Способ управления асинхронным электроприводом Советский патент 1992 года по МПК H02P7/42 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для квазичастотного регулирования скорости асинхронных электродвигателей.

Цель изобретения - расширение диапазона регулирования частоты вращения электродвигателя.

Расширение диапазона выходных частот преобразователя от половины до номинального значения частоты сети обеспечивает регулирование частоты вращения асинхронного двигателя вниз от частоты сети без изменения силовой схемы трехфазного регулятора напряжения и без введения замкнутой системы регулирования по скорости и току. Такое регулирование необходимо, например, для изменения потока воздуха вентиляционных установок при нескольких дискретных значениях частоты вращения привода вниз от номинального его значения.

Способ управления может быть реализован известной (нулевой) схемой трехфазного регулятора переменного напряжения с нулевым проводом, где каждая фаза напряжения сети через два встречно-параллельных тиристора соединена с соответствующим выводом обмотки асинхронного двигателя, другие концы которых соединены вместе, а также с общим выводом обмоток трансформатора сети источника входного напряжения преобразователя. Может также применяться реверсивная схема такого преобразователя с 10 тиристорами, где первая обмотка электродвигателя соединена с одной из фаз сети через пару встречно-параллельно соединенных тиристоров, а вторая и третья обмотки соединены через две пары встречно-параллельно соединенных тиристоров с каждой из двух других фаз сети.

На фиг.1 приведены временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя согласно предлагаемому способу; на фиг.2 - то же, в случае сочетания прямого и обратного порядка чередования входных

фаз при формировании выходного напряжения квазичастотой 37,5 Гц или 3/4 от номинального значения частоты сети; на фиг.З - кривые входного напряжения Uc, кривые выходных напряжения идв и тока дв согласно предлагаемому способу и работающие на двигательную нагрузку; на фиг.4 - блок-схема устройства управления для осуществления предлагаемого способа; на фиг.5 - схема ждущих мультивибраторов с регулируемой длительностью импульсов.

Формирование, квазичастотного выходного напряжения в диапазоне от половины до номинального значения частоты сети согласно предлагаемому способу осуществляется следующим образом.

.Выявляются интервалы входного UBX напряжения, в которых их полярности совпадают с полярностью эталонного выходного иэ напряжения, и это совпадение полярностей сохраняется до конца рассматриваемого полупериода входного напряжения. Такие интервалы совпадения полярностей UBxi с U31, UBx2 с Уэа. ЫвхЗ с УэЗ во всех трех выходных фазах ивых1, ивых2, иаыхЗ на фиг.1 показаны горизонтально заштрихованными площадями. В пределах этих интервалов совпадения полярностей осуществляют фазовое регулирование входного напряжения с целью формирования выходного напряжения, среднее значение которого в каждый полупериод входного напряжения пропорционально среднесинусо- идальному значению модулирующей функции м за рассматриваемый полупериод входного напряжения, как показано косо заштрихованными площадями кривых иВых1. ивых2, Увыхз в сравнении с синусоидальным значением модулирующей функции на фиг.1 Формирование выходного напряжения во всех трех фазах согласно его среднему значению напряжения, заданному значением синусоидальной модулирующей функцией фм, показано на фиг.1 при прямом порядке чередования фаз сети UBXI, UBx2, Uex3. Как видно на фиг.1, s данном случае фаза м одинакова во всех трех выходных фазах.

