Способ формирования тока в фазе частотно- управляемого асинхронного двигателя Советский патент 1989 года по МПК H02P7/42 

Изобретение относится k электротехнике, а именно к частотно-управ- ляемьм электроприводам, построенным на базе асинхронных двигателей и полупроводниковых преобразователей час- тоты, и может быть использовано в системах, в которых требования низких потерь и высокой точности являются определяющими, например в электроприводах главного движения металлорежущих станков.

Цель изобретения - снижение по- , терь и повьшение точности формирова- ния тока в фазе двигателя путем уменьшения пульсирующей -составляющей.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства, реализующего способ формирования тока в фазе частотно-управляемого асинхронного двигателя; на фиг.2 и 3 - временные диаграммы, поясняющие предлагаемый способ.

Устройство содержит генератор 1 опорного сигнала треугольной формы, подключенный выходом к .первому входу компаратора 2, второй вход которого соединен через выпрямитель 3 с БЬКО- дом генератора 4 задающего сигнала, а выход подключен к первому входу блока 5 управления, Второй вход последнего соединен с выходом генерато- pa 4 задающего сигнала и входом блока 6 сравнения, выход которого соединен через второй компаратор 7 с третьим входом блока 5 управления. Выходы последнего подключены к управляю- щим цепям импульсного усилителя 8 мощности, содержащего стойку последовательно включенных силовых ключей 9 и 10, объединенная точка которых соединена через датчик 11 мгновенного значения тока с фазной обмоткой асинхронного двигателя 12„

Зажимы питания импульсного усилителя 8 мощности соединены соответственно с клеммами положительной и от- рицательной полярности блока 13 питания, состоящего из двух одинаковых источников, соединенных последовательно, объединенная точка которых подклю,чена к общей точке фазных обмоток двигателя 12. При этом информацион- ный выход датчика 11 мгновенного значения тока соединен с вторым входом блока 6 сравнения. Кроме того, устройство содержит блок 14 инвертирования сигнала, второй блок 15 срав нения, третий компаратор t6, импульсный усилитель ,17 мощности повышенной частоты и второй датчик 18 мгновенного значения тока.

Выход первого блока 6 сравнения подключен через блок 14 инвертирования сигнала к входу вюрого блока 15 сравнения, выход которого присоединен к входу третьего компаратора ,16, выход которого подключен к уп- равляющим цепям импульсного усилителя 17 мощности повышенной частоты, соединенного своим выходом через . второй датчик 18 мгновенного значения тока с фазной обмоткой двигате- ля 12j а зажимами питания - с клеммами положительной и отрицательной -полярности блока 13 питания. Информационный выход второго датчика 18 мгновенного значения тока подключен к второму входу второго блока 15 сравнения.

0

5

0

5

0

5

На диаграмме (фиг„2) обозначены сигнал 19 на выходе генератора 1 опорного сигнала, модулирующий сигнал 20 на втором входе компаратора 2j сигнал 21 на выходе компаратора 2; сигнал 22 задания формь тока, пороговое значение 23 формируемого тока, траектория текущего значения тока 24 на выходе импульсного усилителя 8 мощности, напряжение 25 - на B JIXO- де импульсного усилителя 8 мощности (формирующееся на объединенной точке силовых ключей 9 и 10 и общей точке фазных обмоток двигателя), сигнал 26 разности текущего значения тока 24 импульсного усилителя 8 мощности и сигнала 22 задания формы тока, формирующийся на выходе блока 6 сравнения, уровень 27 срабатывания второго компаратора 7, сигнал 28 на выходе второго компаратора 7, сигнал 29 на выходе блока 14 инвертирования сигнала 14,

На диаграмме фиг.З обозначены траектория текущего значения тока 30 на выходе импульсного усилителя 17 мощности повышенной частстыу нижнее 31 и верхнее 32 пороговые значения зоны формирования тока импульсного усилителя 17 мощности повьшенной частоты, напряжение 33 на выходе импульсного усилителя 17 мощности повышенной частоты и общей точке фазных обмоток двигателя 12, траектория текущего значения фазного тока 34 двигателя 12, равного суммарному значению тока 24 импульсного усилителя 8 мощности и тока 30 импульсного усилителя 17 мощности повьшенной частоты, нижнее 35 и верхнее 36 пороговые значения заданного тока 22 фазной об- мотки двигателя 12

, Согласно пpeдлar aeмo y способу подают сигнал 22 задания формь тока на вход Ш Шульсного усилителя 8 мощности, формируют ток 24, близкий по форме к сигналу 22 задания, выделяют разность текущего значения тока 24 импульсного усилителя 8 мощности .и сигнала 22 заданг-ш формы тока, подают вьщеленный сигнал 26 на вход импульсного преобразователя 27 мощности повьшенной частоты, формируют ток 30, противофазный сигналу 26 раэ ности и равный ему по амплитуде, затем суммируют ,его (в точке соединения выходов датчиков 11 и 18 мгновенного значения тока с фазной обмоткой двигателя 12) с выходным током 24 импульсного усилителя 8 мощности и подают его в фазу двигателя 12.

