Электропривод переменного тока Советский патент 1984 года по МПК H02P7/42 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в тиристорных электроприводах с асинхронным электродвигателем с короткозамкнутым ротором для частотно- 5 го управления при низких скоростях вращения и амплитудного регулирования напряжения при высоких скоростях вращения, например, конвейеров.

Известен электропривод переменно- О го тока, содержащий асинхронный электродвигатель, подключенный через датчик фазных токов к выходу управляемого тиристорного преобразователя, задатчик фазных токов, выходы которого 5 соединены с задающими входами регуляторов фазньк токов, информационные входы которых соединены с выходами датчиков фазных токов, а выход - с управляющим входом тиристорного пре- 20 образователя lj .

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому резуль тату к изобретению является электропривод переменного тока, содержащий трех- 25 фазный асинхронный двигатель, управляемый преобразователь, выполненньш на восьми тиристорах, соединенных силовыми выводами по два встречнопараллельно в четыре пары, два дат- 30 чика фазного тока, через первый из которых одна фазная обмотка статора подключена к одним выводам первой и второй пар тиристоров, через второй датчик фазного тока другая фазная 35 обмотка статора подключена к одним выводам третьей и четвертой пар тиристоров, другие выводы каждой из четырех пар тиристоров и третьей фазной обмотки статора снабжены клемма- до ми дляподключения к сети, блок Задания фазных токов, соответствующими выходам : соединенньй с задающими входами регуляторов фазных токов, информационные входы которых соеди- 45 нены с выходами соответствующих датчиков фазных токов, блок формирования управляющих импульсов 2j .

Недостатком известного технического решения является низкая надеж- 50 ность работы на низких скоростях изза возникновения бестоковых пауз тока статора.

Целью изобретения является повышение надежности работы в зоне низкихЗЗ скоростей путем сокращения бестоко.вых пауз тока статора, а также при переходе в режим амплитудного регулирования напряжения при высоких скоростях вращения.

Поставленная цель достигается тем что в электропривод переменного тока содержащий трехфазный асинхронный двигатель, управляемый преобразователь, вьтолненный на восьми тиристорах, соединенных силовыми вьгоодами по два встречио-параллельно в четыре пары, два датчика фазного тока, через первьй из которых одна фазная обмотка статора подключена к одним вьшодам первой и второй пар тиристоров , через второй датчик фазного тока другая фазная обмотка статора подключена к одним вьгоодам третьей и четвертой пар тиристоров, другие выводы из четырех пар тиристоров и третьей фазной обмотки статора снабжены клеммами для подключения к сети, блок задания фазных токов, соответствующими выходами соединенный с задающими входами регуляторов фазнык токов, информационные входы которых, соединены с выходами соответствующих датчиков фазных токов, .блок формирования управляющих импульсов, введены блок раздельного задания режимов работы, блок переключения режимов работб1, блок управления очередностью коммутации тиристоров, восемь управляемых ключевых элементов, другие вьгао- ды второй и третьей пар тиристоров соединены с вьюодом третьей фазной обмотки статора, управляющие электроды тиристоров через введенные управ ;иемые ключевые элементы подключены к соответствующим выходам блока формирования управляющих импульсов, входы которого соединены с соответствуюпЦими выходами блока переключения режимов работы, входы которого соединены соответственно с выходами регуляторов фазных токов и соответствующими выходами блока раздельного задания режимов работы, два входа которого соединены соответственно с.задающим входом и выходом регулятора скорости, управляющие входы восьми управляемых ключевых элементов соединены с соответствующими выходами блока управления очередностью коммутации тиристоров, входы которого соединены соответственно с выходами датчиков и блока задания фазных токов.

