Электропривод переменного тока

 

ЭЛЕКТРОПРИВОД ПЕРЕМЕННОГОТОКА , содержащий трехфазный асинхронный двигатель, управляемый преобразователь , выполненньй на восьми тиристорах , соединенных силовыми вьшодами по два встречно-параллельно в четыре пары, два Датчика фазного тока, через первый из которых одна фазная обмотка статора подключена к одним выводам первой и второй пар тиристоров , через второй датчик фазного тока другая фазная обмотка статора подключена к одним выводам третьей и четвертой пар тиристоров, другие выводы каждрй из четырех пар тиристоров и третьей фазной.обмотки статора снабжены клеммами для подключения к сети, блок задания фазных токов, соответствующими выходами соединенньй с задающими входами регуляторов фазных токов, информационные входы которых соединены с выходами соответствующих датчиков фазных токов, блок формирования управляющих импульсов, отличающийся тем, что, с целью . повьппения надежности, в него введены блок раздельного задания режимов работы , блок переключения режимов работы ., блок управления очередностью коммутации тиристоров, восемь управляемых ключевых элементов, другие , вьюоды второй и третьей пар тиристоров соединены с вьюойами третьей фазной обмотки статора, управляющие электроды тиристоров через введенные управляемые ключевые элементы подключены к соответствующим вьрсодам блока формирования управляющих импульсов , входы которого соединены с соответствующими выходами блока переклю чекия режимов работы, входы которого соединены соответственно с выходами регуляторов фазных токов и с соответствующими вькодами блока раздельного задания режимов работы, два входа которого соединены соответственно с задающим входом и выходом регулятора скорости, управляющие входы восьми управляемых ключевых элементов соединены с соответствующими выходами блока управления очередностью коммута ции тиристоров, входы крторого соединены соответственно с выходами датчиков и блока задания фазных токов.

09) (и) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(51) Н 02 Р 7/42

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

По ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫтий селищ

""- ИяФ, „ описания изоБ яткНи

КЬ„у,. (21) 3575636/24-07 (22) 08.02.83 (46) 07.12.84. Бюл. Ф 45 (72) Е.С.Траубе, Б.Л.Коринев, В.Б.Потапов, С.С.Багдасарян, А.А.Шавелкин, Ю.Н.Хохотва и В.Л.Наконечный (71) Донецкий ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт (53) 62-83:621.313.3.07(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

)) 550752, кл. H 02 P 7/42, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

9 994249, кл. Н 02 Р 7/42, 1981 ° (54) (57) ЭЛЕКТРОПРИВОД ПЕРЕМЕННОГО °

Т0КА, содержащий трехфазный асинхронный двигатель, управляемый преобразователь, выполненный на восьми тиристорах, соединенных силовыми выводами по два встречно-параллельно в четыре пары, два датчика фазного тока, через первый из которых одна фазная обмотка статора подключена к одним выводам первой и второй пар тиристоров, через второй датчик фазного тока другая фазная обмотка статора подключена к одним выводам третьей и четвертой пар .тиристоров,. другие выводы каждой из четырех пар тиристоров и третьей фазной.обмотки статора снабжены клеммами для цодключения к сети, блок задания фазных токов, соответствующими выходами соединенный с задающими входами регуляторов фазных

;токов, информационные входы которых соединены с выходами соответствующих датчиков фазных токов, блок формирования управляющих импульсов, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повьппения надежности, в него введены блок раздельного задания режимов работы, блок переключения режимов работы, блок управления очередностью коммутации тиристоров, восемь управляемых ключевых элементов, другие выводы ВТороН и третьей пар тиристоров соединены с вывоДами третьей фазной обмотки статора, управляющие .электроды тиристоров через введенные управляемые ключевые элементы подключены к соответствующим выходам блока формирования управляющих импульсов, входы которого соединены с соответствующими .выходами блока переключения режимов работы, входы которого соединены соответственно с выходами регуляторов фазных токов и с соответствующими выходами блока раздельного задания режимов работы, два входа которого соединены соответственно с адающим входом и выходом регулятора скорости, управляющие входы восьми управляемых ключевых элементов соединены с соответствующими выходами блока управления очередностью коммута ции тиристоров, входы которого соединены соответственно с выходами датчиков и блока задания фазных токов.

