SU731540A1 - Induction electric motor control device - Google Patents

Description

Изобретение относится к электротехнике, а именно к усилительным устройствам автоматического управления.The invention relates to electrical engineering, namely to automatic control amplifying devices.

Известно устройство для управления асинхронным двигателем с применением трансформатора на двух дросселях насыщения, построенное на принципе широтно.импульсного управления в пределах одного полупериода питающего напряжения [1].A device for controlling an induction motor using a transformer on two saturation chokes, based on the principle of pulse-width control within one half-cycle of the supply voltage [1].

Недостаток данного устройства — невысокий КПД.The disadvantage of this device is its low efficiency.

Наиболе близким по технической сущности к изобретению является устройство для управления асинхронным электродвигателем [2]. Это устройство управления содержит дифференциальный трансформатор, выполненный на двух идентичных сердечниках с общей выходной обмоткой, подключенной к обмотке управления двигателя двумя встречно-включенными идентичными сетевыми обмотками, расположенными на каждом сердечнике и питающимися от источника переменного тока, и двумя раздельными обмотками управления, намотанными на каждый сердечник, включенными встречно и шунтированными двумя тиристорами, а также пик-генератор с фазо-импульсным управлением, имеющий два выхода, каждый из которых подключен к управляющим электродам тиристоров.The closest in technical essence to the invention is a device for controlling an induction motor [2]. This control device comprises a differential transformer made on two identical cores with a common output winding connected to the motor control winding by two counter-connected identical network windings located on each core and powered by an alternating current source, and two separate control windings wound on each a core connected in the opposite direction and shunted by two thyristors, as well as a peak-generator with phase-pulse control, having two outputs, each of Otori is connected to the control electrodes of the thyristors.

В этом устройстве наличие дополнительных сдвигов по фазе между напряжением управления и возбуждения двигателя, а также между переменным опорным напря- жением пик-генератора и напряжением на обмотках управления за счет питания от различных источников приводит к уменьшению момента на валу двигателя, а также к неточности формирования импульсов управления по фазе.In this device, the presence of additional phase shifts between the control voltage and the excitation of the motor, as well as between the alternating reference voltage of the peak generator and the voltage on the control windings due to power from various sources, leads to a decrease in the torque on the motor shaft, as well as to inaccuracy of formation phase control pulses.

Цель изобретения — повышение КПД.The purpose of the invention is improving efficiency.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве для управления асинхронным электродвигателем, диффе15 ренциальный трансформатор дополнительно снабжен четырьмя дополнительными обмотками, первые две из которых соединены последовательно и подключены к выводам для подключения к электродвигателю, а две 2Q другие, также соединенные последовательно— к формирователю импульсов, причем пары дополнительных обмоток включены согласно сетевым.This goal is achieved by the fact that in the known device for controlling an induction motor, the differential transformer is additionally equipped with four additional windings, the first two of which are connected in series and connected to the terminals for connection to the electric motor, and the other 2Q others, also connected in series to the pulse shaper moreover, pairs of additional windings are included according to the network.

₉₅ На фиг. 1 показана принципиальная электрическая схема устройства для управления асинхронным электродвигателем; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие работу устройства в статике (фиг. 2,а) 3Q и в работе (фиг. 2,6). ₉₅ in FIG. 1 shows a circuit diagram of a device for controlling an induction motor; in FIG. 2 is a timing diagram explaining the operation of the device in statics (FIG. 2, a) 3Q and in operation (FIG. 2,6).

Устройство содержит дифференциальный трансформатор 1, формирователь 2 импульсов, выходную обмотку 3, дополнительную обмотку 4, обмотки 5, 6 управления, дополнительную обмотку 7, сетевые обмотки 8, тиристоры 9, 10, асинхронный двигатель И, фазосдвигающий конденсатор 12.The device comprises a differential transformer 1, a pulse shaper 2, an output winding 3, an additional winding 4, control windings 5, 6, an additional winding 7, network windings 8, thyristors 9, 10, an induction motor And, a phase-shifting capacitor 12.