На фиг. 1 приведена функциональная схема электропривода переменного тока; на фиг. 2 - формирование тока i низкой частоты и законы управ ления тиристорами, формирующими ток фазы двигателя ( об - углы управления тиристорами} Uij - напряжение управления в соответствзгющих фазах} at - электротехническая временная ось) . Асинхронный двигатель 1 подключен двумя выводами фазных обмоток статора через соответствующие датчики 2 ,и 3 фазных токов статорак выходным зажимам управляемого преобразователя, выполненного на тиристорах 4-11, при этом тиристоры 4 и 6подсоединен к одной фазе, а тиристоры 8 и 10 к другой фазе статора двигателя. Третий вывод обмотки статора электродвигателя подключен непосредственно К третьей фазе питающей сети, между зажимом которой и выкодными зажимами тиристоров 4,6 и 8,10 включены встречно-параллельно две пары тиристоров 5,7 и 9,11. Управляю щие входы тиристоров через соответст вующие управляемые ключевые элементы 12-19 подключены к выходам блоков 20 и 21 формирования управляющих импульсов, входы которых подключены к соответствующим выходам блока 22 переключения режимов работы, входы которого соединены с выходами блока 23 раздельного задания режимов работы регуляторов 24 и 25 фазных токов статора и t выходами блока 26 задания соответственно. Блок 26 задания включает в себя блок 27 задани фазных токов и р.егулятор 28 скорости выход Koioporo соединен с входом блока 27 и первым входом блока 23 раздельного задания режимов работы, вто рой вход которого соединен с источни ком задания скорости, с которым соединен также задающий вход регулятора 28 скорости, информационный вход которого соединен с выходом датчика 29 скорости, связанного с валом двигателя 1.-Задающие .входы регуляторов 24 и 25 фазных токов соединены с соответствующими выходами блока 27, а их информационные входы с выходами датчиков 2 и 3 фазных токов статора. Управляющие входы управляемых ключевых элементов 12-19 подключены к соответствующим выходам блока 30 управления очередностьюкоммутации тиристоров, входы которого соответственно соединены с выхода ми блоков 27 и 28, а также датчиков 2 и 3. Блок 22 переключения режимов работы содержит первую 31, вторую 32, . третью 33, четвертую 34 и пятую 35 пары компараторов, два источника 36 и 37 опорных напряжений, пять управляемых ключевых элементов 38-42 компаратора блока 22, шесть согл-асующих усилителей 43-48, а также восемь диодов 49-56. Входы усилителей 43 и 48 образуют соответственно первьй и второй входы блока 22, третий вход которого образован опорными входами пятой пары 35 компараторов, четвертый вход - управляющими входами управляемых ключевьгх элементов 38-42, а пятый вход - объединенными вьгоодами управляемых ключевых элементов 38-41. Выходы усилителей 43-48 через диоды 49-55 соответственнои через управляемые ключевые элементы 38-42 соединены с соответствующими входами четырех пар 31 и 32 компараторов, выходы которых образуют выходы блока 22. Блок 23 раздельного задания режимов работы содержит усилитель 57, входной резистор 58 которого зашунтирован управляемым ключевым элементом 59, управляющий вход которого подключен к выходу элемента 60,дифференцирования, вход которого соединен с входом порогового элемента 61. Вывод входного резистора 5В образует первьй вход блока 23, объединенные входы элементов 60 и 61 образуют второй вход блока 23, выход усилителя 57 образует первьй выход блока 23, второй и третий выхода которого образованы выходами элементов 60 и 61 соответственно. Блок 30 управления очередностью коммутации тиристоров содержит блок 62 раздельного управления группами тиристоров, два логических элемента 2 ИЛИ 63 и 64, пять элементов НЕ 6569, пять элементов 2И-НЕ 70-74, семь элементов 2И 75-81. При этом четыре входа блока 62 образуют четыре входа блока 30, дваиз которых соединены с датчиками 2 и 3 фазных токов и соответствующими двумя выходами блока 27, вход элемента 65 объединен с одним входом элемента 64 и образует пятый вход блока 30, шестой вход которого образован соединенными между собой вторым входом элеента 