1128362

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в тиристорных электроприводах с асинхронным электродвигателем с короткозамкнутым ротором для частотно- 5 го управления при низких скоростях вращения и амплитудного регулирования напряжения при высоких скоростях вращения, например, конвейеров.

Известен электропривод переменного тока, содержащий асинхронный электродвигатель, подключенный через датчик фазных токов к выходу управляемого тиристорного преобразователя, задатчик фазных токов, выходы которого 15 соединены с задающими входами регуляторов фазных токов, информационные входы которых соединены с выходами датчиков фазных токов, а выход — с управляющим входом тиристорного пре- 20 образователя (1) .

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является электропривод переменного тока, содержащий трехфазный асинхронный двигатель, управляемый преобразователь, выполненный на восьми тиристорах, соединенных силовыми выводами по два встречнопараллельно в четыре пары, два дат- 30 чика фазного тока, через первый из которых одна фазная обмотка статора подключена к одним выводам первой и второй пар тиристоров, через второй датчик фазного тока другая фазная обмотка статора подключена к одним выводам третьей и четвертой пар тиристоров, другие выводы каждой из четырех пар тиристоров и третьей фазной обмотки статора снабжены клемма- 40 ми для подключения к сети, блок задания фазных токов, соответствующими выходами соединенный с задающими входами регуляторов фазных токов, информационные входы которых соеди- 45 иены с выходами соответствующих датчИков фазных токов, блок формирования управляющих импульсов j2) .

Недостатком известного технического решения является низкая надежность работы на низких скоростях изза возникновения бестоковых пауз тока статора.

Целью изобретения является повышение надежности работы в зоне низких55 скоростей путем сокращения бестоковых пауз тока статора, а также при переходе в режим амплитудного регулирования напряжения при высоких скоростях вращения., Поставленная цель достигается тем, что в электропривод переменного тока, содержащий трехфазный асинхронный двигатель, управляемый преобразователь, выполненный на восьми тиристорах, соединенных силовыми выводами по два встречно-параллельно в четыре пары, два датчика фазного тока, через первый из которых одна фазная обмотка статора подключена к одним выводам первой и второй пар тиристоров, через второй датчик фазного тока другая фаэная обмотка статора подключена к одним выводам третьей и четвертой пар тиристоров, другие выводы из четырех пар тиристоров и третьей фазной обмотки статора снабжены клеммами для подключения к сети, блок задания фазных токов, соответствующими выходами соединенный с задающими входами регуляторов фазных то- . ков, информационные входы которых. соединены с выходами соответствующих датчиков фазных токов, . блок формирования управляющих импульсов, введены блок раздельного задания режимов работы, блок переключения режимов работы, блок управления очередностью коммутации THpHcvopoB ° восемь управляемых ключевых элементов, другие выводы второй и третьей пар тиристоров соединены с выводом третьей фазной обмотки статора, управляющие электроды тиристоров через введенные управ- ляемые ключевые элементы подключены к соответствующим выходам блока формирования управляющих импульсов, входы которого соединены с соответствующими выходами блока переключения ре-жимов работы, входы которого соединены соответственно с выходами регуляторов фазных токов и соответствующими выходами блока раздельного задания режимов работы, два входа которого соединены соответственно с.задающим входом и выходом регулятора скорости, управляющие входы восьми управляемых ключевых элементов соединены с соответствующими выходами блока управления очередностью коммутации тиристоров, входы которого соединены, соответственно с выходами датчиков и блока задания фазных токов.

На фиг, 1 приведена функциональная схема электропривода переменного тока; на фиг. 2 — формирование

11283 тока i низкой частоты и законы управления тиристорами, формирующими ток фазы двигателя (оь — углы управления тиристорами, Uq — напряжение управления в соответствующих фазах, gt - электротехническая временная ось).

