Способ формирования гармонических токов в фазах частотно- управляемого электродвигателя и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к электротехнике . Целью изобретения является снижение электрических потерь за счет уменьшения числа переключения фаз двигателя при формировании требуемой кривой выходного тока. Указанная цель достигается введением в устройство для формирования гармонических то ков в фазах частотно-управляемого асинхронного двигателя фазорасщепителя 12, распределителя 13 сигналов управления и формирователя 14 импульсов управления для силовых вентилей преобразователя частоты 2. В процессе формирования тока в фазе электродвигателя 1 в течение каждой шестой части (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s1> 4 Н 02 P 7/42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ASTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4022485/24-07 (22) 17,02.86 (46) 23,02,88. Еюл. У- 7 (71) Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики при Томском институте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (72) А.1О.Рождественский, А.В.Федоров и В,Н.Черемисин (53) 62.83:621,313.333,072.9 (088.8) (56) Белоусов В.Е. и др, Система управления трехфазным инвертбром напряжения с формированием кривой выходного тока. Преобразовательная техника, Межвузовский сб. научи. трудов под ред. Грабовецкого Г.В. Новосибирск, 1977, с. 88-98.

Авторское свидетельство СССР

У 1083316, кл. Н 02 P 7/42, 1984.

ÄÄSUÄÄ 1376210 A 1 (54) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ГАРМОНИЧЕСКИХ ТОКОВ В ФАЗАХ ЧАСТОТНО-УПРАВЛЯЕМОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является снижение электрических потерь за счет уменьшения числа переключения фаз двигателя при формировании требуемой кривой выходного тока. Укаэанная цель достигается введением в устройство для формирования гармонических то ков в фазах частотно-управляемого асинхронного двигателя фазорасщепителя 12, распределителя 13 сигналов уп" равления и формирователя 14 импульсов управления для силовых вентилей преоб-разователя частоты 2. В процессе формирования тока в фазе электродвигателя 1 в течение каждой шестой части С

1376210 периода при достижении разностью заданного и измеренного токов порогового значения в каждую фазу поочередно. подключают положительное или отрица.тельное напряжение источника питания, При этом на период коммутации тока в одной фазе другую подключают постоянИзобретение относится к электро" технике, а именно к частотно-управляемому электроприводу, построенному на основе асинхронного двигателя и автономного инвертора напряжения, и 5 может быть использовано при решении задач формирования токов в фазах путем переключения вентилей инверторов, Цель изобретения — снижение электрических потерь путем уменьшения числа переключений фаз двигателя °

На фиг,1 представлена функциональная схема устройства частотно-управляемого злектропривода, реализующего предлагаемый способ формирования гармонических токов в фазах; на фиг.2 и 3 - диаграммы, поясняющие работу устройства, Усройствоэ выполненное на базе 20 асинхронного двигателя 1, содержит преобразователь 2 частоты (фиг.1) датчик 3 частоты вращения, установленный на валу асинхронного двигателя 1, блок 4 датчиков фазных токов, управляемый генератор 5 частоты и напряжения синусоидального сигнала, последовательно включенные блок 6 формирования зоны воспроизведения тока и блок 7 управления преобразователем 2 частоты, другие входы блока

7 управления соединены с выходами блока 4 датчиков фаэных токов, последовательно включенные источник 8 задающего сигнала, регулятор 9 часто- 35 ты вращения, формирователь 10 заданного тока и скольжения, блок 11 суммирования, другой вход которого объединен с другим входом регулятора 9 частоты вращения и подключен к выхо- 40 ду датчика 3 частоты вращения, при этом выход блока 11 суммирования подключен к входу управления по частоте но к положительному зажиму, а третьюк отрицательному зажиму источника питания. При этом число переключений при формировании токов равно 24m, где:

m - число фаэ .электродвигателя 1.