64 и первьм входом элемента 63, второй вход которого соединен с выходом элемента 65. Выходы блока 52 соединены соответственно с входами элементов 66-69 и 77-79, одни входы элементов 72 и 73 соединены между собой и с выходом элемента 68, один вход элемента 74 соединен с выходом элемента 69, один вход элемента 71 соединен с выходом элемента 67, один вход элемента 70 соединен с выходом элемента 66, другие входы элементов 70-74 и 77-79 объединены между собой и соединены с шестым входом блока 30, один вход элемента 80 соединен с выходом элемента 64, а другой - с выходом элемента 73,одни входы элементов 75, 76 и 81 соединены между собой и с входом элемента 63, другой вход элемента 81 - с выходом элемента 74, другой вход элемента 75 - с выходом элемента 71, другой вход элемента 76 - с выходам элемента 70. Выходы элементов 72 и 75-81 образуют соответственно восемь выходов блока 30. Электропривод переменного тока функционирует следующим обраэом. Импульсы управления на тиристо-. ры 5-10 поступают из -блоков 20 и 21 формирования импульсов через управ ляемые ключевые элементы 12-19, управление которыми независимо и обеспечивает снятие (подачу) управляющих импульсов на соответствующий тиристор. Управляющие входы ключевых элементов 12-19 соединены с соответствующими выходами блока 30 управления очередностью коммутации тиристоров, который обеспечивает беспрепятственное прохождение сигнала управления к ключевым элементам (сигнал разрешения или запрета)- от блока 62- раздельного управления груп пами тиристоров, в режиме преобразователя частоты. При этом обеспечиваатся попеременное снятие (подача) управляющих импульсов с групп тиристоров 4,5 и 6,7, формирующих соответ ственно положительную и отрицательну полуволны тока одной из фаз статора электродвигателя, а также групп тиристоров 8j11 и 9,10, формирующих соответственно положительную и отрицательную полуволны тока другой фазы двигателя с частотой задания. Схема обеспечивает снятие импульсов управления с тиристоров 5, 7, 11 и 9, при этом на соответствующие входы управления ключевых элементов поступает сигнал запрета О, и подачу импульсов управления на тиристоры 4, 6, 8 и 10, образующие схему несимметричного регулятора напряжения. При этом на входы управления соответствующих ключевых элементов поступает сигнал разрешения 1 в режиме регулятора напряжения. Блок 30 обеспечивает снятие импульсов с неработающих тиристоров 611 силовой цепи и подачу импульсов управления на тиристоры 4 и 5, образующие схему однополупериодного выпрямителя с шунтирующим тиристором при динамическим торможении. Сигнал , запрета (разрешения) работы тиристоров 4 и 5 поступает с первого выхода блока 62 на вход элемента НЕ 68. Инверсный сигнал с выхода элемен- та НЕ 68 поступает на первые входы элементов 2И-НЕ 72 и 73. Сигнал запрета (разрешения) работы тиристоров 6 и 7 поступает с второго выхода блока 62 на первьй вход элемента 2И 77 и вход элемента НЕ 69. Йнверснъй сигнал с Bbixoj a элемента НЕ 69 поступает на первый вход элемента 2И-НЕ 74. Сигнал запрета (разрешения) работы тиристоров 8 и 11 поступает с третьего выхода блока 62 на первый вход элемента 2И 78 и вход элемента НЕ 67. Инверсный сигнал с выхода элемента НЕ 67 поступает на первый вход элемента 2ИНЕ 71. Сигнал запрета (разрешения) работы тиристоров 9 и 10 поступает с четвертого выхода блока 62 на первый вход элемента 2И 79 и вход элемента НЕ 66. Инверсный сигнал с выхода элемента НЕ 66 поступает на первый вход элемента 2И-НЕ 70. На вторые входы элементов 71-74 и 77-79 поступает сигнал с выхода блока 61. Выходы элементов 72 и 77-79 соединены с управляющими входами управляемых ключевых элементов 12 и 15-17 тиристоров 4, 7, 9 и 11. Выходы элементов 73, 74, 71 и 70 соединены с вторыми входами элементов 80, 81, 75 и 76 соответственно. Первые входы элементов 81, 75 и 76 соединены с выходом элемента 2ШШ 63. Выходы элементов 81, 75 и 76 соединены с управляющими входами управляемых ключевых элементов 13, 18 и 19 тиристоров 6, 8 и 10. Первьй вход элемента 80 соединен с выходом элемент

