Электропривод переменного тока с питанием от однофазного источника напряжения Советский патент 1987 года по МПК H02P7/42 

ния, обеспечивающая необходимые переключения диодно-транзисторными ключами 6-9. В устройстве обеспечивается как параметрическое регулирование скоростью вращения электродвигателя, так и частотное управление. При наличии входного сигнала положительной полярности, превьшающего пороговое значение, будет открыт канал параметрического управления, а канал частотного управления закрыт. При уменьшении положительного значения входного сигнала до значения, меньшего порогового, закрьшается канал

1

Изобретение относится к электро- техв:ике и, в частности, может исполь- зоваться в системах регулируемого трехфазного асинхронного электропривода.

Цель изобретения - повьшение энергетических показателей регулируемых по скорости трехфазных асинхронных электроприводов с питанием от однофазного источника питания,

На фиг. 1 изображейа схема электропривода переменного тока; на фиг. 2 - схема управления; на фиг.З и 4 - временные диаграммы; на фиг.З - таблица с алгоритмом переключений ди одно-транзисторных ключей.

Электропривод переменного тока содержит трехфазный асинхронный электродвигатель 1 с фазными обмотками 2-4, две статорные обмотки которого, например 2 и 4, соединены последовательно и согласно, а третья обмотка, например 3, подключена к первым двум последовательно и встречно. Электропривод содержит также импульсный полупроводниковый преобразователь 5, состоящий из четырех диодно-транзис- торных ключей 6-9 переменного тока, соединенных последовательно между собой и предназначенных для подключения к источнику переменного напряже- :ния (однофазной сети), при этом к трем из них, например к 7-9, параллельно подключены статорные обмотки 2-4 трехфазного асинхронного электродвигателя 1, Для управления ийпульспараметрического управления и открывается канал частотного управления, При этом обеспечивается непрерывный ток статора, что снижает пульсации мгновенного мом ента. Кроме того, в устройстве при всех режимах его работы обеспечивается формирование симметричной системы трехфазных напряжений питания. Это обуславливает получение кругового вращающегося магнитного поля при питании двигателя 1 от однофазного источника напряжения. 1 3.п. ф-лы, 5 ил.

ным полупроводниковым преобразоватеем 5 служит схема 10 управления.

Схема 10 управления состоит из за- атчика 11 входного сигнала, индикатора 12 полярности входного сигнала, блока 13 фазового сдвига с тремя выходами, блока 14 формирования абсоютного значения входного сигнала, индикатора 15 полярности напряжения

питания, трех блоков 16-18 сравнения, компаратора 19 входного сигнала, преобразователя 20 напряжение - частота, второго блока 21 фазового сдвига, блока 22 частотного управления, состоящего из трех логических элементов ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ 23-25 и трех логических элементов ИЛИ 26-28.

Первые входы трех логических элементов ИСКГЛОЧАЩЕЕ ИЛИ 23-25 объединены между собой, образуя первый вход блока 22 частотного управления, а их вторые входы образуют второй, третий и четвертьш входы блока 22

частотного управления, выходы трех

30

логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ НИИ 23-25 подключены к первьм входам трех логических элементов ШШ 26-28, вторые входы которых объединены между собой, образуя пятьй вход блока 22 частотного управления. Выходы трех логических элементов ИЛИ 26-28 образуют три вьпсода блока 22 частотного управления.

Схема 10 управления содержит блок

35 29 переключения режимов работы, состоящий из шести логических элементов

и 30-35, одного логического элемента НЕ 36 и трех логических элементов ИЛИ 37-39, при этом первые входы трех логических элементов И.30-32 образуют первые три входа блока 29 переключения режимов работы, вторые входы трех логических элементов И 30-32 объединены между собой и подключены к выходу логического элемента НЕ 36, вход которого объединен с первыми входами трех логических элементов ИЛИ 33-35, образуя четвертый вход блока 29 переключения режимов работы. Вторые входы трех логических элементов И 33-35 образуют пятый, шестой и седьмой входы блока 29 переключения режимов работы, выходы трех логических элементов И 30-32 подключены к первым входам трех логических элементов ИЛИ 37-39, к вторым входам которых подключены выходы трех логических элементов И 33-35. Выходы трех логических элементов ИЛИ 37-39 образуют первый, второй и третий выходы блока 29 переключения режимов работы.

