Спосіб частотного керування асинхронним двигуном

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в частотно-регулируемом асинхронном электроприводе. Известен способ частотного управления асинхронным двигателем [1], при котором регулируют часто ту и величину напряжения питания двигателя путем импульсного модулирования постоянного напряжения питания инвертора, обеспечивая закон регулирования где U, f - напряжение и частота питания двигателя: К - постоянный коэффициент. Импульсное модулирование осуществляется путем обеспечения постоянства длительности импульсов в каждой полуволне напряжения питания двигателя с изменением частоты питания. Недостатком известного способа частотного управления является то, что по мере снижения частоты питания двигателя падает максимум момента двигателя и ухудшается жесткость его механической характеристики. Наиболее близким к предлагаемому является способ частотного управления [2], при котором регулируют частоту и величину напряжения питания двигателя путем широтно-импульсного модулирования постоянного напряжения питания инвертора, обеспечивая закон регулирования где f - частота напряжения питания двигателя; U, Uo - величины напряжений по первой гармонике; К - постоянный коэффициент. Недостатком известного способа частотного управления являются невысокие динамические характеристики на низкой частоте вращения. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа частотного управления асинхронным двигателем путем уменьшения напряжения питания двигателя в меньшей степени, чем снижение частоты, и за счет этого сохраняется перегрузочная способность двигателя на низких частотах вращения, тем самым обеспечивается повышение устойчивости работы двигателя. Поставленная задача решается тем, что в способе частотного управления асинхронным двигателем, при котором регулируют часто ту и величину напряжения питания двигателя путем широтно-импульсного модулирования постоянного напряжения питания инвертора, обеспечивая закон регулирования U=Uo+Kf, согласно изобретению, широтно-импульсное модулирование осуществляют п утем дополнительного регулирования длительности импульсов в каждой полуволне напряжения питания по следующему закону; где f - частота напряжения питания двигателя; U, Uo - величины напряжений по первой гармонике; t, t o - длительности импульсов. К, Ко - постоянные коэффициенты, при этом Uo и t o - постоянные величины. На фиг. 1 представлена схема одного из возможных устройств, реализующего предлагаемый способ частотного управления асинхронным двигателем; на фиг. 2 показана схема мостового инвертора с подключением к нему фазных обмоток управляемого двигателя; на фиг. 3 приведены временные диаграммы, иллюстрирующие работу устройства. Устройство содержит последовательно соединенные трехфазный асинхронный двигатель 1, трехфазный мостовой инвертор 2 и блок 3 управления силовыми элементами инвертора, который подключен входом к задатчику 4 скорости вращения. Блок 3 управления силовыми элементами инвертора содержит преобразователь 5 "напряжение-частота", одновибратор 6 с управляющим входом, подключенный запускающим входом к выходу преобразователя 5, формирователь 7 сигналов управления силовыми элементами анодной группы инвертора, подключенный входом к выходу одновибратора 6, и формирователь 8 сигналов управления силовыми элементами катодной группы инвертора, подключенный входом к выходу преобразователя 5. Входом блока 3 управления является вход преобразователя 5, объединенный с управляющим входом одновибратора 6, а выходом - вы ходы формирователей 7, 8 сигналов управления силовыми элементами инвертора, Трехфазный мостовой инвертор 2 представляет собой три однофазных инвертора, соединенных в трехфазную гр уппу. Управляющие входы 9-14 силовых элементов анодной группы инвертора связаны с соответствующими выходами формирователя 7, а управляющие входы 15-20 силовых элементов катодной группы инвертора-с выходами формирователя 8, Высокий уровень выходных сигналов формирователей 7, 8 соответствует замкнутому состоянию соответствующи х силовы х элементов инвертора 2. Устройство работает следующим образом. Задатчик 4 скорости формирует напряжение, пропорциональное требуемой частоте f напряжения питания двигателя 1. Выходное напряжение задатчика 4 скорости преобразуется с помощью блока 5 в импульсы, частота следования которых равна 6f. Одновибратор 6 преобразует входные импульсы в импульсы с переменной длительностью, равной (1) где t, Ко - постоянные величины. С помощью формирователей 7, 8 и трехфазного мостового инвертора 2 обмотки двигателя 1 запитываются трехфазным импульсным напряжением; Каждая полуволна фазных напряжений двигателя 1 состоит из трех импульсов, равных по амплитуде и по длительности, смещенных друг о тносительно друга по фазе на угол p / 3. При этом длительность импульсов определяется выражением (1). На фиг. 3 приведены временные диаграммы, поясняющие работу устройства, где U5, U6 - вы ходные сигналы преобразователя 5 и одновибратора 6, Ui, і = 9, 10,...20, - сигналы управления силовыми элементами инвертора 2. U A , U В, U С - фазные напряжения двигателя 1. В соответствии с гармоническим анализом амплитуда первой гармоники фазных напряжений двигателя 1 с достаточной степенью точности равна где Un - амплитуда импульсов напряжения, равная напряжению питания инвертора 2. Тогда с учетом (1) амплитуда первой гармоники представляется в виде где Из полученного результата следует, что при регулировании длительности импульсов В каждой полуволне напряжения питания двигателя согласно (1), напряжение питания двигателя уменьшается в меньшей степени, чем снижается частота. Когда напряжение питания двигателя изменяется пропорционально частоте, то на низких частота х из-за увеличения доли падения напряжения на активных сопротивлениях от Общего напряжения питания двигателя магнитная система двигателя оказывается недовозбужденной, и, как следствие, падение максимума момента двигателя и ухудшение жесткости его механической характеристики. Когда же напряжение питания задаётся согласно (2), то представляется возможным существенно улучшить характеристики двигателя на низких частота х за счет компенсации падения напряжения на активных сопротивлениях двигателя. В данном случае зависимость напряжения питания двигателя от частоты определяется коэффициентами Uо и К. Эти коэффициенты согласно (3) зависят от t o и Ко, которые задают длительность импульсов напряжения питания двигателя в зависимости от требуемой частоты питания. Постоянные коэффициенты Uo и Ко выбираются с учетом параметров двигателя согласно формулам: где UН, fН - номинальные значения амплитуды и частоты напряжения питания двигателя. Umin, fmin - минимальные значения амплитуды и частоты напряжения питания двигателя, соответствующие нижней границе диапазона регулирования частоты вращения. Напряжение Umin принимается максимально допустимым. Таким образом, дополнительное регулирование длительности импульсов в каждой полуволне напряжения питания двигателя по предлагаемому закону позволяет уменьшать напряжение питания двигателя в меньшей степени, чем снижается частота. Это дает возможность повысить устойчивость привода путем сохранения перегрузочной способности двигателя на низких частотах вращения.