Способ регулирования частоты вращения электродвигателя переменного тока

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в общепромышленных механизмах. Целью изобретения является расширение диапазона регулирования частоты вращения электродвигателя переменного тока. С этой целью в способе регулирования частоты вращения электродвигателя переменного тока с помощью тиристоров 1-18 непосредственного преобразователя частоты осуществляют циклическую подачу напряжения питающей сети к фазам статорной обмотки электродвигателя 22 переменного тока через равные интервалы времени с последовательным сдвигом фазы подводимого напряжения на каждом интервале на угол 2П/3. Контролируют с помощью датчиков тока 25-27 токи в фазах статорной обмотки электродвигателя 22, определяют с помощью формирователя 24 сигнала отсутствия тока момент равенства тока во всех фазах нулю и осуществляют под действием сигнала с системы управления 23 одновременную подачу напряжения сети во все фазы статорной обмотки с прямым чередованием фаз питающей сети в диапазоне частот вращения от 0 до ω<SB POS="POST">он</SB> и с обратным чередованием фаз питающей сети в диапазоне частот вращения от *89о<SB POS="POST">он</SB> до 2 ω<SB POS="POST">он</SB>, где ω<SB POS="POST">он</SB> - частота вращения холостого хода. Регулирование величины питающего напряжения осуществляют изменением угла отпирания тиристоров 1-18. 5ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (д1) 4 Н 02 P 7/42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4207280/24-07 (22) 06.03.87 (46) 07.04.89. Бюл. № 13 (71) Белорусский политехнический институт (72) А.А. Семченко, С.Ю. Должников и Б.И. Фираго (53) 621.313.333.072,9(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1223323, кл. Н 02 Р 7/42, 1983.

Авторское свидетельство СССР № 1339864, кл. Н 02 P 7/42, 1986. (54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ

ВРАЩЕНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в общепромышленных механизмах. Целью изобретения является расширение диапазона регулирования частоты враще.ния электродвигателя переменного тока. С этой целью в способе регулирования частоты вращения электродвигателя переменного тока с помощью тиристоров 1-18 непосредственного преи <

„„ЯО„„НЛ 277 А1 образ ователя частоты осуществляют циклическую подачу напряжения питающей сети. к фазам статорной обмотки электродвигателя 22 переменного тока через равные интервалы времени с последовательным сдвигом фазы подводимого напряжения на каждом интервале на угол 24/3. Контролируют с помощью датчиков тока 25-27 токи в фазах статорной обмотки электродвигателя

22, определяют с помощью формирователя 24 сигнала отсутствия тока момент равенства тока по всех фазах нулю и осуществляют под действием сигнала с системы управления 23 одновременную подачу напряжения сети во все фазы статорной обмотки с прямым чередованием фаз питающей сети в диапазоне частот вращения от О до ц „ и с обратным чередованием фаз питающей сети в диапазоне частот вращения от

Ыон до 2аочф где ион частота вращения холостого хода. Регулирование величины питающего напряжения осуществляют изменением угла отпирания тиристоров 1-18. 5 ил. д С

1471277

Изобретение относится к электротехнике, а именно к области частотного управления электродвигателями переменного тока, и может быть использовано в электроприводе общепромьпп5 ленных механизмов.

Цель изобретения — расширение диапазона регулирования частоты вращения электродвигателя переменного тока.

На фиг. 1 приведена схема электропривода с 18-ти вентильным преобразователем (m = 3); на фиг. 2 — схема. системы управления электроприводом; на фиг. 3 — вариант исполнения устройства формирования сигнала отсутствия тока в фазах статорной обмотки электродвигателя; на фиг. 4 и 5 — временные диаграммы напряжений и сигналов, иллюстрирующие способ регулирования частоты вращения электродвигателя переменного тока, а также работу устройства, реализующего этот способ.

Устройство, реализующее способ регулирования частоты вращения электродвигателя переменного тока, содержит непосредственный преобразователь частоты, составленный из встреч- но-параллельно соединенных пар тиристорон 1-18, которые объединены в три группы 19-21 таким образом, что при одновременном включении всех тиристоров одной группы обеспечивается прямое подключение статора двигателя 22 к питающей сети, напряжения фаз которой сдвинуты между собой последовательно на угол 2 й/3.

Управляющие электроды тиристоров под-, ключены к выходам системы 23 управления, первые три входа которой соединены с фазами питающей сети,.а чет-: вертый - с выходом формирователя 24 сигнала отсутствия тока в статорной обмотке двигателя 22. Входы формиро- . вателя 24 подключены к датчикам 2527 фазных токов электродвигателя 22.