Схема 10 управления содержит так- же блок 40 распределения импульсов управления, блок 41 управления и защиты, блок 42 гальванической развязки и усиления импульсов управления, при этом входы индикатора 12 полярности входного сигнала и блока 14 формирования абсолютного значения входного сигнала объединены между собой и подключены к задатчику 11 входного сигнала, выход индикатора 12 полярности входного сигнала подклю- . чен к первому входу блока 40 распре- деления импульсов управления, выход блока 14 формирования абсолютного значения входного сигнала подключен к первым входам трех блоко 16-18 :paвнeния, вторые входы которых соединены с выходами блока 13 фазового сдвига.

Вход блока 13 соединен с входом ндикатора 15 полярности напряжения питания и служит для подключения к источнику переменного напряжения, вы50 На выходах блоков 16-18 сравнения получим три напряжения с коэффициентом заполнения, равным единице.

Напряжение с выхода блока 16 сравнения поступает на пятый вход блока

ход индикатора 15 подключен к первому входу блока 22 частотного управления, выходы трех блоков 46-18 сравнения подключены к первым трем входам gg 22 частотного управления, подключен- блока 29 переключения режимов рабо- ный к объединенным первым входам лоты. Вход компаратора 19 входного сигнала и вход преобразователя 20 напряжение - частота соединены между согических элементов ШШ 26-28, при этом на их выходах, а следовательно, и на выходах логических элементов

. х.

. 289214

бой и подключены к выходу блока 14 абсолютных значений входного сигнала. Выход компаратора 19 входного сигнала подключен к четвертому входу блока 29 переключения режимов работы, выход преобразователя 20 напряжение - частота подключен к входу блока 21 фазового сдвига, три выхода которого

10 подключены ко второму, третьему и четвертому входам блока 22 частотного управления, пятый вход блока 22 подключен к выходу блока 16 сравнения. Три выхода блока 22 частотного уп15 равления подключены к пятому, шестому и седьмому в:содам блока 29 переключения режимов работы, первый выход которого подключен к третьему входу блока 41 управления и защиты, второй

20 и третий выходы блока 29 соединены с третьим и вторым входами блока 40 распределения импульсов управления, выходы которого подключены к первому и второму входам блока 41 управления

25 и защиты.

Выход блока 41, а также первый вы- , ход блока 29 и два выхода блока 40 через блок 42 гальванической развязки и усиления импульсов управления

30 подключены к управляющим входам диод- но-транзисторных ключей 6-9 импульсного полупроводникового преобразователя 3.

Электропривод переменного тока с

25 питанием от однофазного источника питания работает следующим образом.

При отсутствии входного сигнала на выходе индикатора 12 полярности (фиг. 2) и на выходе блока 14

40 формирования абсолютного значения входного сигнала формируется сигнал логического нуля О,

На выходе компаратора 19 входного сигнала будет сформирован сигнал ло45 гической единицы 1. При этом канал параметрического управления будет закрыт логическими ключами в блоке 29 переключения режимов работы, а канал частотного управления открыт.

50 На выходах блоков 16-18 сравнения получим три напряжения с коэффициентом заполнения, равным единице.

Напряжение с выхода блока 16 сравнения поступает на пятый вход блока

gg 22 частотного управления, подключен- ный к объединенным первым входам ло22 частотного управления, подключен- ный к объединенным первым входам логических элементов ШШ 26-28, при этом на их выходах, а следовательно, и на выходах логических элементов

ИЛИ 37-39 блока 29 переключения режимов работы формируются сигналы логической единицы 1. Сигналы с выхода логических элементов 38 и 39 и сигнал логического нуля О с выхода ин- дикатора 12 полярности поступают в блок 40 распределения импульсов управления .

