Способ регулирования частоты вращения трехфазного асинхронного электродвигателя Советский патент 1988 года по МПК H02P7/42 

11

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах общепромышленных механизмов.

Цель изобретения - улучшение энергетических показателей путем исключения асимметрии напряжения питания электродвигателя.

На фиг.1 показана структурная схема устройства., реализующего способ регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя; на фиг.2 - блок распределения импульсов управления; на фиг.З - счетное устройство и формирователь импульсов запрета; на фиг.4 - блок задания и . редукции частоты вращения; на фиг.З- формирователь модулирующих напряже-. кий; на фиг,6 и 7 - временные диаграммы напряжений и импульсов управления, иллюстрирующие способ регулирования частоты вращения, а также работу устройства, реализующего способ..

Устройство (фиг.1) содержит реверсивный тиристорный коммутатор, состоящий из пяти пар встречно-параллельно соединенных тиристоров 1-10, соединяющих выводы фаз статор- ной обмотки асинхронного электродвигателя 14 с клеммами 15-17 питающей сети так, что вывод 11 первой фазы статорной обмотки двигателя 14 через тиристоры 1 и 2 соединен с первой клеммой 15 питающей сети, причем к выводу 11 подключены катод тиристора 1 и анод тиристора 2. Вывод 12 второй фазы статорной обмотки двигателя 14 через тиристоры 5-8 соединен с второй 16 и третьей 17 клеммами питающей сети так, что к выводу 12 подключены катоды тиристоров 5 и 7 и аноды 6 и 8, а к клемме 16 - катод тиристора 6 и анод тиристора 5, к. клемме I7 - катод тиристора 8 и анод тиристора 7. Вывод J 3 третьей фазы статорной обмотки двигателя 14 соединен через тиристоры 3, 4, 9 и ГО также с второй 16 и третьей 17 клеммами питающей сети, причем к выводу 13 подключены катоды тиристоров 3 и 9 и аноды тиристоров 4 и 10, а к клеммам 16 и 17 - соответственно катод тиристора 10 и анод тиристора 9.

Устройство содержит также блоки 18-20 импульсно-фазового управления, блок 21 распределения импул ьсов уп

равлёния, блок 22 счетного устройства и формирования импульсов запрета, блок 23 задания и редукции частоты вращения, блок 24 формирования модулирующих напряжений, блок 25 реверса, блок 26 выходных усилителей. При этом блоки 18-20 системы импульсно-фазового управления первыми входами соединены соответственно с клеммами 15-17 питающей сети, вторые входы блоков 18-20 предназначены для подачи сигнала задания амплитуды, а вькоды их подключены к соот

ветствующим входам блока 21 распределения импульсов управления, управляющие входы и входы запрета которого соединены соответственно с первыми выходами блока 24 формирования модулирующих напряжений , с вькодами блока 22 счетного устройства и формирования импульсов запрета.

5

5

5

0

5

0

Блок 23 задания и редукции частоты вращения соединен выходами с управляющими входами блока 24 модулирующих напряжений и блока 22 счетного устройства и формирования импульсов запрета. Первый вход блока 23 соединен с одним из первых выходов блока 24, второй вход блока 23 предназначен для подачи сигнала задания частоты, а третий вход блока

23соединен с вторым выходом блока

24формирования модулирующих напряжений, третий и четвертый выходы которого соединены соответственно с первым и вторым информационными входами блока 22 счетного устройства

0 и формирования импульсов запрета. Входы синхронизации блока 24 форми- .рования модулирующих напряжений сое динены соответственно с клеммами 15-17 питающей сети. Выходы блока 21 распределения импульсов управления соединены с входами блока 25 реверса, выходы которого соединены с вьдхо- дами блока 26 выходных усилителей, выходы которого подключены к соот- ветствуювцм управляющим электродам тиристоров 1-10.

Блок 21 распределения импульсов управления (фиг.2) состоит из элементов 2И 27-33, элементов 2ИЛИ 34 и 35, 2И-2И-2ИЛИ 36, ЗИ-1И-2ИЛИ 37, 2И-2И-2ИШ 38, ЗИ-1И-2ИЛИ 39, ЗИ-2И- 2Ш1И 40, 2И-1И-2И11И 41, ЗИ-2И-2ШШ 42, 2И-1И-2ИЛИ 43, элементов 2И 44- 53.

