Устройство для управления электроприводом переменного тока Советский патент 1986 года по МПК H02P7/42 H02P5/34 

1

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для уйравления электроприводами переменного тока с чаЬтотно-токовым управлением, и может быть использовано для регулирования тока в трехфазной обмотке электродвигателя, питаемого от мостового инвер тора.

Целью изобретения является повышение точности формирования: мгновенных значений фазных токов.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства для управления электроприводом переменного тока; на фиг.2 - диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство для управления электроприводом переменного тока содер}кит мостовой инвертор 1, снабженный силовыми выходами для подключения статор ных обмоток электродвигателя 2, за- датчики 3, 4 токов первой и второй фаз, формирователь 5 тока задания третьей фазы, входы которого подсоединены к выходам задатчиков 3, 4 токов первой и второй фаз, три фазных регулятора 6, 7, 8 тока, первые входы двух из которых 6 и 7 подсоединены к выходам загадчиков 4,3 токов первой и второй фаз соответственно, а первый вход третьего фазного регулятора 8 подсоединен к выходу формирователя 5 тока задания третьей фазы, блок.9 управления мостовым инвертором, снабженный фазными синхронизирующими вхоадми 10, И, f2 и информационным входом 13, измерители 14, 15 токов первой и второй фаз, входы которых подсоединены к соответствующим силовым выходам мостового инвертора I, формирователь I6 действительного значения тока третьей фазы, входы которого подсоединены к выходам измерителей 14, 15 тока первой и второй фаз, при этом выходы измерителей 14, 15 токов первой и второй фаз и выход формирователя 16 действительного значения тока третьей фазы подсоединены к вторым входам сорт ветствукшз х фазных регуляторов 6, 7, 8 тока,

В устройство для управления электроприводом переменного тока введены задатчик 17 направления переключения ключей мостового инвертора I, три элемента ШШ IB, 19, 20, и три элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ММ 21, 22, 23,, первые входы которых подсоединены

249432

к выходам соответствующих фазных регуляторов 6, 7, 8 тока, а вторые ВХОД. объединены с информационным входом 13 блока 9 управления мосто5 вым инвертором 1 и подключены к первому выходу задатчика 17 направления переключения ключей мостового инвертора 1. При этом выходы элементов ИСКЛЮЧАМЦЕЕ ИЛИ 21, 22, 23 подклю10 чены к первым входам соответствующих элементов ИЛИ 18, 19, 20, вторые входы которых объединены между собой и подключены к второму выходу задатчика I7 направления переключения клюtS чей мостового инвертора 1, а выходы элементов ИЛИ 18, 19, 20.- соответственно к фазным синхронизирующим входам 10, iT, 12 блока управления мостовым инвертором 1.

20 В данном устройстве для управления электроггриводом переменного тока процесс изменения фазных напряжений происходит при поочередном подключении фаз электродвигателя сначала

25 к одному, а затем к другому полюсу источника питания в определенной последовательности. При этом источник силового питания мостового инвертора оказывается исключенным из

30 цепи спада (двигательный режим) или нарастания (генераторный режим) токов фаз. Фазные напряжения располагаются симметрично один относительно другого. При этом снижается темп из35 менения высокочастотной составляющей фазных токов и увеличивается ее частота, что приводит к уменьщению амплитуды пульсаций и, следовательно, увеличению,точности регулирова40 НИН мгновенного значения фазных токов.

Устройство для управления электроприводом переменного тока работает

следующим образом.

I

5 Задатчики 3, 4 токов (фиг.1) первой и второй фаз формируют аналоговые сигналы задания токов двух первых фаз Ij и Ijg (фиг. 2, л, м). Ток задания третьей фазы 1 (фиг.2,н)

50 получается с помощью формирователя 5 тока задания третьей фазы. Напряжения, пропорциональные действитель- ньтм значения токов двух первых фаз ГА и IE (фиг. 2, л, м) снимаются с

55 измерителей 14 и 15 токов, а напряжение,, пропорциональное току третьей фазы (.. (фиг, 2, н) получается путем векторного сложения выходных напря

жений измерителей 14 и 15 токов с помощью формирователя 16 действительного значения тока третьей фазы. Сигналы задания токов сравниваются с сигналами, пропорциональными действи тельным значения токов фаз на соответствующих фазных регуляторах 6, 7 и 8 тока, в результате чего на их выходах получают разностные прямоугольные напряжения, В момент времени tj, (в результате данного сравнения) , выходы фазных регуляторов 6, 7 токов имеют единичное состояние (фиг.2, в, г), а выход фазного регулятора 8 тока - нулевое состояние (фиг.2, д).

