Устройство для управления электроприводом переменного тока

 

Изобретение относится к электроприводам переменного тока. Целью изобретения является поёьшение точности , формирования мгновенных значений фазных токов. Устройство состоит из мостового инвертора 1 с блоком 9 управления. К выходу инвертора 1 подключены измерители тока 14, 15, выходы которых подключены к первым входам фазных регуляторов 6,7,8, Вторые входы фазных регуляторов соединены с выходами задатчиков 3, 4, 5 тока. Цель достигается тем, что в устройство введены задатчик 17 направления переключения ключей инвертора , три элемента ИЛИ 18, 19, 20 и три элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 2.1-, 22, 23. При этом первые входы элементов 21 , 22, 23 подсоединены к выходам соответствующих регуляторов 6, 7, 8, а вторые входы объединены и подключены к задатчику 17. Выходы элементов 21, 22, 23 подключены к первым входам элементов 18 19, 20, вторые входы которых объединены и подключены к задатчику 17. Выходы элементов 18, 19, 20 подключены к входам блока 9. 2 ил. (Л ю KD 1 ;о 4ib со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ 1224943 (я) 4 Н 02 P 7/42 5/34

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA

Д 1я(1 еь уц 1

Ц., ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ I

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3781826/24-07 (22) 16.08.84 (46) 15.04.86. Бюл. N- 14 (71) Научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт комплектного электропривода (72) А.Я.Аверин, В.Г.Гурьев, M.Ñ,Èãíàòîâ и В.П,Севастьянов (53) 621.313.333.072.9 (088.8) (56) Авторское свидетельство. СССР

У 614515, кл. Н 02 F 13/18, 1978.

Авторское свидетельство СССР

N- 1053251, кл, Н 02 P 7/42, 1980, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к электроприводам переменного тока. Целью изобретения является поВышение точности. формирования мгновенных значений фазных токов. Устройство состоит из мостового инвертора 1 с блоком 9 управления. К выходу инвертора 1 подключены измерители тока 14, 15, выходы которых подключены к первым входам фазных регуляторов 6,7,8.

Вторые входы фазных регуляторов соединены с выходами задатчиков 3, 4, 5 тока. Цель достигается тем, что в устройство введены задатчик 17 направления переключения ключей инвертора, три элемента ИЛИ 18, 19, 20 и три элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21-, 22, 23. При этом первые входы элементов 21, 22, 23 подсоединены к выходам соответствующих регуляторов

6, 7, 8, а вторые входы объединены и подключены к задатчику 17. Выходы элементов 21, 22, 23 подключены к первым входам элементов 18 19, 20, вторые входы которых объединены и подключены к задатчику 17. Выходы элементов 18, 19, 20 подключены к входам блока 9. 2 ил.

1224943 следующим образом.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для

УПравления электроприводами переменного тока с частотно-токовым управлением, и может быть использовано для регулирования тока в трехфазной обмотке электродвигателя, питаемого от мостового инвертора.

Целью изобретения является повышение точности формирования мгновенных значении фазных токов.

На фиг.l представлена функциональная схема устройства для управления электроприводом переменного тока; на фиг,2 — диаграммы, поясняющие его работу. устройство для управления электроприводом переменного тока содержит мостовой инвертор 1, снабженный силовыми выходами для подключения статорных обмоток электродвигателя 2, задатчики 3, 4 токов первой и второй фаз, формирователь 5 тока задания третьей фазы, входы которого подсоединены к выходам задатчиков 3, 4 токов первой и второй фаз, три фазных регулятора 6, 7, 8 тока, первые входы двух из которых б и 7 подсоединены к выходам затадчиков 4,3 токов первой и второй фаз соответственно, а первый вход третьего фазного регулятора

8 тоФа подсоединен к выходу формирователя 5 тока задания третьей фазы, блок 9 управления мостовым инвертором, снабженный фазными синхронизирующими вхоадми 10, 11, !2 и информационным входом 13, измерители 14, 15 токов первой и второй фаз, входы которых подсоединены к соответствующим силовым выходам мостового инвертора 1, формирователь 16 действительного значения тока третьей фазы, входы которого подсоединены к выходам измерителей 14, 15 тока первой и второй фаз, при этом выходы измерителей 14, 15 токов первой и второй фаз и выход формирователя 16 действительного значения тока третьей фазы подсоединены к вторым входам сооТ ветствующих фазных регуляторов 6, 7, 8 тока.

