Способ частотного управления электроприводом переменного тока

 

СПОСОБ ЧАСТОТНОГО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА , содержащим управляемый выпрямитель , собранный по мостовой схеме, входы которого подключены к источнику , имеющему среднюю точку, a выходы через дроссели подключены к входу мостового инвертора, выход которого соединен с фазами статорной обмотки электродвигателя переменного тока, при этом общая точка фаз электродвигателя и средняя точка , источника питания соединены между собой, согласно котор.ому регулируют частоту и величину тока электродвигателя путем коммутации вентилей инвертора и выпрямителя, отличающийся тем, что, с целью исключения вредных дин11мических нагрузок за счет плавного регулирования скорости вплоть до нулевого значения, синхронизируют момент включения катодной группы вьтрямителя с моментом включения любого тиристора анодной группы инвертора, после включения тиристора инвертора регулируют ток катодной группы выпрямителя по закону 2 . I -- Im sin to., t при j iu.,t 0 и ) при 2л/Э7и)-Ь7-ТГ/3 , илм 3 3/Jr3, при ) и Л„ при 2JH2 u);, . л/Э , «амплитуда тока; где Ш- - круговая частота первой гармоники тока статора, при ui.t Л/3 включают вентили анод-; ной группы выпрямителя и один из тиристоров катодной группы инвертора в соответствии с выбранным направлением вращения, осуществляют регули:рование тока анодной группы вьтрямителя по приведенному закону, но со сдвигом в сторону запаздьгаания на 7Г/3, при w.t 2Jr/3 включают тиристор анодной группы инвертора, включают следующий тиристор этой группы и повторяют указанную последовательность операций.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СО,И Л

PEOlVSËÈН

ИФ (1!)1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

i -- — iш п,t

М

3 при

JLQ 1 0 и

1 при 2 !З Ф„Е я/Э, Юь или "-ЦГЗ „и), 1 ри Яз

3=-3/и J t+23„

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ KOMHTET СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И 0fHPbfTI41 (21) 3492538/24-07 (22) 22.09.82 (46) 07.07.84. Бюл. У 25 (72) Н.А.Серов и О.С.Полуэктов (71) Государственный научно-исследовательский и проектно-.конструкторский институт по автоматизации угольной промышленности .(53) 62.83:621.313.333.072.9 (088.8) (56) 1. Бернштейн А.Я., Гусяцкий Ю.М.

Кудрявцев А.В., Сарбатов P.Ñ. Тиристорные преобразователи частоты в электроприводе. М., "Энергия", 1980, с. 158-200.

2. Авторское свидетельство СССР

В 930544, кл . Н 02 P 7/42, 1980 (прототип). (54) (57) СПОСОБ ЧАСТОТНОГО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, содержащим управляемый выпрямитель, собранный по мостовой схеме ° входы которого подключены к источнику, имеющему среднюю точку, а выходы через дроссели подключены к входу мостового инвертора, вых9д которого соединен с фазами статорной обмотки электродвигателя переменного тока, при этом общая точка фаэ электродвигателя и средняя точка.источника питания соединены между собой, согласно которому регулируют частоту и величину тока электродвигателя путем коммутации вентилей инвертора и выпрямителя, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью исключения вредных динАмических нагрузок за счет плавного регулирования скорости вплоть до нулевого значения, синхронизируют момент включения катодной группы выпрями« теля с моментом включения любого тиристора анодной группы инвертора, после включения тиристора инвертора регулируют ток катодной группы выпрямителя по закону

Э з1тйи 1+%/Э) пР««2л/Э r „t Ъ ii13 е где Т„- амплитуда тока

u) — круговая частота первой

1 гармоники тока статора, при ы t У/3 включают вентили анод2 . ной группы выпрямителя и один иэ тиристоров катодной группы инвертора в соответствии с выбранным направлением вращения, осуществляют регулирование тока анодной группы выпрямителя по приведенному закону, но со сдвигом в сторону запаздывания

На /7/3, при w t - 2Х/3 включают тиристор анодной группы инвертора, включают следукиций тиристор этой группы и повторяют укаэанную последовательность операций. ф 1)0Z

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электроприводу общепромьппленных механизмов, работаю.. щих в интенсивном повторно-кратковременном режиме и требующих плавно5 го регулирования скорости вплоть до нулевого значения.

Известен способ частотного управления электроприводом переменного тока, содержащим управляемый выпрямитель, собранный по мостовой схеме, входы которого подключены к трехфазной .сети переменного тока, а выходы через дроссель подключены к входу мостового инвертора, выход которого соединен с фазами статорной обмотки двигателя, при котором регулируют частоту и величину тока двигателя путем коммутации вентилей выпрямителя и инвертора I 1 3.

