Электропривод с частотно-токовым управлением

 

П92 (112

COOS СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(512 Н 02 .Р 7 42.! !

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ .

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕПЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) .3420340/24-07 . (22) 09..04.82 (46 } 15.01..84. Бюл. 22 2 (72) A.Ê.Èóêîíèí (71 ) Воронежский политехнический институт (53). 621.313.333.072.9(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 19 3604, кл, Н 02 Р 5/28, 1963..

2. Вродовский В.Н., Иванов Е.С.

Приводы с частотно-токовым управле-. нием. N., Энергия", 1974. (54 ) (57) ЭЛЕКТРОПРИВОД С ЧАСТОТНОТОКОВЫИ УПРАВЛЕНИЕМ, содержащий машину переменного тока, блок задания модуля тока, блок преобразования координат, формирователь опорных функций и силовой преобразователь энергии, выходы которого подключе.ны к трехфазной обмотке -машины переменного тока, а входы управления. связаны с фазными выходами блока преобразования координат, при этом выход блока задания тока подключен к входу блока преобразования координат, входы,дпя опорных функций которого подключены к выходам формирователя опорных функций, связанного с машиной переменного тока, о т.л и ч а ю шийся тем, что, с целью улучшения энергетических показателей за счет снижения потерь в .силовом преобразователе энергии, введены блок умножения„источник переменного напряжения треугольной фор2ия и три сумматора, первые входы которых подключены к фазным выходам блока преобразования координат, а выходы — к выходам управленчя сило-

С2 вого преобразователя энергии, при Е этом вторые входы суьвааторов объединены между собой и подключены к выходу блока умножения, первый вхрд кдторого соединен с выходом Моха задания модуля тока, а второй — с выходом источника переменного нап- р ряжения треугольной формы.

1067584

Изобретение относится к электротехнике, в частности к управляемым электроприводам переменного тока, и может быть использовано в устанонках общепромышленного назначения, в которых определяющими явля- 5 ются энергетические показатели.

Известен электропривод с частотно-токовым управлением, содержащий машину переменного тока, силовой преобразователь энергии, выходом 10 подключенный к трехфазной статорной обмотке машины переменного тока,. и блок преобразования координат, выходом соединенный с входом силового преобразователя энергии П1. )5

Недостаток данного электропривода — низкие энергетиЧеские показатели, связанные с наличием потерь в силовом преобразователе энергии.

Наиболее близким к. изобретению Zp по техническому существу является электропривод с частотно-токовым управлением, содержащий машину переменного тока, блок задания модуля тока, блок преобразования координат 25 формирователь .опорных функций и силовой преобразователь энергии, выходы которого подключены к трехфазной, обмотке машины переменного тока, а входы управления связаны с фазными выходами блока преобразования координат, при этом выход блока задания модуля тока подключен к входу блока преобразования координат, входы для опорных функций которого подключены к выходам формирователя опорных функций, связанного с машиной переменного тока С21.

К недостатку известного электропривода следует отнести. низкие энер. гетические показатели из- за потерь 40 в силовом преобразователе энергии. целью изобретения является улучшение энергетических показателей электропривода с частотно- токовым управлением за счет сниА<ения потерь 45 в силовом преобразователе энергии.

) . Укаэанная цель достигается тем, что в .электропривод с частотно-токовым управлением, содержащий машину переменного тока, блок задания модуля тока, блок преобразования координат, формирователь опорных функций и силовой преобразователь энергии, выходы котороко подключены к трехфазной обмотке машины переменного тока, а входы управления связаны с фазными выходами блока йреобразовання КоордИнат, при этоМ выход блока задания модуля тока подключен к входу блока преобразова" 60 ния координат, входы для опорных функций которого подключены к выходам формирователя опорных функций, связанного с машиной переменного тока,. введены блок умножения, источ- у ник переменного напряжения треуголь- ной формы и три сумматора, первые входы которых подключены к фазным выходам блока преобразования координат, а выходы — к входам управле- ния силового преобразователя энергии, при этом вторые входы суммато-. ров объединены межДу собой и подключены к выходу блока умножения, первый вход которого соединен с выходом блока задания модуля тока, а второй — c выходом источника переменного напряжения треугольной формМ.