Дифференциальный трансформатор 1 выполнен на двух идентичных сердечниках с общей выходной обмоткой 3, подключенной к обмотке управления асинхронного двигателя 11 двумя встречно-включенными идентичными сетевыми обмотками 8, расположенными на каждом сердечнике и питающимися от источника переменного тока, раздельными обмотками 5, 6 управления, намотанными на каждый сердечник, включенными последовательно встречно и шунтированными тиристорами 9, 10. Трансформатор 1 снабжен дополнительными обмотками 4, 7, намотанными аналогично сетевой обмотке 8, одна из которых (4) через фазосдвигающий конденсатор 12 подключена к обмотке асинхронного двигателя 11, а другая (7) — к формирователю 2. Обмотка 4 служит для питания цепи возбуждения двигателя, обмотка 7 обеспечивает питание формирователя 2. Выходы формирователя 2, предназначенного для управления тиристорами 9, 10, подключены к управляющим электродам тиристоров 9, 10.Differential transformer 1 is made on two identical cores with a common output winding 3 connected to the control winding of the induction motor 11 with two counter-connected identical network windings 8 located on each core and powered by an alternating current source, separate control windings 5, 6 wound on each core connected in series in the opposite direction and shunted by the thyristors 9, 10. The transformer 1 is equipped with additional windings 4, 7, wound like a network winding 8, one of which (4) is connected through a phase-shifting capacitor 12 to the winding of the induction motor 11, and the other (7) to the shaper 2. The winding 4 is used to power the motor excitation circuit, the winding 7 provides power to the shaper 2. The outputs of the shaper 2, intended to control thyristors 9, 10, connected to the control electrodes of thyristors 9, 10.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

При отсутствии импульсов управления на управляющих от формирователя 2, электродах тиристоров 9, 10 от пик-генератора напряжение на выходной обмотке 3 дифференциального трансформатора 1 равно нулю за счет того, что магнитные потоки, создаваемые сетевыми обмотками 8 в каждом сердечнике одинаковы по величине, противоположны по направлению и суммарный магнитный поток равен нулю. Магнитные потоки в сердечниках наводят в каждой половине обмотки 4 равные ЭДС, половины обмоток включены последовательно встречно, поэтому они суммируются и результирующее напряжение будетIn the absence of control pulses on the control from the shaper 2, the thyristor electrodes 9, 10 from the peak generator, the voltage at the output winding 3 of the differential transformer 1 is zero due to the fact that the magnetic flux generated by the network windings 8 in each core are the same in magnitude, opposite direction and total magnetic flux is zero. Magnetic fluxes in the cores induce equal EMFs in each half of the winding 4, half of the windings are connected sequentially in the opposite direction, so they are summed up and the resulting voltage will be

^81^ 81

Ш.ц — _=п, а ш₃₁ = ш₈₂, ®.|2 так как где п — коэффициент трансформации;Sh.ts - _{= n} , and w ₃₁ = w ₈₂ , ®. | 2 since where n is the transformation coefficient;

U_c — напряжение сети;U _c - network voltage;

®41, ®02, 0*81, ™82 — ЧИСЛО ВИТКОВ обМОТОК 4 и 8, расположенных на первом и втором сердечниках трансформатора 1.®41, ®02, 0 * 81, ™ 82 - NUMBER OF WIND COILS 4 and 8 located on the first and second cores of transformer 1.

Это поясняется диаграммами фиг. 2,а. Usi, Us2. — напряжение на каждой поло вине сетевых обмоток 8, которые равны половине напряжения сети;This is illustrated by the diagrams of FIG. 2 a. Usi, Us2. - voltage at each half of the network windings 8, which are equal to half the network voltage;

Uu, U_i2 — напряжения на каждой по5 ловине обмотки 4, которые суммируются и в сумме составляют Уд. Напряжение U₃ на обмотке 3 равно нулю.Uu, U _i2 are the voltages at each half of winding 4, which are summed up and total Ud. The voltage U ₃ on the winding 3 is zero.

При включении одного из тиристоров им10 пульсами формирователя 2 (например, 9) в момент времени τ = л/2 первый сердечник насыщается, индуктивное сопротивление обмотки ®8i практически уменьшается до нуля и все напряжение сети приклады15 вается к обмотке ш₈2· В обмотке 3 наводится ЭДС, пропорциональная по длительности входному сигналу, т. е. на обмотке управления появляются широтно-импульсные сигналы (фиг. 2,6). При этом ЭДС, наво20 димая в обмотке 4, будет е₄ = 2 = Ц_с-/г,When one of the thyristors is turned on by pulses of former 2 (for example, 9) at a time instant τ = l / 2, the first core is saturated, the inductive resistance of the winding ®8i practically decreases to zero, and all mains voltage is applied15 to the winding w ₈ 2 · In winding 3 induced EMF, proportional in duration to the input signal, i.e., pulse-width signals appear on the control winding (Fig. 2.6). In this case, the EMF introduced in winding 4 will be e ₄ = 2 = C _s - / g,

