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.