Электропривод переменного тока Советский патент 1989 года по МПК H02P7/42 H02M5/27 

,

t

СО

314

мутаторлх 5 и 6, компаратор 7j уп- равляемьп делитель 8 частоты, распределитель 9 импульсов, формирователь 10 импульсов, цифровой задат- чик 11 частоты и направления вращения, блок 12 фаэосмещения с задатчи- ком 13 уставки, блок 14 усилителей сигналов управления. Работа электропривода основана на том, что путем коммутации по определенному закону обмоток статора электродвигателя 1 обеспечивается вращение ротора с частото, меньшей ее поминального значения, определяемой по од})ому из

192

вьг11ажепий f 1

г . f I f

6п-1 -« Т н

f

6п+1

„, где m 1, 2, 3, 4,...,

/г

I , - помзшальная частота, причем в последнем случае порядок чередования фаз питающего двигатель напряжения оказывается обратным по отношению к

первым двум, т.е. осуществляется

реверс двигателя. Электропривод обеспечивает также достаточно широкий набор дискретных значений, частот вра- шения электродви1 ателя 1 и плавньй

переход между пими. 5 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления трехфазными асинхронными электродвигателями общепромышленного назначения. Целью изобретения является повышение точности регулирования частоты вращения и расширение области применения за счет обеспечения реверса без переключения в силовых цепях. Электропривод содержит электродвигатель 1, тиристорный мост 2, дроссель 3, блок 11 синхронизации, выполненный на двух коммутаторах 5 и 6, компаратор 7, управляемый делитель 8 частоты, распределитель 9 импульсов, формирователь 10 импульсов, цифровой задатчик 11 частоты и направления вращения, блок 12 фазосмещения с задатчиком 13 уставки, блок 14 усилителей сигналов управления. Работа электропривода основана на том, что путем коммутации по определенному закону обмоток статора электродвигателя 1 обеспечивается вращение ротора с частотой, меньшей ее номинального значения, определяемой по одному из выражений F=1/6M-1FH

F=1/2FH

F=1/6M+1FH, где M=1,2,3,4...,FH-номинальная частота, причем в последнем случае порядок чередования фаз питающего двигатель напряжения оказывется обратным по отношению к первым двум, т.е. осуществляется реверс двигателя. Электропривод обеспечивает также достаточно широкий набор дискретных значений частот вращения электродвигателя 1 и плавный переход между ними. 5 ил.

Изобрете1П1е относится к электро- тех}П1ке п может быть использовано для управле П1я трехфазными асинхронными электродвигателям общепромьш - ленного назначения.

Цель изс бретепия - noBMmeinie точ- ности регулирования частоты вращения и расширение области применения за счет обеспечения реверса без лере- к;почепия в силовых цепях.

На фиг,1 приведена структурная схема элект1кл1ривода; на фиг. 2-4 - диаграмм., пояс11яюиц е его работу при pa3jni4H rx частотах вращения электродвигателя, на фиг.5 - диаграммы я режиме ревер1.:а.

Электропривод, перемепного тока содержит асинхро}1иый трехфа.ный электродвигатель 1 , трехфазный Т1:ристорньи мост 2, дроссель 3, блок 4 синхрочи- зации, вь полнен} ьа1 на двух коммута- торах 5 и Ь, компаратор 7, управляе- мьо деичитель 8 частоты, распределитель 9 импульсов, формирователь 10 импульсов, цифровой задатчик 11 частоты и направле1П1я нращеупш, блок 12 фазосмещеиия с задатчиком 13 устаики и блок 14 угплп1те:1ей си1 налов управления. Од1П1 ныводы статорной обмотки электродв1 Т .ч геля 1 соединены с згши- мами Д.ПЯ п()дкчк)чения к 1П1тающей сетп а другие - с в(.1))одами переменного то- ка трехфазного моста 2, между выводами постоя;п111го тока которого рзключе . дроссель 3. Г)Ходы коммутаторов S и 6 попарно об-ь(дине1пл п образуют блока 4 инхро}П1зации, соедижч пьи . с зажимп№1 г.пя п(,/цключеиия к питающей сети, 1)Ыхид пер}зого коммута г( 5 соединен с кходс1м компл11ат(1ра 7,

