Способ частотного управления электроприводом переменного тока Советский патент 1984 года по МПК H02P7/42 

Изобретение относится к электротехнике , а именно к электроприводу общепромышленных механизмов, работаю щих в интенсивном повторно-кратковременном режиме и требующих плавного регулирования скорости вплоть до нулевого значения. Известен способ частотного управления электроприводом переменного тока, содержащим управляемый выпрямитель, собранный по мостовой схеме, входы которого подключены к трехфазной .сети переменного тока, а выходы через дроссель подключены к входу мостового инвертора, выход которого соединен с фазами статорной обмотки двигателя, при котором регулируют частоту и величину тока двигателя путем коммутации вентилей выпрямителя и инвертора Cl1. Недостатком указанного способа частотного управления эттектроприводо переменного тока является возможност возникновения недопустимых динамичес ких нагрузок в передачах, что определяется тем, что инвертированный ток имеет прямоугольно-ступенчатую форму, а вектор суммарного статорногс тока двигателя при каждой коммута ции тиристоров инвертора скачком поворачивается на 60 эл.граДо, остава ясь неизменным на межкоммутационном , интервале, В результате вращающий момент двигателя и его скорость имеют переменные (пульсирующие) составляющие с частотой коммутации тиристоров инвертора о Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ частотного управления электропри водом переменного тока, содержащим, выпрямитель, собранный по мостовой схеме, входы которого подключены к источнику, имеющему среднюю точку а выходы через дроссели подключены к входу мостового инвертора, выход которого соединен с фазами статорной обмотки электродвигателя переменного тока, при этом общая точка фаз двига теля и средняя точка источника питания соединены между собой, при котором регулируют частоту и величину тока двигателя путем коммутации вентилей инвертора и выпрямителя С23. Недостатком известного способа также является возникновение надопустимых динамических нагрузок в установках, механическая часть которых содержит упругие звенья. Недопустимые динамические нагрузки в упомянутых установках возникают тогда, когда частота пульсирующих составляющих момента двигателя близка к резонансной частоте механической части установки. Пульсации момента двигателя при рассматриваемом способе частотного управления с определяются прямоугольно-ступенчатой формой инвертированного тока. Цель изобретения - исключение вредных динамических нагрузок за счет обеспечения плавного регулирования скорости вплоть до нулевого значения. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу частотного управления электроприводом переменного тока, содержащим управляемый выпрямитель, собранный по мостовой схеме, входы которого подключены к источнику, имеющему среднюю точку, а выходы через дроссели подключены к входу мостового инвертора, выход которого соединен с фазами статорной обмотки электродвигателя переменного тока, при этом общая точка фаз электродвигателя и средняя точка источника питания соединены между собой, при котором регулируют частоту и величину тока двигателя путем коммутации вентилей инвертора и выпрямителя , синхронизируют момент включения катодной группы вьшрямителя с моментом включения любого тиристора анодной группы инвертора, после включения тиристора инвертора регулируют ток катодной группы выпрямителя по закону 3 j| 3 sinwi при ) u j 3 sin Ц-t Itfd) при - U)t . JJ3, Tf-m i P и при 7,1/3 где амплитуда тока; w - круговая частота первой гармонии тока статора, или при t /3 включают вентили анод ной группы вьтрямителя и один из тиристоров катодной группы инвертора в соответствии с выбранным направлением вращения, осуществляют регулирование тока анодной группы выпрямите ля по приведенному закону, но со сдвигом в сторону запаздывания на / «Л/З, при 2л/3 выключают тиристор анодной группы инвертора, включают следующий тиристор этой группы и повторяют указанную последовательность операций. На фиг. 1 показана схема частотно управляемого электропривода переменного тока; на фиг. 2 - форма тока фазы (i) статорной обмотки двигателя , при которой исключаются пульсации вращающего момента двигателя; I на фиг. 3 - фЬрма токов анодной (i) и катодной (ij) групп тиристоров инвертора по предлагаемому способу. Устройство содержит трехфазный двигатель 1 переменного тока со ста торной обмоткой 2 и преобразователь 3частоты, состоящий из трехфазного мостового управляемого вьтрямителя 4с катодной 5 и анодной 6 группами тиристоров, сглаживающего дроссель 7, датчика 8 тока, системы 9 управления током с входом для приема сигнала с датчика тока и входом для приема внещнего управляющего сигнала Uo , трехфазного мостового автономного инвертора 10 тока с анодной 11 и катодной 12 группами тиристоров и системы 13 управления инверто ром 10. Катодная группа 5 тиристоров управляемого вьтрямителя А на сторо не постоянного тока через последовательно включенные дроссель 7 и датчик 8 тока соединена с анодной группой 11 тиристоров инвертора 10, инвертор 10 на стороне переменного тока соединен со статорной обмоткой 2 двигателя 1, выход датчика 8 тока соединен с входом системы 9 управле ния током, выходы системы 13 управления инвертором 10 соединены с управляющими электродами тиристоров инвертора 10. Кроме того, устройство снабжено силовым трехфазным трансформатором 14 с вторичной обмоткой 