Способ управления инвертором,нагруженным на асинхронный двигатель

 

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ИНВЕРТОРОМ , НАГРУЖЕННЫМ НА АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ , заключающийся в том, что задают напряжение управления рабочей частотой и преобразуют его в треугольное напряжение несущей частоты, пропорциональной рабочей частоте с коэффициентом пропорциональности, определяемым заданной зоной изменения сигнала управления, задают напряжение управления выходным напряжением инвертора и сравнивают его с вышеуказанным треугольным напряжением несущей частоты, в результате чего формируют основную последовательность прямоугольных импульсов и распределяют ее по вентилям инвертора, отличающийся тем, что, с целью поЕ(ышения надежности и КПД асинхронного электропривода, задают напряжение, пропорциональное напряжению управления выходным напряжением инвертора, сравнивают его с вьшеуказанным треугольным напряжением несущей частоты, в результате чего формируют дополнительную последовательность прямоугольных импульсов и распределяют их по вентилям инвертора в соответствии с моментами времени, определяемыми выражениями X 7/ f/Y6M/k42(-f)/K , , Xl где угловая координата центра (Л импульса; угловая длительность пульса; Т k номер дополнительного импульса; кратность частоты основной последовательности импульсов по отношению к рабочей частоте; К коэффициент заполнения основной последовательности импульсов, причем количество дополнительных им00 пульсов, распределяемых на один вентиль , определяется в соответствии с .выражением N где N количество импульсов Т. угловой период несущей частоты.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

РЕСПУБЛИК

0% (11) цр Н 02 P 13/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и -тварь 1 к+а(. ук), н =)(,(т„

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbITHA (21) 3478075/24-07. (22) 04.08.82 (46) 07.07.84.Бюл. Р 25 (72) Н.Х.Ситник, Б.Л.Сыркин и С.С.Чернов (71) Всесоюзный научно-исследователь" ский, проектно-конструкторский и технологический институт кранового и тягового оборудования (53) 621.316.727(088.8) (56) 1. Бедфорд В., Хофт Р. Теория автономных инверторов. М., "Энергия", 1969, разд. 6-2, с. 195, рис. 6-15.

2. Забродин Ю.С. Автономные тиристорные инверторы с широтно-импульсным регулированием. М., "Энергия", 1977, разд. 2-6, с. 42. (54) (57) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ИНВЕРТО- .

РОМ, НАГРУЖЕННЬМ НА АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, заключающийся в том, что задают напряжение управления рабочей частотой и преобразуют его в треугольное напряжение несущей частоты, пропорциональной рабочей частоте

1 с коэффициентом пропорциональности. определяемым заданной зоной изменения сигнала управления, задают напряжение управления выходным напряжением инвертора и сравнивают его с вышеуказанным треугольным напряжением несущей частоты, в результате чего формируют основную последовательность прямоугольных импульсов и распределяют ее по вентилям инвертора, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и КПД

I асинхронного электропривода, задают напряжение, пропорциональное напряжению управления выходным напряжением инвертора, сравнивают его с вьппеуказанным треугольным напряжением

I несущей частоты, в результате чего формируют дополнительную последовательность прямоугольных импульсов и распределяют их по вентилям инвертора в соответствии с моментами времени, определяемыми выражениями

=0,8К 23!К, O где Х вЂ” угловая координата центра

Т импульса;

Х вЂ” угловая длительность имТ пульса — номер дополнительного импульса;

К вЂ” кратность частоты основной последовательности импульсов по отношению к рабочей частоте; — коэффициент заполнения основной последовательности импульсов, причем количество дополнительных импульсов, распределяемых на один вентиль, определяется в соответствии с выражением где И вЂ” количество импульсов

Т вЂ” угловой период несущей частоты.

1102013

SS напряжения.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано преимущественно на электроподвижном составе с тяговым асинхронным приводом.

Известен способ синусоидальной 5 широтно-импульсной модуляции, осуществляемый путем коммутации каждого плеча шестиплечного трехфазного . инвертора напряжения в течение всего периода инвертируемого напряжения с.

10 переменной длительностью импульсов в течение этого периода)13.

Недостатками данного способа являются повышенная установленная мощность ИН, увеличенные потери в них, а также необходимость в тиристорах с весьма малым временем выключения.