Асинхронный двигатель 1 подключен двумя выводами фазных обмоток статора через соответствующие датчики 2 ,и 3 фазных токов статора к выходным зажимам управляемого преобразователя,выполненного на тиристорах 4-11, при этом тиристоры 4 и 6 подсоединены к одной фазе, а тиристоры 8 и 10—

15 к другой фазе статора двигателя.

Третий вывод обмотки статора электродвигателя подключен непосредственно к третьей фазе питающей се- 20 ти, между зажимом которой и выходными зажимами тиристоров 4,6 и 8,10 включены встречно-параллельно две пары тиристоров 5,7 и 9,11. Управляющие входы тиристоров через соответст- 25 вующие управляемые ключевые элементы 12-19 подключены к выходам блоков 20 и 21 формирования управляющих импульсов, входы KQTopbIK подключены к соответствующим выходам блока 22 З0 переключения режимов работы, входы которого соединены с выходами блока 23 раздельного задания режимов работы регуляторов 24 и 25 фазных токов статора и с выходами блока 26 З5 задания соответственно. Блок 26 задания включает в себя блок 27 задания фазных токов и регулятор 28 скорости, выход ко орого соединен с входом блока 27 и первым входом блока 23 раз- 40 дельного задания режимов работы, второй вход которого соединен с источником задания скорости, с которым соединен также задающий вход регулятора 28 скорости, информационный вход 45 которого соединен с выходом датчика 29 скорости, связанного с валом двигателя 1.-Задающие входы регуляторов 24 и 25 фазных токов соединены с соответствующими выходами бло- 50 ка 27, а их информационные входыс выходами датчиков 2 и 3 фазных то" ков статора. Управляющие входы управляемых ключевых элс-.ментов 12-19 подключены к соответствующим выходам блока 30 управления очередностью коммутации тиристоров, входы которого соответственно соединены с выхода62 4 ми блоков 27 и 28, а также датчиков 2 и 3.

Блок 22 переключения режимов работы содержит первую 31, вторую 32, третью 33, четвертую 34 и пятую 35 пары компараторов, два источника 36 и 37 опорных напряжений, пять управляемых ключевых элементов 38-42 компаратора блока 22, шесть согласующих усилителей 43-48, а также восемь диодов 49-56. Входы усилителей 43 и 48 образуют соответственно первый и второй входы блока 22, третий вход которого образован опорными входами пятой пары 35 компараторов, четвертый вход — управляющими входами управляемых ключевых элементов 38-42, а пятый вход — объединенными выводами управляемых ключевых элементов 38-41.

Выходы усилителей 43-48 через диоды 49-55 соответственно и через управляемые ключевые элементы 38-42 соединены с соответствующими входами четырех пар 31 и 32 компараторов, выходы которых образуют выходы блока 22.

Блок 23 раздельного задания режимов работы содержит усилитель 57, входной резистор 58 которого зашунтирован управляемым ключевым элЕментом 59, управляющий вход которого подключен к выходу элемента 60.дифференцирования, вход которого соединен с входом порогового элемента 61. Вывод входного резистора 58 образует первый вход блока 23, объединенные входы элементов 60 и 61 образуют второй вход блока 23, выход усилителя 57 .образует первый выход блока 23, вто рой и третий выходы которого образованы выходами элементов 60 и 61 соответственно.

1

Блок 30 управления очередностью коммутации тиристоров содержит блок 62 раздельного управления группами тиристоров, два логических элемента 2 ИЛИ 63 и 64, пять элементов НЕ 6569, пять элементов 2И-НЕ 70-74, семь элементов 2И 75-81. При этом четыре входа блока 62 образуют четыре входа блока 30, два из которых соединены с датчиками 2 и 3 фазных токов и соответствующими двумя выходами блока 27, вход элемента 65 объединен с одним входом элемента 64 и образует пятый вход блока 30, шестой вход которого образован соединенными между собой вторым входом элемента 64 и первым входом элемента 63, 1128362 второй вход которого соединен с выходом элемента 65. Выходы блока 62 соединены соответственно с входами элементов 66-69 и 77-79, одни входы элементов 72 и 73 соединены между 5 собой и с выходом элемента 68, один вход элемента 74 соединен с выходом элемента 69, один вход элемента 71 соединен с выходом элемента 67, один вход элемента 70 соединен с выходом