Недостатком указанного способа частотного управления электроприводом переменного тока является возможность возникновения недопустимых динамических нагрузок в передачах, что определяется тем, что инвертированный ток имеет прямоугольно-ступенчатую форму, а вектор суммарного статорного тока двигателя при каждой коммутации тиристоров инвертора скачком по30 ворачивается на 60 эл.град., оставаясь неизменным на межкоммутационном . интервале. В результате вращающий момент двигателя и его скорость имеют переменные (пульсирующие) составляющие с частотой коммутации ти- З5 ристоров инвертора.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ частотного управления электроприводом переменного тока, содержащим ®О выпрямитель, собранный по мостовой схеме„ входы которого подключены к источнику, имеющему среднюю точку, а выходы через дросссли подключены к входу мостового инвертора, выход которого соединен с фазами статорной обмотки электродвигателя переменного тока, при этом общая точка фаз двигателя и средняя точка источника питания соединены между собой, при котором регулируют частоту и величину тока двигателя путем коммутации вентилей инвертора и выпрямителя 523

Недостатком известного способа также является возникновение недо- 5S пустимых динамических нагрузок в

1 установках, механическая часть которых содержит упругие звенья. Не004 2 допустимые динамические нагрузки в упомянутых установках возникают тогда, когда частота пульсирующих составляющих момента двигатепя близка к резонансной частоте механической части установки. Пульсации момента двигателя при рассматриваемом способе частотного управления < определяются прямоугольно-ступенчатой формой инвертированного тока.

Цель изобретения — исключение вредных динамических нагрузок за счет обеспечения плавного регулирования скорости вплоть до нулевого значения.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу частотного управления электроприводом переменного тока, содержащим управляемый выпрямитель, собранный по мостовой схеме, входы которого подключены к источнику, имеющему среднюю точку, а выходы через дроссели подключены к входу мостового инвертора, выход которого соединен с фазами статорной обмотки электродвигателя переменного тока, при этом общая точка фаз электродвигателя и средняя точка источника питания соединены между собой, при котором регулируют частоту и величину тока двигателя путем комФ мутации вентилей инвертора и выпрямителя, синхронизируют момент включения катодной группы выпрямителя с моментом включения любого тиристора

: анодной группы инвертора, после включения тиристора инвертора регулируют ток катодной группы выпрямителя по закону

3= — sin X4 при Ц3) м t >O и

2 (3 ll1 1

У 3 5in(4) + Jl f3) "Ри 3 М С 7 ЯЗ ю

2, — 217 или щ о1 при Ч з 2 f 7 Q u

3 у в > +23 при 2Т/9)и „t 7(/3 где I„, — амплитуда тока; о — круговая частота первой гармонии тока статора, или при t /3 включают вентили анодной группы выпрямителя и один из тирчсторов катодной группы инвертора в соответствии с выбранным направлением. вращения, осуществляют регулиро102004 4

3S

55 з 1 вание тока анодной группы выпрямите» ля по приведенному закону, но со сдвигом в сторону запаздывания на, Л/3, при 4r

На фиг. 1 показана схема частотно управляемого электропривода переменного тока; на фиг. 2 — форма тока фазы (iy) статорной обмотки двигателя, при которой исключаются пульсации вращающего момента двигателя;/, на фиг. 3 — форма токов анодной (i>) и катодной (it,) групп тиристоров инвертора по предлагаемому способу.

Устройство содержит трехфазный двигатель 1 переменного тока со статорной обмоткой 2 и преобразователь

3 частоты, состоящий из трехфазного мостового управляемого выпрямителя

4 с катодной 5 и анодной 6 группами тиристоров, сглаживающего дроссель

7, датчика 8 тока, системы 9 управления током с входом для приема сигнала с датчика тока и входом для приема внешнего управляющего сигнала Н „, трехфазного мостового автономного инвертора 10 тока с анодной

11 и катодной 12 группами тиристоров и системы 13 управления инвертором 10. Катодная группа 5 тиристоров управляемого выпрямителя 4 на стороне постоянного тока через последовательно включенные дроссель 7 и датчик 8 тока соединена с анодной группой 11 тиристоров инвертора 10, инвертор 10 на стороне переменного тока соединен со статорной обмоткой

2 двигателя 1, выход датчика 8 тока соединен с входом системы 9 управления током, выходы системы 13 управления инвертором 10 соединены с управляющими электродами тиристоров инвертора 10.

Кроме того, устройство снабжено силовым трехфазным трансформатором

14 с вторичной обмоткой 15, второй системой 16 управления током с входом для приема сигнала с датчика тока и входом для приема внешнего управляющего сигнала, вторым дросселем 17 и вторым датчиком тока 18, причем вторичная обмотка 15 транс" форматора 14 и статорная обмотка 2 двигателя 1 соединены в звезду, а нулевые точки этих обмоток соединены между собой, управляемый выпрямитель 4 на стороне переменного тока соединен с вторичной обмоткой 15 трансформатора 14, а на стороне постоянного тока анодная группа 6 тиристоров выпрямителя 4 через последовательно включенные второй дроссель . 17 и второй датчик 18 тока соединена с катодной группой 12 тирисъоров инвертора 10, выходы первой системы

9 управления током соединены с управляющими электродами тиристоров катодной группы 5 выпрямителя 4, а выходы второй системы 16 управления током — с управляющими электродами тиристоров,анодной группы 6 выпрямителя 4, выход второго датчика 18 тока соединен с входом второй системы 16 управления током, выходы датчи .ков 8 и 18 тока соединены также с входами системы 13 управления инвертором 10.

