Способ регулирования частоты вращения трехфазного асинхронного электродвигателя

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах общепромышленных механизмов . Целью изобретения является улучшение энергетических показателей путем исключения асимметрии напряжения питания электродвигателя. При регулировании частоты вращения трехфазного асинхронного электродвигателя предлагаемым способом в обмотках статора формируется трехфазная система напряжений пониженной частоты, отличающейся от частоты питающей сети в целое число раз с порядком чередования фаз, соответствующим порядку чередования фаз модулирующего напряжения. При соотношении частоты сети и выходной частоты преобразователя 2п+1 обеспечивается внутрифазовая симметрия выходного напряжения (тока) при максимальном заполнении кривой выходного тока фаз обмоток электродвигателя. При этом улучшается гармонический состав кривой тока электродвигателя, уменьшается его нагрев при работе на пониженных частотах вращения за счет снижения амплитуды импульсов момента . Управление согласно способу позволяет исключить предшествующие и последующие трехфазному однофазные - режимы работы двигателя при работе на пониженных частотах вращения, что улучшает энергетические показатели электродвигателя, 7 ил. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„137620

А1 (504 Н02P 742

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЬ1ТИЙ

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4009804/24-07 (22) 05.11.85 (46) 23 ° 02.88. Бюл. Ф 7 (7l) Донецкий политехнический институт (72) E ° С.Траубе, А.А.Шавелкин и Ю.Н.Хохотва (53) 621.314.27-83 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 720662, кл. Н 02 Р 13/16, 1979.

Авторское свидетельство СССР

9 1026273, кл. Н 02 Р 7/42, )983. (54} СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ . ВРАЩЕНИЯ ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО

ЗЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах общепромышленных механизмов. Целью изобретения является улучшение энергетических показателей путем исключения асимметрии напряжения питания электродвигателя.

При регулировании частоты вращения трехфазного асинхронного электродвигателя предлагаемым способом в обмотках статора формируется трехфазная система напряжений пониженной частоты, отличающейся от частоты питающей сети в целое число раз с порядком чередования фаз, соответствующим порядку чередования фаз модулирующего напряжения. При соотношении частоты сети и выходной частоты преобразователя =1 /Е„ 2п+1 обеспечивается внутрифазовая симметрия выходного напряжения (тока) при максимальном заполнении кривой выходного тока фаэ обмоток электродвигателя.

При этом улучшается гармонический состав кривой тока электродвигателя, уменьшается его нагрев при работе на пониженных частотах вращения за счет снижения амплитуды импульсов момента. Управление согласно способу позволяет исключить предшествующие и последующие трехфаэному однофазные режимы работы двигателя при работе на пониженных частотах вращения, что улучшает энергетические показатели электродвигателя, 7 ил.

1376209

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах общепромьппленных механизмов.

Цель изобретения — улучшение энергетических показателей путем исключения асимметрии напряжения питания электродвигателя.

На фиг.1 показана структурная схема устройства., реализующего способ регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя; на фиг.2 — блок распределения импульсов управления; на фиг.3 — счетное уст- 15 ройство и формирователь импульсов запрета; на фиг.4 — блок задания и редукции частоты вращения; на фиг.5формирователь модулируницих напряже-, ний; на фиг.6 и 7 — временные диаг- 20 раммы напряжений и импульсов управления, иллюстрирующие способ регулирования частоты вращения, а также работу устройства, реализующего способ. 25

Устройства (фиг.1) содержит реверсивный тиристорный коммутатор, состоящий из пяти пар встречно-параллельно соединенных тиристоров 1-10, соединяющих выводы 11-13 фаз статор- 30 ной обмотки асинхронного электродвигателя 14 с клеммами 15-17 питающей сети так, что вывод 11 первой фазы статорной обмотки двигателя 14 через тиристоры 1 и 2 соединен с первой клеммой 15 питающей сети, причем к выводу li подключены катод тиристора 1 и анод тиристора 2. Вывод 12 второй фазы статорной обмотки двигателя 14 через тиристоры 5-8 соединен 40, с второй 16 и третьей 17 клеммами питающей сети так, что к выводу 12 подключены катоды тиристоров 5 и 7 и аноды 6 и Я, а к клемме 16 — катод тиристора 6 и анод тиристора 5, к. 45 клемме 17 — катод тиристора 8 и анод тиристара 7. Вывод 13 третьей фазы статорной обмотки двигателя 14 соединен через тиристоры 3, 4, 9 и 10 также с второй 16 и третьей 17 клеммами питающей сети, причем к выводу

13 подключены катоды тиристоров 3 и 9 и аноды тиристоров 4 и 10, а к клеммам 16 и 17 — соответственно катод тиристора 10 и анод тиристора 9.