На фиг. 1 представлена структурная схема электропривода с частотно-токовым управлением на фиг. 2 диаграммы, поясняющие работу электропривода.

Электропривод с частотно-токовым управлением содержит машину переменного тока 1, блок задания .модуля тока 2, блок преобразования координат

3, формирователь опорных функций 4 и силовой преобразователь энергии 5, выходы которого подключены к трехфазной обмотке машины переменного тока 1, а входы управления связаны .с фазными выходаьк блоха преобразования координат 3. Выход блока задания модуля тока 2 подключен к входу блока преобразования координат

3, входн для опорных функций которого подключены к выходам формирователя опорных функций 4, связанного с машиной переменного тока 1. В электропривод введены блок умножения б, источник переменного напряжения треугольной формы 7 и три сумматора 8, 9 и 10:, первые входы которых подключены к фазным выходам блока преобразования координат 3, а выходы — к входам управления силового преобразователя энергии 5, при этом вторые входы сумматоров 8, 9 и 10 объединенЫ междУ собой и подключены к выходу блока умножения б,.первый вход которого соединен с выходом блока задания модуля тока 2, а второй - с выходом источника переменного напряя<ения треугольной форьи 7.

Электропривод е частотно-токовым управлением работает следукщим образом.

С выхода блока задания модуля тока 2 на вход блока преобразования. координат 3 поступает сигнал 3, определяющий модуль тока s обмотке машины переменного тока 1. На выходе блока преобразования координат, 3 формируются сигналы задания L„ для фазных токов машины по выражению м Д < рэ (д(.б ъ l) - » Q где rl — - аргумент вектора тока, =-1, г, 3.

1067584 при са=(0-: > Л вЂ”:"ф при a ($y -- . -З-) при о(. (; > -- — 0 (, 5М), д$1п (al p) 20 . 9 эп(- 6) Из (5) и .(6) следует необходи- мость формирования дополнительных составляющих в фазных токах, соответствующих сигналу à на входах сумматоров 8, 9 и 10, при решении задачи минимизации потерь в силовом преобразователе энергии.

На фиг.. 2а представлены диаграммы изменений фазных токов п при равной нулю составляющей тока на фиг. 2б представлена диаграмма .изменений тока i построенная в соответствии с (6) .

Для постоянной скорости измене(2) З5 ния аргумента О и постоянного модуля 3 среднее полупериодное значение,) и действующее значение 3 любОгО из фазных тОкОВ L . р ° LQ у (.3

- при поддержании (, в соответствии с

40 (6) равны

)ср = 0,554 3, д = 0„764 3

При равенстве .нулю аналогич45 ные параметры равны

i3< = 0,636 3 (0,707 7 (4) 50 Сопост авление (7), м+ Ф .ж= 1.,15, = 1,08. (9)

Ч

Еак видно из (9), среднее полуериодное. значение фаэного тока прн гнале ., изменяющемся в соответтвии с (.6), на.15% меньше, чем сред. ее значение тока при сигнале авном нулю. Действующее значение ока соответственно на 8Ъ больше..

При постоянстве скорости изменеия аргумента с .и постоянном модуле ока Э выражение 4) можно перепиать как

PмЦ .« 1-р (10) < =(+ 4оз ЕкФ-é) ф3 (8) показывает где ILt - модуль тока на выходе силового усилителя-напряжения г, U — константы, определяеьые п параметрами тиристоров. 55 си

Например, для отечественных ти-,с ристоров типов Т-25, Т-50, T-100, н

Т-160 составляющая мощности потерь р в выражении (4), определяемая квад- т ратом тока, не превышают 14Ъ от об- 60 щих потерь, при этом основная, доля н потерь приходится на составляющую, т пропорциональную модулю тока. с

У некоторых видов транзисторных усилителей напряжения мощность поУкаэанные сигналы задания поступают на первые входы сумматоров 8, 9 и 10. Примем, что сигнал (на вторых входах сумматоров 8, 9 и 10 равен нулю. В этом случае на входы . управления силового преобразовате.ля энергии 5 поступают сигналы с выходов сумматоров 8, 9 и 10, определяемае по (1) .