Блок 22 счетного устройства и формирования импульсов запрета ( фиг.3) состоит из счетчика 54 с дешифратором, RS-триггера 55, элементов ЗИЛИ 56 и 57, 4ИЛИ 58, элемента И2-2И- 2И-ЗИЛИ-НЕ 59, счетчика 60 с дешифратором, элементов 2И-НЕ 61 и 62, элементов 2И-2Й-2И-ЗИЛИ - НЕ 63 и 64.

Блок 23 задания и редукции частоты вращения ( фиг.4) состоит из дифференцирующих цепочек 65 и 66, 10-ка- нального коммутатора 67, элемента

ЗИ-ЗИ-ЗИ-ЗИ-ЗИ-ЗИ-ЗИ-ЗИ-ЗИ-ЗИ-10 ИЛИ-НЕ 68, счетчика 69 с дешифратором.

Блок 24 формирования модулирующих напряжений ( фиг.5 )состоит из компараторов 70-75 (70,72,74 - неинвертирующие, 71, 73, 75 - инвертирующие . элемента 2ИЛИ-НЕ 76, элемен- та 2ИЛИ-2ИЛ И-2ИЛИ-6И 77, управляемого делителя 78 частоты, кольцевого распределителя 79.

На фиг.1-7 обозначены сигналы задания частоты и,, амплитуды U . и реверса Up; U|,и„g, модулирующие напряжения; U ,U ,U и f - фазные напряжения и частота питающей сети Цд, Ug , Ц., соответственно напряжения обмоток статора двигателя; d « с - временные интервалы выходного напряжения низкой частоты (i - индекс соответствующего интервала); t - импульсы запрета с индексом j, соответствующим номеру- тактового импульса на интервале dj ; у/з 1)5 ,V ,.. ., vljj сигналы, соответствующие заданному коэффициенту редукции частоты J 2п+1; У 1 У сигналы управления с индексами, соответствующими номерам тиристоров (фиг.1); и. ,Uj,g,U, - прямоугольные импульсы синхронизации, соответствующие напряжениям сети и„, UB.UC.

Устройство, реализующее способ управления частотой вращения электродвигателя, работает следующим образом.

Каждому значению напряжения задания частоты и. (положению коммутатора 67 блока 23 задания и редукции частоты соответствует фиксированный коэффициент снижения входной частоты . На клеммы 15-17 подаются фазные напряжения питающей сети U, Uft,DC.Компараторами 70-75 блока 24

формирования модулирующих напряжений (фиг.5) они преобразуются в систему прямоугольных импульсов и,

с,А . с,в Uc,c 5 с,с с6°т- ветствующих положительной полуволне фазньпс напряжений (U U ,U , Ug , U(, , U) . Здесь ползгченные сигналы суммируются (на элементе 77) для

получения сигнала частоты 6 f , который поступает на вход управляемого делителя 23. Выходной сигнал делителя 78 6 f /и поступает на распределитель 79 с коэффициентом деления

шесть, с выхода которого снимается три пары взаимоинверсных потенциальных логических модулирующих сигналов и„,и, , , UM,U выходной частоты f „ f . Каждая пара

модулирующих напряжений сдвинута во времени относительно друг друга на 1/3 периода выходной частоты f.

В соответствии с модулирующими напряжениями в блоке 21 обеспечивается распределение импульсов по

соответствующим каналам распределителя и циклическое с частотой выходного напряжения сети снятие импульсов с выходов элементов 44-53.

Фазные напряжения сети подаются также на входы синхронизации блоков 18-20 импульсно-фазового управления, которые вырабатьгоают по две последо- . вательности импульсов, сдвинутых

на полпериода частоты сети, и реализуют принцип вертикального управления. Изменение фазы выходных импульсов осуществляется посредством уп- равляющего напряжения U.

Выходные импульсы зшравления блоков 18 и 20 через элементы 34 и 35 (фиг.2), где сзгммируются взаимойн- версные последовательности импульсов, в соответствии с модулирующим напряжением и., Up| 4epe3 блок 25 реверса и блок 26 выходных усилителей поступают на управляюище входы тиристоров 1 и 2. Выходные импульсы блоков 18 и 20 поступают также на входы элемен-

тов И элементов 36 - 43 (фиг.2). С помощью элементов 28, 29 и 27 определяются интервалы, когда совпадают - полярности модулирующих напряжений

м ме WQ м и,е и и. Если полярности и и, различны,

то импульсы управления с выходов блока 19 через элементы 30 и 31 поступают на входы вторых . элементов И

элементов 36-43. Если полярности U| и и f(- различны, а совпадают полярности и«л иимв,и«ли UM, то соответствующие выходные импульсы блоков 18- 20 суммируются на элементах 36-43 и через элементы 46-53 блоки 25 и 26 поступают на управляющие входы тиристоров Y5, Y7, Y6, Y8, Y3, Y9, Y4, Y10. При наличии сигнала реверса Up выходы элементов 46 - 53 меняются местами.