В устройство для управления электроприводом переменного тока введены задатчик 17 направления переключения ключей мостового инвертора 1, три элемента ИЛИ 18, 19, 20, и три элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21, 22, 23,, первые входы которых подсоединены

40 к выходам соответствующих фазных регуляторов 6, 7, 8 тока, а вторые входы объединены с информационным входом 13 блока 9 управления мостовым инвертором 1 и подключены к первому выходу задатчика 17 направления переключения ключей мостового инвер— тора 1. При этом выходы элементов

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21, 22, 23 подключены к первым входам соответствующих элементов ИЛИ 18, 19, 20, вторые входы которых объединены между собой и подключены к второму выходу задатчика 17 направления переключения ключей мостового инвертора 1, а выходы элементсв ИЛИ 18, 19, 20.- соответстВенно к фазным синхронизирующим

:входам 10, 11 12 блока управления мостовым инвертором 1.

В данном устройстве для управления электроприводом переменного тока процесс изменения фазных напряжений происходит при поочередном подключении фаэ электродвигателя сначала к одному, а затем к другому полюсу источника питания в определенной последовательности. При этом источник силового питания мостового инвертора оказывается исключенным из цепи спада (двигательный режим) или нарастания (генераторный режим) токов фаз. Фазные напряжения располагаются симметрично один относительно другого. При этом снижается темп изменения высокочастотной составляющей фазных токов и увеличивается ее частота, что приводит к уменьшению ампли гуды пульсаций и, следовательно, увеличению, точности регулирования мгновенного значения фазных токов.

Устройство для управления электроприводом переменного тока работает

3адатчики 3, 4 токов (фиг.)) первой и второй фаз формируют аналоговые сигналы задания токов двух первых фаз I> и 1,в (фиг.2, и, м) .

Ток задания третьей фазы I, (фиг.2,н) получается с помощью формирователя

5 тока задания третьей фазы. Напряжения, пропорциональные действительньтм значения токов двух первых фаз

I, и 1в (фиг,2, л, м) снимаются с измерителей 14 и 15 токов, а напряжение,, пропорциональное току третьей фазы 1, (фиг ° 2,, н) получается путем векторного сложения выходных напря1224943 4 жений измерителей 14 и 15 токов с помощью формирователя 16 действительного значения тока третьей фазы. Сигналы задания токов сравниваются с сигналами, пропорциональными действи- 5 тельным значения токов фаз на соответствующих фазных регуляторах 6, 7 и 8 тока, в результате чего на их выходах получают разностные прямоуГольные напряжения. В момент вре- 10 мени t, (в результате данного сравнения), выходы фазных регуляторов

6, 7 токов имеют единичное состояние (фиг.2, в, г), а выход фазного регулятора 8 тока — нулевое состояние 15 (фиг.2, д).

Первый выход задатчика 17 направления переключения ключей, представляющего собой тактовый генератор прямоугольных импульсов, имеет еди- 20 ничный уровень (фиг,2,б), который разрешает открываться ключам мостового инвертора 1, подсоединенным к отрицательному полюсу источника питания инвертора — U . Выходы элементов 25

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21,22 находятся в нулевом состоянии (фиг ° 2,ж.з) так как их оба входа имеют единичные уровни, а выход элемента ИСКЛ10ЧАЮЩЕЕ

ИЛИ 23 — в единичном состоянии 30 (фиг.2, к), так как его входы имеют различные состояния.

Блок 9 управления снабжен в каждой фазной цепи D-триггером. Их" синхронизируюшие входы образуют соот- 35 ветственно фазные синхренизирующие входы 10, 11, 12. Информационные входы D-триггеров объединены между собой и образуют информационный вход

13. Инверсные и прямые выходы D-триг-40 геров образуют выходы блока 9 управления, подключенные к управляющим входам мостового инвертора 1.

В рассматриваемый момент времени напряжения управления единичного уровня на выходах блока 9 управления держат открытыми ключи 24, 25, 26, а напряжение управления нулевого уровня держат закрытыми ключи 27, 28, 29. 50

При этом происходит нарастание токов в фазах электродвигателя 2: в фазе А — положительного знака (фиг,2, л), а в фазах В и С вЂ” отрицательного знака (фиг.2, м,н). В мо- 55 ме"; т вре ени t„ (фиг.2) сигнал отрицательной обратной связи по току Ig (фиг.2, л), пропорциональный действительному значению тока фазы А, пересиливает сигнал задания тока данной фазы ? и на выходе регулятора тока

6 напряжение становится нулевого уровня (фиг.2, в), которое в сочетании с единичным напряжением на втором входе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21 устанавливает на его выходе единичное напряжение (фиг,2, ж). Последнее передается через элемент ИЛИ 18 на вход 10 блока 9 управления и переключает его выходные напряжения фазы

А в соответствии с напряжением на его информационном входе 13. При этом ключ 24 закрывается, ключ 27 откры-. вается, а напряжение на фазе А изменяется от +U„ до -U„ (фиг,2,л).

