СПОСОБ ФАЗОВОГО УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ С ТИРИСТОРНЫМ РЕГУЛЯТОРОМ НАПРЯЖЕНИЯ

СПОСОБ ФАЗОВОГО УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ С ТИРИСТОРНЫМ РЕГУЛЯТОРОМ НАПРЯЖЕНИЯ


RU (11) 2014721 (13) C1

(51) 5 H02P5/34 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 20.11.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 4887464/07 
(22) Дата подачи заявки: 1990.12.04 
(45) Опубликовано: 1994.06.15 
(71) Заявитель(и): Комсомольский-на-Амуре политехнический институт 
(72) Автор(ы): Климаш В.С. 
(73) Патентообладатель(и): Комсомольский-на-Амуре политехнический институт 

(54) СПОСОБ ФАЗОВОГО УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ С ТИРИСТОРНЫМ РЕГУЛЯТОРОМ НАПРЯЖЕНИЯ 

Использование: в электроприводах машин непрерывного действия: экскалаторов, канатных дорог, промышленных транспортеров и т.п. Сущность изобретения заключается в регулировании углов включения и выключения тиристоров полностью управляемых тиристорных ключей в функции ctg между током и напряжением статора АД, причем положительный сигнал обратной связи, пропорциональный ctg, воздействует на угол включения, а отрицательный - на угол выключения тиристоров таким образом, что обеспечивается стабилизация коэффициента мощности, асинхронного двигателя и его компенсация как в двигательном режиме, так и в режиме генераторного торможения. Наиболее целесообразной областью применения заявляемого способа является асинхронный электропривод машин грузопассажирского транспорта непрерывного действия, работающий на подъем и спуск груза в условиях периодически изменяющейся нагрузки. 3 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к автоматизированному электроприводу переменного тока с тиристорным регулятором напряжения, а именно к автоматическому регулированию напряжения асинхронных двигателей, работающих в условиях периодически изменяющейся нагрузки, и может быть использовано в электроприводе механизмов непрерывного грузопассажирского транспорта (эскалаторов метро, конвейеров, канатных дорог и т.п.) для экономии электроэнергии.

Известен ряд способов регулирования напряжения асинхронного двигателя, обеспечивающих рациональное энергопотребление. Все они сводятся к прямому или косвенному выявлению одного из пяти параметров асинхронного двигателя (скорости, скольжения, коэффициента мощности, КПД коэффициента статической перегружаемости) и построению системы стабилизации этого параметра для поддержания высоких значений коэффициентов мощности и полезного действия асинхронного двигателя при глубоком изменении нагрузки.

Однако, независимо от того, по какому параметру осуществляется регулирование напряжения двигателя, эффективность потребления электроэнергии в двигательном режиме и эффективность генерации энергии в тормозных режимах работы асинхронной машины определяется прежде всего способом фазового регулирования переменного напряжения.

Известен способ регулирования переменного напряжения, выполненного в виде двух встречно-параллельно соединенных тиристоров, включенных в каждую фазу обмотки статора асинхронного двигателя и устройства реализации способа регулирования угла включения тиристоров, например, в функции скорости двигателя или в функции коэффициента мощности двигателя.

Недостатком данного способа является то, что при управлении двигательными режимами работы асинхронной машины, регулирование напряжения осуществляется с отстающим фазовым сдвигом первой гармоники относительно напряжения сети, а в режиме генераторного торможения с опережающим сдвигом первой гармоники, что снижает коэффициент мощности сети как в двигательном, так и в генераторном режимах работы асинхронного электропривода.

За прототип выбран способ регулирования напряжения углом включения и углом выключения тиристоров полностью управляемых тиристорных ключей с двухсторонней проводимостью, при котором углы коммутации тиристоров связаны выражением = - .

При данном способе обеспечивается регулирование напряжения питания асинхронного двигателя без сдвига первой гармоники относительно напряжения сети в процессе стабилизации угла двигателя при положительном и отрицательном скольжении, используя, например, систему регулирования с косвенным измерением скольжения через ток и напряжение статора.

В результате этого тиристорный ключ не ухудшает cos сети. Однако, он не улучшает его, так как при таком способе регулирования не достигается компенсация реактивной мощности сети.