15, второй системой 16 управления током с входом для приема сигнала с датчика тока и входом для приема внешнего управляющего сигнала, вторым дроссе лем 17 и вторым датчиком тока 18, причем вторичная обмотка 15 трансформатора 14 и статорная обмотка 2 двигателя 1 соединены в звезду, а нулевые точки этих обмоток соединены между собой, управляемый выпрямитель 4 на стороне переменного тока соединен с вторичной обмоткой 15 трансформатора 14, а на стороне постоянного тока анодная группа 6 тиристоров выпрямителя 4 через последовательно включенные второй дроссель 17 и второй датчик 18 тока соединена с катодной группой,12 тиристоров инвертора 10,выходы первой системы 9 управления током соединены с управляющими электродами тиристоров катодной группы 5 вьтрямителя 4, а вькоды второй системы 16 управления током - с управляю1Йими электродами тиристоров .анодной группы 6 выпрямителя 4, выход второго датчика 18 тока соединен с входом второй системы 16 управления током, выходы датчи ков 8 и 18 тока соединены также с входами системы 13 управления инвертором 10. Датчики 8 и 13 тока обеспечивают потенциальное разделение цепей управления от силовой схемы и могут быть выполнены на базе транзисторов и интегральных микросхем с использованием оптронов или разделительных трансформаторов. Системы 9, 16 управления током и система 13 управления инвертором 10 преобразуют непрерывные входные управляющие сигналы в импульсные сигналы управления тиристорами вьтрямителя 4 и инвертора 10, обеспечивают потенциальное разделение цепей управления от силовой схемы и могут быть вьшолнены на базе транзисторов, тиристоров и интегральных микросхем с использованием оптронов или разделительных трансформаторов. Сущность способа заключается в следующем. ) Отсутствие пульсаций вращающего момента, а следовательно и скорости . двигателя достигается лишь тогда, когда вектор i суммарного статорного тока равномерно вращается с неизменной амплитудой Проведенный анализ показывает, что это требование может быть выполнено при использовании трехфазного АИТ в том случае, когда зависимость тока фазы 1.5;рСтаторной обмотки двигателя от времени будет представлять собой сопряженные отрезки синусоид (сплощные линии на фиг.1). ,);T/3 Ч ТГ tn (w,,F/3. fj , 4y//3 U)(/3 1ф-0, ,,. 5л((. Как видно из фиг. 2, идеальнаяв указанном смысле форма тока фазы С незначительной погрешностью может быть аппроксимирована в виде тре угольников .с высотой , и основаниj It I ем 211/3, Токи двух других фаз стато ной обмотки должны повторять приведенную на фиг. 2 форму со сдвигом +2Jr/3. При этом ток ij катодной группы тиристоров инвертора должен представлять собой следующие друг за другом треугольники фазных токов а ток if,, анодной группы - такие же треугольники, сдвинутые относительно тока катодной группы на угол /Г/3 t.e. на 60 зл.град. На фиг. 3 за положительное принято проводящее направление вентилей группы. Для обеспечения требуемой формы тока не обходимо раздельное управление анод ной и катодной группами тиристоров управляемого выпрямителя. Устройство для реализации способ работает следующим ооразом. Соединение нулевых точек обмотк 2 двигателя 1 и обмотки 15 трансформатора 14 и удвоение комплекса систем 9 и 16 управления током, дросселей 7, 17 и датчиков 8, 18 тока в преобразователе 3 создает два независимьк управляемых контура тока: один для анодной группы 1 тиристоров инвертора 10, другой для катодной группы 12. Поданные на входы- систем 9, 16 управления током внешние управляющие сигналы (и и и) треугольной формы (фиг.2) обеспечивают требуемую зависимость токов (i.-, IK) от времени Система 13 управления инвертором 10 обеспечивает коммутацию тиристор инвертора с требуемой частотой, причем н.а низких частотах управляющий сигнал на очередной тиристор подается при нулевом сигнале с соотве.тствующего датчика тока. При зтом анодная 6 и катодная 5 группы тиристоров управляемого выпрямителя 4 превращаются в два независимых трехфазных нулевьк вьтрямителя, работающих в режиме источников тока и индуктивность дросселей 7, 17, позтому должна быть в два раза больше, чем в известном устройстве, так как в два раза увеличивается вольт-секундная площадь переменной составляющей напряжения . Управление группами тиристоров выпрямителя по треугольному закону целесообразно применять лишь на низ« ких частотах (ориентировочно до 3-5 Гц), когда требования к плавному изменению вектора тока статора двигателя наиболее жестки, а на повьщ1енных частотах переходить к общепринятому способу управления, задавая анодной 5 и катодной 6 группам тиристоров выпрямителя 4 одинаковый ток. При выходной частоте инвертора 5 Гц частота пульсаций момента составляет 30 Гц, что, как правило, выше резонансной частоты механической части электропривода. Поскольку в описанном устройстве на низких частотах очередной тиристор включается при нулевом токе и конденсаторное устройство коммутации не используется, то не требуется и устройство предварительного заряда кЪммутирующих конденсаторов, так как конденсаторы могут быть заряжены от рабочего напряжения инвертора. В случае использования в качестве двигателя переменного тока синхронного может быть достигнута устойчивая коммутация тиристоров инвертора на всех скоростях без специальных коммутирующих устройств. Формирование тока, близкого к синусоиде во всем диапазоне регулирования, обеспечивает плавность регулирования и снижение динамических нагрузок.