Формирование тока фазы двигателя по существу осуществляется двумя каналами, один из которых, низкочастотный, формирует в первом приближении заданную траекторию тока, при этом мощность низкочастотного канала составляет 80-90% от мощности, потребляемой нагрузкой, а второй, высокочастотный, канал формирует ток, равный по амплитуде величине отклонения текущего значения тока низкочастотного канала от заданного значения

15 пульсов сигнала 21, включают верхний 9 .(нижний 10) силовой ключ стойки импульсного усилителя 8 мoщнoctи и отключают его в моменты времени, совпадающие с передними фронтами теи противофазный ему по знаку. Мощность высокочастотного канала состав-20 кущих импульсов сигнала 26. В резуль- ляет 10-20% от мощности,- потребляе- тате этого на выходе импульсного уси- мой нагрузкой. Затем токи обоих кана- лителя 8 мощности формируются прямо- лов суммируют и подают фазу двигателя. Структура построения преобразоваугольное импульсное напряжение 25 и ток 24. Канал формирования тока импоступает на вход компаратора 7, при этом на его выходе формируется сигнал 28 в виде последовательности

с однополярных импульсов, передние

фронты которых совпадают с моментами времени сравнения сигнала 26 разности с уровнями 27-срабатывания второго компаратора 7 и подаются на третий

o вход блока 5 управления,

В блоке управления 5 при формировании положительной (отрицательной) полуволны тока 27 в моменты времени, совпадающие с передними фронтами- им5 пульсов сигнала 21, включают верхний 9 .(нижний 10) силовой ключ стойки импульсного усилителя 8 мoщнoctи и отключают его в моменты времени, совпадающие с передними фронтами те0 кущих импульсов сигнала 26. В резуль- тате этого на выходе импульсного уси- лителя 8 мощности формируются прямо-

кущих импульсов сигнала 26. В резуль тате этого на выходе импульсного уси лителя 8 мощности формируются прямо-

угольное импульсное напряжение 25 и ток 24. Канал формирования тока им

Изобретение относится к электротехнике, а именно к частотно-управляемым электроприводам, построенным на базе асинхронных двигателей и полупроводниковых преобразователей частоты, и может быть использовано в системах различного назначения, например в электроприводах главного движения металлорежущих станков. Целью изобретения является снижение потерь и повышение точности формирования тока в фазе двигателя путем уменьшения пульсирующей составляющей. Способ формирования тока в фазе частотно-управляемого асинхронного двигателя предусматривает формирование тока в фазе двигателя двумя параллельно включенными каналами. Низкочастотный канал формируют в первом приближении заданную траекторию тока, при этом мощность этого канала составляет 80-90% мощности, потребляемой нагрузкой. Высокочастотный канал формирует ток, равный по амплитуде величине отклонения текущего значениятока низкочастотного канала от заданного значения и противоположный ему по знаку, при этом мощность этого канала составляет 10-20% от мощности, потребляемой нагрузкой. 3 ил.

теля частоты позволяет в существенной 25 пульсного усилителя 8 мощности реастепени повысить его точностные и динамические параметры. Причем реализация данной структуры преобразователя частоты мощностью до 40-50 кВт

возможна с использованием существую- ЗО 24 импульсного усилителя 8 мощности

щей в настоящее время отечественной элементной базы.

Устройство, реализующее способ формирования тока в фазе частотно- . управляемого асинхронного двигателя, работает следующим образом.