2 с.п. ф"лы, 3 ил. управляемого генератора 5 частоты и напряжения синусоидального сигнала, вход управления по напряжению которого подключен к другому выходу формирователя 10 заданного тока и скольжения, В устройство введены фазорасщепитель 12 с шестью выходами, распределитель 13 сигналов управления и формирователь 14 импульсов управления для силовых вентилей преобразователя частоты, выполненный на шести однотипных трехвходовых схемах 15-20, подключенных выходами к соответствующим управляющим входам преобразователя 2 частоты.

Управляемый генератор 5 частоты и напряжения синусоидального сигнала выполнен на двух постоянных запоминающих блоках 21 и 22 и двух цифроаналоговых преобразователях 23 и 24> аналоговые входы которых объединены и образуют вход управления по напряжению управляемого генератора 5.

Цифровые входы цифроаналоговых преобразователей 23 и 24 подключены к выходам соответствующих постоянных запоминающих блоков 21 и 22, входы которых объединены и образуют вхоц управления по частоте управляемого генератора 5.

Распределитель 13 сигналов управления выполнен на шести двухвходовых схемах И 25-30, шести тактируемых операционных усилителях 31-36 и трех суммирующих операциойных уси.лителях 37-39, выходы которых подключены к соответствующим управляющим входам блока 6 формирования зоны воспроизведения тока, Первые входы двух входовых схем И 25-30 подключены к соответствующим выходам фазорасщепителя 12 ° Вторые входы схем И 25-27

1376210 подключены соответственно к четвертому, пятому и шестому выходам фазорасщепителя 12, вторые входы схем

И 28-30 подключены соответственно к первому, второму и третьему выходам

5 фазорасщепителя 12. Выходы схем И

25-30 соединены с инверсными входами соответствующих тактируемых операционных усилителей 31-36. Прямые входы усилителей 31, 33 и 35 объединены между собой и подключены к выходу цифроаналогового преобразователя 23, прямые входы усилителей 32, 34 и 36 объединены между собой и подключены к выходу цифроаналоговоro преобразователя 24. Выходы усилителей 31 и 34 подключены к входам суммирующего усилителя 37, выходы усилителей 32 и 35 — к входам суммирующего усилителя 38, а выходы усилителей 33 и 36 — к входам суммирующего усилителя 39 °

Первые входы трехвходовых схем

15-20 формирователя 14 импульсов управления попарно объединены и подключены к соответствующим выходам блока 7 управления преобразователем

2 частоты. Вторые входы трехвходовых схем 15-20 подключены к выходам соот- 30 ветствующих двухвходовых схем И 2530 распределителя 13 сигналов.уп равления. Третьи входы трехвходовых схем 15-20 подключены к соответствующим выходам фазорасщепителя 12.

Надиаграммах (фиг.2 и 3)обозначены

35 напряжения 40 и 41 на выходах цифроаналоговых преобразователей 24 и 23 соответственно, управляемого генератора 5 частоты и напряжения, при этом диаграмма 40 представляет собой часть синусоиды 0-60 эл,град., а диаграмма 41 - часть синусоиды 120—

180 эл. град. с периодом повторения

60 эл.град,, ток 42, фазы асинхрон- 45 ного двигателя 1, выходные сигналы

43-48 формирователя 14 импульсов управления силовыми вентилями преобразователя 2 частоты, моменты 4953 времени соответственно для 0,60, 120,180 и 360 эл.град. периода выходного тока одной фазы, основные сигналы 54-56, на выходах фазорасщепителя 12, сигналы 57-62, на выходах двухвходавых схем И 25-30, длительностью 60 эл.град., сдвинутых один

55 от другого на 60 эл,град,, сигналы

63-65 на выходах суммирующих операционных усилителей 31-33, сигналы

66-68 на выходах блока 7 управления преобразователем 2 частоты.