10 элемента 66, другие входы элементов 70-74 и 77-79 обьединены между собой и соединены с шестым входом блока 30, один вход элемента 80 соединен с выходом элемента 64, а другой — с выходом элемента 73,,одни входы элементов 75, 76 и 81 соедине. ны между собой и с входом элемента 63, другой вход элемента 81 — с выходом элемента 74, другой вход элемента 75 — с выходом элемента 71, другой вход элемента 76 — с выходом элемента 70. Выходы элементов 72 и

75-81 образуют соответственно восемь выходов блока 30.

Электропривод переменного тока функционирует следующим образом.

Импульсы управления на тиристо-, ры 5-10 поступают из блоков 20 и 21

ЗО формирования импульсов через управляемые ключевые элементы 12-19, управление которыми независимо и обеспечивает снятие (подачу) управляющих импульсов на соответствующий тиристор. Управляющие входы ключевых эле- >5 ментов 12-19 соединены с соответствующими выходами блока 30 управления очередностью коммутации тиристоров, который обеспечивает беспрепятственное прохождение сиг- 40 нала управления к ключевым элементам (сигнал разрешения или запрета)-от блока 62 раздельного управления группами тиристоров, в режиме преобразователя частоты. При этом обеспечива- 45 ется попеременное снятие (подача) управляющих импульсов с групп тиристоров 4,5 и 6,7, формирующих соответственно положительную и отрицательную полуволны тока одной из фаз статора электродвигателя, а также групп тиристоров 8q11 и 9,10, формирующих соответственно положительную и отрицательную полуволны тока другой фазы двигателя с частотой задания. Схема обеспечивает снятие импульсов управления с тиристоров 5, 7, 11 и 9, при этом на соответствующие входы управления ключевых элементов поступает сигнал запрета "0", и подачу импульсов управления на тиристоры 4, 6, 8 и 10, образующие схему несимметричного регулятора напряжения. При этом на входы управления соответствующих ключевых элементов поступает сигнал разрешения "1" в режиме регулятора напряжения.

Блок 30 обеспечивает снятие импульсов с неработающих тиристоров 611 силовой цепи и подачу импульсов управления на тиристоры 4 и 5, образующие схему однополупериодного вып- . рямителя с шунтирующим тирноторои при динамическим. торможении. Сигнал . запрета (разрешения) работы тиристоров 4 и 5 поступает с первого выхода блока 62 на вход элемента НЕ 68.

Инверсный сигнал с выхода элемен- > та НЕ 68 поступает на первые входы элементов 2И-НЕ 72 и 73. Сигнал запрета (разрешения) работы тиристоров 6.и 7 поступает с второго выхода блока 62 на первый вход элемента 2И 77 и вход элемента НЕ 69. Инверсный сигнал с выхода элемента НЕ 69 поступает на первый вход элемента 2И-HE 74. Сигнал .запрета (разрешения) работы тиристоров 8 и

11 поступает с третьего выхода блока 62 на первый вход элемента 2И 78 и вход элемента НЕ 67. Инверсный сигнал с выхода элемента НЕ 67 поступает на первый вход элемента 2ИНЕ 71. Сигнал запрета.(разрешения) работы тиристоров 9 и 10 поступает с четвертого выхода блока 62 на первый,вход элемента 2И 79 и вход элемента НЕ 66, Инверсный сигнал с выхода элемента НЕ 66 поступает на первый вход элемента 2И"НЕ 70. На вторые входы элементов 71-74 и 77-79 поступает сигнал с выхода блока 61.

Выходы элементов 72 и 77-79 соединены с управляющими входами управляемых ключевых элементов 12 и 15-17 тиристоров 4, 7, 9 и 11.

Выходы элементов 73, 74, 71 и 70 соединены с вторыми входами элементов 80, 81, 75 и 76 соответственно.

Первые входы элементов 81, 75 и 76 соединены с выходом элемента 2ИЛИ 63.