Все ключи мостового инвертора 1, подсоединенные к отрицательному по; люсу источника питания, оказываются открытыми, и начинается процесс спада токов в фазах электродвигателя 2 (фиг.2, л, м, н).

В момент времени, (фиг.2) сигнал задания тока фазы А Х„ пересиливает сигнал обратной связи по току

I, (фиг.2,,) и выход регулятора тока

6 фазы А перебрасывается в единичное состояние (фиг.2, в), а выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21 — в нулевое состояние (фиг.2,ж). В момент времени t на первом выходе задатчика 17 направления переключения ключей мостового инвертора напряжение становится нулевым (фиг.2,б), которое разрешает открытие ключей, подсоединенных к положительному полюсу источника питания +U и в сочетании с выходными напряженими регуляторов 6, 7, 8 тока перебрасывает выходные напряжения элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21, 22 в единичное состояние (фиг.2, ж, э), а элемента

ИСКЛОЧАЮЩЕЕ ИЛИ 23 — в нулевое состояние (фиг.2,к), Выходное напряжение элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21, 22 передаются через элементы ИЛИ 18, 19, соответственно на фазные синхронизирующие входы 10, Il блока 9 управления и переключают его выходные напряжения А и В. При этом ключ 27 закрывается, а ключ 24 открывается, а напряжение на фазе А изменяется от -U„ po +П„ (фиг.2,л) . Ключ 25 закрывается, ключ 28 открывается, а напряжение на фазе В изменяется от

-U„ до +U„ (фиг.2, м). В фазах электродвигателя 2 ток нарастает. В мо12249АЗ мент времени „ Выросший сигнал об ратной связи по току 1 . фазь| В (фиг.2„ м) изменяет выходнсе состояние регулятора 7 тока на нулевое (фиг.2, г), KQTopoP изменяет ВыхОД-ное состояние элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ 22 на нулевое (фиг.?, з). В момент времени, сигнал обратной связи по току Х„. фазы С (фиг.2; н) пересиливает сигнал задания тока Т, данной фазы и перебрасывает Вь ход регулятора 8 тока в единичное состочние (фиг.2, д), которое устанав-. ливает выходное напряжение элемента

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ ЫЗ в единичное состочние (фиг.2, к), Последнее пере-" дается через элемент ИП1 на фазнь|й синхронизирующий вход 1? блока 9 управления и переключает его выходные напряжения фазы С. При этом ключ

26 закрывается, ключ ?9 открывается„ а напряжение на фазе С изме.ягтся от -U> до +11„ (фиг.2, н)., Все ключи мостового инвертора 1, подсоединенные к положительному полюсу источника питания, оказываются откры— тыми, и начинается процесс .пара токов в фазах электродвигателя 2

9 л9 мз н) В момент Времени : (фиг.2) сигнал задания тока 1; фазы С переси-ливает сигнал обратной связи по току

Iq (фиг.2. н) и выход регулятора 8 тока усrанавлинается В нулевое сос-. тояние (фиг,2,д), который изменяет напряжение.на выходе элемента ИСКЛЮ-ЧАЮЩЕЕ ИЛИ 23 в нулевое состояниз (фиг.2, K). В момент . -;ременв t Ia первом выходе з:-датчкка .17 н.апряжения переключения ключей мостовогз инвертора 1 напряженке стансвится единичным (фиг,,2,,6), которое разрешает Открытие кличей .1ОСT08oг0 инвертора 1 подсоединенных к отрицательному полюсу источника пита;-:,ия,. и устанавливает Выходные напряжениf. элементов ИСКЛОЧАЮЩЕЕ ИЛИ 22, 23 В единичное состояние (фиг,2, з,к)„ а элемент ИСКЛОЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21 — ь ну-левое состояние (фиг.2„ ж). Выход-ные напряжения элементов ИСКЛЮЧАК4ЦЕЕ

КПИ 22, 23 через элементы ИЛИ 19, 20 изменяют состояния Вьг одов блока

9 управления фаз В и С.

При этом ключ 28 закрывае" ñÿ, а ключ 25 открывается, а напряжение на фазе В изменяется от +11„ до -U„ (фиг.2,.м)., Ключ 29 закрывае -ce, клич

26 открывается, а напряжение на фазе

С изменяется or +У„ до -U. (фиг.2,Н).

В фазах электродвигателя 2 происходит нарастание токов.