На выходе блока 40 формируются сигналы 1. Эти сигналы подаются на третий и четвертый входы блока 42 гальванической развязки и усиления импульсов управления и на второй и первый входы блока 41 управления и защиты, на третий вход которого поступает сигнал 1 с выхода логического элемента 37 блока 29 переключения режимов работы.

Этот же сигнал поступает на второй вход блока 42. На выходе блока 41, выполненного на трехвходовом логическом элементе И-НЕ, формируется сигнал О, которьй поступает на первьй вход блока 42. После прохождения сигналов через блок 42 ключ 6 будет за- перт и статорные обмотки 2-4 электродвигателя 1 отключены от источника питания. Сигналы 1, поступающие на второй, третий и четвертый входы блока 42, включают ключи 8, 7 и 9. От- ключенные от источника питания обмотки статора 2-4 асинхронного электродвигателя 1 оказьшаются замкнутыми накоротко.

Такое состояние ключей обеспечи- вает динамическое торможение электродвигателя при его отключении от источника питания.

При наличии входного сигнала положительной полярности, превышающего по своей величине пороговое напряжение блока 19 (Ug 7 Upjp О, фиг. 3), на выходе блока 12 формируется сигнал 1, а на выходе блока 19 - сигналы О. При этом канал частотного управления будет закрыт логическими ключами блока 29 переключения режимов работы, а канал параметрического управления будет открыт. В этом случае на первый вход блока распределения импульсов управления 40 будет постоянно поступать сигнал 1.

На выходах блоков 16-18 формиру- . ются три прямоугольных напряжения

, U и (фиг. 3), имеющие одинаковый коэффициент заполнения, определяемый уровнем входного Сигнала и g и смещенные по фазе в соответст

0

5

ВИИ с опорными напряжениями U , U,, и , которые в свою очередь имеют фазовый угол сдвига относительно напряжения питания на -90°, -30° и +30°.

В интервале времени oi uit о (фиг. 3) на первый и третий входы блока 29 будут поступать сигналы U и , равные 1, а на второй вход - сигнал и, равный О.

В результате работы блока 29 на его первом и третьем выходах будут

1П lljtl

J

сигналы

и,

и и

.д , равные

втором выходе - сигнал U О

а на

23 , равньй

После прохождения сигналов через блок 40 на его первом выходе будет сигнал О, а на втором - 1. Сигнал 1 будет и на выходе блока 41 управления и защиты. После прохождения сигналов через блок 42 в рассматриваемом интервале времени ключи 6, 8 и 9 будут включены, а ключ- 7 заперт, к статорной обмотке 2 будет приложено напряжение U, (фиг. 3). В интервале времени oi j на выходе блока 29 формируются те же сигналы, что и в .рассмотренном ранее случае с нулевым входным сигналом. Таким образом, на этом интервале обмотки 2-4 замкнуты накоротко и отключены от источника питания.

В интервале времен и «;,;u) второй и третий входы блока 29 будут поступать сигналы 1, а на первьй вход - сигнал О.

Аналогичные сигналы будут на его выходе. На выходе блоков 40 и 41 будут сигналы 1. После прохождения сигналов через блок 42 ключи 6, 7 и 9

0 будут включены, а ключ 8 заперт. В результате в рассматриваемом интервале времени к статорной обмотке 3 будет приложено напряжение U (фиг. 3). В интервале времени df работа

5 блоков 29 и 40-42, а также импульсного преобразователя 5 аналогична рассмотренной на интервале с

В интервале на первый и второй входы блока 29 будут поступать сигналы 1, а на третий вход О. Аналогичные сигналы будут на выходе блока 29. На выходе блока 40 будут сигналы 1 и О, а на выходе бло- ка 41 - сигнал 1. После прохождения сигналов через блок 42 ключи 6-8 будут включены, а ключ 9 заперт. Таким образом, в рассматриваемом интервале времени к статорной обмотке 4

будет приложено напряжение U- (фиг.З Трехфазная система выходных напряжений с временным сдвигом по основным гармоникам на угол 120° друг относительно друга получена за счет сдвига опорных напряжений блока 13 на углы -90, -30° и -t-30° относительно напряжения питания, а также за счет встречного включения статорной обмотки 3 электродвигателя 1.