Устройство содержит также блоки

18-20 импульсно-фазового управления, блок 21 распределения импульсов управления, блок 22 счетного устройства и формирования импульсов запрета, блок 23 задания и редукции частоты вращения, блок 24 формирования модулирующих напряжений, блок 25 реверса, блок 26 выходных усилителей. При этом блоки 18-20 системы импульсно-фазового управления первыми входами соединены соответственно с клеммами 15-17 питающей сети, вторые входы блоков 18-20 предназначены для подачи сигнала задания амплитуды, а выходы их подключены к соответствующим входам блока 21 распределения импульсов управления, управляющие входы и входы запрета которого соединены соответственно с первыми выходами блока 24 формирования модулирующих напряжений, с выходами блока 22 счетного устройства и формирования импульсов запрета °

Блок 23 задания и редукции частоты вращения соединен выходами с управляющими входами блока 24 модулирующих напряжений и блока 22 счетного устройства и формирования импульсов запрета ° Первый вход блока 23 соединен с одним из первых вьмодав блока 24, второй вход блока 23 предназначен для подачи сигнала saдания частоты, а третий вход блока

23 соединен с вторым выходом блока

24 формирования модулирующих напряжений, третий и четвертый выходы которого соединены соответственно с первым и вторым информационными входами блока 22 счетного устройства и формирования импульсов запрета.

Входы синхронизации блока 24 формирования модулирующих напряжений соединены соответственно с клеммами

15-17 питающей сети. Выходы блока 21 распределения импульсов управления соединены с входами блока 25 реверса, выходы которого соединены с выходами блока 26 выходных усилителей, выходы которого подключены к сост" ветствующим управляющим электродам тиристоров 1-10.

Блок 21 распределения импульсов управления (фиг.2) состоит из элементов 2И 27-33, элементов 2ИЛИ 34 и 35, 2И-2И-2ИЛИ 36, ЗИ-1И-2ИЛИ 37, 2И-2И-2ИЛИ 38, ЗИ-1И-2ИЛИ 39, ЗИ-2И2ИЛИ 40, 2И-1И-2ИЛИ 41, ЗИ-2И-2ИЛИ

42, 2И-1И-2ИЛИ 43, элементов 2И 4453.

1376209

Блок 22 счетного устройства и формирования импульсов запрета (фиг.3) состоит иэ счетчика 54 с дешифратором, RS-триггера 55, элементов ЗИЛИ

56 и 57, 4ИЛИ 58, элемента И2-2И2И-ЗИЛИ-HE 59, счетчика 60 с дешифратором, элементов 2И-НЕ 61 и 62, элементов 2И-2И-2И-ЗИЛИ вЂ” НЕ 63 и 64, Блок 23 задания и редукции частоты вращения (фиг.4 ) состоит из дифференцирующих цепочек 65 и 66, 10-канального коммутатора 67, элемента

ЗИ-ЗИ-ЗИ-ЗИ-ЗИ-ЗИ-ЗИ-ЗИ-ЗИ-ЗИ-10

ИЛИ-НЕ 68, счетчика 69 с дешифратором.

Блок 24 формирования модулирующих напряжений (фиг.5 ) состоит из компараторов 70-75 (70,72.,74 — неинвертирующие, 71, 73, 75 — инвертирующне) 1 элемента 2ИЛИ-HE 76, элемента 2ЙЛИ-2ИЛИ-2ИЛИ-6И 77, управляемого делителя 78 частоты, кольцевого распределителя 79, На фиг.1-7 обозначены сигналы задания частоты U, амплитуды U u

peaepca U< U АA»»UмВ Uмс модули рующие напряжейия; U,U,U и f „ фазные напряжения н частота питающей сети 0, U, U соответственно напряжения обмоток статора дви. гателя; Й„ Й вЂ” с — временные интервалы выходного напряжения низкой частоты (i — индекс соответствующего интервала); „- — импульсы запрета

» с индексом 1, соответствующим номеру тактового импульса на интервале

» » )1» )» ° ° ° » 31 сигналы» со

1 .3 5 7 23 ответствующие задаййому коэффициенту редукции частоты 2п+1; у - у — сигналы управления с индек10 сами, соответствующими номерам тиристоров (фиг.1); 11 »0,U — прямосА» сВ» сс угольные импульсы синхронизации, соответствующие напряжениям сети U д»

У»U.

Устройство, реализующее способ управления частотой вращения электродвигателя, работает следующим образом.

Каждому значению напряжения задания частоты 11 (положению коммутатора 67 блока 23 задания и редукции частоты соответствует фиксированный коэффициент снижения входной частоты ) . .На клеммы 15-17 подаются фазные напряжения питающей сети U, U,0 .ÊîìïàðàòoðàìH 70-75 блока 24 го напряжения сети снятие импульсов с выходов элементов 44-53.

