Частотный электропривод Советский патент 1991 года по МПК H02P7/42 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в регулируемых приводах переменного тока на базе трехфазных двухобмоточных асинхронных электродвигателей и непосредственных преобразователей частоты.

Цель изобретения - упрощение элек- топривода.

На фиг. 1 приведена структурная схема частотного электропривода; на фиг. 2 - схема системы управления преобразователями частоты; на фиг. 3 - схема пересчетного устройства; на фиг. 4 и 5 - временные диаграммы, поясняющие работу частотного электропривода.

Частотный электропривод (фиг.1) содержит два непосредственных преобразователя 1, 2 частоты с общей системой 3 управления и асинхронный электродвигатель 4, имеющий две трехфазные обмотки на статоре - соответственно 5-7 и 8-10. Первая трехфазная обмотка 5-7 асинхронного электродвигателя 4 соединена в звезду без нулевого провода и подключена к выходным зажимам первого непосредственного преобразователя 1 частоты. Вторая трехфазная обмотка 8-10 асинхронного электродвигателя 4 выполнена с гальванически развязанными фазами и подключена к выходным зажимам второго непосредственного преобразователя 2 частоты. Соответствующие фазы 5 и 8, б и 9, 7 и 10 обеих статорных обмоток асинхронных электродвигателей 4 уложены в одни и те же пазы расточки статора.

Общая система 3 управления непосредственными преобразователями 1 и 2 частоты содержит (фиг.2) датчик 11 нижней частоты, пересчетное устройство 12, двенадцать смесителей 13-24, двенадцать выходных ключей 25-36, два фазосмещающих устройства 37, 38 и датчик 39 высокой частоты. Входы фазосмещающих устройств 37, 38 объединены и соединены с зажимами для подключения питающей сети. Выход датчика 11 низкой частоты соединен с входом пересчетного устройства 12. Первые входы смесителей 13-18 катодных и анодных тири- сторных групп выходных фаз первого преобразователя 1 частоты объединены и соединены с выходом первого фазосме- щающего устройства 37. Первые входы смесителей 19-24 катодных и анодных ти- ристорных групп выходных фаз второго преобразователя 2 частоты объединены и соединены с выходом второго фазосмещаю- щего устройства 39. Первый, второй и третий выходы пересчетного устройства 12 соединены соответственно с вторыми входами смесителей 13-15 катодж .. г-v,, ;j- ных групп первой, второй и третьей выход ных фаз первого преобразователя I частоты. Четвертый, пятый и шестой выходы

пересчетного устройства 12 соединены соответственно с вторыми входами смесителей 16-18 анодных тиристорных групп первой, второй и третьей выходных фаз первого преобразователя 1 частоты. Седьмой,

0 восьмой и девятый выходы пересчетного устройства 12 соединены соответственно с вторыми входами смесителей 19-21 катодных тиристорных групп первой, второй и третьей выходных фаз второго преобразо5 вателя 2 частоты. Десятый, одиннадцатый и двенадцатый выходы пересчетного устройства 12 соединены соответственно с вторыми входами смесителей 22-24 анодных тиристорных групп первой, второй и

0 третьей выходных фаз второго преобразователя 2 частоты. Третьи входы всех смесителей 13-24 объединены и соединены с выходом датчика 39 высокой частоты. Выходы смесителей 13-24 анодных и катодных

5 групп тиристоров первого и второго преобразователей 1, 2 частоты соединены с входами соответствующих выходных ключей 25-36, выходы которых образуют выходы системы 3 управления преоб0 разователями 1,2 частоты.

Пересчетное устройство 12 выполнено (фиг.З) в виде шестиразрядного регистра на шести триггерах 40-45 с перекрестными связями и содержит шесть логических элемен5 тов 2И 46-51. Счетные входы всех триггеров 40-45 объединены и образуют вход пересчетного устройства 12. Прямые и инверсные выходы первого 40, третьего 42 и пятого 44 триггеров образуют соответственно пер0 вый, четвертый, шестой, третий, второй и пятый выходы пересчетного устройства 12. Прямой выход второго триггера 41 соединен с первыми входам первого 46 и шестого 51 логических элементов 2И 46,51. Инверсный

5 выход второго триггера 41 соединен с первыми входами третьего 48 и четвертого 49 логических элементов 2И.