Система 23 управления содержит. системы импульсно-фазового управления (СИФУ) 28-30 (фиг. 2), блок 31 задания напряжения, блок 32 задания частоты вращения, преобразователь

33 напряжение-частота, кольцевой . регистр 34 сдвига, логические элементы И 2,35 и 36, логические эле- 55 менты ЗАПРЕТ 37 и 38, логические элементы ИЛИ 2 39 и 40, RS-триггер 41, .логические элементы.И 3 42-59, усилители-формирователи 60-77, элемент

78 задержки.

При этом первые входы СИФУ 28-30 соединены соответственно с фазами

А, В и С питающей сети, а вторые входы подключены к выходу блока 31 задания напряжения. Первый выход СИФУ

28 соединен с первыми входами элементов И 3 42, 48 и 54, второй выход

СИФУ 28 соединен с первыми входами элементов И 3 43, 49 и 55. Первый выход СИФУ 29 соединен с первыми входами элементов И 3 44, 50 и 56, а второй выход СИФУ 29 соединен с первыми входами элементов И 3 45, 51 и 57. Первый выход СИФУ 30 соединен с первыми входами элементов И 3, 46, 52 и 58, а второй выход СИФУ 30 соединен с первыми входами элементов

И 3 47, 53 и 59. Первый выход блока

32 задания частоты поцключен к входу преобразователя 33 напряжение— частота, выход которого соединен с входом кольцевого регистра 34 сдвига и с R-входом RS-триггера 41, Sвход которого подключен через элемент 78 задержки к выходу формирователя 24. Первый выхоД кольцевого регистра 34 сдвига соединен с вторыми входами элементов И 3 42-47. Второй выход кольцевого регистра 34 сдвига соединен с первым входом элемента

И 2 35 и прямым входом элемента ЗАПРЕТ 37. Третий выход регистра 34 соединен с первым входом элемента

И 2 36 и прямым входом элемента ЗАПРЕТ 38. Вторые входы элементов И 2

35 и 36, а также инверсные входы элементов ЗАПРЕТ 37 и 38 с.оединены между собой и подключены к второму выходу блока 32 задания частоты.

Выходы логических элементов 35 и 37 подключены соответственно к первому и второму входам элемента ИЛИ 2 39, выход которого соединен с вторыми входами логических элементов И 3

48-53. Выходы логических элементов

36 и 38 подключены соответственно к первому и второму входам элемента ИЛИ 2 40, выход которого соединен с вторыми входами элементов И .3 5459. Третьи входы логических элементов И 3 42-59 подключены к прямому выходу RS-триггера 41. Выходы элементов И 3 42-59 соединены соответственно с входами усилителей -формирователей 60-77, выходы которых со1471277

55 ответственно подключены к управляющим электродам тиристоров 1-18, Формирователь 24 сигнала отсутствия тока содержит формирователиограничители 79-81 (фиг. 3), входы которых соединены с выходами датчиков 25-27 тока, а выходы подключены соответственно с входами двухполупериодных вьп|рямителей 82-84, выходы которых соединены с входами логического элемента ИЛИ-НЕ 3 85.

Выход элемента 85 является выходом формирователя 24 сигнала отсутствия тока.

На фиг. 1-4 обозначены: U U

U — напряжения фаз питающей сети;

А, В, С-.фазы питающей сети; а, Ь, с — фазы статора двигателя ?2;

T> — сигнал .отсутствия тока в фазах

ДвигателЯ; I, I1, ip - выхоДные сигналы датчиков 25 в ; Х вЂ” логический сигнал задания диапазона ре.— гулирования скорости электропривода;

U — потенциальный сигнал задания скорости электропривода; Q< — выходной сигнал преобразователя 33 напряжение-частота; Q<, Q, Q+ — выходные сигналы кольцевого регистра 34 сдвига;.Яз, Q<; — выходные сигналы соответственно логических элементов

ИЛИ 2. 39 и 40; Q - — сигнал на прямом выходе R-S-триггера 41; Н, П, Бо — напряжения на фазах двигателя

22; Яв — сигнал на выходе элемента

78 задержки, — продолжительность единичных значений сигналов Q<...Q@, Способ осуществляется следующим образом.

Напряжения UA, Uz U питающей сети поступают на входы СИФУ 28-30, которые формируют широкие импульсы. управления тиристорами, длящиеся от момента открывания тиристора до момента перехода синусоиды напряжения данной входной фазы через ноль.

