Способ регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя Советский патент 1990 года по МПК H02P7/42 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для ступенчатого регулирования угловой скорости вращения электродвигателей производственных механизмов преимущественно с механической характеристикой вентиляторного типа.

изобретения является улучшение энергетических и электромеханических характеристик путем улучшения формы напряжения питания электродвигателя и повышение надежности.

Сущность способа регулирования заключается в следующем.

Дополнительное подключение двигателя к питающей сети производится в Середине бестоковой паузы в работе основного (первого) коммутатора, т.е в наиболее благоприятный с точки зрения повышения равномерности вращения машины и снижения пульсации момента двигателя период времени. При этом Направление (знак) тока двигателя При подаче напряжения опережающей фазы сети через фазосдвигающий конденсатор при помощи дополнительного (второго) коммутатора способствует Увеличению доли полезной гармоники в спектре крквой выходного тока.

На фиг. 1 приведены временные диаграммы выходных напряжений и токов электропривода (UCi (i А, В, С) - напряжения сети; i , i , i 1C - токи двигателя на интервале проводимости тиристоров первого коммутатора; 1д, Л, i с токи двигателя на интервале проводимости тиристоров второго коммутатора, итЛ, Umg, UmC- задающие напряжения) на выходной частоте преобразователя f-г 37,5 Гц-, на фиг. 2 - то же, на выходной частоте ft 30 Гц; на фиг. 3 - структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ, на фиг. 4 - временные диаграммы выходного напряжения функциональных узлов устройства (U ф , - напряжение на выходе формирователя,

U m) - выходное

напряжение на

U

выходе умножителя частоты; ы напряжение на выходе усилителя, напряжение на выходе генератора

и ttifi пилообразного напряжения; Uср - напряжение на входах компаратора, Uiy - импульсы отпирания тиристоров).

Устройство для реализации способа регулирования содержит преобразователь частоты с двумя трехфазными тиристорными коммутаторами 1 и 2, вы-45 полненными на тиристорах 3-14 и фа- зосдвигаюших конденсаторах 15-17, подключенных пзследовательно с обмот- ками электродвигателя 18, систему импульсно-фазового управления (ШФУ) 50 19 с блоком 20 задания, узел 21 формирования модулирующих напряжений, составленный из двух блоков 22 и 23 уставок, формирователей 24, делителей 25 частоты и умножителей 26 частоты, 55 два блока 27 и 28 схем совпадения, блок 29 усилителей, блок 30 генераторов пилообразного напряжения, первый блок 31 нуль-органов, блок 32

0

5

0

5

0

5

0

5 0 5

инверторов и второй бпок 33 нуль-органов. Входы трехфазных тиристорных коммутаторов 1 и 2 предназначены для подключения к зажимам питающей сети, выходы первого коммутатора 1 непосредственно, а выходы второго коммутатора 2 через фазосдвигающие конденсаторы 15-17 соединены с выводами статорной обмотки электродвигателя 18. Цепи управления первого и второго тиристорных коммутаторов 1 и 2 соединены с выходами соответственно первого и второго блоков 27 и 28 схем совпадения. Входы системы 19 импульсно-фазового управления соединены с зажимами питающей сети. Первый и второй выходы системы 19 импульсно-фазового управления соединены соответственно с объединенными первыми первого блока 27 схем совпадения и узла 21 формирования модулирующих напряжений и с объединенными первым входом второго блока 28 схем совпадения и вторым входом узла 21 формирования модулирующих напряжений, шесть выходов которого, образованных выходами умножителей 26 частоты, соединены с входами блока 29 усилителей, выходы которого соединены с входами блока 30 генераторов пилообразного напряжения, первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами первого блока 31 нуль-органов, выход которого соединен с вторым входом первого блока 27 схем совпадения. Седьмой выход узла 21 формирования модулирующих напряжений соединен с четвертым, шестым и пятым входами первого блока 31 нуль-органов. Восьмой выход узла 21 формирования модулирующих напряжений соединен с входами блока 32 инверторов, первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами второго блока 33 нуль-органов, четвертый вход которого соединен с четвертым, пятым и шестым выходами блока 30 генераторов пилообразного напряжения. Девятый выход узла 21 формирования модулирующих напряжений соединен с седьмым входом блока 29 усилителей. Выход второго блока 33 нуль-органов соединен с вторым входом второго блока 28 схем совпадения.

Устройство функционирует следующим образом.