та 2ИЛИ 64. Выход элемента 80 соединен с управляющим входом управляемого ключевого элемента 14 тиристора 5.

Второй вход элемента 64 и первьй вход элемента 63 соединены с выходом блока 61. Второй вход элемента 63 соединен с выходом элемента НЕ 65. Первьй йход элемента 2ИЛИ 64 и вход элемента НЕ 65 соединены с выходом блока 60.,

Блок 23 раздельного задания режимов работы осуществляет перестройку системы управления в соответствии с сигналом (О задания частоты вр щения вала электропривода.

Блок 27 задания фазных токов осуществляет формирование трех напряжеUg, Up, измеНИИ низкой частоты U,

няющихся во времени по синусородаль- ному или близкому к синусоидальному 20 закону, образующих симметричнзпо трехфазную систему напряжения, амплитуда и частота, которых изменяется в соответствии с сигналом с выхода регулятора 28 скорости. Выход задания 25 на ток одной из фаз, например фазы Ц, поступает на второй вход регулятора 24 фазного тока, на первый вход которого поступает информация с датчика 2 фазного тока.ЗО

. -..

При использовании в блоках 20 и

21 формирования импульсов идентичных между собой каналов управления, обеспечивающих вертикальньш принцип управления, в которых в. качестве опорного используется положительное линейноспадающее пилообразное напряжение, на первую и вторую пары 31 и 32 компараторов каналов управления тиристорами 5, 7, 9 и 11 введено отрицательное напряжение смещения U, обеспечивающее работу этих тиристоров при отсутствии управляющего напряжения с блока задатчика и регуляторов фазных токов как диодов.

На вторую и третью пары 33 и 34 компараторов каналов управления тиристорами 4, 6, 8 и 10 также введено отрицательное напряжение смещения U, достаточное для обеспечения включе-. ния соответствующих тиристоров 4, 6, 8 и 10 с .максимальным углом отпирания при положительном анодном напря- i жении, до момента перехода кривой сетевого напряжения через ноль. 55

Контроль н.аличия тока, протекающего в группах тиристоров, формирую дих полуволну тока преобразователя

частоты, а также моменты перехода кривой тока через ноль, осуществляется посредством датчиков 2 и 3 фазных токов. Выход датчика 2 соединен с первым входом блока 62, выход датчика 3-е третьим входом блока 62. Блок 62 обеспечивает раздельное упраление парами тиристоров, формирующими положительную и отрицательную полуволны тока нагрузки в соответствии с заданием на ток и наличием тока в одной из групп тиристоров.

Основные режимы работы электропривода переменного тока осуществляются следующим образом.

Режим пуска и работы на пониженных частотах вр ащения. Сигнал на выходе блока 61 соответствует логичекой единице. При этом на выходе элементбв 63 и 64 независимо от сигнала на других входах имеется сигнал логической единицы. Сигнал логической единицы поступает на первые входы элементов 80, 81, 75 и 76, а также на вторые входы элементов 70-74 и 77-79. Таким образом, обеспечивается прохождение сигналов с выхода блока 62 на управляющие входы управляемых ключевых элементов. Сигнал логической единицы с выхода блока 61 поступает также на вход управления коммутатора блока 22. При этом ключевые элементы 38-42 замкнуты в первом положении, и работа электропривода осуществляется в режиме преобразователя частоты.

