Асинхронно-вентильный каскад Советский патент 1992 года по МПК H02P5/415 

Изобретение относится к регулируемым электроприводам переменного тока, пре имущественная область использования - силовые полупроводниковые устройства в цепи ротора асинхронных двигателей, регулирующие частоту вращения двигателя по принципу асинхронно-вентильного каскада (АВК). ,l :,.

Известен асинхронно-вентильный каскад, который содержит асинхронный двига- тель с фазным ротором, тиристорный преобразователь частоты с непосредственной связью, датчик скольжения, формирователь импульсов низкой частоты;

автономный генератор импульсов низкой частоты, переключатель режимов, формирователь пакетов отпирающих импульсов, датчик импульсов высокой частоты, задатчик пуска и разгона, задатчик темпа.

Основным недостатком данного АВК является наличие электротехнического датчика скольжения, размещенного, на валу регулируемого двигателя. Конструкция датчика зависит от числа полюсов двигателя, для снятия сигнала требуются контактные кольца и щетки, что вызывает снижение технологичности и надежности всего привода. Кроме того, пуск двигателя осуществляется

О

сл

ю о

с помощью автономного генератора импульсов низкой частоты, за датчике в пуска и разгона и задатчика темпа, что обеспечивает пуск только на холостом ходу.

Цель изобретения - повышение надежности работы асинхронно-вентильного кас,- када и расширение диапазона регулирования частоты вращения двигателя.

На фиг.1 приведена схема асинхронно- вентильного каскада; на фиг.2 - потенциальная диаграмма напряжений на отдельных блоках датчика частоты и фазы напряжения ротора; на фиг.З - схема фильтра датчика частоты и фазы напряжения ротора; на фиг.4 - схема узла гальванической развязки,, выделителя полуволн напряжения ротора, формирователя прямоугольных импульсов и формирователя частоты и фазы напряжения ротора, датчика частоты и фазы напряжения ротора.

На чертежах приняты следующие обозначения: UPA, UPB, UPC - фазные напряжения ротора; UVDA - падения напряжения на диодах токового фильтра фазы А ротора (на диодах 16 фиг.З); UvT3 UvT4 - сигналы на транзисторах 20 (фиг.4); ивых.1, ивых.б - выходы формирователя сигналов частоты и фазы напряжения ротора; UVDA, UVDB. UVDC - выходные сигналы токового фильтра 10.

Асинхронно-вентильный каскад содержит асинхронный двигатель 1 с фазным ротором и тиристорный преобразователь 2 частоты, включенный между фазными обмотками ротора и питающей сетью, к фазным обмоткам ротора подключен вход датчика 3 частоты и фазы напряжения ротора, к фазам питающей сети подключен датчик 4 частоты и фазы напряжения питюащей сети. Выход датчика 4 частоты и фазы напряжения питающей сети подключен к одному из входов фазосмещающего блока 5, выход которого подключен к первому входу двухвходового блока 6 перемножения, второй вход которого связан через выделитель 7 выходных частот, задатчик 8 интенсивности с другим входом фазосмещающего блока 5. Выход блока 6 перемножения связан через усилитель 9 с входом управления ти- ристорным преобразователем 2 частоты.

Датчик 3 частоты и фазы напряжения ротора асинхронного электродвигателя 1 выполнен электрическим и составлен из последовательно соединенных между собой индуктивного токового фильтра 10, узла 11 гальванической развязки, выделителя 12 полуволн напряжения ротора, формирователя 13 прямоугольных импульсов и формирователя 14 частоты и фазы напряжения

ротора, выход которого образует выход датчика 3 частоты и фазы напряжения ротора. Работа АВК заключается в следующем. В датчике 4 частоты и фазы напряжения

питающей сети формируются шесть импульсов, каждый длительностью 120° электрических по частоте питающей сети, фаза этих импульсов может регулироваться.

