СИСТЕМА ЧАСТОТНОГО УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ

Решение относится к системам частотного управления, позволяющим реализовать закон частотного регулирования  асинхронного электродвигателя, подключенного к полупроводниковому преобразователю частоты с автономным инвертором напряжения, и может быть использовано в радиолокационных станциях для вращения антенны.
Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является система частотного управления асинхронным электродвигателем, приведенная в [1] на рис.6б. Она состоит из преобразователя частоты, на первый вход которого подается трехфазное напряжение, а выход через входную цепь датчика тока подключен к асинхронному электродвигателю. Сигнал с формирователя заданной частоты подается на второй вход преобразователя частоты и на вход блока расчета напряжения за активным сопротивлением статора. Его выход подсоединен к первому входу сумматора. Выход датчика тока через выпрямитель подключен к входу устройства расчета падения напряжения на активном сопротивлении статора, выход которого подключен к второму входу сумматора. С его выхода сигнал задания напряжения на статоре асинхронного электродвигателя подается на третий вход преобразователя частоты.
Недостатком системы управления прототипа является ограниченная область ее использования, низкий диапазон регулирования (до 20), нестабильные электромеханические и механические характеристики при изменении температуры асинхронного электродвигателя, невозможность непрерывной работы системы управления при изменении температуры окружающей среды в диапазоне -50…+50°С.
При эксплуатации схемы прототипа в диапазоне температур -50…+50°С удельное электрическое сопротивление меди изменяется на 40…50%. Соответственно будут изменяться электромеханическая и механическая характеристики электродвигателя. Особенно велико воздействие изменения активного сопротивления обмотки статора при малых скоростях вращения ротора электродвигателя.
Эти недостатки устраняются предлагаемым решением
Решается задача создания более совершенной системы частотного управления асинхронного электродвигателя, расширение области применения.
Техническим результатом является расширение диапазона регулирования асинхронного электродвигателя, повышение стабильности его электромеханических характеристик при изменении температуры, обеспечение непрерывной работы при изменении температуры окружающей среды в диапазоне -50 +50°С.
Технический результат достигается тем, что в систему управления, принятую за прототип, вводятся новые элементы и новые связи между ними. На первый вход преобразователя частоты подается трехфазное напряжение, а выход через входную цепь датчика тока подключен к асинхронному электродвигателю, выход формирователя заданной частоты соединен с вторым входом преобразователя частоты и с входом блока расчета напряжения за активным сопротивлением статора, выход которого подсоединен к первому входу сумматора, выход датчика тока через выпрямитель подключен к первому входу устройства расчета падения напряжения на активном сопротивлением статора, выход которого подключен к второму входу сумматора, а его выход соединен с третьим входом преобразователя частоты, вновь введены радиационный пирометр и устройство коррекции величины сопротивления обмотки статора, вход радиационного пирометра бесконтактно взаимодействует с асинхронным электродвигателем, а его выход соединен с входом устройства коррекции величины сопротивления обмотки статора выход устройства коррекции соединен с вторым входом устройства расчета падения напряжения на активном сопротивлении статора.
Введение новых элементов с соответствующим их соединением в структурной схеме частотного управления асинхронным электродвигателем позволяет улучшить ее технические и эксплуатационные характеристики.
Радиационный пирометр позволяет подать цифровой сигнал на устройство коррекции величины сопротивления обмотки статора. Точный выбор активного сопротивления обмотки статора позволяет при скалярном управление обеспечить диапазон регулировки скорости электродвигателя до 200. В предлагаемом решении активное сопротивление обмотки статора автоматически измеряется преобразователем частоты перед первым включением электродвигателя. При установке системы на передвижных наземных радиолокационных средствах (например, радиолокационных станциях - РЛС) в процессе работы электродвигатель нагревается, и сопротивление медной обмотки статора увеличивается. При установке системы на радиоэлектронных средствах авиационного базирования электродвигатель на большой высоте охлаждается. Т.о. электромеханические характеристики электродвигателя зависят от величины активного сопротивления статора. Предлагаемое решение позволяет стабилизировать электромеханические характеристики при изменении температуры асинхронного электродвигателя.
