ЭЛЕКТРОПРИВОД ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

ЭЛЕКТРОПРИВОД ПЕРЕМЕННОГО ТОКА


RU (11) 2251204 (13) C1

(51) 7 H02P5/28 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 20.11.2007 - прекратил действие, но может быть восстановлен 

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

Документ: В формате PDF 
(21) Заявка: 2003136222/09 
(22) Дата подачи заявки: 2003.12.15 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2003.12.15 
(45) Опубликовано: 2005.04.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: SU 1758821 А1, 30.08.1992. SU 1750015 А1, 23.07.1992. SU 849402, 30.07.1981. SU 1073870 А, 15.02.1984. GB 2187052, 26.08.1987. 
(72) Автор(ы): Зюзев А.М. (RU); Нестеров К.Е. (RU) 
(73) Патентообладатель(и): Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный технический университет-УПИ" (RU) 
Адрес для переписки: 620002, г.Екатеринбург, К-2, ул. Мира, 19, ГОУ ВПО "УГТУ-УПИ", центр интеллектуальной собственности 

(54) ЭЛЕКТРОПРИВОД ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для плавного пуска и регулирования скорости асинхронных тиристорных электроприводов общепромышленного применения, а именно, в приводах вентиляторов, компрессоров, насосов, шлифовальных машин, транспортеров, механизмов горизонтального перемещения подъемно-транспортных машин и др. Технический результат заключается в повышении точности регулирования скорости двигателя в асинхронных электроприводах с тиристорным управлением без датчика частоты вращения на валу. Устройство включает в себя асинхронный двигатель, тиристорный преобразователь напряжения, блок управления, блок регулятора частоты вращения, блок задания частоты вращения, измеритель ЭДС статора, датчики тока и напряжения двигателя и функциональный блок. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.






ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Известны регулируемые по скорости асинхронные электроприводы с тиристорным управлением, в которых для получения сигнала обратной связи применяют различного типа датчики частоты вращения, присоединяемые к валу двигателя. Однако, использование таких датчиков в большинстве случаев является нежелательным из-за сложности их механического соединения с валом асинхронного электродвигателя.

Известны также регулируемые асинхронные электроприводы с вычислением скольжения двигателя по сигналам от датчиков тока и напряжения, включенных в цепи питания двигателя. Назначением этих устройств чаще всего является только индикация частоты вращения двигателя без обеспечения ее регулирования.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является электропривод переменного тока, содержащий тиристорный преобразователь напряжения, включенный в статорные цепи асинхронного двигателя, блок управления, выходом подключенный к управляющему входу тиристорного преобразователя напряжения, а входом - к выходу блока регулятора частоты вращения, один вход которого подключен к выходу блока задания частоты вращения, а другой вход - к выходу измерителя частоты вращения, построенному на основе датчиков тока и напряжения двигателя и функционального преобразователя, реализующего зависимость расчетного значения частоты вращения от измеренного полного сопротивления двигателя (СССР, а.с. №1758821, кл. Н 02 Р 5/28, прототип).

Недостатком этого устройства является относительно невысокая точность регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя, обусловленная слабо выраженной зависимостью полного сопротивления двигателя от частоты вращения, особенно в зоне малых скоростей.

Задачей изобретения является повышение точности регулирования скорости двигателя в асинхронных электроприводах с тиристорным управлением без датчика частоты вращения на валу.

Решение указанной задачи достигается тем, что электропривод переменного тока, содержащий асинхронный двигатель, тиристорный преобразователь напряжения, включенный между статорной обмоткой двигателя и питающей сетью, датчики тока и напряжения двигателя, блок управления, выход которого соединен с управляющим входом тиристорного преобразователя напряжения, а вход - с выходом блока регулятора частоты вращения, один вход которого соединен с выходом блока задания частоты вращения, а другой вход - с выходом функционального блока, дополнительно снабжен измерителем ЭДС статора, один вход которого подключен к выходу датчика тока, а второй - к выходу датчика напряжения, причем выходы измерителя ЭДС и датчика напряжения подключены к входам функционального блока, реализующего зависимость расчетного значения частоты вращения от напряжения и ЭДС статора двигателя: 

=(U S,ES),

где - вычисленное значение частоты вращения;

US - действующее значение напряжения фазы двигателя;

E S - действующее значение ЭДС фазы двигателя.