Система 19 импульсно-фазового управления в соответствии с заранее определенным для каждой выходной частоты f преобразователя углом о отпирания тиристоров силовой части вырабатывает непрерывную последовательность импульсов U , передаваемых к управляющим электродам тиристоров 3-14 через схемы совпадения блоков 27 и 28. В узле 21 формирования напряжения модуляции Um, формируется трехфазная система напряжений (фиг.1) следующим образом. Напряжение импульсов U ч в формирователях 24 преобразуется в двупопярное прямоугольное напряжение с периодом Т, равным периоду сети Т , затем в делителях 25 частоты его период Т увеличивается в п раз (п 1,2,3,...), а в умножителях 26 уменьшается в k раз (k 1,2,3...).

Таким образом, на выходе умножителей 26 образуется прямоугольное задающее напряжение U|r)| с периодом Тт; равным:

Т,

п

k

т.е.

f- f. п

Выбором соответствующих п и k подбирают требуемую угловую скорость производственного механизма. Так, для fг 37,5 Гц k 3, п 4.

Для фиксации интервалов ТС)т.е. интервалов совпадения в течение 1/2 знаков фазных сетевых Uc, и задающих Umi напряжений, прямоугольные напряжения с выходов умножителей 26 подаются на усилители блока 29, где их амплитуды изменяются в k/n раз (величины коэффициентов k и п задаются в блоках 22 и 23 уставок). Далее в генераторах 30 пилообразного напряжения прямоугольные напряжения U П) (с амплитудами U j Um-,n/k) преобразу-

В момент tj-t (фиг.1) с зад кой на угол d подается сигнал н включение тиристоров 3-4 первог коммутатора 1. Напряжение сети п ется к обмоткам двигателя 18. Пр этом одна из обмоток подключаетс к фазе А сети. В момент t на эт обмотку подается напряжение от о жающей фазы С сети через фазосдв щий конденсатор 15. При этом вел 25 на емкости конденсатора 15 выбир ся такой, чтобы реактивное сопро ление цепи конденсатор-двигатель ло примерно равно реактивному со

тивлению машины х 30 щей сети, т.е. х .

35

40

на частоте пи i 2х . В этом случае ток двигателя на промежут ных частотах не превышает ток на минальной частоте. С учетом акти го сопротивления ротора двига коэффициент мощности машины обыч лежит (для машины общего назначе в пределах cosu 0,7-0,8. Этому соответствует угол tf 60 . Поэт опережение тока i от напряжения зы А на участке t,-t4 составляет угол ifh 120°+ 60 «180°. Таким разом, для номинальных условий р ты двигателя через фазосдвигающу цепочку (интервал t3-t4, фиг. 1)

ются в пилообразные . В компарато- 45 знак тока 1Л, протекающего через

pax (нуль-органах) блока 31 (фиг.4) происходит.сравнение (вычитание) напряжений на выходе генератора пилообразного напряжения с напряжением 1)ф, на выходе формирователей 24. При их разности, т.е. U mR - , на выходе соответствующих нуль-органов блока 31 появляются кратковременные импульсы Uet)i, которые подаются к вторым входам схем совпадения блока 27. При совпадении напряжений U и Ufln.K управляющим электродам тиристоров 3-8 первого коммутатора 1 подаются отпирающие их сигналы. Фордвигатель, совпадает со знаком на жения модуляции итЛ. Поэтому вели на полезной гармоники резко возра тает, а пульсации момента двигате

5Q уменьшаются. Выбором углов о( и фа сдвигающих емкостей в общем случа можно регулировать величину враща щего момента на выбранной частоте вращения щ., соответствующей част

се задающих напряжений L m,. Работа

электропривода на частоте f 2 30 происходит аналогично (п Ь, k Использование способа регулиро ния частоты вращения асинхронного

0

мирование отпирающих импульсов для тиристоров 9-14 второго коммутатора 2 производится аналогично с той лишь разницей, что напряжение сравнения U,,, на выходе формирователей 24 дополнительно инвертируется в инверторах блока 32. Угол отпирания тиристоров второго коммутатора с(г 0«

Рассмотрим работу устройства для выходной частоты преобразователя f2 37,5 Гц, k 504 (т.е. п 4, L 3) на примере одной обмотки двигателя .

В момент tj-t (фиг.1) с задержкой на угол d подается сигнал на включение тиристоров 3-4 первого коммутатора 1. Напряжение сети подается к обмоткам двигателя 18. При этом одна из обмоток подключается к фазе А сети. В момент t на эту обмотку подается напряжение от опережающей фазы С сети через фазосдвигаю- щий конденсатор 15. При этом величи- 5 на емкости конденсатора 15 выбирается такой, чтобы реактивное сопротивление цепи конденсатор-двигатель было примерно равно реактивному сопро0

тивлению машины х щей сети, т.е. х .