На фиг.. показана структурная схема системы частотного управления асинхронным электродвигателем, где приняты следующие обозначения:
1 - блок расчета напряжения за активным сопротивлением статора;
2 - устройство расчета падения напряжения на активном сопротивлении статора;
3 - устройство коррекции величины сопротивления обмотки статора;
4 - сумматор;
5 - выпрямитель;
6 - радиационный пирометр (инфракрасный бесконтактный радиационный термометр);
7 - преобразователь частоты;
8 - датчик тока;
9 - асинхронный электродвигатель.
Система частотного управления полупроводниковым преобразователем асинхронного электродвигателя 9 включает в себя преобразователь частоты 7, на первый вход которого подается трехфазное напряжение. А выход преобразователя частоты 7 через входную цепь датчика тока 8 подключен к асинхронному электродвигателю 9. Сигнал с формирователя заданной частоты поддается на второй вход преобразователя частоты 7 и на вход блока 2 расчета падения напряжения за активным сопротивлением статора. Выход блока 1 расчета подсоединен к первому входу сумматора 4. Выход датчика тока 8 через выпрямитель 5 подключен к первому входу устройства 2 расчета падения напряжения на активном сопротивлении статора. Выход устройства 2 расчета подключен к второму входу сумматора 4. С выхода сумматора 4 сигнал задания напряжения на статоре асинхронного электродвигателя 9 подается на третий вход преобразователя частоты 7. Вход радиационного пирометра 6 бесконтактно взаимодействует с асинхронным электродвигателем 9, а его выход - с входом устройства 3 коррекции величины сопротивления обмотки статора. Выход устройства 3 коррекции соединен со вторым входом устройств 2 расчета падения напряжения на активном сопротивлении статора.
Система частотного управления полупроводниковым преобразователем асинхронного электродвигателя работает следующим образом.
На первый вход преобразователя частоты 7 подается трехфазное напряжение 380 В, 50 Гц, а на его второй вход сигнал с формирователя заданной частоты.
Сигнал с формирователя заданной частоты , также подается на вход блока 1 расчета напряжения за активным сопротивлением статора . Напряжение за активным сопротивлением статора является функцией от  т.е. . На третий вход преобразователя частоты 7 поступает сигнал задания напряжения на статоре асинхронного электродвигателя 9 - . Величина сигнала с формирователя заданной частоты  и величина сигнала задания напряжения на статоре асинхронного электродвигателя 9 -  имеют минимальную величину, что обеспечивает плавное увеличения скорости вращения ротора асинхронного электродвигателя до заданной величины.
С датчика тока 8 через выпрямитель 5 ток статора  подается на первый вход устройства 2 расчета падения напряжения на активном сопротивлении статора - . Расчетный сигнал  подается на второй вход сумматора 4, который формирует сигнал задания напряжения на статоре асинхронного электродвигателя , который равен . Наличие блока 1 расчета напряжения за активным сопротивлением статора  предусматривает возможность задания различных зависимостей напряжения за активным сопротивлением от частоты.
Радиационный пирометр 6 измеряет температуру поверхности корпуса статора асинхронного электродвигателя 9. Оптика прибора пропускает и фокусирует на детекторе инфракрасное излучение. Электроника преобразует оптический сигнал от детектора в электрический. Она обрабатывает этот сигнал и преобразует его в цифровой, соответствующий температуре обмотки статора. С выхода радиационного пирометра 6 цифровой сигнал подается на вход устройства 3 коррекции величины сопротивления обмотки статора. Устройство рассчитывает зависимость изменения сопротивления обмотки статора -  от ее температуры - θ, т.е. . С выхода устройства 3 коррекции зависимость -  поступает на второй вход устройства 2 расчета падения напряжения на активном сопротивлении статора - . Происходит коррекция выходного сигнала устройства 2 - , подаваемого на второй вход сумматора 4 и, следовательно, сигнала задания напряжения на статоре асинхронного электродвигателя 9 - .
Из вышесказанного следует, что предлагаемая система частотного управления имеет: широкую область применения, больший диапазон регулирования скорости, более стабильные электромеханические характеристики, высокую устойчивость к внешним воздействующим факторам, конструктивные и эксплуатационные преимущества.
Источник информации:
Соколовский Г.Г. Электроприводы переменного тока с частотным регулированием. М.: «AKADEMA» 2006, рис.66