Измеритель ЭДС статора выполнен на основе нуль-органа, коммутатора и блока вычисления ЭДС, у которых вход нуль-органа подключен к выходу датчика тока, сигнальный вход коммутатора - к выходу датчика напряжения, управляющий вход коммутатора - к выходу нуль-органа, а выход коммутатора - к входу блока вычисления ЭДС, выход которого является выходом измерителя ЭДС, причем в блоке вычисления ЭДС реализована зависимость:



где Т - длительность бестоковой паузы;

uS1 - значение напряжения на фазе двигателя, полученное в начале бестоковой паузы;

uSK - значение напряжения на фазе двигателя, полученное в конце бестоковой паузы.

Зависимость =(U S, ES), реализуемая функциональным блоком, представлена выражением:



где mk - значение максимального момента электродвигателя; 

Us - действующее значение напряжения на фазе двигателя;

- полный коэффициент рассеяния двигателя;

Xs - полное индуктивное сопротивление фазы двигателя;

a r - коэффициент затухания роторных цепей при разомкнутом статоре;

Sk - критическое скольжение двигателя; 

Es - действующее значение ЭДС фазы двигателя. 

На чертеже приведена структурная схема электропривода переменного тока.

Электропривод переменного тока содержит асинхронный двигатель 1, тиристорный преобразователь напряжения 2, снабженный выводами для подключения к сети, а выходом присоединенный к статорным обмоткам асинхронного двигателя.

Управляющий вход тиристорного преобразователя подключен к выходу блока управления 3, вход которого соединен с выходом блока регулятора частоты вращения 4. Один вход блока 4 регулятора частоты вращения связан с выходом задатчика 5 частоты вращения, а другой - с выходом функционального блока 11 измерителя частоты вращения. Измеритель частоты вращения кроме блока 11 включает в себя узел измерения ЭДС, построенный на основе датчиков тока 6 и напряжения 7 двигателя, нуль-органа 8, управляемого коммутатора 9 и блока вычисления ЭДС 10. Сигнальный вход коммутатора 9 подключен к выходу датчика напряжения 7, а управляющий вход коммутатора - к выходу нуль-органа 8, вход которого соединен с выходом датчика тока 6, при этом выход коммутатора 9 подключен к входу блока вычисления ЭДС 10. Функциональный блок 11 измерителя частоты вращения одним своим входом подключен к выходу датчика напряжения 7, а другим - к выходу блока вычисления ЭДС 10. Выход функционального блока 11 является выходом измерителя частоты вращения. Причем в самом функциональном блоке реализована зависимость:



где mk - значение максимального момента электродвигателя; 

Us - действующее значение напряжения на фазе двигателя;

- полный коэффициент рассеяния двигателя;

Xs - полное индуктивное сопротивление фазы двигателя;

a r - коэффициент затухания роторных цепей при разомкнутом статоре;

Sk - критическое скольжение двигателя; 

Es - действующее значение ЭДС фазы двигателя. 

Действующее значение ЭДС фазы двигателя Es определяется следующим образом. Во время бестоковой паузы, наличие и длительность которой контролируется нуль-органом 8, датчиком напряжения 7 производят замеры напряжения на фазе двигателя. На основе этих данных в блоке 10 вычисляется действующее значение ЭДС по формуле:



где Т - длительность бестоковой паузы;

uS1 - значение напряжения на фазе двигателя, полученное при первом замере;

uSK - значение напряжения на фазе двигателя, полученное при последнем замере.

Электропривод работает следующим образом.

В исходном состоянии, когда сигнал задания частоты вращения остается неизменным, частота вращения двигателя соответствует заданной, а момент, развиваемый двигателем, равен моменту нагрузки, на выходах датчиков тока и напряжения статора 6 и 7 появляются сигналы, пропорциональные току и напряжению статора двигателя, на выходе коммутатора 9 появится импульсный сигнал, пропорциональный мгновенному значению ЭДС на статорной обмотке двигателя во время бестоковой паузы и равный нулю в остальное время, на выходе блока 10 вычисления ЭДС появляется сигнал, пропорциональный действующему значению ЭДС двигателя, а на выходе функционального блока 11 измерителя частоты вращения - сигнал, пропорциональный частоте вращения асинхронного двигателя.