Сдвиг;по фазе импульсов происходит в

0 фазосмещающем блоке 5 путем подачи в него управляющего сигнала постоянного тока (от 2,0 до 3,5 В), сформированного в за- датчике 8 интенсивности.

Сдвиг по фазе импульсов необходим

5 для регулирования выходного напряжения преобразователя 2 частоты, т.е. для регулирования вводимой в цепь ротора добавочной ЭДС.

Напряжение, снимаемое с ротора, по0 ступает на датчик 3 частоты и фазы напряжения ротора.

Датчик 3 частоты и фаз,ы напряжения ротора работает следующим образом.

Напряжение-ротора двигателя поступа5 ет в фильтр 10 датчика 3 частоты и напряжения ротора.

Напряжение, снимаемое с диодов 16, поступает в узел 11 гальванической развязки и выделитель 12 полуволн напряжения

0 ротора.

Узел 11 гальванической развязки исключает возможность попадания высокого напряжения ротора (до 1000 В и более) на микросхемы формирователя 13 прямоуголь5 ных импульсов и формирователя 14 частоты и фазы напряжения ротора.

Работа формирователя 13 импульсов и формирователя 14 частоты и фазы напряжения ротора датчика частоты и фазы напря0 жения ротора поясняется диаграммой, приведенной на фиг.2 (диаграмма снята с помощью двухлучевого электронного осциллографа, поэтому кривые напряжения UPA, UPB, UPC имеют зубчатую форму).

5 Дроссели 15 подключены к цепи ротора. Ток в цепи каждого дросселя 15 отстает от соответствующего напряжения (UPA, UPB, РРС) на угол 83-87 эл.град. При протекании тока в фазах дросселя отпирается один из диодов в парах.

0 Ток через фазу А фильтра обозначен на диаграмме UVDA (токи, протекающие в фазах В и С фильтра с целью упрощения диаграммы не показаны). Токи этой фазы фильтра, протекающие через диоды 16 и

5 соответственно через параллельно включенные им оптроны 18, приведены на диаграмме (UvT3, UvT4). При протекании тока через оптрон 18 запирается транзистор 19 (20) и на клемме 25 (26) появляется через

резистор 23 положительное напряжение +15 В, обозначенное ниже как сигнал 1, на микросхеме 22 формирователей 13, 14.

Транзисторы 19 и 20 служат для усиления сигналов оптронов.Каждая из микросхем 22 представляет собой логическую ячейку 2И-НЕ (при наличии на входах ячейки сигналов 1 на ее выходе имеется сигнал при всех других комбинациях двух сигналов на входе ( 1 и О) на выходе имеется сигнал 1).

На схеме, изображенной на фиг.4 , показаны также резисторы 17, 24 и конденсатор 21.

В логическом устройстве, состоящем из микросхем, происходит сложение попарно сигналов длительностью 180 эл.град. по частоте ротора, в результате чего на выходе логического устройства формируются шесть прямоугольных сигналов длительностью 120 эл.град, каждый, которые подаются в двухвходовый болк S перемножения.

Диаграмма сложения 180° импульсов приведена на фиг.2. :

Непрерывность этих шести сигналов в переходных режимах обеспечивается тем,, что при изменении частоты вращения также (одновременно) изменяется длительность полуволн напряжения ротора и, следовательно, длительность сигналов, подаваемых на транзисторные усилители 20, и переключений в логической схеме. Схема обеспечивает работу при практически любой частоте напряжения ротора в том числе и при двойной синхронной скорости (частота напряже- ния ротора 50 Гц в направлении, противоположном направлению механического вращения ротора). Частотные характеристики микросхем позволяют получить двойную и более синхронную скорость, однако обычно электрические машины, средней и большой мощности (от 5 кВт и более) не рассчитываются на такие высокие скорости,i

Импульсы, синхронизированные с напряжением питающей сети из фазосмещаю- щего блока 5, и импульсы частоты и фазы напряжения ротора из блока 3 поступают в двухвходозый блок- 6 перемножения, на. каждый из входов которого подается,один из шести импульсов.по частоте напряжения питающей сети и один из шести импульсов по частоте напряжения ротора.