выход которого подключен к счетному входу управляемого делителя 8 частоты, выходом соеди)1енным с входом распределителя 9.импульсов, щестика- нальн()й выход которого соединен с , первым информационным шестиканальным входом формУ1рователя 10 импульсов, второй информационный двухканальный вход которого соединен с выходом блока 12 фазосмещения, информацион- Hbtfi вход которого соединен с выходом второго коммутатора 6. Первый и второй выходы цифрового задатчика 11 частоты и направления вращения соединены с управляющими вxoдa al соот- ветствепно управляемого делителя 8 частоты и формирователя 10 импульсов, первый, второй и третий шести- канальные выходы которого соединены соответственно с щестиканальными управляющими входами коммутаторов 5 и 6 и входами блока 14 усилителей сиг)1алов управления, входы которого подключеньЕ к управляющим цепям соответствующих тиристоров трехфазного моста 2.

Каждый из коммутаторов 5 и 6 пред стаапяет собой набор из шести управляемых ключей, объединенных по выходу.

Формирователь 10 импульсов собран на логических элементах и формирует из шестиканальнбй последовательности импульсных сигналов, поступаюпи1Х с выхода распределителя 9 импульсов, дне шестиканальные систем1 1 последовательностей импульсньсх сигналов, которые управляют работой коммутаторов 5 и 6. Дополнительно формирователь 10 импульсов из двухканальной

5

последовательности импульсных сиг- налои, поступающих с выхода блока 12 фазосмещения, формирует третью шестикаиальную последовательность импульсных сигналов для управления тиристорами трехфазного моста 2. При этом в зависимости от изменения цифрового кода на управляющем входе формирователя 10 импульсов изменяется алгоритм следования импульсов управления коммутаторами 5 и 6 и тиристорами трехфазного мост 2, что иллюстрируется на диаграмм показанных на фиг.2-5.

на фиг.2-5 обозначено: аЬ, сЬ,

са, Ьа, be, ас - шестифазная система линейных напряжений питающей сети, 1д, ig, ic токи в статйрных обмотках двигателя 1 без учета процессов коммутации вентилей и при достаточно большой индуктивности дросселя 3-, i, - первая гармоника тока двигателя, имеющая частоту f , и 3 напряжение на обмотках двигателя и дросселяi и / и и - напряжения на выходах задатчика 13 уставок углов управления of и /) i Т15- Т20 - управляющие импульсы соответ- ствуюгдих тиристоров.

Работа электропривода переменного тока основана на том, что путем коммутации по определенному закону обмоток статора асинхронного двигателя 1 обеспечивается вращение магнитного поля статора, а вместе с ни и вращение ротора асинхронного двигателя 1 с частотой, меньшей ее номинального значения и определяемой по. одному из трех зьгражений:

1

6т-1

н

1 6in+1

и

н

(1)

(2) (3)

где п 1, 2, 3, 4, ... - число включений за период преобразованной частоты одних и тех же пар тиристоров разноименных фаз,

f - номинальная частота, соответствующая частоте питающей сети, причем порядок чередования фаз для закона (3) оказывается обратным по отношению к (1) и (2).

Работа электропривода для режима 1

f

6m-1

ц представлена на фиг.2

при п 1 режима f

на фиг.З при га 2, для

жима f

на фиг.4 и для ре- на фиг.5 при . Электропривод, например при f

If

„, работает следующим образом.