на частоте питаю- i 2х . В этом случае ток двигателя на промежуточных частотах не превышает ток на номинальной частоте. С учетом активного сопротивления ротора двигателя коэффициент мощности машины обычно лежит (для машины общего назначения) в пределах cosu 0,7-0,8. Этому соответствует угол tf 60 . Поэтому опережение тока i от напряжения фазы А на участке t,-t4 составляет угол ifh 120°+ 60 «180°. Таким образом, для номинальных условий работы двигателя через фазосдвигающую цепочку (интервал t3-t4, фиг. 1)

знак тока 1Л, протекающего через

двигатель, совпадает со знаком напряжения модуляции итЛ. Поэтому величина полезной гармоники резко возрастает, а пульсации момента двигателя

уменьшаются. Выбором углов о( и фазо- сдвигающих емкостей в общем случае можно регулировать величину вращающего момента на выбранной частоте вращения щ., соответствующей частоте

задающих напряжений L m,. Работа

электропривода на частоте f 2 30 Гц происходит аналогично (п Ь, k 3). Использование способа регулирования частоты вращения асинхронного

Двигателя улучшает энергетические Показатели электропривода за счет бтносительного возрастания величины Полезных (т.е. имеющих требуемую Частоту /с) гармоник тока двигателя. Кроме того, увеличение продолжительности включения двигателя за период Повторяемости кривой тока , приводит к росту вращающего момента двигателя Ц улучшению электромеханических пока ателей электропривода в целом. Использование фазосдвитающих конденса торов Сф, для разделения сетевых питающих фаз, подключаемых к отдельной обмотке двигателя, увеличивает надежность работы преобразователя.

Формула изобретен

и я

Способ регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя С помощью преобразователя частоты с двумя трехфазными тириеторными коммутаторами, при котором формируют Трехфазную систему модулирующих напряжений с частотой, определяемой Требуемой частотой вращения электродвигателя, для каждой заданной час- toTbi модулирующих напряжений опредеу

I

С1

ляют в каждой фазе интервал ы Тс совпадения знаков модулирующих напряжений и напряжений питающей сети в тече- 5 ние половины периода напряжения питающей сети и подключают фазные обмотки электродвигателя к питающей сети на указанных интервалах Тс с помощью первого тиристорного коммуЮ татора, отличающийся тем, что, с целью улучшения энергетических и электромеханических характеристик путем улучшения формы напряжения питания двигателя и повышения на5 дежности, дополнительно определяют в каждой фазе интервалы Тнс, на которых знаки модулирующих напряжений и напряжений питающей сети противоположны в течение половины периода на0 пряжения питающей сети, и на указанных интервалах Tric с помощью второго тиристорного коммутатора подключают соответствующие фазные обмотки электродвигателя к фазным напряжени5 ям питающей сети, опережающим на

120 эл.град. соответствующие фазные напряжения питающей сети на интервалах Тс, при этом фазу тока в подключенных обмотках сдвигают на 60 эл.град. в сторону опережения.

VCC-HW - Vcg

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для ступенчатого регулирования угловой скорости вращения электродвигателей производственных механизмов, преимущественно с механической характеристикой вентиляторного типа. Целью изобретения является улучшение энергетических и электромеханических характеристик путем улучшения формы напряжения питания электродвигателя. Поставленная цель достигается тем, что при регулировании частоты вращения электродвигателя с помощью преобразователя частоты двумя тиристорными коммутаторами формируют трехфазную систему модулирующих напряжений с частотой, определяемой требуемой частотой вращения двигателя, определяют интервалы Т с совпадения знаков модулирующих напряжений и напряжений питающей сети в течение половины периода напряжения сети и подключают двигатель к сети с помощью первого коммутатора на указанных интервалах Т с. Дополнительно определяют интервалы Т нс, на которых знаки модулирующих и питающих напряжений противофазны в течение половины периода напряжения питающей сети, и на указанных интервалах Т нс с помощью второго коммутатора подключают соответствующие фазные обмотки электродвигателя к фазным напряжениям питающей сети, опережающим на 120 эл.град. соответствующие фазные напряжения сети на интервалах Т с, при этом фазу тока в подключенных обмотках сдвигают на 60 эл.град. в сторону опережения. 4 ил.

Фиг.1

С1

,с Кв 2

Фиг. 2

ее

Г

и„ fm ЗОЦ

А а& 0С

ад аа

Фиг 3

Грр- L.J |ЬЛ

х&я

ср

я

ФигЛ