30 Фазные напряжения сети подаются также на входы синхронизации блоков

18-20 импульсно-фазового управления, которые вырабатывают по две последо- . вательности импульсов, сдвинутых

35 на полпернода частоты сети, и реализуют принцип вертикального управления. Изменение фазы выходных импульсов осуществляется посредством управляющего напряжения U+ .

40 Выходные импульсы управления бло ков 18 и 20 через элементы 34 и 35 (фиг.2), где суммируются взаимойнверсные последовательности импульсов, в соответствии с модулирующим напря45 жением U><, 0„,<чepes блок 25 реверса и блок 26 выходных усилителей поступают на управляющие входы тирнсторов

1 и 2. Выходные импульсы блоков 18 и

20 поступают также на входы элемен50 тов И элементов 36 — 43 (фиг.2). С помошью элементов 28, 29 и 27 определяются интервалы, когда совпадают полярности модулирующих напряжений

1 м» и 11 1» 11 м и 11 c» U p>g н мс

Если полярности U„a и U различны» то импульсы унравлейия с выходов блока 19 через элементы 30 и 31 поступают на входы вторых . элементов И

25 формирования модулирующих напряжений (фиг.5 ) они преобразуются в систему прямоугольных импульсов 11 д, 11с А, Бс р, 11(8 Uc g 11 с-, соответствующих положительной полуволне фазных напряжений (U, О,U

11, U ). Здесь полученные сйгналы с, суммируются (на элементе 77) для получения сигнала частоты 6 f „, который поступает на вход управляемого делителя 23. Выходной сигнал делителя 78 6 f„ /U поступает на распределитель 79 с коэффициентом деления шесть, с выхода которого снимается три пары взаимоннверсных потенциальных логических модулирующих сигналов Б „,U,,U Б, 11„, »О, выходной частоты f > f< . Каждая пара модулирующих напряжений сдвинута во времени относительно друг друга на 1l3 периода выходной частоты Е .

В соответствии с модулирующими напряжениями в блоке 21 обеспечивается распрецеление импульсов по соответствующим каналам распределителя и циклическое с частотой выходно1376209 элементов 36-43. Если полярности

U и U различны,,а совпадают полярности Ugp и Upg,Ьюи Uecэ то соответствующие выходные импульсы блоков 185

20 суммируются на элементах 36-43 и через элементы 46-53 блоки 25 и

2& поступают на управляющие входы тиристоров У5, У7, У6, У8, УЗ, У9, У4, У10. При наличии сигнала ревер- 10 са Uð выходы элементов 46 - 53 меняются местами.

Снятие управляющих импульсов осуществляется в элементах 36-40,42 подачей сигналов нулевого уровня на вторые входы соответствующих элемен-. тов И. Эти сигналы (импульсы запрета) формируются в блоке 22 (фиг.3).

Счетчик 54 с дешифратором работает в режиме счета до шести, деля пери- 2р од выходного напряжения на шесть одинаковых интервалов, чему соответствуют последовательности импульсов d< на соответствующих i-ых выходах дешифратора. RS-триггер. 55 обеспечивает формирование импульса, соответствующего интервалу с1, поскольку каждый шестой импульс на входе счетчика устанавливает дешифратор в исходное — нулевое состояние. Выбор со" 3р ответствующего заданному значению интервала д осуществляется элементами 56 — 59, при этом на выходе элемента 59 появляется положительный уровень напряжения, воздействующий на вход R счетчика 60, разрешая тем самым счет тактовых импульсов U q.g.

При этом формируются ij-последовательности импульсов на соответствующих j-ых выходах дешифратора. для 40 каждого значения 1 с помощью элементов 61-64 осуществляется формирование импульса запрета, соот1J ветствующего.определенному временному интервалу.. 45

Синхронизация работы схемы с сетью осуществляется на первой рабочей частоте, на первом выходе ком" мутатора 67 (фиг.4 1 сигнал положительного уровня напряжения, который поступает на второй вход первого элемента.И элемента 68. Поскольку счетчик 69 с дешифратором до подачи импульса управления на тактовый вход находится в исходном состоянии, на первый вход первого элемента И элемента 68 также подан положительный уровень сигнала. При появлении короткого синхроимпульса с выхода дифференцирующей цепочки 65 на третьем входе первого элемента И элемента 68 на тактовом входе счетчика 69 появляется отрицательный короткий импульс, а на первом выходе дешифратора импульс, соответствующий

При изменении частоты вращения коммутатор переводится в следующее положение, и процесс формирования импульса, соответствующего заданному коэффициенту редукции, осуществляется аналогичным образом, Переход на каждую последующую частоту осуществляется по окончании периода предыдущей, чему соответствует короткий импульс с выхода дифференцирующей цепочки 66.