Шестифазная система линейных напряжений питающей сети поступает на входы коммутаторов 5 и 6, каждый из которых содержит щесть поочередно коммутирующих ключей, объединенных по выходу и управляемых выходными им - пульсными сигналами первого и второго шестиканальных выходов формирователя 10 импульсов. Таким образом напряжение Uj, U на выходе коммутаторов 5 и 6 представляет собой участки синусоид линейных напряжений длительностью 300 эл. град (фиг.2а,б),„ причем первоначальный сдвиг синусоид на каждом участке работы коммутаторов 5 и 6 между ними равен 120 эл. град за счет жесткого соединения одноименных входов коммутаторов 5 и 6 с шестифазной системой линейных напряжений аЬ, сЬ, са, Ьа, be, ас. Компа- рирование выходного напряжения коммутатора 5 с нулевым уровнем, установленным на компараторе 7, позволяет получить на выходе компаратора 7 последовательности импульсов U 7 ; сдвинутых друг относительно друга на 300 эл. град частоты сети (фиг.2вХ поступающих на счетный вход управляемого делителя 8 частоты, коэффициент деления которого установлен для

данного случая f

1 авным 1

45

50

55

с помощью кода, установленного на его управляющем входе. В результате на выходе управляемого делителя 8 частоты (фиг.2г) формируется последовательность импульсных сигналов UQ, аналогичная входной последовательности, поступающая на вход распределителя 9 импульсов, который преобразует исходную последователь-, ность импульсов в шестиканальнуто последовательность импульсных сигналов и j. 1-и 3.4 длительностью 300 эл. град

(фиг.2ж). С выходов распределителя 9 импульсы и g -,-и 94 проходят в

данном случав (f т f „) без изменения через формирователь 10

пульсов coi JiacHo установленному коду на его управляющем входе и постунают на управляюш1с входы обоих коммутаторов 5 и 6,

Напряжение U, сформированное на выходе кoм.ryтaтopa 6 (фиг.2б) являясь напряжением развертки, поступает на информациониьп1 вход блока 12 фагэосмецения, где оно сравнивается в каждом из двух каналов с соответствующим напряжением уставки угла сравнения 11 и U « . В резуль- тате на выходах блока 12 фазосмеще- ния (фиг.2д, е) формируются последовательности импульсных сигналов и,, и. - с соответствуюииши углами управления о/и /3 , которые поступают на второй информационный вход формирователя 10 импульсов. В формирователе 10 импульсов осуществляется совместная логическая обработка сигналов с выходов распределителя 9 импульсов и блока 12 фазосмещения, в результате формируется шестиканаль- ная последовательность импульсных сигналов Т15-Т20, предназначенных для управления тиристорами V5-20 (фи.2з). Эти импульсы проходят через блok 14 усилителей, предназначенный для усиления и гальванической развязки импульсов управления тиристорами трехфазного моста 2.

На каждом такте работы в момент, соответствую1и 1й углу о/ , включается пара тиристоров, подключающая дроссель 3 к двум соответствующим фазам электродвигателя 1, обеспечивая протекание тока по двум обмоткам статора, затем в момент, соответствующий углу , включается третий тиристор, обеспечивающий в паре с открытым ранее шунтирование дросселя 3 и обес- точивание обмоток статора двигателя 1 . Ток через дроссель 3 в результате протекает непрерывно. Форма токов в статорных обмотках для режима f

- f (I предс 1 авлена на фиг.2 (1д

ift ic) I flt : пунктиром изображена ,первая гармоника тока в одной из фаз i 1, частота которой соответствует 1/5 частоте сети. Посредством изменения уставок задания углов управления о( и р можно регулировать амплитуду первой гармоники тока в обмотках двш ателя 1 .