Для реализации способа необходима

I сложная, недостаточно надежная сис- . тема управления.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемо.му эффекту является cnoco6(2l, согласно которому задают напряжение управления рабочей частотой, преобразуют его в треугольное напряжение несущей, частоты, пропорциональной рабочей частоте с коэффициентом пропорциональности, определяемым заданной зоной изменения сигнала управления, за- 30 дают напряжение управления выходным напряжением инвертора и сравнивают

его с вышеуказанным треугольным напряжением несущей частоты, в результате чего формируют основную последо- З5 вательность прямоугольных импульсов и распределяют ее по вентилям инвертора. При поступлении импульсов на вентили инвертора происходит их замыкание, в результате чего осуществ- 40 ляется коммутация каждого плеча шестиплечного трехфазного инвертора в начале и в конце полупериода, а также в пределах электрических углов —, Я

Э 3 тотой с кратностью ее по отношению к инвертируемой К-ба(М вЂ” натуральный ряд чисел).

Регулирование напряжения осуществляется изменением относительной дли- S0 тельности импульса s кривой выходного напряжения и характеризуется величиной коэффициента заполнения

К = )-К вЂ” - .(1)

Т где Тя — длительность паузы, Т вЂ” период инвертируемого

Недостатком известного. способа является высокое напряжение S-ой и

7-ой гармоник в кривой инвертированного напряжения, в результате чего коэффициент пульсации электромагнитного момента составляет 10-207 . При низких инвертируемых частотах (ниже 10 Гц) пульсации момента не может быть сглажена инерцией ротора и связанных с ним жестко элементов привода, что особенно в случае резонанса, может привести к разрушению привода.

Недостатком способа является также снижение КПД асинхронной машины на

2"ЗЖ из-за потерь, определяемых гармониками тока.

Целью изобретения является повышение надежности асинхронного привода и улучшение его КПД.

Поставленная цель достигается тем, что задают напряжение, пропорциональное напряжению управления выходным напряжением инвертора, сравнивают его с вышеуказанным треугольным напряжением несущей частоты, в результате чего формируют, дополнительную последовательность импульсов и распределяют их по вентилям инвертора в соответствии с моментами времени, определяемыми выражениями

=u (1/1Ь+ 1/к+2 (У- )/K)

: Т . Х„=о,8К ь /К (2) . где Х вЂ” угловая координата центра импульса, Хв — угловая длительность импульса; - номер дополнительного импульса; — кратность частоты ocl новиой последовательности импульсОв по OT ношению к рабочей частоте

k . — коэффициент заполнения

3 основной последовательности импульсов, причем количество дополнительных импульсов, распределяемых на один вентиль, определяется в соответствии с выражением где,й - количество импульсов

Т„ — угловой период несущей частоты.

1102013

На фиг.1 представлена структурная схема устройства, реализующего предложенный способ на фиг.2 — диаг- З0 раммы фазного потенциала одной иэ фаз инвертора для двух значений

К=48 и К = 96.

Система управления содержит генератор 1 треугольного напряжения, фиксатор 2 кратности частот и элемент 3 сравнения, соединенные с пересчетной системой 4, которая, в свою очередь, соединена через выводы 5-7 соответственно с пофазными распределительными блоками 8-10.

Выводы 1 1-22 блоков 8-10 связаны с блоком 23 выходных усилителей сигналов управления главными и коммутирующими тиристорами инвертора. Эле- 45 мент 24 сравнения соединен каналом 25 со счетчиком 26, вход 27 которого связан с вторым счетчиком 28,а выход

29 счетчика 26 соединен с распредели- . телем 30, с которым связана пересчетная система 4 через выводы 5-7.