rrrt7

LzMt

«h

Z

fe J6

СПОСОБ ЧАСТОТНОГО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, содержащим управляемый выпрямитель, собранный по мостовой схеме, входы которого подключены к источнику, имеющему среднюю точку, a выходы через дроссели подключены к входу мостового инвертора, выход которого соединен с фазами статорной обмотки электродвигателя переменного тока, при этом общая точка фаз электродвигателя и средняя точка, источника питания соединены между собой, согласно котор.ому регулируют частоту и величину тока электродвигателя путем коммутации вентилей инвертора и выпрямителя, отличающийся тем, что, с целью исключения вредных дин11мических нагрузок за счет плавного регулирования скорости вплоть до нулевого значения, синхронизируют момент включения катодной группы вьтрямителя с моментом включения любого тиристора анодной группы инвертора, после включения тиристора инвертора регулируют ток катодной группы выпрямителя по закону 2 . I -- Im sin to., t при j iu.,t 0 и ) при 2л/Э7и)-Ь7-ТГ/3 , илм 3 3/Jr3, при ) и Л„ при 2JH2 u);, . л/Э , «амплитуда тока; где Ш- - круговая частота первой гармоники тока статора, при ui.t Л/3 включают вентили анод-; ной группы выпрямителя и один из тиристоров катодной группы инвертора в соответствии с выбранным направлением вращения, осуществляют регули:рование тока анодной группы вьтрямителя по приведенному закону, но со сдвигом в сторону запаздьгаания на 7Г/3, при w.t 2Jr/3 включают тиристор анодной группы инвертора, включают следующий тиристор этой группы и повторяют указанную последовательность операций.

L 11 К

-Й

4

I 4.

о

IS

Ю

. .

13

етл

« i/a/

fm

1Л

utl