Первый выход задатчика 17 направления переключения ключей, представляющего собой тактовый генератор прямоугольных импульсов, имеет единичный уровень (фиг.2,б), который разрешает открываться ключам мостового инвертора 1, подсоединенным к отрицательному полюсу источника питания инвертора - U. Выходы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21,22 находятся в нулевом состоянии (фиг.2,ж.з) так как их оба входа име 4рт единичные уровни, а выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 23 - в единичном состоянии (фиг.2, к), так как его входы имеют различные состояния.

Блок 9 управления снабжен в каждой фазной.цепи D-триггером. Их-синхронизирующие входы образуют соот- ветственно фазные синхрвнизирующие входы 10, П, 12, Информационные входы D-триггеров объединены между собой и образуют информационный вход

13. Инверсные и прямь е выходы В-триг-до ляторов 6, 7, 8 тока перебрасывает

геров образуют выходы блока 9 управления , подключенные к управляющим входам мостового инвертора 1.

В рассматриваемый момент времени напряжения управления единичного 45 уровня на выходах блока 9 управления держат открытыми ключи 24, 25, 26, а напряжение управления нулевого уровня держат закрытыми ключи 27, 2В, 29,50

При этом происходит нарастание токов в фазах электродвигателя 2: в фазе А положительного знака (фиг.2, л), а в фазах В и С - отрицательного знака (фиг.2, м,н), Б мо- 55 мент времени t (фиг,2) сигнал отрицательной обратной связи- по току 1д (фиг.25 л), пропорциональный действивыходные напряжения элементов ИСКЛЮ ЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21, 22 в единичное состояние (фиг,2, ж, з), а элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 23 - в нулевое состояние (фиг,2,к). Выходное напряжение элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21, 22 передаются через элементы ИЛИ 18 19, соответственно на фазные синхро низирующие входы 10, II блока 9 упр ления и переключают его выходные на пряжения А и В, При этом ключ 27 закрывается, а ключ 24 открывается, а напряжение на фазе А изменяется от до +и„ (фиг,2,л). Ключ 25 закрывается, ключ 28 открывается, а напряжение на фазе В изменяется от -Up до +Un (фиг.2, м), В фазах эле тродвигателя 2 ток нарастает. В мо10

5

25

249434

тельномузначению тока фазы А, пересиливаетсигнал задания тока данной фазы I

и на выходе регулятора тока 6 напряжение становится нулевого уровня (фиг,2, в), которое в сочетании с единичным напряжением на втором входе элемента ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ 21 устанавливает на его выходе единичное напряжение (фиг.2, ж). Последнее передается через элемент ИЛИ 18 на вход 10 блока 9 управления и переключает его выходные напряжения фазы А в соответствии с напряжением на его информационном входе 13. При этом 15 ключ 24 закрывается, ключ-27 открывается, а напряжение на фазе А изменяется от +и„ до -и„ (фиг.2,л).

Все ключи мостового инвертора 1, подсоединенные к отрицательному по,- люсу источника питания, оказываются открытыми, и начинается процесс спада токов в фазах электродвигателя 2 (фиг,2, л, м, н),

В момент времени t, (фиг.2) сигнал задания тока фазы А 1., переси- ливает сигнал обратной связи по току 1д (фиг,2,) и выход регулятора тока