При наличии реверсивного коммутатора, позволяющего подключить на фазу нагрузки две фазы напряжения сети, согласно предлагаемому способу осуществляется формирование выходного напряжения данной фазы раздельно по времени от обеих входных фаз при одном и том же значении выходной частоты. На фиг.2 во второй Квых2 и третьей UeuxS выходных фазах применяются поочередное подключение Uex2, Uex3 во второй ивых2 выходной фазе и UBx3, UBx2 в третьей иВыхЗ выходной фазе. Как видно из фиг.2, для обратного порядка чередования фаз сети Uexl, Uax3, UBx2 соответственно в выходных

фазах 11вых1, ивых2, иВыхЗ модулирующие функции фит, грм2, сдвинуты с отставанием на 2 л/3 соответственно в каждой последующей выходной фазе. При одновременной работе модулирующих функций, например $уц, рш в интервал времени ti, t2 или , 1 в интервал времени тз, А предпочтение на включение входных напряжений отдается той модулирующей функции, амплитудное значение которой больше по сравнению с другой. Таким образом моменты времени ts, а также te определяют границы чередования реверсивных входных фаз, что также иллюстрируется импульсами управления на фиг.2 внизу,

где сверху первая линия относится к ивых1, вторая и третья к ивых2, а четвертая и пятая к иВыхЗ.

На фиг.2 участки выходного напряжения, формируемые прямым порядком чередования подключения входных фаз во второй и третьей выходных фазах, показаны косо заштрихованными площадями с наклоном линии направо, а с обратным порядком - налево.

Модулирующая частота определяется как разность между входной и эталонной частотами, а эталонная частота соответствует номинальной частоте вращения асинхронного электродвигателя.

Соответственно модулирующей частоте

на фиг.1 показан период модулирующей функции Тм, который также соответствует периоду повторяемости процесса преобразования частоты согласно предлагаемому

способу.

Как видно из фиг. 1-3, при применяемой схеме коммутатора используется для управления только одна полуволна синусоидальной функции, т.е, непрерывная кривая

-фм на фиг.1. При других значениях выходной частоты процесс преобразования происходит аналогично изображенному на фиг. 1-3, меняется только частота модулирующей функции. Значения выходных частот

могут в принципе быть любые в диапазоне от половины до номмнального значения частоты fax сети, однако для удобства реализации системы управления предлагаемым способом предпочтительными можно указать значения выходных частот твых, определяемых из соотношения fBbix п

п +1 любое целое положительное число.

f ex, где п Способ предназначен в основном для работы на нагрузку с постоянным моментом нагрузки при определенном значении выходной частоты преобразователя, например для нагрузок вентиляторного типа. Поэтому удобнее всего управление согласно предлагаемому способу осуществлять по заранее составленным программам подачи импульсов управления тиристорами регулятора, учитывающих при каждом зна- чении выходной частоты характерные управляющие действия предлагаемого способа и нагрузки. Реализация программ управления предлагаемым способом может осуществляться многими известными сие- тем ами управления.

Например, структурная схема управления согласно предлагаемому способу изображена на фиг.4. .Целью системы управления является разработка ориентире- ванных относительно напряжения входных фаз 1-3 источника питания с выведенным общим нулевым выводом 4, импульсов управления блоками 5-7 встречно-параллельных тиристоров комму- татора для квазичастотного регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя 8.

Устройство управления содержит блоки 9-11 нуль-органов соответствующей вход- ной фазы преобразователя, блоки 12-14 счетчиков полупериодов, блок 15 задания частоты вращения асинхронного электродвигателя, блоки 16-18-постоянной памяти, генератор 19, блоки 20-22 ждущих мульти- вибраторов с регулируемой длительностью импульсов, блоки 23-25 формирования импульсов. Входы блоков 9-11 соединены соответственно с выводами 1-3, а выходы блоков 9-11 с входами блоков 12-14 и бло- ков 20-22. Выходы блоков 12-14 соедине- ны с соответствующими входами блоков 16-18. Выход блока 15 соединен также с входами блоков 16-18. Одни выходы блоков 16-18 соединены с входами блоков 12-14, а другие с входами блоков 20-22. Выход блока 19 подключен к входам блоков 20-22. Выходы блоков 20-22 подключены к входам блоков 23-25. а выходы блоков 23-25 - к управляющим цепям соответствующих ти- ристорных блоков 5-7.