Работа устройства в режимах регулирования част(л:Ь1 по закону f

10

fj отличается от описанного

41928

1

6in-1

выше лишь изменением с помощью цифрового задатчика 11 частоты и на- 5 правления вращения цифрового кода на управляющем входе делителя 8 частоты, устанавливая соответствующий коэффициент деления. Так, например, на диаграммах фиг.З представлена работа устройства при установке коэффициента деления равного 2, т.е. случай

2,

f l-f 11

На выход управляе0

5

0

0

5

мого делителя 8 при этом проходит с входа каждьй второй импульс (фиг.Зг), алгоритм работы формирователя 10 импульсов при этом не меняется, отличие заключается лишь в даительности управляющих импульсов коммутаторов 5 и 6, т.е. в длительности участков коммутируемых линейных напряжений, равной 300+360 660 эл. град частоты сети. Иными словами в рассматриваемом режиме на каждом такте работы распределителя 9 импульсов дважды происходит включение одной и той же пары тиристоров трехфазного моста 2 и форма тока в обмотках приобретает вид, представленный на фиг.Зк (iy), ig, ic). В дальнейшем при регулировании по закону f fн, напри- m 3

случая m J или f f If длительность участков коммумер, для J

5 17

тируемых линейных напряжений на выходе коммутаторов 5 и 6 равна 300+ +360+360 1020 эл. град частоты сети, а на каждом такте работы распреде0 лителя 9 импульсов трижды включается одна и та же пара тиристоров и т.д.

Режим работы устройства для час. 1 . 5 тоты г - г у отражают диаграммгл на

фиг. 4. Как и для случая f -г- f н

(фиг. 2) сохраняется коэффициент деления делителя 8 частоты равным 1, прежней остается и работа распределителя 9 импульсов, однако путем изменения кода на управляющем входе формирователя 10 импульсов изменяется алгоритм следования сформированных в нем импульсов управления

тиристорами 15-20 и- коммутаторами 5 и 6 (L, и „, и „. , , и ,0 т , и f( n). Ключевые элементы коммутаторов 5 и 6 коммутируются через

один с удвоенной по отношению к случаю по фиг,2 частотой, форма напряжений ла выходах ком(таторов 5 и fe на фиг.4 остается той же, что на фиг.2, однако изменяется алгоритм подключения соответствующих участков линейных напряжений входной шести- фазной системы. В результате частота первой гармоники тока в обмотке статора (i/, ig, i с фиг.4) равна половине частоты сети.

Для осуществления реверса двигателя 1 используется режим работы уст- ройства с регулированием оборотов по

1 f

закону t .Jг t, у которых чередование фаз тока в переключаемых обмотках статора при той же структуре силовой схемы является обратным по отношению к ранее описанным режимам, что поясняется на диаграммах фиг.5 для случая m 1, т. е.

f у fn

Характерным отличием работы устройства по фиг.5 от работы по фиг.2 является установка коэффициента деления делителя 8 частоты равным 2 и изменение алгоритма следования управляющих импульсов U , и (О на выходах формирователя 10 импульсов, в результате чего длительность участков коммутируемых линейных напряжений достигает 420 эл. град частоты сети, а сдвиг между линейны а1 напряжениями двух коммутаторов 5 и 6 на каждом из участков равен 60 эл. град. Очередность следования HNmynbcoB управления с и 0 , .. . , и,о, Г7« Т15-Т20 с выходов формирователя 10 импульсов (фиг.5) устанавливается реверсивной. В дальнейшем при регулировании по закону

f -7г н например, для m 2,

ОП1+ 1

f -рг f ц, устанавливается коэффициент деления делителя 8 частоты равный 3, длительность участхов коммутируемых напряжений в этом случае 420+360 780 эл. град m 3, f 1

„ -ц, коэфф1п;иент деления устанавливается равньгм 4, длительность - частков коммутируемых напряжений 420+360+360 1140 пл. град и т. д. .Алгоритм 1)абот,1 формирователя 10 импульс ов ггри указанном законе изме94I92 10

нения частоты, однако, остается неизменным.

Все рассмотренные выше режимы обеспечивают дискретное изменение частоты основной гармоники тока в обмотках двигателя согласно ряду j 1 J j 1 2 5 11 23 прямом чередовании фаз и согласно 1111 1

f „ при

10

15

0

5

0

5

0

5

0

5

при обратном чередовании фаз. Регулирование частоты вращения двигателя 1 внутри каждого диапазона дискретного ряда частот осуществляется благодаря изменению действующего значения тока статора с помощью фазового регулирования углов / и ft управления тиристорами 15-20.