20

6 фазы А перебрасывается в единичное состояние (фиг,2, в), а выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21 - в нулевое состояние (фиг.2,ж). В момент времени t на первом выходе задатчика 17 направления переключения ключей мостового инвертора напряжение становится нулевым (фиг.2,б), которое разрешает открытие ключей, подсоединенных к положительному полюсу источника питания +U и в сочетании с выходными напряженими регувыходные напряжения элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21, 22 в единичное состояние (фиг,2, ж, з), а элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 23 - в нулевое состояние (фиг,2,к). Выходное напряжение элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21, 22 передаются через элементы ИЛИ 18, 19, соответственно на фазные синхронизирующие входы 10, II блока 9 управления и переключают его выходные напряжения А и В, При этом ключ 27 закрывается, а ключ 24 открывается, а напряжение на фазе А изменяется от до +и„ (фиг,2,л). Ключ 25 закрывается, ключ 28 открывается, а напряжение на фазе В изменяется от -Up до +Un (фиг.2, м), В фазах электродвигателя 2 ток нарастает. В моент времени t выросший сигнал об- атной связи по току 1 . фазь В (фиг.2, м) изменяет выходное состояие регулятора 7 тока на нулевое (фиг,2, г)э которое изменяет выходое состояние элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ЛИ 22 на нулевое (фиг,. з). В моент времени t сигнал обратной связи по току Ij. фазы С (,- н) пересиливает сигнал задания тока . анной фазы и перебрасывает вьжод регулятора 8 тока в единичное сос- точние (, д). которое устанавивает выходное напряжение элемента ИСКЛЮЧАКШЩЕ ИЛИ 23 в еданичное сос- точние (фиг.25 к). Последнее пере- дается через элемент ИЛИ на фазный синхронизирующий вход 12 блока 9 управления и переключает его выходные напряжения фазы С, При этом ключ 20 26 закрывается, ключ .29 открывается, а напряжение на фазе С изменяется от -Un до +Un (фиг.2, и), все ключи мостового инвертора 1, подсоединенные к положительному полюсу ис- 25 точника питания, оказываются открытыми , и начинается процесс спада токов в фазах электродвигателя 2 (фиг.2, л, MS н)

В момент времени tg (фиг,2) сигнал задания тока Ije фазы С пересиливает сигнал обратной связи по току 1с (фиг,2,, н) и выход peryjsHTopa 8 тока устанавливается в нулевое состояние (фиг.2;,д)5 который изменяет напряжение.на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 23 в нулевое состояние (фиг. 2 5 к). В моме.нт времени t., на первом выходе .задатчк.ка .17 напряжения переключения ключей мостового инвертора 1 напряжен.ие становито единичным (фиг.,), которое разрешает открытие ключей кюстового инвертора I g подсоединенных ft отригга- тельному полюсу источника питания, и устанавливает выходнь е напряжения элементов ИСЮБОЧАЮЩЕЕ ИЛИ 22, 23 в единичное состояние (фиг,2э ), а элемент ИСКЛЮЧАМЦЕЕ ИЛИ 2J в нулевое состояние (фиг,2, ж), Выход- 50 ные напряжения элементов ИСКПЮЧМЩЕЕ :ШЖ 22, 23 через элементы ИДИ 19, 20 изменяют состояния выходов блока 9 управления фаз В и С.

При этом ключ 28 закрывается, а 5.5 ключ 25 открывается 5 а напряжен.ие на (1)336 В изменяется от до -и„ (фиг,2;, .м)., Ключ 29 закрывается., ключ

5

10 ts

30

40

26 открывается, а напряжение на фазе С изменяется от +11,., до -и„ (фиг.2,н), В фазах электродвигателя 2 происходит нарастание токов,

В дальнейшем процессы происходят аналогично,

Сигналы (фиг. 2, а) J которые дает задатчик 1.7 направления переключения ключей мостового инвертора, предназначены для принудительного включения ключей мостового инвертора I. подсоединенных к положительному или отрицательному полюсу источника питания, если .за время от начала pasрешения до появления импульса с второго Еыхода задатчика I7 регуляторы тока 6, 7; 8 не произвели заданного переключения.

0 5

5 0

.5

0

0

В известном устройстве для управ- леник электроприводом переменного тока коммутация силовых ключевых элементов осуш,ествляется под действием разности сигнала задания тока к дейс;твительнсго значения тока в ка)вдой фазе независимо от других фаз. В связн с этим частота переменной состзЕляющей тока равна частоте переключения силовых ключевых элементов,

В предлагаемом устройстве для управления электроприводом переменного тока переключения ключевых элементов разных фаз согласованы один с другим и частота переменной составляющей тока в 2 раза выше частоты переключения ключевых элементов в сравнении с известным решением (фиг.2).

