Способ формирования гармонических токов в фазах частотно-управляемого электродвигателя и устройство для его осуществления Советский патент 1988 года по МПК H02P7/42 

оо

О5

to

периода при достижении разностью заданного и измеренного токов порогового значения в каждую фазу поочередно. подключают положительное или отрица,тельное напряжение источника питания. При этом на период коммутации тока в

-одной фазе другую подключают постоянно к положительному зажиму, а третью - к отрицательному зажиму источника питания. При этом число переключений при формировании токов равно 24т, где m - число фаз электродвигателя 1 2 с.По ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является снижение электрических потерь за счет уменьшения числа переключения фаз двигателя при формировании требуемой кривой выходного тока. Указанная цель достигается введением в устройство для формирования гармонических то ков в фазах частотно-управляемого асинхронного двигателя фазорасщепите- ля 12, распределителя 13 сигналов управления и формирователя 14 импульсов управления для силовых вентилей преоб- разователя частоты 2. В процессе формирования тока в фазе электродвигателя 1 в течение каждой шестой части (Л

1

Изобретение относится к электротехнике, а именно к частотно-управляемому электроприводу, построенному на основе асинхронного двигателя и автономного инвертора напряжения, и может быть использовано при решении задач формирования токов в фазах путем переключения вентилей инверторов

Цель изобретения - снижение электрических потерь путем уменьшения числа переключений фаз двигателя.

На фиг,1 представлена функциональная схема устройства частотно-управляемого электропривода, реализующего предлагаемый способ формирования гармонических токов в фазах; на фиг.2 и 3 - диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство, выполненное на базе асинхронного двигателя i, содержит преобразователь 2 частоты (фиг.1), датчик 3 частоты вращения, установ- ленньй на валу асинхронного двигателя 1, блок 4 датчиков фазных токов, управляемый генератор 5 частоты и напряжения синусоидального сигнала, последовательно включенные блок 6 формирования зоны воспроизведения тока и блок 7 управления преобразователем 2 частоты, другие входы блока 7 управления соединены с выходами блока 4 датчиков фазных токов,, последовательно включенные источник 8 задающего сигнала, регулятор 9 частоты вращения, формирователь 10 заданного тока и скольжения, блок 11 сумм рования, другой вход которого объединен с ДРУГИМ входом регулятора 9 частоты вращения и подключен к выходу датчика 3 частоты вращения, при этом выход блока 11 суммирования подключен к входу управления по частоте

управляемого генератора 5 частоты и напряжения синусоидального сигнала, вход управления по напряжению которо го подключен к другому выходу форми5 рователя 10 заданного тока и скольжения .

В устройство введены фазорасщепи- тель 12 с шестью выходами, распределитель 13 сигналов управления и фор10 мирователь 14 импульсов управления для силовых вентилей преобразователя частоты, выполненный на шести однотипных трехвходовых схемах 15-20, подключенных выходами к соответствую|цим

15 управляющим входам преобразователя 2 частоты.

Управляемый генератор 5 частоты и напряжения синусоидального сигнала выполнен на двух постоянных эапомина20 ющих блоках 21 и 22 и двух цифроана- логовых преобразователях 23 и 24, аналоговые входы которых объединены и образуют вход управления по напряжению управляемого генератора 5,

Цифровые входы цифроанапоговых преобразователей 23 и 24 подключены к выходам соответствующих постоянных запоминающих блоков 21 и 22, входы которых объединены и образуют вход

30 управления по частоте управляемого генератора 5о

Распределитель 13 сигналов управления выполнен на шести двухвхо- довых схемах И 25-30, шести тактиру5 емых операционных з силителях 31-36

и трех суммирующих операционных усиг лителях 37-39, выходы которых подключены к соответствующим управляющим входам блока 6 формирования зоны вос0 произведения тока. Первые входы двух входовых схем И 25-30 подключены к соответствующим выходам фазораацепн- теля 12, Вторые входы схем И 25-27