Устройство управления работает следующим образом. Блоки 9-11 нуль-органов формируют импульсы в моменты изменения полярности питающего напряжения, которые подаются на соответствующие входы счета блоков 12-14 счетчиков полупериодов и входы запуска блоков 20-22 ждущих мультивибраторов,. Выходная информация блоков 12-14 счетчиков полупериодов и блока 15 задания частоты вращения подается на входы блоков 16-18 постоянной памяти, которые вырабатывают сигнал сброса для блоков 12-14 счетчиков полупериодов и число начальной загрузки блоков 20-22 ждущих мультивибраторов. Блок 19 генератора вырабатывает импульсы, которые подаются на входы обратного счета блоков 20-22, выходные сигналы которых подаются на блоки 23-25 формирователей импульсов, которые формируют сигналы управления тиристорами блоков 5-7. При подаче импульсов управления на тиристоры блоков 5-7 коммутатора осуществляется квазичастотное преобразование для регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя 8.

Блоки 20-22 ждущих мультивибраторов с регулируемой длительностью импульсов в развернутом виде (фиг.5) состоят из логического элемента 2Й 26, счетчика 27 и логического элемента 8 ИЛИ 28, При этом входы Х1-Х8 блоков 20, 21 или 22 ждущих мультивибраторов подключены к информационным входам 0-7 блока 27 счетчика, а вход Х9 подключен к входу предварительной установки С. Элемент 28, входы которого подключены к выходам счётчика 27, вырабатывает сигналы управления У1 для.формирователя 23, 24 или 25 импульсов (фиг.4), который также используется для запрета поступления тактовых импульсов с входа Х10 от блока 9, 10 или 11 через элемент 26 на вычитающий вход 1 счетчика 27.

Блоки 16-18 постоянной памяти построены на постоянных запоминающих устройствах, где согласно алгоритму управления записана последовательно управляющих импульсов для формирования среднего значения выходного напряжения коммутатора в интервале каждого подключаемого полупериода входного напряжения пропорционально среднему значению синусоидальной модулирующей функции рассматриваемый п олупериод входного на- - пряжения.

Таким образом, расширение диапазона выходных частот вплоть до частоты сети беспрепятственно реализуется предлагаемым способом.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я Способ управления асинхронным электроприводом с тиристорным коммутатором в цепи статорной обмотки электродвигателя, при котором задают трехфазную систему эталонных напряжений с частотой, соответствующей заданной частоте вращения электродвигателя, сравнивают полярности напряжения источника питания и эталонного напряжения для каждой фазы, определяют интервалы времени совпадения полярности указанных напряжений, в течение которых формируют импульсы управления тиристорами коммутатора, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования частоты вращения электродвигателя, в указанных интервалах времени дополнительно определяют интервалы времени, в течение которых до конца текущего полупериода напряжения источника питания совпадают полярности эталонного напряжения и напряжения источника питания, формируют синусоидальную модулирующую функцию с частотой, равт ной разности частоты напряжения источника питания и частоты эталонного напряжения, и

0

5

амплитудой, определяемой требуемым значением выходного напряжения, синхронизированного с напряжением источника питания, а указанные импульсы управления тиристорами коммутатора формируют в дополнительно определенных интервалах времени с углом управления, пропорциональным среднему значению модулирующей синусоидальной функции на текущем полупериоде напряжения источника питания, причем при прямом порядке чередования фаз источника питания синусоидальную модулирующую функцию задают одинаковой для всех трех фаз коммутатора, а при обратном порядке чередования фаз источника питания синусоидальную модулирующую функцию сдвигают на угол 2 тг/3 для. каждой последующей фазы коммутатора.

Изобретение может быть использовано в электроприводах преимущественно с вентиляторной нагрузкой при квазичастотном регулировании частоты вращения электродвигателей. Сущность изобретения состоит в подаче импульсов управления на включение тиристоров преобразователя в условиях, когда полярности напряжений входного и выходного эталонного совпадают до конца рассматриваемого полуперйо- да входного напряжения, чем достигается расширение диапазона регулирования частоты вращения. 5 ил.

ЛеГ

..

. Фыг.5

J