УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПУСКОМ И ОСТАНОВОМ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
ASYNCHRONOUS ELECTRIC MOTOR START AND STOP CONTROL DEVICE

Предлагаемое изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводе стирально-отжимной машины.
Известно устройство для управления пуском асинхронного электродвигателя, содержащее формирователь импульсов, тиристорный коммутатор, блок синхронизации, блок управления, включающий задатчик интенсивности с распределителем импульсов, элементы И, реверсивный двоичный счетчик и схему сравнения кодов (см. описание изобретения к авторскому свидетельству №1272441, кл. H02P 1/26, 1984 г.). Данное устройство позволяет плавно изменять напряжение, подаваемое к обмоткам асинхронного электродвигателя, поэтому момент начала, частота и темп нарастания частоты вращения якоря электродвигателя определяется не только параметрами известного устройства, но и величиной тормозного момента и рабочей нагрузки. Следовательно, к недостаткам известного устройства можно отнести отсутствие жесткой зависимости частоты вращения якоря электродвигателя от величины напряжения, подаваемого на его обмотки.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство для управления пуском и остановом асинхронного электродвигателя, содержащее формирователь импульсов, коммутатор напряжения, генератор импульсов, блок синхронизации, три двоичных счетчика импульсов, постоянное запоминающее устройство и RS-триггер (см. описание полезной модели к патенту РФ №31076, кл.7 H02P 1/26, 2003 г.).
Данное устройство при разгоне и торможении позволяет ступенчато управлять частотой вращения якоря электродвигателя в зависимости от параметров (частота, амплитуда) формируемого напряжения на выходе симисторного коммутатора.
Предложенное техническое решение улучшает качество регулирования скорости вращения асинхронного электродвигателя, обеспечивая плавное нарастание или снижение частоты вращения якоря электродвигателя при разгоне или торможении. Изменение скорости вращения якоря асинхронного двигателя заключается в изменении частоты и напряжения, питающего обмотки статора, причем напряжение на статоре регулируется пропорционально частоте.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройство для управления пуском и остановом асинхронного электродвигателя, содержащее последовательно соединенные генератор импульсов и двоичный счетчик импульсов, а также последовательно соединенные постоянное запоминающее устройство, формирователь импульсов и коммутатор напряжения, предназначенный для включения в цепь электродвигателя рабочего напряжения, введены выпрямитель переменного напряжения, компаратор напряжения, интегратор напряжения, регистр и последовательно соединенные второй генератор импульсов и широтно-импульсный модулятор, вторым входом подключенный к входу первого генератора импульсов, к первому входу компаратора напряжения и к выходу интегратора напряжения, вход которого является входом устройства, выход компаратора напряжения, на второй вход которого подается опорное напряжение, соединен с управляющей шиной постоянного запоминающего устройства, старшая адресная шина которого подключена к выходу широтно-импульсного модулятора, а младшие адресные шины - к выходам регистра, входы которого соединены с выходами двоичного счетчика импульсов, а синхронизирующий вход - с выходом второго генератора импульсов, второй вход коммутатора напряжения подключен к выходу выпрямителя переменного напряжения, на вход которого подается сетевое напряжение.
Сущность предложенного технического решения представлена функциональной схемой устройства на фиг.1, на фиг.2 показаны эпюры напряжений и тока, поясняющие работу устройства, на фиг.3 представлена мостовая схема коммутатора напряжения.
Устройство для управления пуском и остановом асинхронного электродвигателя содержит вход 1, интегратор 2 напряжения, генераторы 3 и 4 импульсов, двоичный счетчик 5 импульсов, компаратор 6 напряжения, регистр 7, широтно-импульсный модулятор 8, постоянное запоминающее устройство 9, формирователь 10 импульсов, выпрямитель 11 переменного напряжения, транзисторный коммутатор 12 напряжения, подаваемого на обмотки асинхронного электродвигателя 13.
На временных диаграммах фиг.2 изображены сигналы: 14, 15 - импульсная последовательность на входах коммутатора напряжения, 16 - двухполярная последовательность прямоугольных импульсов на выходах коммутатора напряжения, 17 - форма токов в обмотках статора асинхронного двигателя.
Устройство работает следующим образом.