W.12W.12

т. е. напряжение на обмотке 4 в любом 25 случае имеет неизменную амплитуду, что позволяет использовать ее для питания обмотки возбуждения двигателя. Работа устройства при включении тиристора 9 в момент времени t = л/2 поясняется графика30 ми фиг. 2,6. Аналогичным образом протекает работа устройства при фазоимпульсном управлении тиристорами в течение всего полупериода питающего напряжения. Идентичные процессы протекают и в обмот35 ке 7. Напряжения, снимаемые с обмоток 4, 7, будут постоянной амплитуды.that is, the voltage on winding 4 in any 25 case has a constant amplitude, which allows it to be used to power the excitation winding of the motor. The operation of the device when the thyristor 9 is turned on at time t = l / 2 is illustrated in the graph30 of FIG. 2.6. In a similar manner, the operation of the device during phase-pulse control of thyristors during the entire half-cycle of the supply voltage proceeds. Identical processes also occur in winding 7. Voltages removed from windings 4, 7 will be of constant amplitude.

Таким образом, питание всех фазочувствительных цепей от одного источника выходного трансформатора позволяет умень40 шить фазовые сдвиги и увеличить точность формирования импульсов по фазе.Thus, the supply of all phase sensitive circuits from a single source of the output transformer allows one to reduce phase shifts and increase the accuracy of pulse formation in phase.

Использование дифференциального трансформатора одновременно и в качестве силового трансформатора не только для 45 питания фазочувствительных цепей самого усилителя для следящих систем, но и для питания обмотки возбуждения двигателя и питания постоянными токами (после выпрямления и фильтрации) всех каска50 дов предварительного усиления позволяет уменьшить вес и габариты усилительного устройства в целом, повысить момент двигателя, точность формирования сигналов управления и уменьшить ошибку следящей 55 системы.Using a differential transformer at the same time as a power transformer, not only for supplying phase-sensitive circuits of the amplifier itself for servo systems, but also for supplying the motor excitation winding and supplying direct currents (after rectification and filtering) of all preliminary amplification stages50, reduces the weight and dimensions of the amplifier the device as a whole, increase the engine torque, the accuracy of the formation of control signals and reduce the error of the tracking 55 system.

Claims (2)