Снятие управляющих импульсов осуществляется в элементах 36-40,42 подачей сигналов нулевого уровня на вторые входы соответствующих элемент той И. Эти сигналы (импульсы запрета) формируются в блоке 22 (фиг.З). Счетчик 54 с дешифратором работает режиме счета до шести, деля пери- од выходного напряжения на шесть одинаковых интервалов, чему соответствуют последовательности импульсов d на соответствующих i-ых выходах дешифратора. RS-триггер 55 обеспечи- вает формирование импульса, соответствующего интервалу d , поскольку каждый шестой импульс на входе счетчика устанавливает дешифратор в ис

13762096

дифференцирующей цепочки 65 на третьем входе первого элемента И элемента 68 на тактовом входе счетчика 69 появляется отрицательный короткий импульс, а на первом выходе дешифра

23

тора импульс, соответствующий р,

При изменении частоты вращения коммутатор переводится в следующее положение, и процесс формирования им- пульса, соответствующего заданному коэффициенту редукции, осуществляется аналогичным образом. Переход на каждую последующую частоту осуществляется по окончании периода преды- дущей, чему соответствует короткий импульс с выхода дифференцирующей цепочки 66.

С помощью предлагаемого способа в обмотках статора формируется трехфазная система напряжений U,U-,U (фиг.6 и 7) пониженной частоты, отличающейся от частоты питающей сети в целое число раз с порядком чередования фаэ, соответствующим порядку чередования фаз модулирующего напряжения. При выборе соотношения частот сети и выходной, равным V 2п+1, обеспечивается внутрифазовая

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах общепромышленных механизмов. Целью изобретения является улучшение энергетических показателей путем исключения асимметрии напряжения питания электродвигателя. При регулировании частоты вращения трехфазного асинхронного электродвигателя предлагаемым способом в обмотках статора формируется трехфазная система напряжений пониженной частоты, отличающейся от частоты питающей сети в целое число раз с порядком чередования фаз, соответствующим порядку чередования фаз модулирующего напряжения. При соотношении частоты сети и выходной частоты преобразователя 2п+1 обеспечивается внутрифазовая симметрия выходного напряжения (тока) при максимальном заполнении кривой выходного тока фаз обмоток электродвигателя. При этом улучшается гармонический состав кривой тока электродвигателя, уменьшается его нагрев при работе на пониженных частотах вращения за счет снижения амплитуды импульсов момента. Управление согласно способу позволяет исключить предшествующие и последующие трехфазному однофазные - режимы работы двигателя при работе на пониженных частотах вращения, что улучшает энергетические показатели электродвигателя, 7 ил. (Л С

ходное - нулевое состояние. Выбор со- зо симметрия выходного напряжения ( тока

ответствующего заданному значению интервала dt осуществляется элементами 56 - 59, при этом на выходе элемента 59 появляется положительный уровень напряжения, воздействующий на вход R счетчика 60, разрешая тем самым счет тактовых импульсов Uc.c- При этом формируются ij-последовательности импульсов на соответствующих j-ых выходах дешифратора. Для каждого значения ) с помощью элементов 61-64 осуществляется формирование .импульса запрета - , соответствующего .определенному временному интервалу.

Синхронизация работы схемы с сетью осуществляется на первой рабочей частоте, на первом выходе коммутатора 67 (фиг.4) сигнал положительного уровня напряжения, который поступает на второй вход первого элемента И элемента 68. Поскольку счетчик 69 с дешифратором до подачи импульса управления ни тактовый вход находится в исходном состоянии, на первый вход первого элемента И элемента 68 также подан положительный уровень сигнала. При появлении короткого синхроимпульса с выхода

при максимальном заполнении кривой выходного тока фаз обмоток двигателя. При этом для достижения тех же электромагнитных моментов появляется возможность включать тиристоры на меньших углах отпирания, т.е. при меньших амплитудах импульсов тока, что благоприятно сказывается на гармоническом составе тока асинхронного двигателя, его нагреве и работе на пониженных частотах за счет снижения амплитуды импульсов момента.

