Способ формирования тока в фазе частотно-управляемого асинхронного электропривода и устройство для его реализации Советский патент 1987 года по МПК H02P7/42 

Изобретение относится к электро- технике, точнее к преобразовательной технике, и может быть использовано в полупровадниксвых преобразователях частоты для формирования тока в фазах частотно-управляемого асинхронного электропривода.

Целью изобретения является снижение электрических потерь путем уменьшения числа коммутаций силовых вентилей инвертора, осуществлякяцих подключение фазы двигателя к шинам постоянного питающего напряжения.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для формирования тока в фазе частотно-управляемого электропривода; на фиг. 2 - схема формирования управляющих импульсов; на фиг. 3 - диаграммы, поясняющие сущность способа и работу устройства.

Устройство для формирования тока в фазе частотно-управляемого асинхронного электропривода содержит последовательно включенные генератор 1 синусоидального сигнала (фиг. 1), дифференциальный усилитель 2 и первый компаратор 3 с характеристикой типа гистерезис, инвертор 4 на силовых вентилях, подключенный управляющими входами к соответствующим выходам 5-8 блока формирователя 9 управляющих импульсов, выполненного с тремя входами 10-12, первый из которых подключен к выходу первого компаратора 3 с характеристикой типа гистерезис, датчик 13 нулев9го значения сигнала, подключенный вы10

блока 15 дифференцирования - к входу датчика 13 нулевого значения сигнала.

Инвертор 4, служащий для подвода питания к асинхронному двигателю 18, содержит транзисторно-диодные силовые вентили 19-22.

На диаграммах фиг. 3 обозначено: 23 - опорный сигнал формируемого тока; 24 - траектория текущего значения фазного тока двигателя; 25 и 26 - верхнее и нижнее пороговые значения зоны формирования тока; 27 - производная от опорного сигнала 23

15 формируемого тока; 28 - сигнал на выходе датчика нулевого значения сигнала 13; 29 - зависимость напряжения на зажимах асинхронного двигателя 18 в процессе формирования тока; 30 и 31 - сигналы управления силовыми вентилями 22 и 21 соответственно; 32 - сигнал на выходе дифференциального усилителя 2, пропорциональный разности текущего значения

25 фазного тока 24 и опорного сигнала 23 формируемого тока; 33 и 34 - уровни срабатьшания компаратора 3; 35 - сигнал на выходе компаратора 3; 36 - сигнал на выходе выпрямителя 16; 37 и

3Q 38 - уровни срабатывания второго компаратора 17; 39 - сигнал на выходе компаратора 17; 40 и 41 - сигналы управления силовыми вентилями 20 и 22 соответственно; 42 и 43 - импульсы - коррекции траектории фазного тока. Способ формирования тока в фазе частотно-управляемого асинхронного электропривода состоит в том, что в моменты равенства текущего значения

20

35

ходом к второму входу 11 формировате- 40 (фиг. 3) фазы двигателя верх- ля 9 управляющих импульсов, и датчик У 25 либо нижнему 26 пороговым 14 фазного тока, установленный на значениям зоны формирования тока под- выходе инвертора 4 и подключенный выходом к второму входу дифференциаль45

,ного усилителя 2.

В устройство для формирования тока в фазе частотно-управляемого асинхронного электропривода введены блок 15 дифференцирования и последовательно соединенные выпрямитель 16 и второй компаратор 17 с характеристикой типа гистерезис, выход которого подключен к третьему входу 12 формирователя 9 управляющих импульсов. При этом вход выпрямителя 16 соединен с выходом дифференциального усилителя 2, вход блока 15 дифференцирования подключен к выходу генератора 1 синусоидального сигнала, а выход

50

55

ключают к фазе асинхронного двигателя 1 8 с помощью силовых вентилей 19-22 инвертора 4 однополярное импульсное напряжение 29, полярность которого соответствует знаку производной 27 от опорного сигнала 23 формируемого тока, при отклонении текущего значения тока 24 за пределы зоны (пространство между пороговыми значениями 25-26) формирования подключают к фазе двигателя 18 импульс 42 (43) напряжения противоположной полярности

Устройство для формирования тока в фазе частотно-управляемого асинхронного электропривода работает следующим образом.

блока 15 дифференцирования - к входу датчика 13 нулевого значения сигнала.

Инвертор 4, служащий для подвода питания к асинхронному двигателю 18, содержит транзисторно-диодные силовые вентили 19-22.

