RU225396U1 - Rotary starting device - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к области автоматизированного электропривода и преобразовательной техники. Технической задачей заявляемой полезной модели является создание упрощенной схемы плавной регулировки скорости и момента асинхронного двигателя, с минимизацией силовых средств управления процессом разгона или регулирования скорости. Технический результат достигается тем, что в составе устройства имеется полностью управляемый электронный ключ (например, транзистор), работающий в режиме широтно-импульсного регулятора и обеспечивающего плавное изменение эквивалентного роторного сопротивления.

The utility model relates to the field of electrical engineering, namely to the field of automated electric drives and converter technology. The technical objective of the claimed utility model is to create a simplified scheme for smoothly adjusting the speed and torque of an asynchronous motor, minimizing power controls for the acceleration or speed control process. The technical result is achieved by the fact that the device contains a fully controllable electronic switch (for example, a transistor), operating in the mode of a pulse-width regulator and providing a smooth change in the equivalent rotor resistance.

Description

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к области автоматизированного электропривода и преобразовательной техники.The utility model relates to the field of electrical engineering, namely to the field of automated electric drives and converter technology.

Известен способ управления асинхронным двигателем с фазным ротором, в котором в цепи ротора последовательно включены инвертор, нерегулируемый и регулируемый выпрямители. Измеренный ток на входе инвертора сравнивают с заданным значением и по результатам сравнения регулируют напряжение на выходе регулируемого выпрямителя для уменьшения рассогласования между измеренным и заданным значениями тока на входе инвертора. Скорость регулируют изменением частоты напряжения на входе инвертора (RU 2099850, 18.04.1996, Н02Р 7/63 (1995.01), Н02Р 7/46 (1995.01)).There is a known method for controlling an asynchronous motor with a wound rotor, in which an inverter, unregulated and adjustable rectifiers are connected in series in the rotor circuit. The measured current at the inverter input is compared with the specified value and, based on the comparison results, the voltage at the output of the adjustable rectifier is adjusted to reduce the discrepancy between the measured and specified current values at the inverter input. The speed is adjusted by changing the voltage frequency at the inverter input (RU 2099850, 04/18/1996, N02R 7/63 (1995.01), N02R 7/46 (1995.01)).

Известен способ регулирования скорости асинхронного двигателя центробежного гидравлического насоса и трехфазный преобразователь напряжения для его реализации, в котором формируют выпрямленное и отфильтрованное напряжение и с помощью инвертора преобразуют его в трехфазное для накачки двигателя. Частоту и последовательность переключений ключей инвертора задают с помощью стартовых импульсов блока управления, а также осуществляют периодическое шунтирование инвертора с помощью шунтирующего ключа. Широтно-импульсную модуляцию накачки двигателя осуществляют с помощью ключа накачки, включенного в цепь питания инвертора и коммутирующего по сигналам блока управления цепь питания инвертора синхронно с ключами инвертора, а шунтирование последнего осуществляют в паузах между включениями ключа накачки (RU 2116517, 20.09.1996, F04D 15/00 (1995.01), Н02Р 7/46 (1995.01)).There is a known method for regulating the speed of an asynchronous motor of a centrifugal hydraulic pump and a three-phase voltage converter for its implementation, in which a rectified and filtered voltage is formed and, using an inverter, converted into three-phase for pumping the engine. The frequency and sequence of switching of the inverter keys are set using the start pulses of the control unit, and the inverter is also periodically shunted using a shunt key. Pulse-width modulation of the engine pumping is carried out using a pumping switch connected to the inverter power circuit and switching the inverter power supply circuit according to the control unit signals synchronously with the inverter keys, and the latter is bypassed in pauses between turning on the pumping key (RU 2116517, 09.20.1996, F04D 15/00 (1995.01), N02R 7/46 (1995.01)).

Известно устройство и способ управления асинхронным электродвигателем, содержащее инвертор, преобразующий напряжение постоянного тока в переменный с регулируемой частотой и регулируемым напряжением в режиме широтно-импульсной модуляции, и схему регулирования выходного напряжения инвертора путем изменения глубины модуляции по командам на изменение выходного напряжения, осуществляемое по командам на изменение составляющих намагничивающей и моментообразующей тока статора асинхронного двигателя, на который подается напряжение от инвертора. Устройство управления содержит схему для измерения моментообразующей составляющей тока статора асинхронного двигателя, схему, которая корректирует команду на изменение намагничивающей составляющей тока статора в соответствии с различием между величинами измеренной компоненты намагничивающей составляющей тока статора и команды, схему, которая корректирует выходную частоту инвертора в соответствии с откорректированной командой на изменение намагничивающей составляющей тока статора и схему, которая ограничивает снизу глубину модуляции требуемой величиной или другими условиями (RU 2193814, 19.03.1997, Н02Р 21/00 (2000.01)).A device and method for controlling an asynchronous electric motor is known, containing an inverter that converts DC voltage into alternating current with adjustable frequency and adjustable voltage in pulse-width modulation mode, and a circuit for regulating the output voltage of the inverter by changing the modulation depth by commands to change the output voltage, carried out by commands to change the components of the magnetizing and torque-forming current of the stator of an asynchronous motor, to which voltage is supplied from the inverter. The control device contains a circuit for measuring the torque-generating component of the stator current of an asynchronous motor, a circuit that adjusts the command to change the magnetizing component of the stator current in accordance with the difference between the values of the measured component of the magnetizing component of the stator current and the command, a circuit that adjusts the output frequency of the inverter in accordance with the adjusted a command to change the magnetizing component of the stator current and a circuit that limits the depth of modulation from below by the required value or other conditions (RU 2193814, 03/19/1997, N02R 21/00 (2000.01)).