На участках кривой напряжения низкой частоты d«,d поочередное подключение фаэ b и с обмоток статора соответственно к фазе В и С сети, тогда как первая фаза обмотки подключена к фазе А сети, позволяет исключить предшествующие и последующие трехфазному - однофазные режимы работы, что улучшает энергетические показатели работы электропривода.

Формула изобретения

Способ регулирования частоты вра- щения трехфазного асинхронного электродвигателя с реверсивным тиристорным коммутатором в статорной цепи на

десяти тиристорах, при котором для тиристоров формируют соответственно первое, второе и третье модулирующие напряжения пониженной частоты, образующие трехфазную систему,.соответствующую заданной частоте вращения электродвигателя, подают управляющие импульсы для тиристоров анодной группы при положительной полярности соответствующих модулирующих напряжений, а для тиристоров катодной группы при отрицательной полярности модулирующих напряжений, отличающийся тем, что, с целью улучшения энергетических показателей путем исключения асимметрии напряжения питания электродвигателя, частоту модулирующих напряжений задают в соотношении (, 2п+1, где f - частота напряжения сети, а п 1,2,3..., синхронизируют начало положительной полуволны первого модулирующего напряжения по началу положительной полуволны напряжения первой фазы сети, формируют первую и вторую последовательности импульсов , соответствующие положительной и отрицательной полуволнам для каждого из трех фазных напряжений сети, формируют управляющие импульсы для первого тиристора из первой и второй последовательностей импульсов соответственно первого и третьего фазных напряжений сети, для второго тиристора из второй и первой последовательностей импульсов соответственно первого и третьего фазных напряжений сети, сравнивают полярности второго и третьего модулирую-ч щих напряжений, при несовпадении их формируют управляющие импульсы для третьего, восьмого, девятого, шесто- го тиристоров из первой последовательности импульсов, соответствующих второму фазному напряжению сети, а для пятого, десятого, седьмого, четвертого тиристоров из второй последовательности импульсов, соответствующих второму фазному напряжению : сети, одновременно сравнивают полярности первого и второго модулирующих напряжений, при несовпадении их формируют дополнительные управляющие импульсы для четвертого и пятого тиристоров из первой последовательности импульсов соответственно первого и третьего фазных напряжений сети, для третьего и шестого тиристоров из второй последовательности импульсов соответственно первого и третьего фазных напряжений сети,срав-, нивают полярности первого и третьего модулирующих напряжений, при несовпадении их формируют дополнитель- ные управляющие импульсы для десято-. го и седьмого тиристоров из первой последовательности импульсов соответственно первого и третьего фазных напряжений сети, а для девятого и восьмого тиристоров из второй по - следовательности импульсов соответственно первого и третьего фазных напряжений сети, причем для значений

частот модулирующего напряжения, заданных соотношением f /f- 6k-l,

-

где k 1,2,3..., при совпадении полярности первого и второго модулирующих напряжений определяют и

исключают из управляющих первый км- пульс, соответствующий первой или второй последовательности импульсов соответственно для второго фазного напряжения сети, для значений частот, заданных соотношением 6k+1, при совпадении полярностей второго и третьего модулирующих напряжений определяют первый импульс, соответствующий первой после-

довательности импульсов соответст- венно первого фазного напряжения и исключают его из управляющих тиристоров в третьей фазе обмотки двигателя, для значений частот, в заданных соотношением /f 3k,

при совпадении полярностей первого и и третьего модулирующих напряжений определяют импульс с порядковым номером j (2k-l), соответствующий

первой или второй последовательное ти импульсов соответственно для второго фазного напряжения сети, и исключают его из управляющих для ти- дзисторов в третьей фазе обмотки дйигателя,дпя перехода с одной фиксированной частоты вращения электродвигателя на другую определяют момен,т изменения полярности первого модулирующего напряжения и в этот момент

изменяют значение частоты модулирующего напряженияо

Uf

c.c

, / N

....xa. N.,4 rv .

/(ПУу/ТЦк. / c. V ж t}ji,A

A

r

y dltfU Xjj,.,

I.. . I,

I IIIII III г I a 11 f

Х1Е:д : 5(/л:7.;

V/5 y/5 y/f V7 фиг. 5

.xa. N.,4 r

у/ТЦк. / c. V ж t}ji

A

r

v-. vXl dltfU Xjj,.,

I.. . I,

I III г I a 11

Х1Е:д : 5(/л:7.;

1

ж

Jili

Фиг.5