На диаграммах фиг. 3 обозначено: 23 - опорный сигнал формируемого тока; 24 - траектория текущего значения фазного тока двигателя; 25 и 26 - верхнее и нижнее пороговые значения зоны формирования тока; 27 - производная от опорного сигнала 23

5 формируемого тока; 28 - сигнал на выходе датчика нулевого значения сигнала 13; 29 - зависимость напряжения на зажимах асинхронного двигателя 18 в процессе формирования тока; 30 и 31 - сигналы управления силовыми вентилями 22 и 21 соответственно; 32 - сигнал на выходе дифференциального усилителя 2, пропорциональный разности текущего значения

5 фазного тока 24 и опорного сигнала 23 формируемого тока; 33 и 34 - уровни срабатьшания компаратора 3; 35 - сигнал на выходе компаратора 3; 36 - сигнал на выходе выпрямителя 16; 37 и

Q 38 - уровни срабатывания второго компаратора 17; 39 - сигнал на выходе компаратора 17; 40 и 41 - сигналы управления силовыми вентилями 20 и 22 соответственно; 42 и 43 - импульсы - коррекции траектории фазного тока. Способ формирования тока в фазе частотно-управляемого асинхронного электропривода состоит в том, что в моменты равенства текущего значения

0

5

40 (фиг. 3) фазы двигателя верх- У 25 либо нижнему 26 пороговым значениям зоны формирования тока под-

45

50

55

ключают к фазе асинхронного двигателя 1 8 с помощью силовых вентилей 19-22 инвертора 4 однополярное импульсное напряжение 29, полярность которого соответствует знаку производной 27 от опорного сигнала 23 формируемого тока, при отклонении текущего значения тока 24 за пределы зоны (пространство между пороговыми значениями 25-26) формирования подключают к фазе двигателя 18 импульс 42 (43) напряжения противоположной полярности

Устройство для формирования тока фазе частотно-управляемого асинхронного электропривода работает следующим образом.

3

Генератор 1 синусоидального сигнла формирует опорный синусоидальный сигнал 23, регулируемый по частоте и амплитуде, который поступает одновременно на первый вход дифференциального усилителя 2 и вход блока 15 дифференцирования, где он преобразуется в производную 27 от опорного снусоидального сигнала 23, поступающую на вход датчика 13 нулевого значения сигнала, с выхода которого в виде прямоугольного сигнала 28 длительностью, равной положительному зчению производной 27, поступает на второй вход 11 формирователя 9 упраляющих импульсов.

На второй вход дифференциального усилителя 2 с выхода датчика 14 фазного тока поступает сигнал 24, пропорциональный текущему значению фазного тока двигателя 18. При этом на его выходе в результате алгебраического сложения входных сигналов формируется сигнал , пропорциональны разности текущего значения фазного тока 24 двигателя и опорного сигнала 23 формируемого тока и поступанщий одновременно на вход выпрямителя 16 и вход компаратора 3 с гистерезисом имеющим симметричные относительно нулевого значения уровни 33 и 34 срабатывания. В результате на выходе компаратора 3 формируется прямоугольная последовательность импульсов в виде сигнала 35, которая поступает на первый вход 11 формирователя 9 управляющих импульсов.

На выходе вьшрямителя 16 формируется сигнал 36, поступающий на вхо второго компаратора 17, имеющем два уровня срабатьшания, один 37 из которых несколько превышает уровни 33 и 34 срабатьшания компаратора 4, а другой 38 практически совпадает с нулевым значением сигнала 36, в результате чего на выходе компаратора 17 формируется прямоугольный сигнал 39, поступающий на третий вход 12 формирователя 9 управляющих импульсов.

На основе прямоугольных последовательностей импульсов 28, 35 и 39, Поступающих на первый 10, второй 11 и третий 12 входы формирователя 9 управляющих импульсов, на его выходе формируются сигналы 30, 31, 40 и 41 управления силовыми вентилями 22, 2 20 и 19 соответственно. В результате

0

5

этого на зажиме двигателя 18 формируется прямоугольное напряжение 29, под действием которого ток фазы двигателя имеет траекторию в соответствии с кривой 24.