Выходные сигналы блока 6 перемноже- ния поступают в блок выходного усилителя

9, где усиливаются до значения, достаточного для передачи их через импульсные трансформаторы на управляющие электроды тиристоров преобразователя 2 частоты.

Асинхронно-вентильный каскад позволяет получить широкий диапазон регулирования частоты вращения двигателя при уменьшении массы преобразователя частоты, а также является универсальным для

большого числа различных типов размеров и мощностей двигателей.

Формула изобретения Асинхронно-вентильный каскад, содержащий асинхронный двигатель с фазным ротором, тиристорный преобразователь-частоты, снабженный выходными зажимами для подключения к сети, а входом соединенный с фазными выводами обмотки ротора

асинхронного двигателя, управляющий вход тиристорного преобразователя частоты соединен с выходом блока управления, датчик частоты и фазы асинхронного двигателя, датчик частоты и фазы напряжения

сети, с входом для подключения к сети, за- датчик интенсивности, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования частоты вращения и повышения надежности, датчик частоты и фазы

асинхронного двигателя выполнен электрическим и составлен из последовательно соединенных между собой индуктивного токового фильтра, входом соединенного с выводами обмотки ротора асинхронного

двигателя, узла гальванической развязки, выделителя полуволн напряжения, формирователя прямоугольных импульсов и формирователя частоты и фазы напряжения ротора, выход которого образует выход датчика частоты и фазы асинхронного двигателя, и введены фазосмещающий блок, одним входом соединенный с выходом датчика частоты и фазы напряжения сети, а другим входом - с выходом задатчика интенсивности, выделитель выходных частот, включенный между входом задатчика интенсивности и выходом датчика частоты и фазы асинхронного двигателя, двухвходовый блок перемножения, один вход которого соединен с выходом фазосмещающего блока, другой вход - с выходом датчика частоты и фазы асинхронного двигателя, а выход блока перемножения подключен к входу блока управления тиристорным преобразователем частоты.

и«лул гь/ управл. тиристорами

Использование: регулирование частоты вращения электропривода переменноготока на базе силовых полупроводниковых преобразователей частоты в цепи ротора асинхронных двигателей. Сущность изобретения: асинхронно-вентильный каскад содержит асинхронный двигатель 1 с фазным ротором и тиристорный преобразователь 2 частоты, включенный между фазными обмотками ротора и питающей сетью. К фазным обмоткам ротора подключен вход датчика 3 частоты и фазы напряжения ротора. К фазам питающей сети подключен датчик 4 частоты и фазы напряжения питающей сети. Выход датчика 4 частоты и фазы напряжения питающей сети подключен к одному из входов фазосме дающего блока 5, выход которого подключен к первому входу двухвходо- вого блока 6 перемножения, Второй вход блока 6 перемножения непосредственно подключен к выходу датчика 3 частоты и фазы на- лряжения ротора, а также связан с вторым входом фазосмещающего блока 5 через.выделитель выходных частот 7 и задатчик 8 интенсивности. Датчик 3 частоты и фазы напряжения ротора электродвигателя выполнен электрическим и составлен из последовательно соединенных между собой индуктивного токового фильтра 10, узла 11 гальванической развязки, выделителя 12 полуволн напряжения ротора, формирователя 13 прямоугольных импульсов, формирователя 14 частоты и фазы напряжения ротора. 4 ил. сл

Сигналы дпоаол. - частотой вращения

Контроль сяорост. Сигналы защитьг

W-J7

k«X .. : . .

um

%,

W

Uiwl

U &

1

JL

JT

J L

Г

Й/г.г

зл.

UpA

о--

UpS о-...

Uft