Цель изобретения - улучшение коэффициента мощности сети.

Сущность изобретения заключается в том, что связь между углами включения и выключения тиристоров регулятора, связанных между собой выражением = = - , устанавливают в режиме холостого хода двигателя, в котором значения углов , и = o, = o и o < фиксируют таким, что скорость двигателя сохраняется на уровне его номинального значения, а в двигательном режиме осуществляется изменением угла в диапазоне от "+" o до "-" , и в генераторном режиме торможения изменением угла в диапазоне от o до + o , при этом изменение угла производится в соответствии с рассогласованием сигналов, пропорциональных ctg и ctg н1, а изменение угла в соответствии с рассогласованием отрицательных сигналов, пропорциональных ctg и ctg н2, где , н1 и н2 соответственно текущее значение угла между током и напряжением обмотки статора и его значения при положительном и отрицательном номинальном скольжении двигателя.

На фиг. 1 изображена схема одного из возможных устройств, реализующих предлагаемый способ; на фиг. 2 и 3 - временные диаграммы двух вариантов способа при o < / 2 и o > / 2 радиан, которые иллюстрируют принцип действия способа при работе асинхронной машины соответственно в двигательном режиме (фиг. 2а и 3а), в режиме потребления реактивной мощности (фиг. 2б и 3б) и в генераторном режиме торможения (фиг. 2в и 3в).

Устройство состоит из трехфазного тиристорного коммутатора 1, выполненного на трех однофазных полностью управляемых тиристорных ключах с двухсторонней проводимостью, системы импульсно-фазового управления тиристорами, состоящей из первого и второго блоков 2 и 3, формирующих соответственно импульсы с углом включения и углом выключения тиристоров полностью управляемых тиристорных ключей, двух элементов 4 и 5 сравнения, первого и второго диодов 6 и 7, двух однофазных трансформаторов 8 и 9 тока, датчика 10 котангенса угла между током и напряжением асинхронного двигателя 11.

Для реализации первого варианта способа на схеме (фиг. 1) связи между элементами 4 и 5 сравнения и блоками 2 и 3 системы управления показаны сплошными линиями, а для второго варианта - пунктирными.

Принцип действия способа заключается в следующем.

В режиме потребления асинхронным двигателем 11 реактивной мощности (фиг. 2б и 3б) углы коммутации связаны выражением = - и соответственно равны = o и = o , при которых на двигатель 11 подается минимальное напряжение, близкое к нулю, с целью максимального снижения реактивной мощности. Этот режим возникает при переходе асинхронной машины из режима холостого хода в режим генераторного торможения, когда к валу двигателя 11 подводится механическая энергия Wо. Эта энергия поддерживает вращение машины со скоростью, близкой к скорости идеального холостого хода даже при минимальном напряжении, и создает возможность для снижения до минимума потребляемую из сети реактивную мощность.

Изменение механической энергии на валу двигателя 11 в сторону уменьшения (увеличения) от значения Wо переводит машину в двигательный фиг. 2а, фиг. 3а (генераторный фиг. 2в и 3в) режим, при котором сигнал с датчика 10 обратной связи, пропорциональный котангенсу угла между током и напряжением двигателя 11 от значения, равного нулю (=/2), возрастает и имеет положительный (отрицательный) знак, так как < /2 (> /2). Сигнал с датчика 10 обратной связи с положительным (отрицательным) знаком и пропорциональный ctg сравнивается на элементе 4 (элементе 5) сравнения с заданным значением ctg н1 (ctg н2), которые соответствуют отношению активной мощности к реактивной при номинальном положительном (отрицательном) скольжении машины, и результирующий сигнал, пропорциональный разности ctg -ctg н1 (ctg -ctg н2), в первом варианте способа подается на блок 2 (блок 3) системы управления углом включения (углом выключения ) тиристоров полностью управляемых тиристорных ключей трехфазного коммутатора 1.

Выявление положительного (отрицательного) сигнала обратной связи и его воздействие именно на угол включения (угол выключения ) тиристоров может производиться, например, при помощи диода 6 (диода 7), включенного в прямом (обратном) направлении, как показано на фиг. 1.