Устройство содержит дифференциальный трансформатор 1, формнроватсль 2 нмнульсов , выходную обмотку 3, дополнительную обмотку 4, обмоткн 5, б управлени , дополнительную обмотку 7, сетевые обмоткн 8, тирнсторы 9, 10, асннхронный двнгатель 11, фазоедвнгающнй конденсатор 12. Дифференциальный трансформатор 1 вынолнеи на двух ндеитичных сердечниках е общей выходной обмоткой 3, иодключенной к обмотке унравленн  асннхроииого двигател  11 двум  встречио-включеинымн идентичнымн сетевымн обмотками 8, расиоложеннымн на каждом сердечннке и иитающнмнс  от нсточника неременного тока, раздельнымн обмотками 5, 6 унравленн , намотанными на каждый сердечник, включен )1ымн носледовательно встречно н шунтированными тиристорамн 9, 10. Трансформатор 1 снабжен донолнительными обмотками 4, 7, намотанными аналогично сетевой обмотке 8, одна из которых (4) через фазосдвигающнй конденсатор 12 нодключена к обмотке асинхронного двигател  И, а друга  (7) - к формирователю 2. Обмотка 4 елужит дл  иитанн  цени возбуждени  двигател , обмотка 7 обеснечивает иитанне формнровател  2. Выходы формнровател  2, предназначенного дл  унравлени  тиристорами 9, 10, иодключены к управл ющим электродам тиристоров 9, 10. Устройство работает следующим образом . При отсутствии имнульсов унравленн  на унравл ющих от формнровател  2, электродах тиристоров 9, 10 от пик-генератора напр жение на выходной обмотке 3 дифференциального трансформатора 1 равно нулю за счет того, что магнитные потоки, создаваемые сетевымн обмотками 8 в каждом сердечнике одинаковы по величине, противоположны но направлению и суммарный магнитный ноток равен нулю. Магнитные потоки в сердечниках навод т в каждой половине обмотки 4 равные ЭДС, иоловииы обмоток включены носледовательно встречно, поэтому они суммируютс  .и результирующее напр женне будет . /с Wsi , Uc и „ о - --с) 2 гУ||2 да,12 так как , aw,,.w,,, W.11ВД.12 п - коэффициент трансформации; Uc - напр жение сети; , 42. Wsi, Ws2 - число ВИТКОВ обМОТОК 4 и 8, расноложенных на первом и втором сердечниках трансформатора 1. Это по сн етс  диаграммами фиг. 2,а. Usi, 82 - напр жение на каждой ноловине сетевых обмоток 8, которые равны половине нанр жеии  сети; и и, и 12, - напр жени  на каждой ноловнне обмотки 4, которые суммируютс  н в сумме составл ют L/i. Нанр жепие Уз на обмотке 3 равно нулю. Прн включеннн одного из тиристоров имиульсами формнровател  2 (наиример, 9) в момент времени т  /2 нервый сердечннк насыщаетс , индуктивное сонротивлеиие обмотки 81 практичеекн уменьщаетс  до нул  и все напр жение сети прикладываетс  к обмотке Wsz- В обмотке 3 наводитс  ЭДС, ироиорциональна  по длнтельности входному сигналу, т. е. иа обмотке уиравлени  по вл ютс  широтно-имиульсные снгналы (фиг. 2,6). При этом ЭДС, наводима  в обмотке 4, будет 2- -и -п ег - , т. е. напр жение на обмотке 4 в любом случае имеет неизменную амплитуду, что позвол ет использовать ее дл  иитанн  обмотки возбуждени  двигател . Работа устройства при включении тиристора 9 в момент времени t  /2 по сн етс  графиками фиг. 2,6. Аналогичным образом протекает работа устройства при фазоимпульсном унравлеиии тиристорами в течение всего полунериода питающего напр женн . Идентичные процессы протекают и в обмотке 7. Ыаир л ;енн , снимаемые с обмоток 4, 7, будут носто нной амплитуды. Таким образом, питание всех фазочувствнтельпых цепей от одного источника выходного трансформатора позвол ет уменьшить фазовые сдвиги и увеличить точность формировани  импульсов по фазе. Использованиедифференциального трансформатора одновременно и в качестве силового трансформатора не только дл  питани  фазочувствительпых цепей самого усилител  дл  след щих систем, но н дл  ннтаии  обмотки возбуждени  двигател  и питани  иосто ппыми токами (иосле выпр млени  и фильтрации) всех каскадов нредварительпого усилени  позвол ет уменьшить вес и габариты усилительного устройства в целом, повысить момент двигател , точность формировани  сигналов управлени  н уменьшить ошибку след щей системы. Формула изобретени  Устройство дл  уиравлени  асппхроппым электродвигателем, в обмотку возбуждени  которого включен конденсатор, содержащее днфференциальный транеформатор, выполненный на двух идентичных сердечниках с общей выходной обмоткой, подключенной к выводам дл  подключени  к асинхронномуThe device contains a differential transformer 1, form 2 nm pulses, output winding 3, additional winding 4, winding 5, control b, additional winding 7, power winding 8, tyrnstory 9, 10, asynchronous DC terminal 11, phase-reducing capacitor 12. Differential transformer 1, synchronous DC terminal 11, phase-reducing capacitor 12. Differential transformer 1, synchronous DC terminal 11, phase-reducing capacitor 12. Differential transformer 1, synchronous DC terminal 11, phase-reducing capacitor 12. Differential transformer 1; two non-core cores with a common output winding 3, connected to the winding by a motor 11, two meeting-inclusive identical to the network windings 8, located on each heart and it is from The alternating current source, separated by windings 5, 6, unwound, wound on each core, is turned on) 1 mnn consecutively opposed bypass thyristor 9, 10. Transformer 1 is equipped with additional windings 4, 7, wound like a network winding 8, one of which (4) through the phase-shifting capacitor 12 is connected to the winding of the