Выходы элементов 81, 75 и 76 соединены с управляющими входами управляемых ключевых элементов 13, 18 и 19 тиристоров 6, 8 и 10. Первый вход элемен-. та 80 соединен с выходом элемен

1128362 та 2ИЛИ 64. Выход элемента 80 соединен с управляющим входом управляемого ключевого элемента 14 тиристора 5.

Второй вход элемента 64 и первый вход элемента 63 соединены с выходом блока 61. Второй вход элемента 63 соединен с выходом элемента НЕ 65. Первый вход элемента 2ИЛИ 64 и вход элемента НЕ 65 соединены с выходом блока 60. 10

Блок 23 раздельного задания режимов работы осуществляет перестройку системы управления в соответствии с сигйалом Q задания частоты враP щения вала электропривода. 15

Блок 27 задания фазных токов. осуществляет формирование трех напряжений низкой частоты Ug Ug няющихся во времени по синусоидальному или близкому к синусоидальному 20 закону, образующих симметричную трехфазную систему напряжения, амплитуда и частота которых изменяется в соответствии с сигналом с выхода регулятора 28 скорости. Выход задания 25 на ток одной иэ фаз, например фазы Ц, поступает на второй вход регулятора 24 фазного тока, на первый вход которого поступает информация с датчика 2 фазного тока. 30

При использовании в блоках 20 и

21 формирования импульсов идентичных .между собой каналов управления, обеспечивающих вертикальный принцип управления, в которых в, качестве опорного З5 используется положительное линейноспадающее пилообразное напряжение, на первую и вторую пары 31 и 32 компараторов каналов управления тиристорами 5, 7, 9 и 11 введено отрица40 тельное напряжение смещения . U1, обеспечивающее работу этих тиристоров при отсутствии управляющего напряжения с блока эадатчика и регуляторов фазных токов как диодов.

На вторую и третью пары 33 и 34 компараторов каналов управления тиристорами 4, 6, 8 и 10 также введено отрицательное напряжение смещения U, достаточное для обеспечения включе-. ния соответствующих тиристоров 4, 6, 8 и 10 с .максимальным углом отпирания при положительном анодном напря.жении, до момента перехода кривой сетевого напряжения через "ноль". 55

Контроль наличия тока, протекающего в группах тиристоров, формирующих полуволну тока преобразователя частоты, а также моменты перехода кривой тока через "ноль", осуществляется посредством датчиков 2 и 3 фаэных токов. Выход датчика 2 соединен с первым входом блока 62, выход датчика 3 — с третьим входом блока 62.

Блок 62 обеспечивает раздельное управление парами тиристоров, формирующими положительную и отрицательную полуволны така нагрузки в соответствии с заданием на ток и наличием тока в одной из групп тиристоров.

Основные режимы работы электропривода переменного тока осуществляются следующим образом.

Режим пуска и работы на пониженных частотах вращения. Сигнал на выходе блока 61 соответствует логической единице. При этом на выходе элементов 63 и 64 независимо от сигнала на других входах имеется сигнал логической единицы. Сигнал логической единицы поступает на первые входы элементов 80, 81, 75 и 76, а также на вторые входы элементов 70-74 и

77-79. Таким образом, обеспечивается . прохождение сигналов с выхода блока 62 на управляющие входы управляемых ключевых элементов. Сигнал логической единицы с выхода блока 61 поступает также на вход управления коммутатора блока 22. При этом ключевые элементы 38-42 замкнуты в первом положении, и работа электропривода осуществляется в режиме преобразователя частоты. . Тиристор 4 первой фазы и тиристор 8 второй фазы формирует положительную полуволну напряжения фазы преобразователя (фиг. 2). Тиристор 6 в первой фазе,и тиристор 10 во второй фазе формируют отрицательную полуволну выходного, напряжения фазы преобразователя, т.е. работа ют как однофазные;однополупериодные реверсивные выпрямители. Тиристоры 5 и 7 в первой фазе и тиристоры 11 и 9 во второй фазе служат для поддержания непрерывности тока в обмотках двигателя в непроводящий для тиристоров преобразователя. период. Так, при формировании нарастающего фронта кривой полуволны тока i (фиг. 2) после достижения точки естественной коммутации тиристором 4 подаются управляющие импульсы на тиристор 5.