В дальнейшем процессы происходят анало:-.Ично, Си палы (фиг.2,а), которь1е выдает эадат .ик . 7 направления пере:r-ичения ключей мостового инвертора, 1Г1 предназначены для принудительного включения ключей мостового инвертора

1. псдсоединенных к положительному или Отрицательному полюсу источника питания, если =-a Время от начала раз 5 решения до появления импульса с второго ВЪ1хода задатчика 17 регуляторы тока с, 7, 8 не произвели заданного и -=р еключения .

?б В известном устройстве для управления электроприводом переменного тока коммутация силовых ключевых элементов осуществляется под действием разности сигнала задания тока и действительнсго значения тока в каядой фазе независимо От цругих фаз.

В связи с этим частота переменной составляющей тока равна час".оте перел;.очения силовых ключевых элементов.

ЗО В предлагаемом устройстве для управления электроприводом переменнога тока переключения ключевых элеи:-нтов разных фаз согласованы один с,цругим и частота переменной составляющей тока В 2 раза выше частоты переклю ения ключевых элементов в сравнении с известным решением (фиг.2). ф1} Величина пульсаций тока определяеrñÿ темпом нарастания или спада тока и Временем этого нарастания или спада, = темп нарастания (спада) тока определяется при равных нагрузках величиной приложенног0 напряжения к фазам двигателя. При напря:яении источника питания мОстового . Нвертора U„ и мгновенном значении чинейной "..1ДС дви:гателя Е приложенД

:-;0e к фазе напряжение U при коммутации ключей мостового инвертора при работе электропривода в двига,"ельноь. режиме определяется для момепта нарастания тока выражением э J У = 1.1 — Е

As для момента спада

Е д

„,(В гечер"..roð÷îì режиме наоборот) .

1224943 устройство для управления электроприводом переменного тока, содержащее мостовой инвертор, снабженный выходами для подключения статорных обмоток электродвигателя, задатчики токов первой и второй фаз, формирователь тока задания третьей фазы, входы которого подсоединены к выхо- 4О дам задатчиков токов первой и второй фаэ, три фазных регулятора тока, первые входы двух из которых подсоединены к выходам задатчиков токов первой и второй фаз соответственно, а

Максимальная величина пульсаций тока pi, определенная при Е =0,5 Б„ записывается выражением

U Т

Л1 5

L 4 где Ь вЂ” индуктивность в цепи нарастания (спада)тока;

Т вЂ” период пульсаций тока.

Отсюда следует, что величина пуль- 1О саций тока снижается в два раза. в сравнении с известным решением (при одинаковой частоте), Если же частота пульсаций повышена в 2 раза, как в данном устройстве, то величина 15 пульсаций тока уменьшается в 4 раза °

Таким образом, введение в .устройство для управления электроприводом переменного тока задатчика направления переключения ключей мостового инвертора, трех элементов ИЛИ и трех элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ позволяет повысить частоту высокочастотных составляющих фазных токов в 2 раза и уменьшить их амплитуду в 4 паза в 25 сравнении с известным решением, благодаря чему повышается точность формирования мгновенных значений фазных токов °

Формула из о бр ет ения первый вход третьего фазного регулятора тока подсоединен к выходу формирователя тока задания третьей фазы, блок управления мостовым инвертором, снабженный фаэными синхронизирующими входами и информационным входом, измерители токов первой и второй фаз, входы которых подсоединены к сооветствующим силовым выходам мостового инвертора, формирователь действительного значения тока третьей фазы, входы которого подсоединены к выходам измерителей тока первой и второй фаз, при этом выходы измерителей токов первой и второй фаз и выход формирователя действи-. тельного значения тока третьей фазы подсоединены к вторым входам соответствующих фаэных регуляторов тока, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности формирования мгновенных значений фазных токов, введены задатчик направления переключения ключей мостового инвертора, три элемента ИЛИ и три элемента

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первые входы которых подсоединены к выходам соответствующих фазных регуляторов тока, а вторые входы объединены с информационным входом блока управления мостовым инвертором и подключены к первому выходу задатчика направления переключения ключей мостового инвертора, при этом выходы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подключены к первым входам соответствующих элементов ИЛИ, вторые входы которых объединены между собой и подключены к второму выходу задатчика направления переключения ключей мостового инвертора, а выходы элементов ИЛИ подключены к соответствующим фазным синхронизирующим входам блока управления мостовым инвертором.

1 224943 е44 ДУ

Составитель А.Жилин

Редактор Н,Швидкая ТехредИ.Попович Корректор i1.Иаксимишинец

Заказ 1960/55 Тираж 631 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, :.Ym ород, ул. Проектная, 4 л