Параметрическое регулирование скорости вращения электродвигателя осуществляется за счет широтно-им- пульсного регулирования напряжений статора пропорционально уровню входного сигнала, при этом угол фазового сдвига основных гармоник напряжений практически не изменяется.

Напряжения статора регулируются от нуля до максимального значения, соответствующего ширине импульса, равной /3.

При изменении полярности входного

сигнала (Uj 0 пор выходе индикатора 12 полярности входного сигнала сформируется сигнал О, который поступая на первый вход блока 40, обеспечивает переключение каналов прохождения импульсов управления ключами 7 и 9. Это в свою оче- . редь приводит к изменению порядка следования фаз напряжений Uj и U, что обеспечивает реверс электродвигателя.

Алгоритм .работы ключей при параметрическом управлении в течение полупериода напряжения питания приведен на фиг. 5 для прямого (верхние обозначения включенного (В) или запертого (З) состояния ключей) и обратного направлений вращения электродвигателя (нижние обозначения).

При уменьщении входногс - сигнала положительной полярности до значения меньше порогового напряжения блока 19 (Unop , фиг. 4) на выходе блоков 12 и.1 формируется сигнал 1. В этом случае канал параметрического управления будет заперт логическими ключами блока 29, а канал частотного управления будет открыт. На выходе преобразователя 20 напряжение - частота формируется напряжение, частота которого пропорциональна абсолютному значению входного сигнала. На выходах блока 21 фазового сдвига формируются три прямоугольных напряжения Uj , UJJ и U , смещен

г

ные по фазе относительно выходного напряжения блока 20 на углы О, +60° и +120 соответственно (фиг. 4).

Сформированные на выходах блока 21 сигналы поступают соответственно на третий, четвертый и второй входы блока 22 частотного управления.

Информация о знаке напряжения сети в виде логического сигнала U с

выхода индикатора 15 полярности напряжения питания поступает на первый . вход блока 22. В блоке 22 на выходах логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 23-25 формируются логические сигна5 лы Ujj, и Ujj . С выхода блока 16 прямоугольные импульсы U, с коэффициентом заполнения, обратно пропорциональным значению входного сигнала и с начальным смещением, равным одной

0 четверти периода напряжения питания, поступают на пятый вход блока 22. На ;выходе логических элементов ИЛИ 26-28 |будут сформированы логические сигналы управления U, , U и Ujg, несущие

в себе информацию о частотном управлении.

Сформированные сигналы проходят через логические ключи блока 29, через блок 40 и поступают на второй, третий и четвертый входы блока 42 гальванической развязки и усиления импульсов управления, на первый вход которого поступает сигнал с выхода блока 41 управления и защиты.

В те промежутки времени, когда на втором, третьем и четвертом входах блока 42 одновременно присутствует сигнал 1, диодно-транзисторные ключи 7-9 оказываются включенными, а ключ 6 запертым, при этом отключенные от источника питания статорные обмотки 2-4 двигателя 1 оказьшаются замкнутыми. В промежутках времени, когда на каком-либо из входов (вто- ром, третьем или четвертом) блока 42

5

0

5

0

0

г

будет присутствовать сигнал О, соответствующий диодно-транзисторный ключ будет запертьпу, а параллельно соединенная с ним обмотка статора электродвигателя окажется подключенной к источнику питания, при этом ключ 6 будет находиться во включенном состоянии.