Способ формирования гармонических токов в фазах частотно-управляемого электропривода осуществляют следующим oбразом, Формируют последовательность им". пульсов включения и выключения вентилей в каждой фазе раздельно в моменты достижения заданного уровня разности сигналов выходного и заданного модулирующего токов, причем модулирующий сигнал задает форму выходного тока, формируют для всех фаэ одновременно модулирующий сигнал в виде двух частей синусоиды 0-,60 эл. град. (диаграмма 40, фиг,2) и 120180 эл,град. (диаграмма 41, фиг,2), первую из которых используют для формирования модулирующего сигнала в каждой фазе на интервале 0-60 эл. град. периода выходного тока этой фазы, а вторую используют для формирования модулирующего сигнала в каждой фазе на интервале 120-180 эл. град. периода выходного тока этой фазы. В течение каждой шестой части . периода выходного тока одну фазу, имеющую экстремальное (положительное или отрицательное)значение, непрерывно подключают к соответствующему (положительному или отрицательному) зажи-. му источника питания (диаграммы 42 и 43, интервал 50-51), причем в ка -: честве непрерывно подключаемой фазы поочередно через шестую часть периода используют каждую из фаз нагрузки.

Фазу, отстающую на 120 эл.град.от фазы, имеющей экстремальное значение, переключают в течение указанной шестой части периода от одного зажима источника питания к другому (диаграммы 45 и 46, интервал 50-51), а фазу, опережающую на 120 эл.град,, фазу, имеющую экстремальное значение, подключают в течение указанной шестой части периода к зажиму, противоположному непрерывно подключенной фазы (диаграмма 48, интервал 50-51)

Устройство для реализации предлагаемого способа работает следующим образом, На первый вход регулятора 9 частоты вращения (фиг.1) поступает сигнал задания частоты вращения от источника 8 задающего сигнала. На второй вычитающий вход регулятора 9 частоты вращения поступает сигнал с им1376210 где П аП—

5 пульсного датчика 3, при этом на выходе регулятора 9 формируется сигнал, пропорциональный отклонению частоты вращения асинхронного двигателя 1 от заданного значения. Полученный сигнал преобразуется в формирователе 10 в два сигнала, Один из них, являющийся заданным значением тока двигателя, поступает .на входы цифроаналоговых преобразователей 23 и 24 управляемого генератора 5 частоты и напряжения синусоидального сигнала, другой сигнал, соответствующий требуемому скольжению асинхронного двигателя I складывается в бло- . ке 11 суммирования с сигналом текущего значения частоты вращения и поступает на входы по частоте постоянных запоминающих блоков 21 и 22 управляе" 20 мого генератора 5 частоты и напряжения синусоидального сигнала. C выходов цифроаналоговых преобразователей

24 и 23 поступают две последовательности сигналов 40 и 41 (фиг.2) с пе- 25 риодом повторения 60 эл,град., одни из которых (сигналы 40) представляют собой синусоидальные сигналы на интервале 0-60 эл,град., а другие (сигналы 41) — синусоидальные сигна

30 лы на интервале 120-180 эл.град.

Указанные сигналы поступают на входы операционных усилителей 3136 с единичным коэффициентом передачи, а на другие их входы поступают сигналы 57-62 (фиг.3) с выходов схем И 25-30, сформированные с помощью фазорасщепителя 12, который синхронизируется сигналом с выхода блока 11 суммирования ° Полученные с выходов операционных усилителей

31-36 сигналы управления объединяются с помощью суммирующих операционных усилителей 37 и 39 в трехфазные модулирующие сигналы 63-65 (фиг.3), которые поступают в блок 6 формирования зоны воспроизведения тока, в ко» тором преобразуются в соответствии с алгоритмом: (П, + D U„} sinNt + dU, амплитудное значение модулирующего сигнала; отклонение амплитудного значения модулирующего сигналами начальное значение модулирующего сигнала.

С выходов блока 6 формирования зоны воспроизведения тока преобразованные модулирующие сигналы поступают в блок 7 управления преобразователем 2 частоты, где они сравниваются с текущими значениями токов фаз двигателя 1, поступающих с блока 4 датчиков тока. При этом на выходах блока 5 управления преобразователем

66-68 частоты формируются импульсные последовательности (фиг,3) и инверсные им.