В процессе формирования тока статора асинхронного двигателя 18 в том случае, когда траектория 24 текущего значения тока двигателя находится в зоне формирования (между верхним 25 и нижним 26 пороговыми значения-, ми зоны формирования), на выходе второго компаратора 17 сигнал отсутствует, а на первый 10 и второй 11 входы формирователя 9 управляющих импульсов, поступают прямоугольные последовательности импульсов 35 и 28 соответственно. При этом на выходах 7 и 8 формируются прямоугольные обратно пропорциональные друг относительно друга сигналы, длительность которых соответствует длительности нарастающего (спадающего) участков

5 формируемого тока или (что равнозначно) длительности положительного (отрицательного) значения производной 27 от опорного сигнала 23 формируемого тока, поступающие на отпирание (запирание) силового вентиля 22 и запирание (отпирание) силового вентиля 21. На выходах 6 и 5 формируются прямоугольные последовательности импульсов 40 и 31 управления силовыми вентилями 20 и 19 соответственно. Таким образом, при формировании траектории 24 фазного тока двигателя, лежащей в зоне формирования при положительном значении производной 27, отпирается силовой вентиль 22 и запираются вентили 19 и 21, а силовой вентиль 20 коммутируется в моменты равенства траектории 24 текущего- значения фазного тока двигателя верх5 нему 25, либо нижнему 26 пороговым значениям формируемого тока, каждый раз возвращая траекторию тока в пределы зоны формирования. При отрицательном значении производной 27 отпирается силовой вентиль 21, запираются вентили 20 и 22, а процесс формирования фазного тока 24 осуществляется аналогичным способбм путем коммутации силового вентиля 19. При таg ком формировании тока напряжение 29 на зажимах двигателя представляет собой однополярную последовательность импульсов напряжения (корректирующие импульсы 42 и 43 в случае движения

0

5

0

0

fO

траектории тока 24 в зоне формирования отсутствуют), смена полярности которой осуществляется в соответствии со сменой полярности производной 27 от опорного синусоидального сигна- ла 23, а коммутация этого напряжения осуществляется одним из силовых вентилей 19 либо 20.

Однако, как показьшает практика, такой алгоритм управления силовыми вентилями не всегда позволяет удержать траекторию 24 текущего значения фазного тока в пределах заданной зоны формирования, что объясняется высокой динамичностью современных элек- 15 фиг. троприводов, влиянием противо-ЭДС двигателя, взаимным влиянием коммутационных процессов в других фазах двигателя. Поэтому имеют место отклонения траектории 24 за пределы зоны формирования, в этом случае сигнал 36 на выходе выпрямителя 16 достигает уровня срабатьшания 37 второго ,компаратора 17 и на третьем входе 12 формирователя управляющих импульсов возникают прямоугольные импульсы 39, длительность которых определяется временем движения траектории 24 фазного тока до момента совпадения ее с уровнем опорного задающего сигнала 23 (второй уровень 38 срабатывания второго компаратора 17). При этом алгоритм управления силовыми вентилями инвертора 4 меняется на противоположный. Это значит, что при положительном (отрицательном) значении производной 27 от опорного задающего сигнала 23 на время длительности импульсов 39 запираются (отпираются) силовые вентили 20, 22 (19, 21) и отпираются вентили 19, 21 (20, 22) соответственно, в результате чего к зажимам двигателя 18 кратковременно подключается импульс 42 и 43 напряжения, принудительно возвращающий траекторию 24 текущего значения фазного тока двигателя в пределы зоны формирования. Такой порядок работы формирователя 9 управляющих иммируют путем однополярной модуляции в течение периода выходной частоты и двухполярной модуляции на интервале 90-270 эл.град. периода выходной частоты, при этим двухполярная модуляция используется в моменты превышения током границы заданной зоны формирования и характеризуется появлением на зажимах нагрузки одиночных импульсов питающего напряжения, поэтому частота их возникновению незна чительна .

Общее число коммутаций п, силовых вентилей инвертора в устройстве по 1 определяется выражением .

(1+К),

где К 0,05-0,15 - коэффициент, оп- 20 ределяющий соотношение числа дополнительных корректирующих импульсов к числу импульсов основного алгоритма работы устройства; m - число коммутаций силовых вентилей в течение полупериода выходного к одному из зажимов источника питания.

Полученное число коммутаций п меньще числа коммутаций п силовых 30 вентилей по известному способу, равному , благодаря чему изобретение обеспечивает снижение электрических потерь в частотно-управляемом асинхронном электроприводе.

25

35

Фо. рмула изобретения

1. Способ формирования тока в фазе частотно-управляемого асинхронно40 го электропривода, при котором контролируют отклонение тока в фазе от заданного значения и в моменты достижения этим отклонением установленного первого уровня осуществляют с

5 помощью силовых вентилей подключение фазы к питающим напряжениям положительной и отрицательной полярностей, отличающийся тем, что, с целью снижения электрических допульсов позволяет в значительной сте- 50 путем уменьшения числа коммутапени сократить величину электрических потерь в электроприводе за счет снижения общей частоты коммутаций силовых вентилей инвертора.