Во втором варианте предлагаемого способа в процессе регулирования напряжения (см. фиг. 3) углы коммутации и меняются ролями. На схеме (фиг. 1) это отражено пунктирными линиями.

При таком управлении осуществляется регулирование амплитуды тока двигателя с постоянной фазой н1 в двигательном (н2 в генераторном) режиме работы машины, формируя вектор тока статора по касательной к семейству круговых диаграмм, а также компенсация реактивной мощности сети за счет опережения (отставания) первой гармоники напряжения питания асинхронного двигателя относительно напряжения сети и соответственно уменьшения (увеличения) при этом угла 1 между током и напряжением сети в двигательном (генераторном) режиме, приближая его к 0 радианам (к радианам). В результате осуществляется стабилизация коэффициента мощности асинхронного двигателя и его компенсация при работе привода на подъем и на спуск груза.

Первый и второй варианты способа требуют наладки привода, а именно: настройки углов = o и = o (см. фиг. 2б и 3б), контролируя, например, по нулю сигнала, снимаемого с датчика 10 обратной связи, режим потребления реактивной мощности. Это можно производить в условиях эксплуатации привода при работе, например, эскалаторов на спуск пассажиров, а горных транспортеров-брэмзбергов на опускание породы или в условиях стендовых испытаний с дополнительным гонным двигателем, что усложняет наладку.

Для упрощения наладки системы управления приводом при обеспечении устройством высокого значения коэффициента мощности сети предлагается еще вариант способа, в котором следует устанавливать связь между углами коммутации при работе устройства на двигатель, отключенный от механизма, так как на холостом ходу привода механизмов непрерывного транспорта двигатель загружен на 20-40%.

При реализации способа в качестве сигнала обратной связи используется сигнал, пропорциональный ctg . Это не единственное решение. В качестве сигнала обратной связи может быть использован сигнал, пропорциональный скольжению, коэффициенту мощности и др., который при переходе машины из двигательного режима в режим генераторного торможения меняет свой знак на противоположный и не имеет прерывистого характера.

Применение в заявляемом способе обратной связи собственно по ctg предпочтительнее из-за упрощения реализации и повышения точности регулирования.

Применение изобретения наиболее целесообразно для асинхронных электроприводов транспортных машин непрерывного действия, работающих как на подъем, так и на спуск груза в условиях периодически меняющейся нагрузки. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



СПОСОБ ФАЗОВОГО УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ С ТИРИСТОРНЫМ РЕГУЛЯТОРОМ НАПРЯЖЕНИЯ, при котором осуществляют изменение угла включения и угла выключения тиристоров регулятора, связанных между собой выражением = - , отличающийся тем, что, с целью повышения коэффициента мощности сети, связь между углами и устанавливают в режиме холостого хода двигателя, в котором значения углов = 0 ; = 0 ; 0< 0 фиксируют такими, чтобы скорость двигателя сохранялась на уровне его номинального значения, а в двигательном режиме осуществлялась изменением угла в диапазоне от "+" 0 до "-" 0 и в генераторном режиме торможения изменением угла в диапазоне от 0 до +0 , при этом изменение угла производят в соответствии с рассогласованием сигналов, пропорциональных ctg и ctg n1 , а изменение угла - в соответствии с рассогласованием сигналов, пропорциональных ctg и ctgn2, где , n1 и n2 - соответственно текущее значение угла между током и напряжением обмотки статора и его значения при положительном и отрицательном номинальном скольжении двигателя.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Электроника и электротехника




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+автомобильная -сигнализация".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "датчик" будут найдены слова "датчик", "датчики" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("датчик!").


Металлоискатели и металлодетекторы | Электронные устройства охраны и сигнализации | Электронные устройства систем связи | Приемные и передающие антенны | Электротехнические и радиотехнические контрольно-измерительные приборы и способы электроизмерений | Электронные устройства пуска, управления и защиты электродвигателей постоянного и переменного тока | Электродвигатели постоянного и переменного тока | Магниты и электромагниты | Кабельно-проводниковые и сверхпроводниковые изделия


Рейтинг@Mail.ru