10

15

подключены соответственно к четвертому, пятому и шестому выходам фазо- расщепителя 12, вторые входы схем И 28-30 подключены соответственно к первому, второму и третьему выходам фазорасщепителя 12, Выходы схем И 25-30 соединены с инверсными входами соответствующих тактируемых операционных усилителей 31-36. Прямые входы усилителей 31, 33 и 35 объединены между собой и подключены к выходу цифроаналогового преобразователя 23, прямые входы усилителей 32, 34 и 36 объединены между собой и подключены к выходу цифроаналогового преобразователя 24. Выходы усилителей 31 и 34 подключены к входам суммирующего усилителя 37, выходы усилителей 32 и 35 - к входам суммирующего уси- 20 лителя 38, а выходы усилителей 33 и 36 - к входам суммирующего усилителя 39.

Первые входы трехвходовых схем 15-20 формирователя 14 импульсов уп- 25 равления попарно объединены и подключены к соответствующим выходам блока 7 управления преобразователем 2 частоты. Вторые входы трехвходовых схем 15-20 подключены к выходам соот- д ветствующих двухвходовых схем И 25 - 30 распределителя 13 сигналов.уп- |равления. Третьи входы трехвходовых схем 15-20 подключены к соответствующим выходам фазорасв5епителя 12,

66-68 на выходах блока 7 управления преобразователем 2 частоты.

Способ формирования гармонических токов в фазах частотно-управляемого электропривода осуществляют следующим образомо

Формируют последовательность mf, пульсов включения и выключения вентилей в каждой фазе раздельно в моменты достижения заданного уровня разности сигналов выходного и заданного модулирующего токов, причем модулирующий сигнал задает форму выходного тока, формируют для всех фаз одновременно модулирующий сигнал в виде двух частей синусоиды эл градо (диаграмма 40, фиг о 2) и 120- 180 эло градо (диаграмма 41, фиг,2), первую из которых используют для формирования модулирующего сигнала в каждой фазе на интервале 0-60 эл град, периода выходного тока этой фазы, а вторую используют для формирования модулирующего сигнала в каждой фазе на интервале 120-180 эл„ град, периода выходного тока этой фазы, В течение каждой шестой части . периода выходного тока одну фазу, имеюпп ю экстремальное (положительное или отрицательное)значение, непрерывн подключают к соответствующему (положительному или отрицательному) зажиму источника питания (диаграммы 42 и 43, интервал 50-51), причем в диаграммах (фиг,2 и 3)обозначены честве непрерывно подключаемой фазы

напряжения 40 и 41 на выходах цифроан логовых преобразователей 24 и 23 соответственно, управляемого генератора 5 частоты и .напряжения, при этом диаграмма 40 представляет собой часть синусоиды 0-60 эЛоГраДо, а диаграмма 41 - часть синусоиды 120 - 180 эл, град, с периодом повторения 60 эЛоГрад,, ток 42, фазы асинхронного двигателя 1, выходные сигналы 43-48 формирователя 14 импульсов управления силовыми вентилями преобразователя 2 частоты, моменты 49- 53 времени соответственно для 0,60, 120,180 и 360 элоград. периода выходного тока одной фазы, основные сигналы 54-56. на выходах фазорасщепителя 12, сигналы 57-62, на выходах двухвходовых схем И 25-30, длительностью 60 эЛоГрад, сдвинутых один от другого на 60 эЛоГрад,, сигналы 63-65 на выходах суммирующих операционных усилителей 31-33, сигналы

66-68 на выходах блока 7 управления преобразователем 2 частоты.

