгоритм функционирования 12122 212,где 1, К 2 - логические переменные, значения 1 которых соответствует включению тиристоров для одного из вышеуказанных режимов работы (двигательный, динамическое торможение). 1, Х 2 - промежуточные логические переменные и равные 11 при 0 10 при 0 Х 21 при 3-00 Х 20 при 3-00,где 3 - напряжение заданной скорости 0 - напряжение, соответствующее асинхронной скорости- напряжение на выходе регулятора скорости. Разгон электропривода до заданной скорости при наличии ограничений на рывок и ускорение состоит из участков нарастания ускорения, участка движения с предельным ускорением и участка уменьшения ускорения. Участок движения с предельным ускорением может отсутствовать, если вступит в действие ограничение по скорости и уменьшение ускорения начинается раньше, чем система электропривода достигает предельного темпа разгона. Например, на первом участке ускорение и скорость на -том интервале дискретности системы электропривода рассчитывается по выражениям аа-1-1(аа-1)/2,где , -1 - ускорение в текущем и предыдущем интервалах дискретности- допустимое изменение ускорения на интервале дискретности (рывок), -1 - значения скорости в текущем и предыдущем интервалах дискретности. Значения ускорений и скоростей на границах первого участка а 00 аамакс 002,где- число тактов на первом участке движения амакс - максимально допустимое значение ускорения. Подобным образом рассчитываются ускорения и скорость движения на остальных участках разгона электропривода. Движение на установившейся скорости осуществляется до срабатывания коммутационного элемента 20,формирующего команду на торможение для блока задания 22 и для микропроцессора 6 блока управления 5. На участке торможения, темп которого задается блоком задания 22, продолжает действовать алгоритм управления, обеспечивающий ограничение рывка и ускорения на допустимом уровне. Ускорение торможения определяется для каждого шага интегрирования функцией ошибки позиционирования (информацию о пройденном пути обеспечивает датчик перемещения 8) и текущего значения скорости(2)(-)-1,где- ошибка позиционирования. Режим динамического торможения в этом случае формируется следующим образом. Прекращается формирование и подача импульсов управления микропроцессором 6 блока управления 5 на тиристоры блока тиристорного регулятора напряжения 3, подключенные катодами к фазам трехфазного источника питания, но сохраняются импульсы управления на тиристорах блока тиристорного регулятора напряжения 3, подключенных анодами (сигналы 29, 30, 31). Одновременно микропроцессор 6 блока управления 5 формирует через усилитель сигналов 15 управляющее напряжение на тиристор 4 (сигнал 32), обеспечивая таким образом, во-первых, контур протекания тока динамического торможения по двум фазам высокоскоростной обмотки 1 и двум фазам низкоскоростной обмотки 2 асинхронного двигателя, а во-вторых, - непрерывность протекания тока по фазам низкоскоростной обмотки 2 в периоды времени, когда закрыты два тиристора в двух фазах высокоскоростной обмотки 1, формирующих ток динамического торможения, но открывается третий (из анодной группы) тиристор тиристорного регулятора напряжения 3 (на котором сохраняется последовательность управляющих импульсов) в третьей фазе высокоскоростной обмотки 1 за счет э.д.с. вращения низкоскоростной обмотки 2, по контуру, образованному двумя фазами низкоскоростной обмотки 2, тиристором 4 и третьим (из анодной группы) тиристором тиристорного регулятора напряже 4 3764 1 ний 3, включенном в этом случае последовательно согласно с тиристором 4 и параллельно двум фазам низкоскоростной обмотки 2. Движение назад осуществляется аналогично, но при разомкнутых элементах 17, 20 и при замыкании коммутационных элементов 24, 18, 19. Датчики состояния 25, 26, 27 тиристоров блока тиристорного регулятора напряжения 3, построенные, например, на принципе контроля наличия напряжения на тиристорах, определяют также наличие трехфазного напряжения питания (сигналы 28) на обмотках двигателя и последовательность чередования фазных напряжений для осуществления движения заданного направления. Таким образом, применение изобретения позволяет реализовать, наряду с двигательным режимом работы асинхронного двигателя, режим динамического торможения с управляемой интенсивностью торможения для формирования процесса позиционирования, но с использованием двух обмоток и перераспределением потерь при торможении между высокоскоростной и низкоскоростной обмотками при сохранении непрерывного тока динамического торможения в низкоскоростной обмотке, что позволяет выбрать низкоскоростную обмотку меньшей мощности и тем самым снизить массогабаритные характеристики электропривода. Будут также улучшены энергетические характеристики привода за счет лучшего гармонического состава потребляемого тока при работе в двигательном режиме,уменьшено количество силовых элементов, что также снижает массогабаритные характеристики привода. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.