Формирование импульсов управления силовыми вентилями преобразователя

2 частоть| производится в формирователе 14 импульсов управления при поступлении на входы трехвходовых логических схем 15-20 сигналов с выхода фазорасщепителя 12 (диаграммы 5456, фиг.3, и инверсные им), сигналов с двухвходовых схем И 25-30 (диаграммы 57-62), сигналов 66-68 и инверсных им с выходов блока 5 управления преобразователем частоты.

При этом на выходе формирователя 14 импульсов управления формируются сигналы 43-48 (фиг.2) ° ак, например, формирование импульсов управления первым силовым вентилем преобразователя

2 частоты производится на логической схеме 15 при поступлении íà ее входы сигналов 54, 62 и 66 (фиг.3).

Формирование импульсов управления третьим и пятым вентилем преобразователя 2 частоты осуществляется аналогично. Формирование импульсов управления вторым силовым вентилем преобразователя 2 частоты производится на логической схеме 16 при поступлении на ее выходы сигналов

54, 59 и 66. Формирование импульсов управления четвертым и шестым вентилем преобразователя 2 частоты осуществляется аналогично, Форма тока в одной фазе асинхронного двигателя 1 приведена на фиг.2 (диаграмма 42).

Предлагаемый способ формирования тока в фазах частотно-управляемого электропривода позволяет снизить потери, так как формирование тока в фазах двигателя осуществляется одновременно во всех трех фазах в течение шестой части периода выходного тока, при этом одну фазу подключают непрерывно к одному из зажимов источника питания, другую фазу переключают от одного зажима источника питания к другому, а третью фазу подключают к за"1376210

n= 18m, где ш — число переключений силовых вентилей в течение шестой части периода одной фазы к

Одному из зажимов источника питания.

Таким образом, в сравнении с известным способом формирования тока, обеспечивающим число переключений

n = 24ш, предлагаемый способ характеризуется их уменьшением, а следовательно, и снижением электрических потерь в системе иреобраэователь частоты — асинхронный двигатель.

30

Формула изобретения

Способ формирования гармонических токов в фазах частотно-управляемого электродвигателя путем периодического подключения фаз к разнополярным питающим напряжениям по результатам сравнения заданного и измеренного токов, эакпючающийся в

45 том, что в зависимости от требуемого направления тока в каждой из фаэ в каждом полупериоде изменения тока на интервале 120-180 эл.град. подключают фазу двигателя к питакщему напряжению одной полярности, измеряют ток в указанной фазе, сравнивают его с заданным током, представленным в виде отрезка синусоиды на интервале 120-180 эл.град,, и в мо» мент достижения разности измеренного и заданного токов величины, равной пороговой величине, полярность кото" жиму источника питания, противоположному непрерывно подключенной фазы.

Вследствие такого управления только в одной фазе осуществляется двуполярная модуляция напряжения, характери5 зукщаяся максимальным числом переключений силовых вентилей (для заданной зоны воспроизведения тока

d I) ° В другой фазе осуществляется однополярная модуляция напряжения, характеризующаяся в два раза меньшим числом переключений силовых вентилей, и в третьей фазе отсутствует мОдуляция напряжения и следОВатель но, потери на переключение силовых вентилей. Общее число переключений силовых вентилей всех фаз в течение периода выходного тока определяется следующим выражением: 20 рой совпадает с указанной полярностью питающего напряжения, переключают фазу двигателя к питающему напряжению противоположной полярности, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью снижения электрических потерь в электродвигателе за счет уменьшения числа переключений его фаз, в каждой фазе в каждом полупериоде на интервале изменения тока 0-60 эл.град. под" ключают фазу к напряжению первоначально указанной полярности, измеряют ток в указанной фазе, сравнивают его с заданным током, представленный в виде отрезка синусоиды на интервале