Выходы 31-33 распределителя 30 связаны с блоками 8-10 фаз. Внешние связи генератора 1 треугольного напряжения и элемента 3 сРавнения осу" ществляются посредством каналов

34 и 35, соответственно. Внутренние связи генератора 1 треугольного напряжения, фиксатора 2 кратности, элемен40

Таким образом, сущность предлагаемого способа заключается в том, что широтно-импульсное регулирование (ШИР) дополняют коммутациями, которые создают выемки на краях полупе,риода в кривой фазного потенциала. При этом количество и частота следования выемок на четверти периода определяются кратностью ШИР, ширина выемок про10

-порциональна коэффициенту заполнения: .ШИР. Количество дополнительных выемок на четверти периода зависит от сочетания кратности частоты ШИР и порядков исключаемых гармоник. В случае 15 исключения 5-ой гармоники при 64 К.460 требуется одна выемка, при 60 -K (120 две и т. д. Т.е. необходима одна выемка, если ее ширина при К = 1 не превосходит периода ШИР. Если же

20 требуемая ширина выемки превосходит период, но не более чем в два раза, необходимо две выемки и т.д.

Весьма важным признаком предлагаемого способа является регулирование ширины выемок пропорционально коэффициенту заполнения (2). та 3 сравнения и пересчетной системы 4 осуществляются посредством каналов 36-38..

Аналоговый сигнал 34 управления частотой поступает на генератор 1 треугольного напряжения 36, частота которого пропорциональна сигналу 34 и соответствует несущей. Рабочая частота определяется несущей и кратностью 36, величина которой изменя-. ется в функции управляющего сигнала

34 фиксатором 2 кратности, выходной сигнал 37 которого определяет коэффициент деления пересчетной системы 4, емкость счетчика 28 импульсов и постоянную времени генератора 1. Выходной сигнал 27 счетчика 28 определяет собой емкость счетчика 26, выходные импульсы 29 которого являются тактовыми импульсами формирования требуемого количества выемок. Распределитель 30 в зависимости от положения пересчетной системы 4 посылает полученные импульсы на управление соответствующими плечами инвертора по каналам .31-33.

Треугольное напряжение 36 подается на элементы 3 и 24 сравнения,где происходит сравнение сигнала 36 с аналоговым сигналом 35 управления коэффициентом заполнения импульсов выходного напряжения ИН. На выходе элементов 3 и 9 вырабатываются соответственно тактовые импульсы 38, 25 при этом последовательность 38 формирует обычный ШИР, а 25 предназначено для управления дополнительными коммутациями тирнсторов ИН, обес" печивающих требуемые выемки в выходном напряжении.

Пересчетная система 4 формирует трехфазную систему сигналов 5-7 обычного ШИР и определяет канал формирования выемки 31-33 дополнительных коммутаций. Обе системы сигналов поступают в блоки 8-10 фаз A,Â,С, где осуществляется формирование последовательностей импульсов управления главными тиристорами 11, 15, 19,. анодных групп, главными катодными

12, 16, 20, коммутирующими анодными

13, 17, 21 и коммутирующими катодными 14, 18, 22, В блоках 8-10 осуществляется также синхронизация этих последовательностей путем обеспечения требуемых временных задержек между ними. Полученные маломощные импульсы в блоке .23 усилителей согла110 2013

S суются по параметрам с требованиями надежного отпирания тиристоров ИН.

Указанные выше связи и блоки, необходимые для формирования дополнительных последовательностей импуль- 5 сов управления, с помощью которых обеспечивается наличие требуемых выемок и фаэных потенциалах на выходе ИН, на фиг.3 обозначены пунктиром.

При этом дополнительный элемент 24 сравнения обеспечивает пропорциональность длительности выемки коэффициенту заполнения, а дополнительная .пересчетная система (счетчики 26 и 28 и распределитель 30) — выбор места выемки на периоде в функции .кратности и плеча инвертора. Наложение основной и дополнительной последовательности осуществляется в zioгических фазных блоках.

Регулирование напряжения .двигателя в диапазоне частоты 1-12 Гц предложенным способом в зонах кратностей К 192,96, 48 позволяет в среднем уменьшить коэффициент гармоник тока двигателя в 1,7 раза, что уменьшает коэффициент пульсации момента примерно в 3 раза.

Так, при частоте 5 Гц (кратность

К 96) и регулировании напряжения способом 2,3 коэффициент гармоник тока двигателя составляет примерно 31%. Применение предлагаемого способа уменьшает коэффициент гармоник тока двигателя до 18%.

11020!3

4780/42 Тираж 667 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель А.Придатков

Редактор Т.Кугрышева Техред M. Надь, КорректорО. Билак