С помощью предлагаемого способа в обмотках статора формируется трехфазная система напряжений U,U@,U (фиг.6 и 7) пониженной частоты, отличающейся от частоты питающей сети в целое число раз с порядком чередования фаз, соответствующим порядку чередования фаз модулирующего напряжения. При выборе соотношения частот сети и выходной, равным 1 = f /f<

2п+1, обеспечивается внутрифазовая симметрия выходного напряжения (тока) при максимальном заполнении кривой выходного тока фаз обмоток двигателя.

При этом для достижения тех же электромагнитных моментов появляется возможность включать тиристоры на меньших углах отпирания, т.е. при меньших амплитудах импульсов тока, что благоприятно сказывается на гармоническом составе тока асинхронного двигателя, его нагреве и работе на пониженных частотах за счет снижения амплитуды импульсов момента, На участках кривой напряжения низкой частоты d,д . поочередное подключение фаз Ь и с обмоток статора соответственно к фазе В и С сети, тогда как первая фаза обмотки подключена к фазе А сети, позволяет исключить предшествующие и последующие трехфазному — однофазные режимы работы, что улучшает энергетические показатели работы электропривода.

Формула изобретения

Способ регулирования частоты вращения трехфазного асинхронного электродвигателя с реверсивным тиристорным коммутатором в статорной цепи на

1376209 десяти тиристорах, при котором для тиристоров формируют соответственно первое, второе и третье модулирующие напряжения понжкенной частоты, образующие трехфазную систему, соответствующую заданной частоте вращения электродвигателя, подают управляющие импульсы для тиристоров анодной группы при положительной полярности соответствующих модулирунлцих напряжений, а для тиристоров катодной группы при отрицательной полярности модулирующих напряжений, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с 15 целью улучшения энергетических показателей путем исключения асимметрии напряжения питания электродвигателя, частоту модулирующих напряжений задают в соотношении Г /Е =2п+1, где 2()

f — частота напряжения сети, а

n = 1,2,3..., синхронизируют начало положительной полуволны первого модулирующего напряжения по началу положительной полуволны напряжения 25 первой фазы сети, формируют первую и вторую последовательности импульсов, соответствующие положительной и отрицательной полуволнам для каждого из трех фазных напряжений сети, формируют управляющие импульсы для первого тиристора из первой и второй последовательностей импульсов соответственно первого и третьего фазных напряжений сети, для второго тиристора из второй и первой последовательностей импульсов соответственно первого и третьего фазных напряжений сети, сравнивают полярности второго и третьего модулирую щих напряжений, при несовпадении их формируют управляющие импульсы для третьего, восьмого, девятого, шестого тиристоров из первой последовательности импульсов, соответствующих 4„второму фазному напряжению сети, а для пятого, десятого, седьмого, четвертого тиристоров из второй после" довательности импульсов, соответствующих второму фазному напряжению сети, одновременно сравнивают полярности первого и второго модулирующих напряжений, при несовпадении их формируют дополнительные управляющие импульсы для четвертого и пятого тиристоров из первой последовательности импульсов соответственно первого и третьего фазных напряжений сети, для третьего и шестого тиристоров из второй последовательности импульсов соответственно первого и третьего фазных напряжений сети,срав-, нивают полярности первого и третьего модулирующих напряжений, при неI совпадении их формируют дополнитель- ные управляющие импульсы для десято-, го и седьмого тиристоров из первой последовательности импульсов соответственно первого и третьего фаэных напряжений сети, а для девятого

I и восьмого тиристоров иэ второй последовательности импульсов соответственно первого и третьего фаэных напряжений сети, причем для значений частот модулирующего напряжения, заданных соотношением f /й 6k 1, где k = 1,2,3..., при совпадении полярности первого и второго модулирующих напряжений определяют и исключают из управляющих первый импульс, соответствующий первой или второй последовательности импульсов соответственно для второго фазного напряжения сети, для значений час- тот, заданных соотношением Е И =

=6k+1, при совпадении полярностей второго и третьего модулирующих напряжений определяют первый импульс, соответствующий первой последовательности импульсов соответст венно первого фазного напряжения и исключают его из управляющих тиристоров в третьей фазе обмотки двигателя, для значений частот, в заданных соотношением И = 31, при совпадении полярностей первого и и третьего модулирующих напряжений определяют импульс с порядковым номером j (2k-l), соответствующий . первой или второй последовательнос ти импульсов соответственно для второго фазного напряжения сети, и исключают его из управляющих для тиристоров в третьей фазе обмотки двигателя,для перехода с одной фиксированной частоты вращения электродвигателя на другую определяют момент изменения полярности первого модулирующего напряжения и в этот момент изменяют значение частоты модулирующего напряжения.

1376209

1376209

1 376209

1376209

Составитель С.Позднухов

Редактор М.Бланар Техред А.Кравчук Корректор И.Шароши

Заказ 796/54 Тираж 583 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул. Проектная, 4