Передний фронт этих импульсов сдвигают относительно сетевого напряжения с помощью потенциального сигнала„ поступающего с блока 31 задания напряжения на вторые входы СИФУ 28-30. Сигналы на первых выходах СИФУ .

28-30 соответствуют положительным полуволнам сетевых напряжений и через соответствующие элементы И 3 и усилители-формирователи поступают на уп- равляющие электроды тиристоров, подключенных анодами к фазам питающей сети. Сигналы на вторых выходах

СИФУ 28-30 соответствуют отрицательным полуволнам сетевых напряжений и через соответствующие элементы И 3 и усилители-формирователи поступают на управляющие электроды тиристоров, подключенных катодами к фазам сети.

На вход кольцевого регистра 34 сдвига поступают с выхода преобразователя 33 напряжение-частота импульсы, частота которых определяется аналоговым выходным сигналом блока 32 задания частоты. Регистр

34 сдвига предварительно устанавливают в состояние, которому соответствуют потенциальные сигналы логического нуля на втором и третьем его выходах, Сигналы логической единицы на первом выходе регистра 34 сдвига разрешают при этом работу шестерки группы 19 тиристоров. Сигнал Х на втором выходе блока 32 задания частоты может принимать значение логической единицы, соответствующей диапазону регулирования скорости 0 (G3,( и значение логического нуля, оц соответствующее диапазону регулирования скорости он (о (- 2 он Рас смотрим работу устройства при Х

1 (фиг. 4) . В этом случае Оэ и Ч = Q с поступлением

5 4 очередного импульса Q< в момент времени t < состояние кольцевого регистра 34 сдвига изменяется и единичный потенциал переходит на второй выход, проходит через элементы 35 и 39 и поступает на вторые входы элементов 48-53, что соответствует включенному состоянию тиристорной группы 20. Одновременно с переключением регистра 34 сдвига выходной импульс блока. 33 устанавливает в нулевое состояние RS-триггер 41, находившийся до этого момента в единичном состоянии. Сигнал Я на прямом выходе триггера 41 принимает нулевое значение и запрещает прохождение управляющих импульсов на тиристоры 1-18. Однако ток протекающий

) по фазам статора двигателя 22 в течение интервала времени t<-t удерживает соответствующие тиристоры группы 19 в открытом состоянии. Для упрощения временных диаграмм, иллюстрирующих работу устройства, электродвигатель заменен активно-индуктив ной нагрузкой, угол еС открывания вен< тилей равен нулю. В момент времени, ток во всех фазах, двигателя 22

5 147 спадает до нуля и выходной сигнал

I блока 24 принимает единичное зйачение. Элемент 78 задержки сдви<гает передний фронт сигнала Х таким образом, что на интервале обеспечивается бестоковая пауза, достаточная для восстановления запирающих свойств тиристоров. В момент времени t выходной сигнал Q эле9 мента задержки принимает единичное значение и устанавливает RS-триггер

41 в единичное состояние. При этом сигнал Qg принимает единичное значение и разрешает поступление управляющих импульсов на тиристоры 1-18.

В соответствии с единичным значением сигнала открываются тиристоры группы 20 и по фазам электродвигателя 22 начинает протекать ток. В результате сигналы Х и Q принимают нулевые значения.

Формирователи-ограничители 79-81 служат для преобразования переменных несинусоидальных сигналов I,,Х1, Х в знакопеременные сигналы с нормированной амплитудой. Эти сигналы выпрямляются выпрямителями 82-84 и пос тупают на элемент ИЛИ-НЕ 3 85. Таким образом, выходной сигнал Х блока 24 принимает единичное значение только . при условии Iо = О, Ii, = О, Ig = О.

В случае Х = О (фиг. 5) обеспечиВ вается изменение порядка переключения вентильных групп, так как справедливо

Q = Q и Qб = Q . В остальном работа устройства не изменяется, Таким образом, система 23 управления обеспечивает циклическое переключение шестерок тиристоров и осущест-

- вляет раздельное управление ими. Шестивентильные группы 19-21 осуществляют соответственно три варианта подключения фаз сети к фазам статора электродвигателя 22: 1) А, В1., Cc 2) Ас В,», С, 3) Аь, Вс, С .