0-60 эл.град, и в момент достижения разностью измеренного и заданного токов величины, равной пороговой величине первоначально укаэанной полярности, отключают фазу от питающего напряжения, а в момент достижения разностью измеренного и заданного токов величины, равной пороговой величине противоположной полярности, вновь подключают фазу к питающему напряжению первоначально указанной полярности, при этом на интервале изменения тока в каждой фазе в каждом полупериоде 60-120 эл.град,подключают фазу постоянно к питающему напряжению первоначально укаэанной полярности

2, Устройство для формирования гармонических токов в фазах частотноуправляемого электродвигателя, содержащее преобразователь частоты, снабженный выводами для подключения к электродвигателю, датчик частоты вращения ротора электродвигателя, блок датчиков фазовых токов, управляемый генератор частоты и напряжения синусоидального сигнала, последовательно включенные блок формирования зоны воспроизведения тока и блок управления преобразователем частоты, другие входы блока управления соединены с выходами блока датчиков фазных токов, последовательно включенные источник задающего сигнала, регулятор частоты вращения, формирователь заданного тока и скольжения и блок суммирования, другой вход которого объединен с другим входом регулятора частоты вращения и подключен к выходу датчика частоты вращения, .при этом выход блока суммирования подключен к входу управления по частоте управляемого генератора час1376210

10 тоты и напряжения синусоидального сигнала, вход управления по напряжению которого подключен к другому выходу формирователя заданного тока и скольжения, о тл ич аю ще е с я тем,что с целью снижения электрических потерь в электродвигателе за счет уменьшения числа переключения его фаз, введены фазовращатель с шестью выходами, распределитель сигналов управления и формирователь импульсов управления для силовых вентилей преобразователя частоты, выполненный с тремя группами Входов подключенный выходами к соответствующим управляющим входам преобразователя частоты, управляемый генератор частоты и напряжения синусоидального сигнала выполнен на двух постоянных запоминающих блоках и двух цифроаналоговых преобразователях, аналоговые входы которых объединены и образуют вход управления по напряжению управляемого генератора, цифровые входы цифроаналого- 25 вых преобразователей подключены к выходам соответствующих постоянных з апо минающнх блоков, входы ко торых объединены и образуют вход управле" ния по частоте управляемого генера- gp тора частоты и напряжения синусоидального сигнала, при этом распределитель сигналов управления выполнен на шести двухвходовых схемах И, шестти тактируемых операционных усилите- 35 лях и трех суммирующих операционных усилителях, выходы которых подключены к соответствующим управляющим входам блока формирования зоны воспроизведения тока, первые входы шести двухвходовых схем И подключены к соответствующим выходам фазораспре.— делителя, вторые входы первой, вто" рой и третьей двухвходовых схем И подключены соответственно к четвертому, пятому и шестому выходам фазорасщепителя, а вторые входы четвертой, пятой и шестой двухвходовых схем И подключены соответственно к первому, второму и третьему выходам фазорасщепителя, выходы двухвходовых схем И соединены с инверсными входами соответствующих тактируемых операционных усилителей, прямые входы первого, третьего и пятого тактируемых операционных усилителей объединены между собой и подключены к выходу первого цифроаналогового преоб- разователя, а прямые входы второго, четвертого и шестого тактируемых единичных операционных усилителей объединены между собой и подключены к выходу второго цифроаналогового преобразователя, выходы первого и четвертого тактируемых операционных усилителей подключены к входам первого сум-. мирующего операционного усилителя, выходы второго и пятого тактируемых операционных усилителей подключены к входам второго суммирующего операционного усилителя, а выходы третьего и шестого тактируемых операционных усилителей — к входам третьего суммирующего операционного усилителя, первая группа входов формирователя импульсов управления для силовых вентилей преобразователя частоты подключена к соответствующим выходам блока управления преобразователя частоты, вторая группа входов названного формирователя подключена к выходам соответствующих двухвходовых схем

И распределителя сигналов управления, а третья группа входов названного формирователя подключена к соответствующим выходам фазорасщепителя.

1376210

1376210

Составитель А,Жилин

Техред А.Кравчук

Корректор М. Пожо

Редактор М.Бланар

Заказ 796/54

Тираж 583

1 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