Патент на изобретение №2369002

(54) УСТРОЙСТВО ПЛАВНОГО ПУСКА АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для плавного пуска и регулирования скорости асинхронных тиристорных электроприводов общепромышленного применения, а именно для привода вентиляторов, компрессоров, насосов, шлифовальных машин, транспортеров, механизмов горизонтального перемещения подъемно-транспортных машин и др. Техническим результатом является повышение качества регулирования скорости асинхронного двигателя без датчиков момента и частоты вращения. Устройство плавного пуска содержит тиристорный преобразователь напряжения, блок управления, блок регулятора частоты вращения, блок задания частоты вращения, измеритель частоты вращения двигателя, выполненный на основе измерителя ЭДС статора с датчиками тока и напряжения двигателя, блок измерения электромагнитного момента и блок регулятора электромагнитного момента. 1 ил.

Известны тиристорные устройства плавного пуска асинхронного двигателя, в которых пуск двигателя осуществляется путем формирования определенной временной диаграммы напряжения на статоре двигателя. Известны также устройства плавного пуска, содержащие в своей структуре контур тока и реализующие пуск двигателя путем поддержания тока статора на заданном уровне. Основным назначением этих устройств является обеспечение безударного запуска и останова двигателя.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство плавного пуска, содержащее тиристорный преобразователь напряжения, включенный между статорной обмоткой двигателя и питающей сетью, датчики тока и напряжения, блок измерения электромагнитного момента, входы которого подключены к выходам датчиков тока и напряжения, и регулятор электромагнитного момента, вход обратной связи которого соединен с выходом блока измерения электромагнитного момента, а выход соединен с управляющим входом тиристорного преобразователя напряжения (патент US 5859514, кл. H02P 1/26, H02P 1/28, H02P 27/02, прототип).

Недостатком этого устройства является отсутствие возможностей регулирования скорости двигателя и обеспечения заданного темпа разгона привода при изменяющихся параметрах нагрузки.

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

Решение указанной задачи достигается тем, что устройство плавного пуска, содержащее тиристорный преобразователь напряжения, включенный между статорной обмоткой двигателя и питающей сетью, датчики тока и напряжения, блок измерения электромагнитного момента, входы которого подключены к выходам датчиков тока и напряжения, и регулятор электромагнитного момента, вход обратной связи которого соединен с выходом блока измерения электромагнитного момента, а выход соединен с управляющим входом тиристорного преобразователя напряжения, дополнительно снабжено блоком задания частоты вращения, функциональным блоком, датчиком ЭДС статора и регулятором частоты вращения, один вход которого соединен с выходом блока задания частоты вращения, а другой вход – с выходом функционального блока, причем выход регулятора частоты вращения соединен с управляющим входом регулятора электромагнитного момента.

Блок измерения электромагнитного момента выполнен с возможностью реализации зависимости

,

где m – электромагнитный момент двигателя;

T – период напряжения сети;

k_m – масштабный коэффициент;

u_s – мгновенное значение напряжения на статоре двигателя;

i_s – мгновенное значение тока двигателя;

R_s – величина активного сопротивления фазы обмотки статора.

Входы датчика ЭДС статора подключены к выходам датчиков тока и напряжения, а выход – к первому входу функционального блока, второй вход которого подключен к выходу датчика напряжения, причем функциональный блок реализует получаемую расчетным или экспериментальным путем зависимость:

,

где – вычисленное значение частоты вращения;

U_S – действующее значение напряжения фазы двигателя;

E_S – действующее значение ЭДС фазы двигателя;

m_k – значение максимального момента электродвигателя;

– полный коэффициент рассеяния двигателя;

X_S – полное индуктивное сопротивление фазы двигателя;

a_r – коэффициент затухания роторных цепей при разомкнутом статоре;

S_k – критическое скольжение двигателя.

На чертеже приведена структурная схема устройства плавного пуска асинхронного двигателя.

Устройство плавного пуска асинхронного двигателя 1 содержит 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 3 управления, вход которого соединен с выходом блока 4 регулятора электромагнитного момента. Вход обратной связи блока 4 регулятора электромагнитного момента соединен с выходом блока 9 измерителя электромагнитного момента, входы которого подключены к выходам датчиков тока 7 и напряжения 8 двигателя. Вход управления блока 4 регулятора электромагнитного момента подключен к выходу блока 5 регулятора частоты вращения. Вход управления блока 5 регулятора частоты вращения связан с выходом задатчика 6 частоты вращения, а вход обратной связи – с выходом функционального блока 11. Входы функционального блока 11 подключены к выходам датчиков напряжения 8 и ЭДС 10 статора двигателя. В блоке 9 измерителя электромагнитного момента реализована зависимость:

,

где m – электромагнитный момент двигателя;

Т – период напряжения сети;

k_m – масштабный коэффициент;

u_s – мгновенное значение напряжения на статоре двигателя;

i_s – мгновенное значение тока двигателя;

R_s – величина активного сопротивления фазы обмотки статора.