Прямой выход четвёртого триггера 43 соединен с первым входом второго логиче0 ского элемента 2И 47 и с вторым входом шестого логического элемента 2И 51. Инверсный выход четвертого триггера 43 соединен с первым входом пятого логического элемента 2И 50 и с вторым входом третьего

5 логического элемента 2И 48. Прямой выход шестого триггера 45 соединен с вторыми входами второго 47 и четвертого 49 логических элементов 2И, а инверсный выход шестого триггера 45 соединен с вторыми входами первого 46 и пятого 50 логических

элементов 2И. Выходы первого-шестого логических элементов 2И 46-51 образуют соответственно седьмой, восьмой, девятый, десятый, одиннадцатый и двенадцатый выходы пересчетного устройства 12.

На фиг.4а показана последовательность импульсов на выходе датчика 11 низкой частоты и соответственно на входе пересчетного устройства 12, на фиг. 4 б, в, г, д, е, ж - временные диаграммы,соответствующие форме сигналов на прямых выходах триггеров 40-45 пересчетного устройства 12.

Сигналы, изображенные на фиг. 4з,и,к, имеют длительность 180 эл.град, и являются задающими для катодных тиристорных групп соответствующих выходных фаз первого преобразователя 1. Сигналы, изображенные на фиг. 4л, м, н, также имеют длительность 180 эл.град и являются задающими для анодных тиристорных групп соответствующих выходных фаз первого преобразователя 1. На фиг. 4о,п,р показаны временные диаграммы задающих сигналов длительностью 120 эл.град для катодных тиристорных групп соответствующих выходных фаз второго преобразователя 2, а на фиг. 4с,т,у - временные диаграммы задающих сигналов длительностью 120 эл.град для анодных тиристорных групп соответствующих выходных фаз второго преобразователя 2.

На фиг.5а,б,в показаны упрощенные диаграммы выходного фазного напряжения первого 1 и второго 2 преобразователей частоты. Например, на фиг.5а кривая UAI - выходное напряжение первой фазы первого преобразователя, кривая UA2 - выходное напряжение первой фазы второго преобразователя. На фиг. 5г,д,е изображены временные диаграммы м.д.с. трех фаз асинхронного двигателя 4, которые получаются путем сложения м.д.с. одноименных фазных обмоток, так как соответствующие ф°тные обмотки двух трехфазных обмоток уложены в одни и те же пазы расточки статора

Регулируя задающее напряжение на входе датчика 11 низкой частоты, можно изменить частоту следования импульсов на входе пересчетного устройства 12 и тем самым регулировать частоту выходного напряжения непосредственно преобразователей 1 и 2 частоты. Фазосмещающие устройства 37, 38 формируют синхронизированные с источником питания импульсы управления, которые подаются на смесители тиристоров соответствующих фаз преобразователей 1 и 2 частоты. Датчик 39 высокой частоты служит для высокочастотного заполнения импульсов управления. Смесители 13-24, выполняющие функцию логического умножения ЗИ, предназначены для логической обработки 5 сигналов, поступающих с пересчетного устройства 12, фэзосмещающих устройств 37 и 38 и датчика 39 высокой частоты. Выходные ключи 25-36 усиливают сигналы, которые поступают со смесителей 13-24. Усиленные сиг- 10 налы с выходных ключей подаются на катодные и анодные группы тиристоров соответствующих выходных фаз 5-10 непосредственных преобразователей 1 и 2 частоты.