Общим недостатком данных устройств является применение сложных схем управления для решения простых задач разгона двигателя и ограниченного регулирования скорости, избыточных для ряда задач управления технологическими процессами с использованием электропривода.A common disadvantage of these devices is the use of complex control circuits to solve simple problems of engine acceleration and limited speed control, which are redundant for a number of tasks of controlling technological processes using an electric drive.

Технической задачей заявляемой полезной модели является создание упрощенной схемы плавной регулировки скорости и момента асинхронного двигателя, с минимизацией силовых средств управления процессом разгона или регулирования скорости.The technical objective of the claimed utility model is to create a simplified scheme for smoothly adjusting the speed and torque of an asynchronous motor, minimizing power controls for the acceleration or speed control process.

Технический результат достигается тем, что в составе устройства имеется полностью управляемый электронный ключ (например, транзистор), работающий в режиме широтно-импульсного регулятора и обеспечивающего плавное изменение эквивалентного роторного сопротивления.The technical result is achieved by the fact that the device contains a fully controllable electronic switch (for example, a transistor), operating in the mode of a pulse-width regulator and providing a smooth change in the equivalent rotor resistance.

На фиг. 1 представлена схема заявляемого устройства, где приняты следующие обозначения:In fig. Figure 1 shows a diagram of the proposed device, where the following designations are adopted:

М - асинхронный двигатель с фазным ротором;M - asynchronous motor with a wound rotor;

QF1 - высоковольтный выключатель;QF1 - high voltage switch;

VD1÷VD6 - трехфазный мост;VD1÷VD6 - three-phase bridge;

R1 - нагрузочный резистор ротора М;R1 - load resistor of rotor M;

R2 - разрядный резистор ротора М;R2 - rotor discharge resistor M;

VT1 - транзисторный ключ;VT1 - transistor switch;

КМ1 - контактор;KM1 - contactor;

Контроллер СУ - контроллер системы управления;CS controller - control system controller;

ВОЛС - двунаправленная волоконно-оптическая линия связи;FOCL - bidirectional fiber-optic communication line;

Rx - управляющий сигнал;Rx - control signal;

Tx - статусный сигнал.Tx - status signal.

Устройство пусковое роторное работает следующим образом.The rotary starting device works as follows.

Эквивалентным сопротивлением ротора асинхронного двигателя является выпрямительный мост, на выходе которого установлено силовое устройство, реализованное в резистивном делителе напряжения и ключе на основе полностью управляемого биполярного транзистора с изолированным затвором. Транзистором, через гальванически развязанные устройства, управляет контроллер, реализуя заданный или адаптивный алгоритм широтно-импульсной регуляции. Благодаря изменению коэффициента заполнения ШИР реализуется плавный пуск и, при необходимости, умеренное регулирование оборотов двигателя.The equivalent rotor resistance of an asynchronous motor is a rectifier bridge, at the output of which a power device is installed, implemented in a resistive voltage divider and a switch based on a fully controlled bipolar transistor with an insulated gate. The transistor, through galvanically isolated devices, is controlled by a controller, implementing a given or adaptive pulse-width regulation algorithm. By changing the WID fill factor, a soft start and, if necessary, moderate control of engine speed are realized.

Включение электропривода производится с замыкания высоковольтного выключателя QF1. Контакты высоковольтного выключателя QF1 дают команду Контроллеру СУ на старт коммутаций транзисторного ключа VT1. Роторное напряжение, с частотой и амплитудой, пропорциональными частоте вращения М, выпрямляется диодным трехфазным мостом VD1÷VD6. Выпрямленное напряжение прикладывается к мощному резистивному делителю R1, R2. Величина R1 определяет скольжение двигателя М под нагрузкой при полностью открытом транзисторном ключе VT1 и, одновременно, задает возможный максимальный пиковый ток этого транзисторного ключа VT1 в начале разгона двигателя М (когда напряжение на выходе трехфазного моста VD1÷VD6 и на R2 максимально). Сумма значений резисторов (R1+R2) определяет стартовый момент на валу двигателя М при включении высоковольтного выключателя QF1 в цепи статора, и является расчетной величиной для каждого конкретного двигателя и условий его пуска.The electric drive is turned on by closing the high-voltage switch QF1. The contacts of the high-voltage switch QF1 give a command to the SU Controller to start switching the transistor switch VT1. The rotor voltage, with a frequency and amplitude proportional to the rotational speed M, is rectified by a three-phase diode bridge VD1÷VD6. The rectified voltage is applied to a powerful resistive divider R1, R2. The value of R1 determines the sliding of the motor M under load with the transistor switch VT1 fully open and, at the same time, sets the possible maximum peak current of this transistor switch VT1 at the beginning of the acceleration of the motor M (when the voltage at the output of the three-phase bridge VD1÷VD6 and on R2 is maximum). The sum of the resistor values (R1+R2) determines the starting torque on the motor shaft M when the high-voltage switch QF1 is turned on in the stator circuit, and is a calculated value for each specific motor and its starting conditions.

