Пристрій для регулювання частот обертів трифазного асинхронного електродвигуна

Винахід належить до галузі електротехніки і може бути застосований для частотного керування електроприводами з асинхронним електродвигуном загальнопромислового призначення. Відомі електроприводи, що містять трифазні тиристорні інвертори, керовані блоком керування, для формування необхідної швидкості асинхронного електродвигуна [1]. Недоліком цих електроприводів е велике енергоспоживання асинхронним електродвигуном через відсутність зворотних зв'язків по навантаженню на його валі. Найближчим по технічній суті є пристрій для регулювання частоти обертів трифазного асинхронного електродвигуна, що містить однофазний випрямний тиристорний міст, трифазний тиристорний інвертор, блок контролю наявності струму, блок аналізу напруги мережі, блок керування і асинхронний електродвигун [2]. Недоліком прототипу є його погані енергетичні показники внаслідок незабезпечення залежності споживання струму трифазним асинхронним електродвигуном від навантаження на його валу, за рахунок чого він має велике енергоспоживання при роботі на обладнанні. В прототипі відсутні технічні засоби і рішення, які забезпечили б при зменшенні навантаження на валу трифазного асинхронного електродвигуна відповідне зменшенню його енергоспоживання. В основу винаходу поставлена задача створення пристрою для регулювання частоти обертання трифазного асинхронного електродвигуна, в якому покращення енергетичних показників забезпечується завдяки споживанню трифазним асинхронним електродвигуном струму пропорційно навантаженню на його валу і за рахунок цього зменшується його енергоспоживання при роботі на обладнанні. Поставлена задача вирішується тим, що в пристрій для регулювання частоти обертання трифазного асинхронного електродвигуна, що містить однофазний випрямний тиристорний міст. входи змінного струму якого об'єднані з входами блока аналізу напруги мережі і з'єднані з затискачами для підключення до однофазної напруги мережі, а виходи постійного струму сполучені через блок контролю наявності струму з відповідними входами трифазного тиристорного інвертора, виходи якого призначені для підключення до фаз статорної обмотки електродвигуна, а управляючі входи випрямляча і інвертора підключені до відповідних виходів блока керування, один із входів якого підключений до одного з виходів блока аналізу напруги мережі живлення, згідно з винаходом, додатково введене коло. складене з послідовно з'єднаних блока визначення cos j , блока напруги, яка лінійно змінюється, інвертованого інтегрованого вузла, підсилювача, діод, анод і катод якого з'єднані відповідно з виходом і входом блока напруги, яка лінійно змінюється, опторезистор, виводи вхідного елемента якого включені з виходами підсилювача, а виводи вихідного елемента - з першие і другим входами додатково уведеного вузла затримки на відключення, вихід якого підключений до другого входу блока керування, причому перший інвертований вхід блока визначення cos j з'єднаний з другим виходом блока аналізу напруги мережі і третім входом блока керування, другий інвертований вхід вказаного блока підключений до виходу блока контролю наявності струму і другого входу вузла затримки. Суть винаходу пояснюється графічними матеріалами, де на фіг. 1 зображена структурна схема пристрою для регулювання частоти обертів електродвигуна, на фіг. 2 - схема інвертованого інтегрованого елемента, на фіг. 3 схема елемента затримки на відключення. Пристрій для регулювання частоти обертання трифазного асинхронного електродвигуна (фіг. 1) містить однофазний випрямний тиристорний міст 1 з тиристорами 1 1, 12, 13, 14, входи змінного струму якого об'єднані з входами блока 2 аналізу напруги мережі, і з'єднані з затискачами 3 1, 32 для підключення до однофазної напруги мережі, а виходи постійного струму сполучені через блок 4 контролю наявності струму з відповідними, входами трифазного тиристорного інвертора 5, виходи якого призначені для підключення до фаз статорної обмотки електродвигуна 6, а управляючі входи випрямляча 1 і інвертора 5 підключені до відповідних виходів блока 7 керування, один із входів якого підключений до одного з виходів блока 2 аналізу напруги мережі живлення, також коло. складене з послідовно з'єднаних блока 8 визначення cos j , блока 9 напруги, яка лінійно змінюється. Інвертованого інтегрованого вузла 10, підсилювача 11, діод 12, анод і катод якого з'єднані відповідно з виходом і входом блока 9 напруги, яка лінійно змінюється, опторезистор 13, виводи вхідного елемента якого включені з виходами підсилювача 11, а виводи вихідного елемента - з першим і другим входами додатково уведеного вузла 14 затримки на відключення, вихід якого підключений до другого входу блока 7 керування, причому перший інвертований вхід блока 8 визначення cos j з'єднаний з другим виходом блока 2 аналізу напруги мережі 1 третім входом блока 7 керування, другий інвертований вхід вказаного блока 8 підключений до виходу блока 4 контролю наявності струму і другого входу вузла 14 затримки, також комутаційні шини 15, 16, 17, 18, 19. Інвертований інтегрований вузол 10 (фіг. 2) містить комутаційні шини 15, 16, резистори 20, 21, транзистор 22, конденсатор 23. Вузол 14 затримки на відключення (фіг. 3) містить комутаційні шини 17, 18, 19, резистор 24, діод 25, конденсатор 26, пороговий елемент 27. Пристрій працює таким чином. Однофазна напруга мережі випрямляється по черзі тиристорами 11, 12, 13, 14 однофазного випрямного тиристорного моста 1. Двопівперіодна випрямлена напруга мережі надходить, до трифазного тиристорного інвертора 5, який