Входы датчика ЭДС статора 10 подключены к выходам датчиков тока и напряжения, а функциональный блок выполнен с возможностью реализации получаемой расчетным или экспериментальным путем зависимости:

,

где – вычисленное значение частоты вращения;

U_S – действующее значение напряжения фазы двигателя;

E_S – действующее значение ЭДС фазы двигателя;

m_k – значение максимального момента электродвигателя;

– полный коэффициент рассеяния двигателя;

X_S – полное индуктивное сопротивление фазы двигателя;

a_r – коэффициент затухания роторных цепей при разомкнутом статоре;

S_k – критическое скольжение двигателя.

Устройство 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 7, напряжения 8 и ЭДС 10 статора появляются сигналы, пропорциональные току, напряжению и ЭДС статора двигателя, на выходе блока 9 измерителя электромагнитного момента появляется сигнал, пропорциональный значению электромагнитного момента двигателя, а на выходе функционального блока 11 – сигнал, пропорциональный частоте вращения ротора асинхронного двигателя.

Регулятор 5 частоты вращения, в котором определяется отклонение частоты вращения от заданного в блоке 6 значения, вырабатывает сигнал управления, зависящий от типа регулятора скорости и величины момента сопротивления на валу двигателя.

Регулятор 4 электромагнитного момента вырабатывает сигнал управления, зависящий от отклонения электромагнитного момента двигателя от заданного блоком 5 значения.

Блок управления 3 при этом обеспечивает на выходе тиристорного преобразователя 2 напряжение, достаточное для преодоления двигателем 1 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 7, напряжения 8 и ЭДС 10 статора и блока 9 измерения электромагнитного момента будут соответствовать значениям тока, напряжения, ЭДС статора и электромагнитного момента двигателя при новой частоте вращения, а сигнал на выходе функционального блока 11 – значению этой частоты вращения, что вызовет соответствующее изменение сигнала на выходе блока 5 регулятора частоты вращения, приводящее, в свою очередь, к изменению сигнала на выходе блока 4 регулятора электромагнитного момента. Процесс регулирования будет продолжаться до тех пор, пока на выходе блока 4 регулятора электромагнитного момента 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 известное устройство плавного пуска асинхронного двигателя датчика ЭДС статора, функционального блока и регулятора частоты вращения, заключается в улучшении качества регулирования скорости асинхронного электродвигателя без датчика частоты вращения на валу по сравнению с известным устройством.

Формула изобретения

Устройство плавного пуска асинхронного двигателя, содержащее тиристорный преобразователь напряжения, включенный между статорной обмоткой двигателя и питающей сетью, датчики тока и напряжения, блок измерения электромагнитного момента, входы которого подключены к выходам датчиков тока и напряжения, и регулятор электромагнитного момента, вход обратной связи которого соединен с выходом блока измерения электромагнитного момента, а выход соединен с управляющим входом тиристорного преобразователя напряжения, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено блоком задания частоты вращения, функциональным блоком, датчиком ЭДС статора и регулятором частоты вращения, один вход которого соединен с выходом блока задания частоты вращения, а другой вход – с выходом функционального блока, причем выход регулятора частоты вращения соединен с управляющим входом регулятора электромагнитного момента, при этом блок измерения электромагнитного момента выполнен с возможностью реализации зависимости

где m – электромагнитный момент двигателя;
Т – период напряжения сети;
k_m – масштабный коэффициент;
u_s – мгновенное значение напряжения на статоре двигателя;
i_s – мгновенное значение тока двигателя;
R_s – величина активного сопротивления фазы обмотки статора, входы датчика ЭДС статора подключены к выходам датчиков тока и напряжения, первый вход функционального блока подключен к выходу датчика ЭДС, а второй вход – к выходу датчика напряжения, причем функциональный блок выполнен с возможностью реализации зависимости
,
где – вычисленное значение частоты вращения;
U_s – действующее значение напряжения фазы двигателя;
E_s – действующее значение ЭДС фазы двигателя;
m_k – значение максимального момента электродвигателя;
– полный коэффициент рассеяния двигателя;
X_S – полное индуктивное сопротивление фазы двигателя;
_r – коэффициент затухания роторных цепей при разомкнутом статоре;
S_k – критическое скольжение двигателя.

РИСУНКИ