С; выхода генератора 1 опорного сигнала на первый вход компаратора 2 поступает сигнал 19 треугольной формы, а на второй вход компаратора 2 поступает сигнал 20, представляющий собой выпрямленную синусоиду сигнала 22 задания формы тока, при этом на выходе компаратора 2 формируется прямоугольная последовательность 2Т импульсов, которая подается на первый вход блока 5 управления. На вто- рой вход последнего, а также на первый вход блока 6 сравнения поступает сигнал 22 задания формы фазного тока двигателя.12. В блоке 6 сравнения этот сигнал сравнивается с текущим значением тока 24 импульсного усилителя 8 мощности, информация о котором снимается с информационного выхода датчика 1t мгновенного значения тока. С выхода блока 6 сравнения сигнал 26 разности токов импульсного . . усилителя 8 мощности и сигнала 22

лизует широтно-импульсное формирование тока с однопозиционным слежением за формой тока. Одновременно сигнал 26 разности текущего значения тока

5

0

и сигнала 22 задания формы тока поступает с выходов блока 6 сравнения через блок 14 инвертирования на первый вход второго блока 15 сравнения и является задающим сигналов для канала импульсного усилителя мощности 17 повьшенной частоты.

На второй вход второго блока 15 сравнения с информационного выхода второго датчика 18 мгновенного значения тока поступает сигнал 30 текущего значения тока импульсного усилителя 17 мощности повьшенной частот ты и в виде напряжения, равного разс ности входных, сигналов блока 15 сравнения, поступает на вход третьего компаратора 16. Выходное напряжение компаратора 16 управляет ключами импульсного усилителя 17 мощности

Q повышенной частоты таким образом,

что в моменты равенства текущего значения тока 30 импульсного усилителя 17 мощности нижнему 31 (верхнего 32) пороговому значению транзисторный ключ импульсного усилителя 17 мощ5ности подключает к нагрузке положительный (отрицательный) полюс источника 13 питания. При этом напряжение на выходе импульсного усилителя 17 мощности повышенной частоты имеет вид 33, а ток описывает траекторию 30, повторяющую с заданной точ- ньстью сигнал 29 отклонения тока импульсного усилителя 8 мощности от заданного значения тока 22. Ток импульсного усилителя 8 мощности сум- м руется с выходным током усилителя

1

7 мощности повьшенной частоты на

в:)1ходах первого 11 и второго 18 дат яков мгновенного тока в виде кри- вэй 34, траектория которой с пог- р гшностью отработки импульсного

Ьилителя 17 мощности повышенной частоты повторяет заданную сигналом 2|2 форму фазного тока двигателя 12. I Таким образом изобретение обес- пгчивает формирование тока в фазе ч астотно-управляемого асинхронного двигателя по, двум параллельно ВКЛЮЧЁННЫМ каналам: низкочастотному и высокочастотному.

При этом низкочастотный- мощный канал формирования тока (например, с| тиристорами в силовой части) фор- ток в первом приближении, п|ррпуская через свои вентили основ- н1ую мощность, потребляемую нагрузкой. Высокочастотный канал (напри- Иер, с транзисторами в силовой части) , работающий по отклонению кри- вЬй тока низкочастотного усилителя Мощности от заданной формы тока с бЬльшим быстродействием, но с мень- 1йей мощностью преобразо вания, ком- п енсирует погрешность формирования т1ока в низкочастотном канале. Благодаря зтому в сравнениии с известн апособом обеспечивается более высо- К;ая точность формирования кривой тока нагрузки, снижаются потери путем

5

0

5

0

50

уменьшения пульсирующей составляющей

тока„

Формул аи зобретения

Способ формирования тока в фазе частотно-управляемого асинхронного двигателя, при котором подключают указанную фазу к источнику постоянного напряжения соответствующей полярности в моменты совпадения текущих значений модуля задающего основного тока и опорного воздействия треугольной формы, измеряют получаемый при этом основной ток в фазе и сравнивают его с текущим значением порогового тока, превьш1ающим в каждый момент времени значение задающего основного тока на некоторую установленную величину, и в моменты достижения измеренным основным током указанных значений порогового тока отключают фазу от источника постоянного напряжения, отличающийся тем, что, с .целью снижения потерь и, повьш1§ния точности формирования тока в фазе путем уменьшения пульсирующей составляющей тока, дополнительно подключают указанную фазу к источнику постоянного напряжения соответствующей полярности, измеряют протекающий при этом в фазе дополнительный ток, сравнивают его со взятой с обратным знаком разностью измеренного основного трка и текущего значения порогового тока и в мо- менты достижения дополнительным током значений, превьш1ающих значения указанной разности на некоторую установленную пороговую величину, переключают фазу к источнику постоян- ного напряжения противоположной полярности.

20 19 Л

ттттт

21

niIJLJLniXL{lilJJlEElllJ Lj

25

1ПППП1

26

27

2S

27

L11 Уй И ООУП fi Of

23

ЮЖЗ

ФигЛ

итш

Ешпа

V.(A.

JJ

Фш.