Регулятор частоты вращения 4, в котором определяется отклонение частоты вращения от заданного в блоке 5 значения, вырабатывает сигнал управления, зависящий от типа регулятора скорости и величины момента сопротивления на валу двигателя.

Блок управления 3 при этом обеспечивает на выходе тиристорного преобразователя 2 напряжение, достаточное для преодоления двигателем нагрузки при заданной частоте вращения. 

Изменение задания на частоту вращения приведет к изменению сигнала управления, в зависимости от которого блок управления 3 будет изменять углы открытия тиристоров, уменьшая или увеличивая напряжение на выходе преобразователя 2, в результате будет возрастать или уменьшаться ток, момент и частота вращения двигателя. Сигналы на выходах датчиков тока и напряжения 6, 7 и блока вычисления ЭДС 10 будут соответствовать значениям тока, напряжения и ЭДС двигателя при новой частоте вращения, а сигнал на выходе блока 11 измерителя частоты вращения - величине этой частоты вращения, что вызовет соответствующее изменение сигнала на выходе блока 4 регулятора частоты вращения. Процесс регулирования будет продолжаться до тех пор, пока на выходе блока 4 регулятора частоты вращения не установится сигнал, обеспечивающий на выходе тиристорного преобразователя напряжение, достаточное для преодоления двигателем нагрузки при заданной частоте вращения.

При изменении момента нагрузки и колебаниях напряжения сети поддержание заданной частоты вращения осуществляется аналогичным образом.

Технический результат, достигаемый от введения в электропривод переменного тока на основе асинхронного трехфазного электродвигателя с тиристорным управлением измерителя частоты вращения, выполненного на основе датчиков тока и напряжения с блоком измерения ЭДС статора, благодаря однозначной связи между напряжением, ЭДС и частотой вращения позволяет повысить точность регулирования скорости асинхронного электродвигателя по сравнению с известным устройством.




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


1. Электропривод переменного тока, содержащий асинхронный двигатель, тиристорный преобразователь напряжения, включенный между статорной обмоткой двигателя и питающей сетью, датчики тока и напряжения двигателя, блок управления, выход которого соединен с управляющим входом тиристорного преобразователя напряжения, а вход - с выходом блока регулятора частоты вращения, один вход которого соединен с выходом блока задания частоты вращения, а другой вход - с выходом функционального блока, отличающийся тем, что устройство дополнительно снабжено измерителем э.д.с. статора, один вход которого подключен к выходу датчика тока, а второй - к выходу датчика напряжения, причем выходы измерителя э.д.с. и датчика напряжения подключены к входам функционального блока, реализующего зависимость расчетного значения частоты вращения от напряжения и э.д.с. статора двигателя:

=f(U S, ЕS),

где - вычисленное значение частоты вращения;

US - действующее значение напряжения фазы двигателя;

Е S - действующее значение э.д.с. фазы двигателя;

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что измеритель э.д.с. выполнен на основе нуль-органа, коммутатора и блока вычисления э.д.с., у которых вход нуль-органа подключен к выходу датчика тока, сигнальный вход коммутатора - к выходу датчика напряжения, управляющий вход коммутатора - к выходу нуль-органа, а выход коммутатора - ко входу блока вычисления э.д.с., выход которого является выходом измерителя э.д.с., причем в блоке вычисления э.д.с. реализована зависимость:



где Т - длительность бестоковой паузы;

uS1 - значение напряжения на фазе двигателя, полученное в начале бестоковой паузы;

uSK - значение напряжения на фазе двигателя, полученное в конце бестоковой паузы.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что зависимость =f(U S,ЕS), реализуемая функциональным блоком, представлена выражением:



где mk - значение максимального момента электродвигателя; 

Us - действующее значение напряжения на фазе двигателя;

- полный коэффициент рассеяния двигателя;

Хs - полное индуктивное сопротивление фазы двигателя;

r - коэффициент затухания роторных цепей при разомкнутом статоре;

Sk - критическое скольжение двигателя; 

Еs - действующее значение э.д.с. фазы 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