Если на указанных входах присутствуют два или три сигнала О одновременно, соответствующие им две или три обмотки статора окажутся последовательно подключенными к источнику

,-

913

питания. В результате работы канала частотного управления в обмотках статора электродвигателя формируются напряжения и., Uj и и (фиг. 4), основные гармонические составляющие кото- рых сдвинуты друг относительно друга на 120 и имеют частоту, меньшую час- |Тоты напряжения питания. I При изменении полярности входного сигнала для осуществления реверса трехфазного асинхронного электродвигателя необходимо переключить между собой каналы прохозвдения сигналов управления диодно-транзисторными ключами 7 и 9. Эта операция выполняется аналогично рассмотренному ранее случаю параметрического управления, когда сигнал О с выхода блока 12 подается на первый вход блока 40.

В режиме частотного управления трехфазным асинхронным электропроводом схема 10 управления обеспечивает формирование трехфазной системы основных гармонических составляющих вы ходного напряжения с плавньм регули рованием их по частоте и амплитуде в пределах от нуля до некоторого предельного значения. Максимальная частота выходного напряжения не превышает половины частоты напряжения питания.

Следует отметить, . что при парам:ет- рическом и при частотном способах регулирования скорости вращения в данном электродоприводе liMeeT место не- прерывный ток статора, обеспечивающий Снижение пульсаций мгновенного момента электродвигателя.

Повышение энергетических показателей рассмотренного трехфазного .асинхронного электропривода с параметрическим способом регулирования скорости вращения и питанием от од- нофазной сети достигается за счет формирования симметричной трехфазной системы регулируемых статорных напряжений, обеспечивающей получение .для основных гармонических составляющих кругового вращающегося магнитного поля вместо эллиптического по- ля, которое обычно получается при известных схемах включения трехфазного электродвигателя в однофазную сеть.

Дальнейшее повьтение энергетичес- ких показателей рассмотренного электропривода при работе в зоне пониженных скоростей вращения достигается за счет перехода к частотному способу

10

регулирования, реализуемого с помощью того же импульсного преобразователя и несколько измененной схемы управления. При этом устраняются потери мощности скольжения, имеющие место при параметрическом регулировании.

Формула изобретения

1. Электропривод переменного тока с питанием от однофазного источника напряжения, содержащий трехфазный асинхронный электродвигатель, две фазные обмотки которого соединены между собой последовательно и согласно, импульсный полупроводниковьй преобразователь, состоящий из трех соединенных последовательно между собой диодно-транзисторных ключей переменного тока, два из которых шунтируют две фазные обмотки двигателя, схему управления, состоящую из задат- чика входного сигнала, индикатора полярности входного.сигнала, блока фазового сдвига с двумя выходами, блока формирования абсолютного значения входного сигнала, двух блоков сравнения, блока распределения импульсов управления, блока управления и защиты, блока гальванической развязки и усиления импульсов управления, при этом входы индикатора полярности входного сиг-нала и блока формирования абсолютного значения входного сигнала объединены между собой и подключены к задатчику входного сигнала, выход индикатора полярности входного сигнала подключен к первому входу блока распределения импульсов управления, выход блока формирования абсолютного значения входного сигнала подключен к первым входам первого и второго блоков сравнения, вторые входы которых соединены с первым и вторым выводами блока фазового сдвига, вход блока фазового сдвига служит для подключения к источнику переменного ;напряжения, выходы блока распределе- ния импульсов управления подключены к двум входам блока управления и защиты, выход блока управления и защиты и выходы блока распределения импульсов управления через блок гальванической развязки и усиления импульсов управления подключены к управляющим входам трех дирдно-транзисторньпс ключей переменного тока, отличающийся тем, что, с целью повышения энергетических показателей

11 n

регулируемых по скорости трехфазных асинхронных электроприводов с питанием от однофазного источника питания, в импульсньш полупроводниковый преобразователь введен четвертьй диодно- транзисторный ключ, шунтирующий трё-. тью фазную обмотку асинхронного двигателя, которая соединяется последовательно и встречно с двумя другими фазными обмотками, в схему управле- ния введены дополнительный третий блок сравнения, блок, переключения режимов работы, состоящий из трех логических элементов И, одного логического элемента НЕ и трех логичес- ких элементов ИЛИ, при этом первые входы трех логических элементов И образуют первые три входа блока переключения режимов работы, вторые входы трех логических элементов И объе- 0 образуют три выхода блока частотного