Снижение потерь в электроприводе осуществляется за счет того, что в соответствии с предлагаемым способом формирования ток фазы двигателя фор

фиг.

мируют путем однополярной модуляции в течение периода выходной частоты и двухполярной модуляции на интервале 90-270 эл.град. периода выходной частоты, при этим двухполярная модуляция используется в моменты превышения током границы заданной зоны формирования и характеризуется появлением на зажимах нагрузки одиночных импульсов питающего напряжения, поэтому частота их возникновению незначительна .

Общее число коммутаций п, силовых вентилей инвертора в устройстве по 1 определяется выражением .

15 фиг.

(1+К),

где К 0,05-0,15 - коэффициент, оп- 20 ределяющий соотношение числа дополнительных корректирующих импульсов к числу импульсов основного алгоритма работы устройства; m - число коммутаций силовых вентилей в течение полупериода выходного к одному из зажимов источника питания.

Полученное число коммутаций п меньще числа коммутаций п силовых 30 вентилей по известному способу, равному , благодаря чему изобретение обеспечивает снижение электрических потерь в частотно-управляемом асинхронном электроприводе.

25

15 фиг.

35

Фо. рмула изобретения

15 фиг.

1. Способ формирования тока в фазе частотно-управляемого асинхронно40 го электропривода, при котором контролируют отклонение тока в фазе от заданного значения и в моменты достижения этим отклонением установленного первого уровня осуществляют с

5 помощью силовых вентилей подключение фазы к питающим напряжениям положительной и отрицательной полярностей, отличающийся тем, что, с целью снижения электрических доцин силовых вентилей, определяют знак производной заданного фазного тока и в зависимости от него устанавливают полярность подключаемых к фа- зе питающих напряжений, а при отклонениях тока в фазе от заданного значения сверх установленного первого уровня до установленного второго уровня полярность подключаемого к фазе питающего напряжения устанавливают противоположной указанной на время, в течение которого ток в фазе изменяется от установленного второго уровня до момента достижения заданного значения.

2. Устройство для формирования тока в фазе частотно-управляемого асинхронного электропривода, содержащее последовательно включенные генератор синусоидального сигнала, дифференциальный усилитель и первый компаратор с характеристикой типа гистерезис, инвертор на силовых вентилях, подключенный управляющими входами к соответствующим .выходам формирователя управляющих импульсов, выполненного с тремя входами, первый из которых подключен к выходу первого компаратора с характеристикой типа гистерезис, датчик нулевого значения сигнала, подключенный выходом к второму

входу формирователя управляющих импульсов, и датчик фазного тока, установленный на выходе инвертора и подключенный выходом к второму входу

дифференциального усилителя, отличающееся тем, что, с целью снижения электрических потерь путем уменьшения числа коммутаций силовых вентилей инвертора, введены

блок дифференцирования и последовательно соединенные выпрямитель и второй компаратор с характеристикой типа гистерезис, выход которого подключен к третьему входу формирователя

управляющих импульсов, при этом вход выпрямителя соединен с выходом дифференциального усилителя, вход блока дифференцирования подключен к выходу генератора синусоидального сигнала,

а выход блока дифференцирования - к входу датчика нулевого значения сигнала.

4,

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в преобразовательной технике. Целью изобретения является снижение электрических потерь. Указанная цель достигается тем, что в способе формирования тока в фазе частотно-управляемого асинхронного электропривода полярность подключаемого к фазе двигателя питающего напряжения определяют по знаку производной заданного фазного тока. При отклонениях тока в фазе от заданного значения сверх установленного первого уровня до установленного второго уровня полярность подключаемого к фазе питакнцего напряжения устанавливают противоположной ... указанной на время, в течение которого ток в фазе двигателя изменяется от установленного второго уровня до момента достижения заданного значения. 2 с.п. ф-лы, 3 ил. с & (Л

1ПП fl

mi uu iii-w

П ПГ

П ПП П t

л

r.

I ППППП„ П П П П ,

мжлла тДл ммдгДиа/хдлмха у г

J8JL

JI

LJLIU1 JL

JLJUUl,

ЯЛЛЛЛЛ

П ПП П t

1 .

JLJUUl,

t t