Силовой преобразователь энергии

5 в электроприводе о частотно-токовым управлением представляет собой три однофазных силовых усилителя напряжения, выполненных на транзисторах, тиристорах и т.п. и охваченных жесткой обратной связью по мгновенным значениям фазных токов.

При этом фаэные токи на выходах силового преобразователя энергии (фазные токи машины переменного то ка) в точности соответствуют сигна.Лам L++ на выходах сумматоров 8, 9 и 10. Примем для упрощения, что коэффициент передачи силового преобразователя энергии равен единице.

Необходимяе для выполнения (1) опорные гармонические функции получают на выходах формирователя опорных функций 4, на вход которого поступает информация об угловом положении вала машины переменного тока 1.

При наличии сигнала L< на вторых входах сумматоров 8, 9 и 10 фазные токи в машине переменного тока с учетом 1) определяются выражением

Мощность потерь + в силовом преобразователе энергии 5 может быть найдена как сумча потерь в каждом" .фаэиом усилителе, напряжения, которые являются некоторой функцией фазных ,токов, т.е. з

Р 2-f (4) (3)

На основе анализа вольт-амперных характеристик реальных силовых уси- лителей напряжения на тиристорах мощность потерь в ниж может быть представлена терь, пропорциональных току, также может быть преобладающей. Так, например, динамические потери в транзисторах"пропорциональны току. В силовых усилителях напряжения, работающих с высокой частотой коммутации транзисторов, мощность динамических потерь может быть определяющей.

С учетом (2), (3) и (4) условие минимума мощности потерь, пропор10 циональных току, для силового преобразователя энергии записывается а

Ран = 2 1(+3cog foL+(n q) )j (5)

Реши В .5), пОлучим:

106 7584, Составитель A.Æèëêí

Редактор И.Дылын Техред И. Гергель Корректор И. Муска

Заказ 11225/56 Тираж 671 Подписное.

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж»35, Раушская наб., д. 4/5

° Мюь ФюММ

Филиал ППП "Патент" „г. Ужгород, ул; Проектная, 4 где 3+. - соответственно среднее и, действукшее значение тока.

Для силового усилителя напряжения, выполненного на тиристорах, например T-50, параметр 0> равен

1, 2. В,в,kq = 0,00336 Ом. В этом .случае (10) перепишется . P = 1 2 Dcp + 0 00336 3 q, (11)

Пусть при гармонической форме To-., о ков среднее значение тока Q равно предельно допустимому току тиристора Т 50 т.е. 50 A.

В этом случае, исходя из (8),. (10) и (11), модуль тока равен 78, 15

5 А, а потери в силовом усилителе, напряжения 70, 35 Вт.

Для такого же значения модуля тока (78; 5 A } при изменениИ в соответствии с (6), исходя из (7) и (11); получим, что.потери в сило вом -усилителе напряжения равны

63;.8 Вт., т.е, меньше потерь при гар.мойических токах на 10.,3%.

Изменяя сигнал 4 в.соответствии . с (6), можно сократить потери в си-. ловом преобразователе энергии, т.e.... улучшить энергетические показатели электропривода с частотно-токовым управлением ° . . 30

Зависимость (б) представляет собой комбинацию из частей синусоид.

Реализовать зту зависимость сравнительно сложно. С достаточной для . практики точностью части синусоид зависимости (6) могут быть аппроксимированы прямыми линиями. В этом случае сигнал аппроксимируется в треугольное переменное напряжение.

Исходя из этого, реализация (6). в электроприводе осуществляется введением блока уьщожения 6 и источника переменного напряжения треугольной форам 7. На первйй вход блока умножения б поступает сигнал 3 с выхода блока задания модуля тока 2, а на второй. вход - выходное напряжение с источника 7.

Таким образом, введение в электро-. привод с частотно-токовым управлением блока умножения, источника:переменного напряжения треугольной форэм и фазных сумматорОв обеспечивает фор-. мирование в .выходных фазных токах дополнительной составлякщей,. благодаря чему сокращаются потери мощйости в силовом преобразователе энергии и улучшаются энергетические показа-. тели электропривода в сравнении с известными решенияьы.