Электропривод переменного тока

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления трехфазными асинхронными электродвигателями общепромышленного назначения. Целью изобретения является повышение точности регулирования частоты вращения и расширение области применения за счет обеспечения реверса без переключения в силовых цепях. Электропривод содержит электродвигатель 1, тиристорный мост 2, дроссель 3, блок 11 синхронизации, выполненный на двух коммутаторах 5 и 6, компаратор 7, управляемый делитель 8 частоты, распределитель 9 импульсов, формирователь 10 импульсов, цифровой задатчик 11 частоты и направления вращения, блок 12 фазосмещения с задатчиком 13 уставки, блок 14 усилителей сигналов управления. Работа электропривода основана на том, что путем коммутации по определенному закону обмоток статора электродвигателя 1 обеспечивается вращение ротора с частотой, меньшей ее номинального значения, определяемой по одному из выражений F=1/6M-1FH

F=1/2FH

F=1/6M+1FH, где M=1,2,3,4...,FH-номинальная частота, причем в последнем случае порядок чередования фаз питающего двигатель напряжения оказывется обратным по отношению к первым двум, т.е. осуществляется реверс двигателя. Электропривод обеспечивает также достаточно широкий набор дискретных значений частот вращения электродвигателя 1 и плавный переход между ними. 5 ил.

СООЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„14941

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

6CKCII; а ° ° ю»

I 1

cv s

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4249112/24-07 (22) 26.05.87 (46) !5,07.89. Бюл. Р 26 (7 1) Государственный научно-исследовательский энергетический институт им. Г.М.Кржижановского (72) Л.Р.Волков, А.К.Тарасов и Г.Б.Черников (53) 621.314.27 (088 ° 8) (56) Фираго Б.И. и др. Тиристорные циклоконверторы. — Минск.: Наука и техника, 1973, с ° . 18.

Авторское свидетельство СССР

Р 1220081, кл. Н 02 M 5/27, 1984. (51)4 Н 02 Р 7/42 Н 02 М 5 27

2 (54) ЭЛЕКТРОПРИВОД ПЕРЕЖННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления трехфазными асинхронными электродвигателями общепромышленного назначения. Целью изобретения является повышение точности регулирования частоты вращения и расширение области применения эа счет обеспечения реверса без переключения в силовых цепях. Электропривод содерхит электродвигатель 1, тиристориый мост 2, дроссель 3, блок 11 синхронизации, выполненньй на двух кои1494192

1 выражений f

6ш-1

fit! f f H

1 н гдеш=1, 2, 3,4,..., 5

Г1+ — ном!шальная частота, причем в последнем случае порядок чередования флз питлюцего двигатель напряжения оказывается обратным по отношению к первым Г!вум, т.е. осуществляется реверс двигателя. Электропривод обеспечивает также достаточно широкий набор дискретных значений, частот вращения электродвигателя 1 и плавный переход между ними ° 5 ил.

КЛЮЧЕНИЯ B СИ )ВЫХ ЦЕ1!Я?:.

Пл фиг. 1 1!! 1(веденл структурная схема электр»привода; на фиг.2-4 дна граммьt, !1()»сияющие его работу при раз3!ичных члстотах врлцения электро— двигателя, нл фиг.5 — диаграммы в режиме реверс.1. 35

Электро!!р!!вод переменного тока содержит асинхронный трехфл.ный электрод?3HI лтель 1, трехфл.3ный тиристорный мост 2, др и (.е..!ь 3, блок 4 сипхро lltзаци?! выло;1 не нный на двух кОммута- 40 торах 5 и 6, ком!3лратор 7, управляс— мыл! делит< Jl l 8 члстоты, распределитель 9 имну..!Л(ов, формировлт Jlh 10 импульсов, цифр<)B()lt злдлтчик 11 частоты ?t и lп!)лв 1(1111ß I3p31ll(?Ièß, б.ft()(< 12 45 фаэосмеще)шя с элГ(лтчиком 13 уставки

И 6JIOK 1 4 у< I IJI?ITP lей C ill HQJI

30 мами длч и(),!кчн) Ieния к !1итающей сети, 50 а другие — с (3! !!3о>1л..»t lippeMp litt()ro гпка трехфл(зн )! О мостtt 2, между выводалючоп );! 6

I(? .» lbI

l l b1(.i

Г;1К(оо"