Так как работа устройства связана с периодическим закорачиванием тиристорами 15-20 дросселя 3, то в реальных условиях в переходных режимах это может сопровождаться нежелательными скачками напряжения на элементах силовой схемы. Для исключения указанных явлений и повьщ1ения надежности дроссель 3 шунтируется RC-цепочкой 21.

Таким образом, в предлагаемом электроприводе процесс регулирования частоты вращения асинхронного двигателя 1 с помощью трехфазного моста 2, закороченного дросселем 3, при использовании одноканального способа формирования управляющих импульсов является простым и надеж- Hbw и обеспечивает большую точность регулирования и возможность реверса без дополнительных переключений в силовой схеме, при этом минимальными средствами обеспечивается доста- точно широкий набор дискретных значений частоты вращения и плавный переход между ними.

Формула изобретения

Электропривод переменного тока, содержащий асинхронный трехфазный электродвигатель, одни выводы ста- торной обмотки которого соединены с зажимами для подключения питающей сети, а другие выводы - с вьшодами переменного тока трехфазного тирие- торного моста, между выводами постоянного тока которого включен дроссель, блок синхронизации, входы коToporo соединены с );шим; -l l для ключсния питающей сети, блок фаяо- смещения с залатчиком уставки, управляемый делитель частоты, блок усилителей сигналов управления, выходы которого соединены с управляющими: цепями тиристоров трехфазного моста, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности регулирования частоты вращения и расширения области применения за счет обеспечения реверса без переключения в силовых цепях, в него введены компаратор, распределитель импульсов, формирователь импульсов, цифровой задатчик частоты и направления вращения, а блок синхронизации выполнен на двух комьгутаторах с шестью входами и одним выходом каждый, входы коммутаторов попарно объединены и образуют входы блока си 1хрониза- ции, выход первого коммутатора соединен с входом компаратора, выход

ба

ч.

Г Г / / / Г Г

5

0

кои.1П1)Г(; сиединен со счетным входом управ. 1(. г-1ого делителя частот,, выход которого подключен к входу распреде-- литоля импульсов, шестиканальиый выход коюрого соединен с первым ип- формацион1П)1м входом формирователя импульсов, второй информацио 1Н)Й двухкяиаг1ьпьй вход которо о }1ен :. блока фазосмещения, информап,И11Пный вход которого подключен к )ыходу второго коммутатора, nepiaiif, второй и третий 1 естиканаль- HbiC выходы формирователя импульсов соединс Н, соответственно с шести- KaH,-uibHi,iNni управляющими входами пер- вог( ,1 H i oporo коммутаторов и с входами олока усилителей сигналов управления, nepBi.ui и второй выходь цифрового задач чика частоть и на- np iBJiciuiH вращения соединены с уп- рав; яюгцимп входами соответстве1Е о управляемого делителя частоты и фор- миро..чтеля импульсов .

esii« v.« 4ivrs«Csb S S .. . ,

oiojjrtoioi ggt: ;:;:: :: . . .

0 O CT л Л 7-

Si S3 sj,

.Л

1/194192

ч ,,Л ff /vW ЙС

vff .-.rff

. /A A A /X A /X /tA /T/t

a)

,, ч ° A ч ГУ ч ° A A 4 A V jn .

4:

u

w I-

я -

1 1.

)

Uei.tfikT.Vg. Б

u A i«tf f-fUt«4,(te(r,0).|

WJ-tf

«rtLUMi.,.

ги.ижа.

r« -I

VS -i Г)7- - rfS -

T«

Г2в

« if it

--rr-it-/-f

vff .-.rff

/T/

4:

Y -f-f- - - - - fA

- т: rx