Тиристор 5 отпирается напряжением сети и запирает тиристор 4. При этом

11283 обмотки двух фаз двигателя зжкнуты накоротко тиристором 5, и в обмотках поддерживается ток прежнего направлений за счет электромагнитной энергии, занесенной в поле двигателя. Таким образом, в моменты времени, когда обмотки двигателя отключены от сети и замкнуты накоротко, ток в обмотке не успевает у асть до нуля.

Последующим включением тиристоров 4 и 5 формируется нарастающий фронт кривой полуволны тока.

Спадающий фронт кривой полуволны . тока формируется аналогично, но при этом вводится задержка включения 15 тиристора 5,. чем обеспечивается обмен электромагнитной энергией, запасенной в поле двигателя,и питающей сетью.

Так как спадание тока в обмотке обес печивается работой тиристора 4 при 20 отрицательной полуволне напряжения сети, а включение группы тиристоров, формирующих отрицательную полуволну тока, производится при отсутствии тока в предшествующей группе тиристо- 5 ров, то последним из работы должен выходить тиристор 4, что обеспечивается подачей отрицательного смещения и задержкой включения тиристора 5. . В Ре киме Регулятора напряжения 30 и в номинальном режиме электропривод работает следующим образом.

При превыиении сигналом Q+ задаР ния частоты вращения электропривода уставки блока 61, что соответствует

35 работе электропривода на частотах вращения, превышающих 0,1 номинальной частоты вращения, при частотном управлении и номинальном режиме сигнал на в де блока 61 соответствует логичес4 кому нулю. При разгоне и работе на постоянной скорости на выходе блока 60 также соответствует логическому нулю. При этом и сигнал на выходе элемента 64 соответствует логическому нулю и поступает на вход элемента 80. Сигнал на выходе элемента 63 соответствует логической единице и поступает на входы элементов 2И 81, 75 и 76.

Сигнал на вторых входах элементов 70-74 и 77-79 равен логическому

62 10 нулю, при этом на выходах элемен" тов 2И 77-79 сигнал логического нуля, а на выходах, элементов 70-74 — логической единицы. В результате сигнал логической единицы (разрешения подачи импульсов) поступает на входы управления ключевых элементов тиристоров 4, 6, 8 и 10. Сигнал логического нуля с выхода блока 61 поступает на вход управления коммутатора блока 22. Ключи 38-42 коммутатора блока 22 замкнуты во втором положении, и работа устройства осуществляется в режиме регулятора напряжения при частоте питающей сети. !

Режим торможения. Режим торможения электропривода осуществляется при изменении знака производной задания частоты вращения двигателя, сигнал на выходе блока 60 соответствует логической единице, сигнал

° на выходе элемента 64 — логической единицы, сигнал на выходе элемента 63 — логическому нулю. При этом обеспечивается подача сигнала разрешения на входы управления ключевых элементов тиристоров 4, 5 и подача сигнала запрета на остальные. Сигнал логической единицы с выхода блока 60 поступает на вход управления ключа 59, шунтирующего резистор 58, что соответствует режиму регулятора "динамическое торможение".

Ключи 38-42 блока 22 находятся во втором положении. Таким образом, обеспечивается режим динамического торможения с однополупериодным выпрямителем с использованием шунтирующего диода для поддержания непрерывности тока в обмотках статора двигателя.

Таким образом, применение изобретения позволяет получить в сравнительно простом электроприводе переменного тока плавный пуск при частном управлении электродвигателем,с заданными, динамическими, характеристиками за счет регулирования пускового момента двигателя вплоть до максимального, обеспечить устойчивую работу эйектропривода на пониженных частотах вращения от нуля вплоть до 0,1 номинальной.

1128362

1128362

Составитель И.Волошиновский

Техред О.Ващишина Корректор О.Тигор

Редактор В.Данко

ФИлиал ППП "Патент", r.ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 9081/42 Тираж 666 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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