динены между собой и подключены к выходу логического элемента НЕ, вход которого образует четвертый вход блока переключения режимов работы, выходы трех логических элементов И подключены к первым входам трех эле- мент ов ИЛИ, выходы которых образуют выходы блока переключения режимов работы, блок фазового сдвига имеет дополнительньш третий выход, блок управления и защиты имеет дополнительный третий вход, при этом первый вход третьего блока сравнения подключен к выходу блока абсолютных значений входного сигнала, второй вход третьего блока сравнения соединен с третьим выходом блока фазового сдвига, выходы трех блоков сравнения подключены к первым трем входам блока переключения режимов работы, первьй выход которого соединен с третьим входом блока управления и защиты и через блок гальванической развязки и усиления импульсов управления соединен с управляющим входом первого ди- одно-транзисторного ключа, второй и третий выходы блока переключения режимов работы подключены к второму и третьему входам блока распределения импульсов управления.

2. Электропривод по п.1, о т - лич,ающийся тем, что в схему управления дополнительно введены индикатор полярности напряжения пи-

i

12

тания, компаратор входного сигнала, преобразователь напряжение - частота, второй блок фазового сдвига, блок частотного управления, состоящий из трех логических элементов ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ и трех логических элементов ИЛИ, при этом первые входы трех логических элементов ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ объединены между собой, образуя первый вход блока частотного управления, а их вторые входы образуют второй, третий и четвертый входы блока частотного управления, выходы трех логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подключены к первым входам трех логических элементов ИЛИ, вторые входы которых объединены между собой, образуя пятый вход блока частотного управления, выходы трех логических элементов ИЛИ

управления, в блок переключения режимов работы дополнительно введены три логических элемента И, первые входы которых соединены между собой и с входом логического элемента НЕ, вторые входы трех логических элементов И образуют пятый, шестой и седьмой входы блока переключения режимов работы, выходы трех логических элементов И, подключены к вторым входам трех логических элементов ИЛИ, вход индикатора полярности напряжения питания соединен с входом первого блока фазового сдвига, выход индикатора полярности напряжения питания подключен к первому входу блока частотного управления, входы компаратора входного сигнала и преобразователя напряжение - частота объединены между собой и подключены к выходу блока абсолютных значений входного сигнала, выход компаратора входного сигнала под- .ключен к четвертому входу блока переключения режимов работы, выход преобразователя напряжение - частота подключен к входу второго блока фазового сдвигаj три выхода которого подключены к второму, третьему и четвертому входам блока частотного уп- равления, пятый вход блока частотного управления подключен к выходу первого блока сравнения, выходы блока частотного управления подключены к пятому, шестому и седьмому входам блока переключения режимов работы.

1328921

и ГО-

,

Изобретение относится к Электротехнике. Целью изобретения является повышение энергетических показателей. Указанная цель достигается тем, что в электропривод переменного тока с питанием от однофазного источника напряжения введен диодно-транзистор- ный ключ 9, подключенный параллельно обмотке 4 асинхронного двигателя 1 .Обмотка 4 соединена последовательно и встречно с обмотками 2 и 3 асинхронного двигателя, В связи с этим изменена структура схемы 10 управлек8 к и9 ft ft tt С i6 (Л QO to 00 ) IC

Utx

Ulf Un

-ш(

«« и

f

JZl

ППППППГ

-J(

t -.

-a)«

tat

JZl

Г

-wt -ut

-J(

ляг

.hit

(fc.Ci

««,«1

wt

0ut 5

VIE

«

фиг Л

Составитель В. Тарасов Редактор П. Гереши Техред М.Моргентал Корректор В. Гирняк

Заказ 3496/56 Тираж 659Подписное

ВНИИПИ Государственного комите та СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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

фаг. 5