induction motor I, and the other (7) to the driver 2. The winding 4 is suitable for engineering the excitation of the engine, the winding 7 clears the former of the winding machine 2. The outputs of the winding machine 2 are designed To control thyristors 9, 10, and connected to the control electrodes of the thyristors 9, 10. The device operates as follows. In the absence of control pulses on the collectors 2, the electrodes of the thyristors 9, 10 from the peak generator, the voltage on the output winding 3 of the differential transformer 1 is zero due to the fact that the magnetic fluxes generated by the network windings 8 in each core are the same, opposite to the direction and the total magnetic notes is zero. The magnetic fluxes in the cores induce 4 equal EMFs in each half of the winding, and the tin ones of the windings are included in successively opposite, therefore they are summed up and the resulting stress will be. / s Wsi, Uc and „o - --c) 2 ГУ || 2 yes, 12 because, aw ,,. w ,,, W.11ВД.12 п - transformation ratio; Uc is the network voltage; , 42. Wsi, Ws2 is the number of WINDOWS 4 and 8, located on the first and second cores of the transformer 1. This is illustrated by the diagrams of FIG. 2, a. Usi, 82 is the voltage across each half of the network windings 8, which is equal to half the power network; and and, and 12, the voltages on each half of the windings 4, which are added together to total L / i. The nano geapie OU on the winding 3 is zero. Rec vklyuchennn one of the thyristors imiulsami formnrovatel 2 (nairimer, 9) at time t / 2 serdechnnk nerve is saturated, the inductive coil 81 sonrotivleiie prakticheekn umenschaets to zero and all of the network voltage is applied to the winding Wsz- The winding 3 is induced emf on iroiortsionalna dlntelnosti The input signal, i.e., is the width of the imimulus hinge (Fig. 2.6). In this case, the EMF induced in the winding 4 will be 2- and -p er - i.e., the voltage on the winding 4 in any case has a constant amplitude, which allows it to be used for the engine excitation winding. The operation of the device when the thyristor 9 is turned on at the time t / 2 is illustrated by the graphs of FIG. 2.6. The operation of the device proceeds in a similar way with phase-impulse control and thyristors during the whole period of the supply voltage. Identical processes also take place in the winding 7. The wire l; enn, removed from the windings 4, 7, will be of a constant amplitude. Thus, the supply of all phase-sensitive circuits from one source of the output transformer allows to reduce phase shifts and increase the accuracy of the formation of pulses in phase. Using a differential transformer at the same time and as a power transformer not only for supplying the phase-sensitive circuits of the amplifier itself for the following systems, but also for reducing the motor excitation winding and power supply and sustaining currents (after straightening and filtering) of all cascades, partial amplification allows reducing the weight and dimensions of the booster device as a whole, to increase the torque of the engine, the accuracy of the formation of control signals and to reduce the error of the tracking system. The invention is a device for eradiating with an aspractical electric motor, in the excitation winding of which a capacitor is connected that contains a differential transformer on two identical cores with a common output winding connected to the terminals for connection to an asynchronous электродвигателю, двум  встречно включенными сетевыми обмотками, расположенными на каждом сердечнике и питающимнс  от источника переменного тока, н двум  раздельными обмотками управлени , выполиемиыми на каждом сердечннке и шунтированными двум  тиристорами, управл емыми от формировател  имиульсов, синхронизнрованного с питаюниш напр жением , о т л н ч а ю щ с е с   тем, что, с целью повышени  КПД, дифференциальный трансформатор донолнительно снабжен четырьм  дополнительными обмотками, первые две из которых соединены последовательно п подключены к выводам дл  подключени  к электродвигателю, а две другие , также соединенные последовательно, - к формирователю импульсов, причем пары дополнительных обмоток включены согласно сетевым.electric motor, two oppositely connected power windings located on each core and powered from an alternating current source, two separate control windings used on each core and shunted by two thyristors controlled by a voltage generator, synchronized with voltage of each other, In order to increase efficiency, the differential transformer is equipped with four additional windings, the first two of which are connected in series About n connected to the terminals for connection to the motor, and the other two, also connected in series, to the pulse shaper, with a pair of additional windings connected according to the network. Источники информации, ирии тые во внимание ири эксиертизе 1 Авторское свидетельство СССР 147667, кл. 2Ы2 18/01, 1964.Sources of information, iriy toe into account and exertize 1 Copyright certificate of the USSR 147667, cl. 2/2 18/01, 1964. 2. Авторское свидетельство СССР № 156209, кл. Н 02Р 5/42, 1961.2. USSR author's certificate No. 156209, cl. H 02 P 5/42, 1961. . Ю. YU ВлодVlod е :e: 1one фиг. fFIG. f VsiVsi ЩгSchg V,V, 4141