После включения питания устройства на выходе компаратора 6 напряжения устанавливается сигнал низкого уровня, который поступает на управляющий вход постоянного запоминающего устройства 9 и запрещает подачу сигналов на шины данных постоянного запоминающего устройства. При подаче на вход 1 устройства постоянного сигнала высокого уровня на выходе интегратора 2 напряжения происходит линейное нарастание напряжения и при его достижении уровня опорного напряжения Uоп выход компаратора 6 напряжения переключится на сигнал высокого уровня. Этот уровень снимет запрет подачи сигналов на шины данных постоянного запоминающего устройства. С выходов широтно-импульсного модулятора 8 и генератора 3 следуют импульсы, частота следования импульсов на выходе широтно-импульсного модулятора соответствует частоте тактовых импульсов генератора 4, а их длительность прямо пропорциональна величине напряжения, поступающего с выхода интегратора напряжения. Длительность тактовых импульсов на выходе широтно-импульсного модулятора 8 определяет величину питающего двигатель напряжения. Частота следования импульсов с выхода генератора 3, управляемого напряжением, изменяется прямо пропорционально изменению величины напряжения на выходе компаратора напряжения и определяет частоту питающего двигатель напряжения.
Период отсчета двоичного счетчика 5 импульсов находится в прямо пропорциональной зависимости от периода следования импульсов генератора 3 и кратен периоду следования формируемого для обмоток асинхронного электродвигателя переменного напряжения. Двоичный счетчик 5 импульсов, отсчитывая импульсы с выхода генератора 3, оцифровывает период следования формируемого для обмоток электродвигателя переменного напряжения и на своих выходах устанавливает последовательность параллельных кодовых комбинаций. Последовательность кодовых комбинаций положительными фронтами импульсов тактового генератора 4 записывается на разряды регистра 7 и синхронно тактовым импульсам генератора 4 считывается на адресные шины постоянного запоминающего устройства 9. Каждому коду адреса соответствуют данные, заранее записанные в постоянное запоминающее устройство. В память постоянного запоминающего устройства записана информация, которая считывается на шины данных в виде последовательностей импульсов, длительность которых изменяется по синусоидальному закону и с периодом, равным периоду отсчета двоичного счетчика импульсов, причем импульсы с определенной длительностью на шинах данных дополнительно модулируются по ширине импульсами, поступающими с выхода широтно-импульсного модулятора на адресную шину постоянного запоминающего устройства.
Сигналы, поступающие с шин данных постоянного запоминающего устройства на входы формирователя 10 импульсов, преобразуются в нем как импульсная последовательность, которая поступает на входы коммутатора 12 напряжения. Эти входы являются затворами IGBT-транзисторов коммутатора 12, собранного по трехфазной мостовой схеме (фиг.3). Импульсная последовательность (эпюра 14 фиг.2) определяет порядок открывания верхнего ряда трех транзисторов коммутатора напряжения, переключая трехфазный выход коммутатора напряжения на положительную полярность постоянного напряжения, преобразуемого выпрямителем 11 из переменного сетевого напряжения. Импульсная последовательность (эпюра 15 фиг.2) определяет порядок открывания нижнего ряда трех транзисторов коммутатора напряжения, переключая трехфазный выход коммутатора напряжения на отрицательную полярность постоянного напряжения. На трех выходах коммутатора напряжения формируются двухполярные напряжения (эпюра 16 фиг.2), сдвинутые по фазе относительно друг друга на 120 электрических градусов, при этом токи (эпюра 17 фиг.2) в обмотках статора асинхронного электродвигателя практически представляют синусоидальную форму. После снятия с входа 1 устройства напряжения высокого уровня на выходе интегратора 2 напряжения происходит плавное убывание значения напряжения, что приводит к уменьшению длительности выходных импульсов широтно-импульсного модулятора 8 и выходной частоты генератора 3. Таким образом, разгон и торможение устройства осуществляются плавным нарастанием и убыванием частоты и величины питающего обмотки статора асинхронного двигателя напряжения в соответствии с плавным изменением напряжения на выходе интегратора напряжения.
Использование предложенного устройства для управления пуском и остановом асинхронного электродвигателя, например, в составе привода стирально-отжимной машины в сравнении с аналогом обеспечивает плавное регулирование скорости вращения барабана в широком диапазоне и высокие механические характеристики.