формує трифазну систему напруги для асинхронного електродвигуна 6 з двопівперіодної випрямленої напруги. Контроль наявності струму в колі двопівперіодної випрямленої напруги забезпечує блок 4 контролю наявності струму. на ви ході якого при відсутності стр уму буде нульовий логічний рівень. Блок 2 аналізу напруги мережі на своєму першому виході формує одиничний логічний рівень, який засвідчує про додатню напругу мережі, а на другому виході - нульовий логічний рівень при переході синусоїдальної напруги мережі через нуль. Блок 7 керування формує керуючі сигнали для тиристорів Інвертора 5 в необхідних послідовностях згідно відповідних частот обертання електродвигуна 6, а також формує керуючі сигнали у1, у2 для включення тиристорів 11, 12, 13, 14, таким чином, подачі напруги на трифазний тиристорний інвертор 5. При цьому послідовність включення тиристорів трифазного тиристорного інвертора 5 формується блоком 7 керування при допомозі імпульсів переходу напруги мережі через нуль, які формуються блоком 2 аналізу напруги мережі. Також блок 7 керування на своєму першому ви ході формує функцію y1 = x 1 × x 2 , а на другому ви ході функцію y 2 = x 1 × x 2 . Блок 7 керування формує відомі функції [2] керування тиристорами трифазного тиристорного інвертора 5. При включенні пристрою, блок 7 керування включає комбінацію тиристорів трифазного тиристорного інвертора 5 і одні з тиристорів 11, 12 або 13, 14 згідно з логічним рівнем на його першому вході (x2) i необхідною частотою обертання асинхронного електродвигуна 6. На виході вузла 14 затримки на відключення був логічний нуль, тому що на виході блока 4 контролю наявності струм у був логічний нуль (стр ум був відсутній). Надалі, при переході напруги мережі через нуль на другому ви ході блока 2 аналізу напруги мережі буде логічний нуль, який надходить до блока 7 керування для формування настопної комбінації включення тиристорів трифазного тиристорного інвертора 5, а також до блока 8 визначення cos j , який в найпростішому вигляді може бути RS-тригером з інвертованими входами, сформованим, наприклад, з двох елементів "1-НІ". На виході блока 8 визначення cos j буде логічна одиниця, яка утримується до появи логічного нуля на його другому інвертованому вході, що надходить з виходу блока 4 контролю наявності струму. При цьому на виході блока 9 напруги, яка лінійно змінюється, буде плавно зростати напруга до тих пір, поки на виході блока 8 визначення cos j буде логічна одиниця. Чим більше значення cos j , тим менша тривалість логічної одиниці на виході блока 8 визначення cos j . При подальшому зростанні напруги, що надходить з виходу блока 9 напруги, яка лінійно змінюється, на вхід інвертованого інтегрованого вузла 10, на його виході напруга падає згідно з цією напругою. В інвертованому інтегрованому вузлі 10, див. фіг. 2, транзистор 22 працює в підсилювальному режимі, при цьому на його вихідному конденсаторі 23 буде напруга, обернено пропорційна напрузі на комунаційній шині 15. Таким чином, чим більше значення cos j , тим менша тривалість логічної одиниці на виході блока 8 визначення cos j , отже, на виході блока 9 напруги яка лінійно змінюється, напруга зросте до меншої величини, менше розрядиться конденсатор 23 через транзистор 22 ( на виході інвертованого інтегрованого вузла 10 буде більше середнє значення вихідної напруги, тобто вона буде пропорційна cos j , Підсилювач 11 в навантаження якого включений опрорезитор 13, підсилює цю напругу. При цьому опір вихідного резистора опторезистора 13 змінюється пропорційно цій напрузі. Транзистор підсилювача 11 працює впідсилювальному режимі І, таким чином, вхідний струм опторезйстора 13 пропорційний напрузі на вході підсилювача 11 І значенню cos j . При більшому значенні cos j опір опторезйстора 13 менший. При зникненні струму в колі трифазного тиристорного інвертора 5 з блока 4 контролю наявності струму надходить логічний нуль на другий вхід вузла 14 затримки на відключення. При цьому його конденсатор, 2 6 розряджається через опір резистора 24 і опір резистора опторезйстора 13. Чим більше значення cos j , тим менше значення опору кола розряду конденсатора 26 і, таким чином, менше часу утримується логічна одиниця на виході вузла 14 затримки на відключення. При появі логічного нуля на третьому вході (х1) блока 7 керування, він включає відповідні тиристори 11, 12 або 13, 14 і тиристори трифазного тиристорного інвертора 5. Після включення блоком 7 керування тиристорів, логічна одиниця з виходу блока 4 контролю наявності струму надходить на другий вхід вузла 14 затримки на відключення, І на третьому вході (х1) блока 7 керування буде логічна одиниця. Вихідні логічні рівні включення тиристорів з блока 7 керування знімаються. При цьому на виході блока 9 напруги, яка лінійно змінюється, є логічний нуль І конденсатор 26 вузла 14 затримки на відключення заряджений. Надалі з блока 2 аналізу напруги мережі надходить нульовий Імпульс на його другий вихід при переході напруги мережі через нуль, а потім на виході блока 4 контролю наявності струм у формується логічний нуль, і цикл повторюється для кожного півперіода однофазної напруги мережі. При збільшенні навантаження на валу трифазного асинхронного електродвигуна 6 величина його cos j збільшується, і зменшується час затримки напруги для його включення після зникнення струму в його колі, тобто на його статорні обмотки надходить більша напруга І. таким чином, збільшується момент на його валу. При зменшенні навантаження на валу асинхронного електродвигуна 6 напруга на його статорних обмотках аналогічно зменшується і зменшується момент на його валу.