Способ формирования гармонических токов в фазах частотно-управляемого электропривода осуществляют следующим образомо

Формируют последовательность mf, пульсов включения и выключения вентилей в каждой фазе раздельно в моменты достижения заданного уровня разности сигналов выходного и заданного модулирующего токов, причем модулирующий сигнал задает форму выходного тока, формируют для всех фаз одновременно модулирующий сигнал в виде двух частей синусоиды эл градо (диаграмма 40, фиг о 2) и 120- 180 эло градо (диаграмма 41, фиг,2), первую из которых используют для формирования модулирующего сигнала в каждой фазе на интервале 0-60 эл град, периода выходного тока этой фазы, а вторую используют для формирования модулирующего сигнала в каждой фазе на интервале 120-180 эл„ град, периода выходного тока этой фазы, В течение каждой шестой части . периода выходного тока одну фазу, имеюпп ю экстремальное (положительное или отрицательное)значение, непрерывно подключают к соответствующему (положительному или отрицательному) зажиму источника питания (диаграммы 42 и 43, интервал 50-51), причем в

5

0

5

поочередно через щестую часть периода используют каждзто из фаз нагрузки. Фазу, отстающую на 120 эЛоГраДоОт фазы, имеющей экстремальное значение, переключают в течение указанной шес той части периода от одного зажима источника питания к другому (диаграммы 45 и 46, интервал 50-51), а фазу, опережающую на 120 эЛоГрад,, фазу. Имеющую экстремальное значение, подг ключают в течение указанной шестой части периода к зажиму, противопо- ложно,му непрерывно подключенной фазы (диаграмма 48, интервал 50-51)

Устройство для реализации предлагаемого способа работает следующим образом.

На первьй вход регулятора 9 частоты вращения (фиг,1) поступает сигнал задания частоты вращения от источника 8 задающего сигнала. На второй вычитающий вход регулятора 9 частоты вращения поступает сигнал с им513762

пульсного датчика 3, при этом на выходе регулятора 9 формируется сигнал, пропорциональный отклонению частоты вращения асинхронного двигателя 1 от заданного значения, Полученный сигнал преобразуется в формирователе 10 в два сигнала. Один из них, являющийся заданным значением тока двигателя, поступает .на входы Q цифр оаналоговых преобразователей 23 и 24 управляемого генератора 5 частоты и напряжения синусоидального сигнала, другой сигнал, соответствующий требуемому скольжению асинхрон- . ного двигателя 1, складывается в бло- . ке 11 суммирования с сигналом текущего значения частоты вращения и поступает на входы по частоте постоянных запоминающих блоков 21 и 22 управляе-20 мого генератора 5 частоты и напряжения синусоидального сигнала;, С выходов цифроаналоговых преобразователей 24 и 23 поступают две последовательности сигналов 40 и 41 (фиг«2) с пе-25 риодом повторения 60 эл.град,, одни из которых (сигналы 40) представляют собой синусоидальные сигналы на интервале 0-60 элоградо, а другие (сигналы 41) - синусоидальные сигна- ,,, лы на интервале 120-180 эл.град.

Указанные сигналы поступают на входы операционных усилителей 31- 36 с единичным коэффициентом передачи, а на другие их входы поступают сигналы 57-62 (фиг.З) с выходов схем И 25-30, сформированные с помощью фазорасщепителя 12, который синхронизируется сигналом с выхода блока 11 суммирования. Полученные с выходов операционных усилителей 31-36 сигналы управления объединяются с помощью суммирующих операционных усилителей 37 и 39 в трехфазные модулирующие сигналы 63-65 (фиг.З), которые поступают в блок 6 формирова- кия зоны воспроизведения тока, в ко тором преобразуются в соответствии с алгоритмом:

35

40

(и ли;) sinwt +

-аи

2

и - амплитудное зиачение модзг- лирующего сигнала;

ли,- отклонение амплитудного значения модулирующего сигнала;

начальное значение модулирующего сигнала.

Q 0 5 ,,

5

0

0

5

106

С выходов блока 6 формирования зоны воспроизведения тока преобразованные модулирующие сигналы поступают в блок 7 управления преобразователем 2 частоты, где они сравниваются с текущими значениями токов фаз двигателя 1, поступающих с блока 4 датчиков токао При этом на выходах блока 5 управления преобразователем 66-68 частоты формируются импульсные последовательности (фиг.З) и инверсные им.