При Х = 1 сигналы Qz Q< и Q< при

: нимают единичные значения в последоBRTBJIbHOCTH Q - Qg — Qj — Qz - ° ° °, что обеспечивает последовательность переключения групп тиристоров 19-2021-19-... я, .следовательно, прямой порядок чередования фаз питающей сети. При Х = О сигналы Q<, Q . и Яа принимают единичные, значения в последовательности << -Ц -Я вЂ” Q--...., что обеспечивает последовательность переключения групп тиристоров 19-2120-19-... и, следовательно, обратный (2) 1277 6 порядок чередования фаз питающей сети. Среднее значение напряжения на двигателе регулируют посредством изменения угла р открывания тиристоров в соответствии с потенциальным выходным сигналом блока 31 задания напряжения. Продолжительность о работы одной тиристорной группы определяется частотой сигнала Q

При каждом очередном переключении тиристорных групп 19-21 фаза результирующего вектора напряжения на двигателе изменяется относительно фазы результирующего вектора напряжения питающей сети на -2«/3 при Х =

1 и на +2«/3 при Х = О.

3

После трех переключений тиристорных групп за интервал времени Зс этот фазовый сдвиг составит -2« при

Х = 1 и +2 Я при Х = О. Частота

3 3 вращения холостого хода электродвига.теля определяется частотой CD основ. ной гармонической составляющей напря 6 жения на статоре электродвигателя в соответствии с выражением < 2

Р Р АТ (1) и « где ЬС вЂ” фазовый угол, на который поворачивается результирующий вектор выходного напряжения за интервал времени оТ.

В случае электропривода, представленного на фиг. 1, интервалу времени

З6 Т = 3 о соответствует угол А у = ЗС Я<4

Ф 2Ф, где д< — частота питающей сети, знак — соответствует Х = 1, знак +

Х = О. Тогда справедливо

И<. 2« — 2«

Р " .3<.РП «ЗГР

В общем случае для произвольного числа т эквивалентных фаз сети, под ключаемых к одной фазе статора трехфазного двигателя, силовой вентиль;45 ный блок электропривода должен содержать 6m тиристоров, функционально ,объединенных в m вентильных групп по шесть тиристоров в каждой. Тогда .при очередном переключении вентильбо ных групп будет происходить фазовый сдвиг результирующего вектора напряжения на двигателе на +2«/т, где

-знак — соответствует 0(сд, Q „, а знак

+ соответствуетОО ((2цо, В сооточ

65. ветствии с (1) и по аналогии с (2) получим

2 «

CD =Я + (3) о О«: . Р,ш,<"

«

1471277

Если номинальное значение напряжения питания двигателя совпадает с напряжением сети, то при регулировании частоты вращения выше И „ перегру зочная способность быстро падает. По-5 этому данный электропривод целесообразно использовать в тех механизмах, где требуется значительная скорость быстрых перемещений при малом моменте нагрузки (например, в грузоподьемных механизмах при перемещении порожнего крюка).

Таким образом, предлагаемый способ позволяет расширить диапазон регулирования частоты вращения электродвигателя переменного тока с непосредственным преобразователем частоты при естественной коммутации вентилей и частоты питающей сети, равной номинальной частоте питания электродвигателя, за счет изменения порядка чередования фаз при циклическом подключении фаз сети к фазам статора двигателя.

Формула изобретения

Способ регулирования частоты вращения электродвигателя переменного тока с трехфазным непосредственным преобразователем частоты с естественной коммутацией в цепи статорной обмотки, при котором к фазам статорной обмотки электродвигателя циклически через равные интервалы времени подают напряжение питания, сдвигая его на каждом интервале последовательно на угол 2ii/3, изменяют углы открывания вентилей непосредственно=

ro преобразователя частоты, регулируя величину подводимого к фазам статорной обмотки напряжения, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования частоты вращения, контролируют токи в фазах статорной обмотки и в момент равенства токов во всех фазах нулю осуществляют одновременную подачу питающего напряжения на все фазы статорной обмотки, при этом в диапазоне частот вращения от нуля до cD питаюон щее напряжение подают с прямым чередованием его фаз относительно фаз статорной обмотки, а в диапазоне частот вращения oTCD „ до 263О„ изменяют порядок чередования фаз питающего напряжения относительно фаз статорной обмотки на обратное, где сд цчастота вращения холостого xîäà, определяемая из выражения

2 и

И он +Рш з где Я вЂ” частота вращения электро-двигателя; — средняя продолжительность интервала подводимого к одной из фаз статорной обмотки напряжения;

m — число эквивалентных фаз сети;

Р„ — число пар полюсов электродвигателя переменного тока.

1471277

) 47! 277 1 а

0г, Og

6у

Qgg б

Я о (77

"а

1471277

Составитель В. Тарасов

Техред Л.Олийнык Корректор И. Муска

Редактор Г. Гербер

Тираж 548

Подписное

Затсаз 1616/54

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР, 113035, Москва„ Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина,101

tt и