Величина пульсаций тока определяется темпом нарастания или спада тока и временем этого нарастания или спада, а темп нарастания (спада) тока о.пределяется при равных нагрузках .величиной пр.илолсенного напряжения к фазам дв лгателя. При напря- дсеник источника питания мостового инвертора И и мгновенном значении линейной ЭДС двигателя Е , приложенное к фазе капряяение U при коммутации ключей мостового инвертора при работе; электропривода в двига- ге.ггь.нок режиме определяется для мо- 1че.1та нарастания тока выражением

и и„ - Е,,

П AS

а для момента спада

и БД

,,(в генераторном режиме наоборот).

Максимальная величина пульсаций тока Д1, определенная при 0,5 и„ , записывается выражением

Д1

Уа -I L 4

где L - индуктивность в цепи нарастания (спада)тока; Т - период пульсаций тока.

Отсюда следует, что величина пульсаций тока снижается в два раза, в сравнении с известным решением (при одинаковой частоте). Если же частота пульсаций повышена в 2 раза, как в данном устройстве, тс величина пульсаций тока уменьшается в 4 раза.

Таким образом, введение в устройство для управления электроприводом переменного тока задатчика направления переключения ключей мостового инвертора, трех элементов ИЛИ и трех элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ позволяет повысить частоту высокочастотных составляющих фазных токов в 2 раза и уменьшить их амплитуду в 4 паза в сравнении с известным решением, благодаря чему повьш ается точность формирования мгновенных значений фазных токов.

Формула изобретения

Устройство для управления электроприводом переменного тока, содержащее мостовой инвертор, снабженный выходами для подключения статорньгх обмоток электродвигателя, задатчики токов первой и второй фаз, формирователь тока задания третьей фазы, входы которого подсоединены к выходам задатч;1ков токов первой и второй фаз, три фазных регулятора тока, первые входы двух из которых подсоединены к выходам задатчиков токов первой и второй фаз соответственно, а

первый вход третьего фазного регулятора тока подсоединен к выходу формирователя тока задания третьей 5 фазы, блок управления мостовым инвертором, снабженный фазными синхронизирующими входами и информационным входом, измерители токов первой и второй фаз, входы .которых подсоеди- 10 нены к сооветствующим силовым выходам мостового инвертора, формирователь действительного значения тока третьей фазы, входы которого подсоединены к выходам измерителей тока 15 первой и второй фаз, при этом выходы измерителей токов первой и второй фаз и выход формирователя действи-. тельного значения тока третьей фазы подсоединены к вторым входам соот- 20 ветствующих фазных регуляторов тока, о тлич ающе е ся тем, что, с целью повышения точности формирования мгновенных значений фазных токов, введены задатчик направления 5 переключения ключей мостового инвертора, три элемента ИЛИ и три элемента ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ, первые входы которых подсоединены к выходам с ответствую- щих фазных регуляторов тока, а вто0 рые входы объединены с информационным входом блока управления мостовым инвертором и подключены к первому выходу задатчика направления переключения ключей мостового инвертора,

5 при этом выходы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подключены к первым входам соответствующих элементов ИЛИ, вторые входы которых объединены между собой и подключены к второму вькоду задат0 чика направления переключения ключей мостового инвертора, а выходы элементов ИЛИ подключены к соответствующим фазным синхронизирующим входам блока управления мостовым инвертором.

W4

vc

Фаг.

Составитель А.Жилин Редактор НоШвидкая Техред И,Попович Корректор М.Максимишинец

Заказ 1960/55 Тираж 631 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д, 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул. Проектная, 4

Изобретение относится к электроприводам переменного тока. Целью изобретения является поёьшение точности, формирования мгновенных значений фазных токов. Устройство состоит из мостового инвертора 1 с блоком 9 управления. К выходу инверто- ра 1 подключены измерители тока 14, 15, выходы которых подключены к первым входам фазных регуляторов 6,7,8, Вторые входы фазных регуляторов соединены с выходами задатчиков 3, 4, 5 тока. Цель достигается тем, что в устройство введены задатчик 17 направления переключения ключей инвертора, три элемента ИЛИ 18, 19, 20 и три элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 2.1-, 22, 23. При этом первые входы элементов 21 , 22, 23 подсоединены к выходам соответствующих регуляторов 6, 7, 8, а вторые входы объединены и подключены к задатчику 17. Выходы элементов 21, 22, 23 подключены к первым входам элементов 18 19, 20, вторые входы которых объединены и подключены к задатчику 17. Выходы элементов 18, 19, 20 подключены к входам блока 9. 2 ил. (Л ю KD 1 ;о 4ib со