Формирование импульсов управления силовыми вентилями преобразователя 2 частоты производится в формирователе 14 импульсов управления при поступлении на входы трехвходовых логических схем 15-20 сигналов с выхода фазорасщепителя 12 (диаграммы 54- 56, фиГоЗ, и инверсные им), сигналов с двухвходовых схем И 25-30 (диаграммы 57-62), сигналов 66-68 и ина ерсных им с выходов блока 5 уп- давления щзеобразователем частоты При этом на выходе формирователя 14 импульсов управления формируются сигналы 43-48 (фиг.2). Так, например, формирование импульсов управления первым.силовым вентилем преобразователи 2 частоты производится на логической схеме 15 при поступлении на ее входы сигналов 54, 62 и 66 (фиг.З) Формирование импульсов управления третьим и пятым вентилем преобразователя 2 частоты осуществляется аналогично „ Формирование импульсов управления вторым силовым вентилем преобразователя 2 частоты производится на логической схеме 16 при поступлении на ее выходы сигналов 54, 59 и 66. Формирование импульсов управления четвертым и шестым вентилем преобразователя 2 частоты осуществляется аналогичное, Форма тока в одной фазе асинхронного двигателя I приведена на фиго2 (диаграмма 42).

Предлагаемый способ формирования тока в фазах частотно-управляемого электропривода позволяет снизить потери, так как формирование тока в фазах двигателя осуществляется одновременно во всех трех фазах в течение шестой части периода выходного тока, при этом одну фазу подключают непрерывно к одному из зажимов источника питания, другую фазу переключают от одного зажима источника питания,к другому, а третью фазу подключают к за-:

жиму источника питания, противоположному непрерывно подключенной фазы. Вследствие такого управления только в одной фазе осуществляется двуполяр ная модуляция напряжения, характеризующаяся максимальным числом переключений силовых вентилей (для заданной зоны воспроизведения тока dl), В другой фазе осуществляется однополярная модуляция напряжения, характеризующаяся в два раза меньшим числом переключений силовых вентилей, и в третьей фазе отсутствует модуляция напряжения и, следователь- но, потери на переключение силовых вентилей. Общее число переключений силовых вентилей всех фаз в течение периода выходного тока определяется следующим выражением:

п 18 го.

где m - число переключений силовых вентилей в течение шестой части периода одной фазы к , одному из зажимов источника

питания.

Таким образом, в сравнении с известным способом формирования тока, обеспечивающим число переключений п 24т, предлагаемый способ характеризуется их уменьшением, а следовательно, и снижением электрических потерь в системе преобразователь частоты - асинхронный двигатель,

Формула изобретения

1, Способ формирования гармонических токов в фазах частотно-управляемого электродвигателя путем периодического подключения фаз к разно- полярным питающим напряжениям по результатам сравнения заданного и измеренного токов, заключающийся в том, что в зависимости от требуемого направления тока в каждой из фаз в каждом полупериоде изменения тока на интервале 120-180 эл,град, подключают фазу двигателя к питающему напряжению одной полярности, измеряют ток в указанной фазе, сравнивают его с заданным током, представленным в виде отрезка синусоиды на интервале 120-180 зл,град,, и в мо- мент достижения разности измеренного и заданного токов величины, равной пороговой величине, полярность кото

« , 0

5

п 0

5

5

0

рой совпадает с указанной полярностью питающего напряжения, переключают фазу двигателя к питающему напряжению противоположной полярности, отличающийся тем, что, с целью снижения электрических потерь в электродвигателе за счет уменьшения числа переключений его фаз, в каждой фазе в каждом полупериоде на интервале изменения тока 0-60 эл,градо подключают фазу к напряжению первоначально указанной полярности, измеряют ток в указанной фазе, сравнивают его с заданным током, представленный в виде отрезка синусоиды на интервале 0-60 эЛоГрад, и в момент достижения разностью измеренного и заданного токов величины, равной пороговой неличине первоначально указанной полярности, отключают фазу от питающего напряжения, а в момент достижения разностью измеренного и заданного токов величины, равной пороговой величине противоположной полярности, вновь подключают фазу к питающему напряжению первоначально указанной полярности, при этом на интервале изменения тока в каждой фазе в каждом полупериоде 60-120 ал,град.подключают фазу постоянно к питаннцему напряжению первоначально указанной полярности,