Датчики 8 и 13 тока обеспечивают потенциальное разделение цепей управления от силовой схемы и могут быть выполнены на базе транзисторов и интегральных микросхем с использованием оптронов или разделительных трансформаторов. Системы 9, 16 управления током и система 13 управления инвертором 10 преобразуют непрерывные входные управляющие сигналы в импульсные сигналы управления тиристорами выпрямителя 4 и инвертора 10, обеспечивают потенциальное разделение цепей управления от силовой схемы и могут быть выполнены на базе транзисторов, тиристоров и интегральных микросхем с использованием оптронов или разделительных трансформаторов.

Сущность способа заключается в следующем.

Отсутствие пульсаций вращающего момента, а следовательно и скорости двигателя достигается лишь тогда ъ

У когда вектор 1 суммарного статорноS го тока равномерно вращается с неизменной амплитудой

14)> 4

I = I Õ

Проведенный анализ показывает, что это требование может быть выполнено при использовании трехфазного

АИТ в том случае, когда зависимость тока фазы 1 статорной обмотки двигателя от времени будет представлять собой сопряженные отрезки синусоид (сплошные линии на фиг.1) .

1102004 Ь

Как видно из фиг. 2, идеальная в указанном смысле форма тока фазы незначительной погрешностью может быть аппроксимирована в виде треугольников .с высотой 1 и основанием 2Тг/3. Токи двух других фаз статор ной обмотки должны повторять приведенную на фиг. 2 форму со сдвигом

+27/3. При этом ток i катодной группы тиристоров инвертора должен представлять собой следующие друг за другом треугольники фаэных токов, а ток i+ анодной группы - такие же треугольники, сдвинутые относительно тока катодной группы на угол 7/3, т.е. на 60 эл.град. На фиг. 3 за положительное принято проводящее направление вентилей группы. Для обеспечения требуемой формы тока необходимо раздельное управление, анодной и катодной группами тиристоров управляемого выпрямителя.

Устройство для реализации способа работает следующим ооразом.

Соединение нулевых точек обмотки

2 двигателя 1 и обмотки 15 трансформатора 14 и удвоение комплекса систем 9 и 16 управления током, дросселей 7, 17 и датчиков 8, 18 тока в преобразователе 3 создает два независимых управляемых контура тока: один для анодной группы 11 тиристоров инвертора 10, другой— для катодной группы 12. Поданные на входМ систем 9, 16 управления током внешние управляющие сигналы (U>< и U> ) треугольной формы (фиг. 2) обеспечивают требуемую зависимость токов (i, i<) от времени, Система 13 управления инвертором

10 обеспечивает коммутацию тиристоро

1ф= — 7 s1nm 4, Осы„(17/3, гг - 1 1 ф = 1г 3 и п(и 7/st ri/ c и g (ð, Е!7/Яцг 1<9/у i =Î, 2М(3 го + c7I <.

5 Jt (9 4 м„< юг, го

50 в инвертора с требуемой частотой, причем на низких частотах управляющий сигнал на очередной тиристор подается при нулевом сигнале с с.оответствующего датчика тока. При этом анодная 6 и катодная 5 группы тиристоров управляемого выпрямителя 4 превращаются в два независимых трехфазных нулевых выпрямителя, работающих в режиме источников тока и индуктивность дросселей 7, 17, поэтому должна быть в два раза больше, чем в известном устройстве, так как в два раза увеличивается вольт-секундная площадь переменной составляющей напряжения.

Управление группами тиристоров выпрямителя по треугольному закону целесообразно применять лишь на низг ких частотах (ориентировочно до

3-5 Гц), когда требования к плавному изменению вектора тока статора двигателя наиболее жестки, а на повьщгенных частотах переходить к обще" принятому способу управления, задавая анодной 5 и катодной 6 группам тиристоров выпрямителя 4 одинаковый ток. При выходной частоте инвертора !

5 Гц частота пульсаций момента составляет 30 Гц, что, как правило, выше резонансной частоты механической части электропривода.

Поскольку в описанном устройстве на низких частотах очередной тиристор включается при нулевом токе и конденсаторное устройство коммутации не используется, то не требуется и устройство предварительного заряда кЬммутирующих конденсаторов, так как конденсаторы могут быть заряжены от рабочего напряжения инвертора.

В случае использования в качестве двигателя переменного тока синхронного может быть достигнута устойчивая коммутация тиристоров инвертора на всех скоростях без специальных коммутирующих устройств. Формирова» ние тока, близкого к синусоиде во всем диапазоне регулирования, обеспечивает плавность регулирования и снижение динамических нагрузок.

1102004

1 i 02004 рцццПИ Захаэ 4780/42 Та в бб, Подписное

Енлнал щд Патента, г.уатород, ул.Проектная, 4