15 При соединении обмотки статора в звезду без нулевого провода форма выходных фазных напряжений первого преобразователя 1 частоты имеет вид UAI, UBI, Uci (фиг.5а,б,в), которые содержат 5, 7, 11, 13 и

0 другие высшие временные гармоники. Аналогичен гармонический состав выходного фазного напряжения второго преобразователя 2 частоты 11д2. UB2, Uc2- Формы кривых отличаются вследствие разных фазовых

5 сдвигов между составляющими 1-й и высших гармоник.

В данном электроприводе достигается устранение 5 и 7 временных гармоник м.д.с. за счет синтеза м.д.с. каждой фазы статора

0 двумя фазными обмотками. М.д.с. фазы А формируется 5 и 8 обмотками, м.д.с. фазы В - 6 и 9 обмотками, м.д.с. фазы С - 7 и 10 обмотками (фиг.1). На фиг.5г,д,е показаны м.д.с. фаз А, В, С, имеющие 12-ступенчатую

5 форму за период.

Для уменьшения общего содержания гармоник ступенчатой кривой необходимо, чтобы уровень каждой ступени был равен среднему значению соответствующей сину0 соидальной кривой на каждом интервале. В , такой ступенчатой кривой гармоника наименьшей кратности имеет порядковый номер, на единицу меньший числа степеней за период, а амплитуда К-й гармоники в К раз

5 меньше амплитуды основной составляющей. Амплитуда первой гармоники такой кривой равна Dim л- Um/З, где Um - максимальное значение ступенчатой кривой. Другие ступени напряжения имеют уровни

0 0,268 Um и 0,732 Um (фиг.5г,д,е). Регулируя величину выходных фазных напряжений UAL UBI. Uci первого преобразователя и UA2. Us2. Uc2 второго преобразователя, можно добиться требуемого соотношения

5 между уровнями ступеней кривых фазных м.д.с. FA, FB, FC. Разложение кривой данной формы показывает, что в 12-сту- пенчатой кривой гармоники ниже 11-й отсутствуют. Следовательно, а фазных м.д.с. будут отсутствовать 5- и 7-я временные rapмоники, что приведет к отсутствию пульсаций момента с 6-кратной частотой сети.

Таким образом, частотный электропривод при сравнительно простой реализации силовой части, построенной на непосредственных преобразователях частоты, и системы управления позволяет обеспечить для двухобмоточного асинхронного электродвигателя широкий диапазон регулирования частоты вращения путем снижения нижнего предела регулирования частоты вращения за счет уменьшения амплитуды пульсаций момента и скорости.

Формула изобретения

1.Частотный электропривод, содержащий трехфазный двухобмоточный асинхронный электродвигатель, два преобразователя частоты с системой управления, первая ста- торная обмотка асинхронного электродвигателя соединена в звезду без нулевого провода и подключена к выходным зажимам первого преобразователя частоты, выходные зажимы второго преобразователя частоты соединены с зажимами второй статорной обмотки асинхронного электродвигателя, отличающийся тем, что, с целью упрощения, преобразователи частоты выполнены в виде непосредственных преобразователей частоты, вторая статорная обмотка асинхронного электродвигателя выполнена с гальванически развязанными фазами, соответствующие фазы обеих ста- торных обмоток асинхронного электродвигателя уложены в одни и те же пазы расточки статора.

2.Электропривод по п.1, отличающийся тем, что система управления преобразователями частоты содержит датчик низкой частоты, датчик высокой частоты, два фазосмещающих устройства, двенадцать смесителей с тремя выходами каждый, двенадцать выходных ключей и пересчетное устройство с двенадцатью выходами, входы фазосмещающих устройств объединены и соединены с зажимами для подключения питающей сети, выход датчика низкой частоты соединен с входом пересчетного устройства, первые входы смесителей катодных и анодных тиристорных групп выходных фаз первого преобразователя частоты объединены и соединены с выходом первого фазосмещающего устройства, первые входы смесителей катодных и анодных тиристорных групп выходных фаз второго преобразователя частоты объединены и соединены с выходом второго фазосмещающего устройства, первый, второй и третий выходы пересчетного устройства соединены соответственно с вторыми входами смесителей катодных тиристорных групп первой, второй и третьей выходных фаз первого преобразователя частоты. четвертый, пятый и шестой выходы пересчетного устройства соединены соответственно с вторыми входами смесителей анодных тиристорных групп первой, второй и третьей выходных фаз первого