Тиристор. 4 первой фазы и тиристор 8 второй фазы формирует положительную полувохшу напряжения фазы преобразователя (фиг. 2). Тиристор 6 в первой фазе, и тиристор 10 во второй фазе формируют отрицательную полуволну вьгходного, напряжения фазы преобразователя, т.е. работают как однофазные;однополупериодные реверсивные выпрямители. Тиристоры 5 и 7 в первой фазе и тиристоры 11 и 9 во второй фазе служат для поддержат ния непрерьшности тока в обмотках двигателя в непроводящий для тиристоров преобразователя период. Так, при формировании нарастающего фронта кривой полуволны тока i (фиг. 2) после достижения точки естественной коммутации тиристором 4 подаются управляющие импульсы на тиристор 5. Тиристор 5 отпирается напряжением сети и запирает тиристор 4. При этом обмотки двух фаз двигателя замкнуты накоротко тиристором 5, и в обмотках поддерживается ток прежнего направлениЯ за счет электромагнитной энергии, занесенной в поле двигателя. Таким образом, в моменты времени когда обмотки двигателя отключены от сети и замкнуты накоротко, ток в обмотке не успевает у асть до нуля Последующим включением тиристоров 4 и 5 формируется нарастающий фронт кривой полуволны тока. Спадающий фронт кривой полуволны тока формируется аналогично, но при этом вводится задержка включения тиристора 5,. чем обеспечивается обме электромагнитной энергией,запасенной в поле двиJ aтeля,и питающей сетью. Так как спадание тока в обмотке обес печивается работой тиристора 4 при отрицательной полуволне напряжения сети, а включение группы тиристоров, формирующих отрицательную полуволну тока, производится при отсутствии тока в предпествующей группе тиристо ров, то последним из работы должен выходить тиристор 4, что обеспечивается подачей отрицательного смещения и задержкой включения тиристора 5. В режиме регулятора напряжения и в номинальном режиме электропривод работает следующим образом. При превьннении сигналом Q зада ния частоты вращения электропривода уставки блока 61, что соответствует работе злектр.опривода на частотах вращения, превьшающих 0,1 номинально , частоты вращения, при частотном упра и номинальном режиме сигнал на выходеблока 61 соответствует логиче кому нулю. При разгоне и работе на постоянной скорости на выходе блока 60 также соответствует логическом нулю. При этом и сигнал на выходе элемента 64 соответствует логическому нулю и поступает на вход элемента 80. Сигнал на выходе элемента 63 соответствует логической единице и поступает на входы элементов 2И 81, 75 и 76. Сигнал на вторых входах элементов 70-74 и 77-79 равен логическому нулю, при этом на выходах элементов 2И 77-79 сигнал логического нуля, а на выходах .элементов 70-74 - логи- . ческой единицы. В результате сигнал логической единицы (разрешения подачи импульсов) поступает на входы управления ключевых элементов тиристоров 4, 6, 8 и 10. Сигнал логического нуля с выхода блока 61 поступает на вход управления коммутатора блока 22. Ключи 38-42 коммутатора блока 22 замкнуты во.втором Положении, и работа устройства осуществляется в режиме регулятора напряжения при частоте питающей сети. Режим торможения. Режим торможения электропривода осуществляется при изменении знака произ.водной задания частоты вращения двигателя, сигнал на выходе блока 60 соответ- ствует логической единице, сигнал на выходе элемента 64 - логической единицы, сигнал на выходе элемента 63 - логическому нулю. При этом обеспечивается подача сигнала разрешения навходы управления ключевых элементов тиристоров 4, 5 и подача сигнала запрета на остальные. Сигнал логической единицы с выхода блока 60 поступает на вход управления ключа 59, шунтирующего резистор 58, что соответствует режиму регулятора динамическое торможение. Ключи 38-42 блока 22 находятся во втором положении. Таким образом, обеспечивается режим динамического торможения с однополупериодным выпрямителем с использованием шунтирующего диода для поддержания непрерьтности тока в обмотках статора двигателя. Таким образсм, применение изобретения позволяет получить в сравнитейьно простом электроприводе переменного тока плавньй пуск при частном управлении электродвигателем.с заданными, динамическими xapaктepиcтикaми за счет регулирования пускового момента двигателя вплоть до максимального, обеспечить устойчивую работу электропривода на пониженных частотах вращения от нуля вплоть до 0,1 номинальной.

О

-g

ЭЛЕКТРОПРИВОД ПЕРЕМЕННОГОТОКА, содержащий трехфазный асинхронный двигатель, управляемый преобразователь, выполненньй на восьми тиристорах, соединенных силовыми вьшодами по два встречно-параллельно в четыре пары, два Датчика фазного тока, через первый из которых одна фазная обмотка статора подключена к одним выводам первой и второй пар тиристоров, через второй датчик фазного тока другая фазная обмотка статора подключена к одним выводам третьей и четвертой пар тиристоров, другие выводы каждрй из четырех пар тиристоров и третьей фазной.обмотки статора снабжены клеммами для подключения к сети, блок задания фазных токов, соответствующими выходами соединенньй с задающими входами регуляторов фазных токов, информационные входы которых соединены с выходами соответствующих датчиков фазных токов, блок формирования управляющих импульсов, отличающийся тем, что, с целью . повьппения надежности, в него введены блок раздельного задания режимов работы, блок переключения режимов работы., блок управления очередностью коммутации тиристоров, восемь управляемых ключевых элементов, другие , вьюоды второй и третьей пар тиристоров соединены с вьюойами третьей фазной обмотки статора, управляющие электроды тиристоров через введенные управляемые ключевые элементы подключены к соответствующим вьрсодам блока формирования управляющих импульсов, входы которого соединены с соответствующими выходами блока переклю чекия режимов работы, входы которого соединены соответственно с выходами регуляторов фазных токов и с соответствующими вькодами блока раздельного задания режимов работы, два входа которого соединены соответственно с задающим входом и выходом регулятора скорости, управляющие входы восьми управляемых ключевых элементов соединены с соответствующими выходами блока управления очередностью коммута ции тиристоров, входы крторого соединены соответственно с выходами датчиков и блока задания фазных токов.