При работе силового транзисторного ключа VT1 в режиме широтно-импульсного регулятора (ШИР) с заданным темпом (определяемым изменением коэффициента заполнения в функции времени) среднеквадратичный ток в цепи ротора определяет темп разгона. Усредненное эквивалентное значение сопротивления, являющегося нагрузкой обмотки ротора М, пропорционально коэффициенту заполнения ШИР. М при таком способе регулирования работает на искусственной механической характеристике, определяемой частотой питания цепи статора и величиной эквивалентного сопротивления цепи ротора.When the power transistor switch VT1 operates in the pulse-width controller (PWID) mode with a given rate (determined by changing the duty cycle as a function of time), the rms current in the rotor circuit determines the acceleration rate. The average equivalent value of the resistance, which is the load of the rotor winding M, is proportional to the fill factor WIR. With this method of regulation, M operates on an artificial mechanical characteristic determined by the supply frequency of the stator circuit and the value of the equivalent resistance of the rotor circuit.

По мере разгона коэффициент заполнения ШИР приближается к единице, среднеквадратичный ток через транзистор становится максимальным. В случае отсутствия необходимости регулирования скорости М, после полного и постоянного открытия транзисторного ключа VT1, замыкается контактор КМ1, шунтирующий цепь ротора. М выходит на естественную механическую характеристику.As acceleration occurs, the WID duty cycle approaches unity, and the rms current through the transistor becomes maximum. If there is no need to regulate the speed M, after the complete and constant opening of the transistor switch VT1, the contactor KM1 closes, shunting the rotor circuit. M reaches a natural mechanical characteristic.

Дополнительной мерой безопасности является двунаправленная оптическая связь ВОЛС, обеспечивающая как управление транзисторным ключом VT1 путем ШИР, так и получение Контроллером СУ обратной связи по состоянию драйвера и транзисторного ключа VT1.An additional security measure is the bidirectional optical communication of the fiber-optic line, which provides both control of the transistor switch VT1 by WID, and the CS Controller receives feedback on the state of the driver and transistor switch VT1.

Контроллер СУ формирует заранее заданный темп разгона или настраиваемый закон регулирования скорости в функции времени. Контроллер СУ проверяет исправность схемы путем получения напряжения питания, проверки сигналов Rx, Тх, данных о наличии вентиляции и т.д. Старт ШИР определяется контроллером СУ по факту наличия задания на разгон М, напряжения на выходе трехфазного моста VD1÷VD6 и протеканию тока в цепи R1, R2.The control system controller generates a predetermined acceleration rate or a customizable speed control law as a function of time. The SU controller checks the serviceability of the circuit by receiving the supply voltage, checking the Rx, Tx signals, data on the presence of ventilation, etc. The start of the WID is determined by the SU controller based on the presence of an acceleration task M, the voltage at the output of the three-phase bridge VD1÷VD6 and the flow of current in the circuit R1, R2.

Контроллер СУ обеспечивает также, в случае необходимости, защиту цепи транзисторного ключа VT1 и R1, R2 по току и напряжению, формируя сборный сигнал аварии для внешних устройств. Код ошибки, отображаемый на экране контроллера, позволит идентифицировать причину отказа.The SU controller also provides, if necessary, protection of the circuit of the transistor switch VT1 and R1, R2 by current and voltage, generating a collective alarm signal for external devices. The error code displayed on the controller screen will help identify the cause of the failure.

Claims (1)

Устройство управления асинхронным двигателем с фазным ротором, содержащее выпрямительный мост, вход которого подключен к фазным выводам ротора асинхронного двигателя, отличающееся тем, что к выходу выпрямительного моста подключен резистивный делитель напряжения из соединенных последовательно разрядного резистора и нагрузочного резистора, параллельно разрядному резистору подключен электронный ключ, управляемый контроллером, реализующим алгоритм широтно-импульсной модуляции.A control device for an asynchronous motor with a wound rotor, containing a rectifier bridge, the input of which is connected to the phase terminals of the rotor of the asynchronous motor, characterized in that a resistive voltage divider consisting of a discharge resistor and a load resistor connected in series is connected to the output of the rectifier bridge, and an electronic switch is connected in parallel to the discharge resistor, controlled by a controller that implements a pulse-width modulation algorithm.

Images