0 преобразователя частоты, седьмой, восьмой и девятый выходы пересчетного устройства соединены соответственно с вторыми входами смесителей катодных тиристорных групп первой, второй и третьей выход5 ных фаз второго преобразователя частоты, десятый, одиннадцатый и двенадцатый выходы пересчетного устройства соединены соответственно с вторыми входами смесителей анодных тиристорных групп первой,

0 второй и третьей выходных фаз второго преобразователя частоты, третьи входы всех смесителей объединены и соединены с выходом датчика высокой частоты, выходы смесителей анодных и катодных групп тири5 сторов первого и второго преобразователей частоты соединены с входами соответствующих выходных ключей, выходы которых образуют выходы системы управления преобразователями частоты.

0 3. Электропривод по п.2. отличающийся тем, что пересчетное устройство выполнено в виде шестиразрядного регистра на шести триггерах с перекрестными свя- зями и содержит шесть логических

5 элементов 2И, счетные входы всех триггеров объединены и образуют вход пересчетного устройства, прямые и инверсные выходы первого, третьего и пятого триггеров образуют соответственно первый, чет0 вертый, шестой, третий, второй и пятый выходы пересчетного устройства, прямой выход второго триггера соединен с первыми входами первого и шестого логических элементов 2И, инверсный выход второго триг5 гера соединен с первыми входами третьего и четвертого логических элементов 2И, прямой выход четвертого триггера соединен с первым входом второго логического элемента 2И и с вторым входом шестого логи0 ческого элемента 2И, инверсный выход четвертого триггера соединен с первым входом пятого логического элемента 2И и с вторым входом третьего логического элемента 2И, прямой выход шестого триггера

5 соединен с вторыми входами второго и четвертого логических элементов 2И, инверсный выход шестого триггера соединен с вторыми входами первого и пятого логических элементов 2И, выходы первого, второго, третьего, четвертого пятого и шестого

логических элементов 2И образуют соответ- тый, одиннадцатый и двенадцатый выходы ственно седьмой, восьмой, девятый, деся- пересчетного устройства.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в регулируемых электроприводах переменного тока с непосредственными преобразователями частоты и двухобмоточными асинхронными электродвигателями. Целью изобретения является упрощение. Цель изобретения достигается тем, что частичный электропривод с двухобмоточным асинхронным двигателем содержит асинхронный двигатель 4, имеющий две трехфазные обмотки, непосредственные преобразователи 1 и 2 частоты и общую систему 3 управления преобразователями, состоящую из двух фазосмещающих устройств, датчика низкой частоты, датчика высокой частоты, пересчетного устройства, смесителей, выходных ключей. Первая трехфазная обмотка 5-7 соединена в звезду без нулевого провода, вторая трехфазная обмотка имеет гальванические развязанные фазы 8-10, причем соответствующие фазные обмотки двух трехфазных обмоток уложены в одни и те же пазы расточки статора. Пересчетное устройство, выполненное шести-1 разрядным регистром с перекрестными связями, содержит также шесть элементов 2И. При достаточно простой реализации силовой части и системы управления обеспечивается широкий диапазон регулирования частоты вращения электродвигателя путем снижения нижнего предела регулирования за счет уменьшения амплитуды пульсаций момента скорости, достигаемой сложением МДС с двух фазных обмоток, уложенных в одни и те же пазы расточки статора. 2 з.п. ф-лы, 5 ил. сл С о сл 00 CJ сл

20

к21 Фие.З

«24

9i %

j Qs

01

9i

61 Q5

Qi

Ъ Qi 9t 6i

5/ 01

«3 ul

i-He

Me -с

«г-fl - иг Ъ-9в

с/

(2(«

J

п

t Т

1

m

X

1

У

ФигЛ