2, Устройство для формирования гармонических токов в фазах частотно- управляемого электродвигателя, содержащее преобразователь частоты, снабженный выводами для подключения к электродвигателю, датчик частоты вращения ротора электродвигателя, блок датчиков фазовых токов, управляемый генератор частоты и напряжения синусоидального сигнала, последовательно включенные блок формирования зоны воспроизведения тока и блок управления преобразователем частоты, другие входы блока управления соединены с выходами блока датчиков фазных токов, последовательно включенные источник задакицего сигнала, регулятор частоты вращения, формирователь заданного тока и скольжения и блок суммирования, другой вход которого объединен с другим входом ре- .гулятора частоты вращения и подключен к выходу датчика частоты вращения, при этом выход блока суммирования: подключен к входу управления по частоте управляемого генератора частоты и напряжения синусоидального сигнала, вход управления по напряжению которого подключен к другому выходу формирователя заданного -тока и скольжения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что с целью снижения электрических потерь в электродвигателе за счет уменьшения числа переключения его фаз, введены фазоврагцатель с шестью выходами, распределитель сигналов управления и формирователь импульсов управления для силовых вентилей преобразователя частоты, выполненный с тремя группами входов, подключенный выходами к соответствующим управля- ющим входам преобразователя частоты, yпpaвляe шIй генератор частоты и напряжения синусоидального сигнала выполнен на двух постоянных запоминающих блоках и двух цифроаналоговых преобразователях, аналоговые входы которых объединены и образуют вход управления по напряжению управляемого генератора, цифровые входы цифроаналого- вых преобразователей подключены к выходам соответствующих постоянных запоминающих блоков, входы которых объединены и образуют вход управления по частоте управляемого генера- тора частоты и напряжения синусоидального сигнала, при этом распределитель сигналов управления выполнен на шести двухвходовых схемах И, шестти тактируемых операционных усилителях и трех суммирующих операционных усилителях, выходы которых подключены к соответствующим управлякщим входам блока формирования зоны воспроизведения тока, первые входы шее- ти двухвходовых схем И подключены к соответствующим выходам фазораспре- делителя, вторые входы первой, рой и третьей двухвходовых схем И

c 0 5 О

5

0

подключены соответственно к четвертому, пятому и шестому выходам фазо- расщепителя, а вторые входы четвертой, пятой и шестой двухвходовых схем И подключены соответственно к первому, второму и третьему выходам фазорасщепителя, выходы двухвходовых схем И соединены с инверсными входами соответствующих тактируемых операционных усилителей, прямые входы первого, третьего и пятого тактируемых операционных усилителей объединены между собой и подключены к выходу первого цифроаналогово.го преобразователя, а прямые входы второго, четвертого и шестого тактируемых единичных операционных усилителей объединены между собой и подключены к выходу второго цифроаналогового преобразователя, выходы первого и четвертого тактируеьых операционных усилителей подключены к входам первого суьг- мирующего операционного усилителя, выходы второго и пятого тактируемых операционных усилителей подключены к входам второго суммирующего операционного усилителя, а выходы третьего и шестого тактируекых операционных усилителей - к входам третьего суммирующего операционного усилителя, первая группа входов формирователя импульсов управления для силовых вентилей преобразователя частоты подключена к соответствующим выходам блока управления преобразователя частоты, вторая группа входов названного формирователя подключена к выходам соответствующих двухвходовых схем И распределителя сигналов управления , а третья группа входов названного формирователя подключена к соответствующим вькодам фазорасщепителя.

49

«Ч

47- Ш

Й

ЦП

53

cJt

uft

«Л

JUL

I

(Л

TUT

П

Я

S5

5657

58

59 GOBI-6263Ш

жгт

1ПППП

jjt

м W (Jt

ч

t

t

(Jt

(Jt

X

u)t

(Jt

я

(Jt

пппп

I (Jt

J-

попп

идти

Фиг.З