7, мутлторл?; 5 и 6, комплрлтор 7„упрО BJItIE 1ft !II;IeJIttTeJl& 8 ЧлсТОТы) !)ас пределитель 9 импульсов, форм;!ровате.!ь 10 импу!!ьсов, цифровой элдатчик 11 частоты и направления вращения, блок 12 флэосмещения <. задлтчиком 13 устлвкit, блок 14 ус?гштеле?! сигнллов управления. Работа электроприводя основлнл нл том, что 11утем коммутлц?и! по Определенному закону обмоток стлтора электродвигателя 1 обеспечивается врацеи?!е ротора с частотой, меньшей ее номинального значения, определяемой Iio Одному из

Изобрете)п(е относится к электротехнике II может быть использовлно для уирлвлеиия трехфлз ными асинхронными электродвигателями общепромьш1—

ЛЕННОГÎ tlà 3 (аЧЕН!1Я.

1(ель изобретения — повышение точности ре1 улировлния частоты вращения и расш1ipolillp Области применения зл счет обе ll(че!шя реверса б)ез переМИ ?!ОС ТОЯ II)(>1 » ТO К<Л К(iТОРОГO F3К дроссель, . 1>::()Jlhl коммутатор(в

Г!опар но об.! (д)шенк и образук) Г блока 4 !ill. рониз;(цll?t с ое;!и(1(1 с зажим 1!»! J,I l il II<1((I

ЩЕЙ СЕтlt 1>Ы,ОД IIPРВОГО КО)!ЧУ !са

5 сое31и !1(l(< нх<)д<)?! к Омп ) p лт Ор;1 выход которого подключен к счетному входу управляемого делителя 8 частоты, выходом соединенным с входом распределителя 9 импульсов, шестиканальнь1й выход которого соединен с первым информационным шестиканальным входом формирователя 10 импульсов, второй информационный двухканальный вход которого соединен с выходом блока 12 флзосмещен?!я, информационный вход кото,)о! о соединен с выходом второго коммутатора 6. Первый и второй выходы цифрового задатчика 11 частоты и направления вращения соединены с управляющими входам?1 соответственно управляемого делителя 8 частоты и формирователя 10 импульсов, первый, второй и третий шестикан льные выходы которого соединены соответственно с шестиканальными управляющими входами коммутаторов

5 и 6 и входами блока 14 усилителей сигналов управления, входы которого подключены к управляющим цепям сооТ ветствующих тиристоров трехфазного моста 2.

Каждый из коммутаторов 5 и 6 предстлвпяет собой набор из шести управJiJ;å(tûõ ключей, объединенных по выходу.

Формирователь 10 импульсов собран на !1огических элементах и формирует из шестиканальной последовательности имп; льсных сигналов, поступающих с выхода распределителя 9 импульсов, д?3е шест?!ка?!лльные с?!стемь! пос3!едовлтельностей импульсных сигналов, которые управляют работой коммутато. рс в 5 и 6. Дополнительно формирователь 10 импульсов иэ двухканальной

4192

6 при ш = 1 и на фиг.3 при n = 2, для

1 режима f = — f — на фиг.4 и для ре2 н ! 1 жима бш+1 н на фиг.5 при ш 1.

149

1

6m-1

f = — f

2 нУ (2) f

f

6 +1 4 (3) последовательности импульсных сигналон, поступающих с выхода блока

12 фазосмещения, формирует третью шестиканальную последовательность импульсных сигналов для управления тиристорами трехфазного моста 2.

При этом в зависимости от изменения цифрового кода на управляющем входе формирователя 10 импульсов изменяется алгоритм следования импульсов управления коммутаторами 5 и 6 и тиристорами трехфазного моста

2, что иллюстрируется на диаграммах, показанных на фиг.2-5. на фиг.2-5 обозначено. аЬ, сЬ, са, Ьа, bc, ас — шестифазная система линейных напряжений питающей сети, i, i8, i с — токи в статорных обмотках двигателя 1 без учета процессов коммутации вентилей и при достаточно большой индуктивности дросселя 3; i — первая гармоника тока двигателя, имеющая частоту 1У напряжение на обмотках двигателя и дросселя, U и U @ — напряжения на выходах задатчика 13 уставок углов управления o(и р Т15Т20 — управляющие импульсы соответствующих тиристоров.

Работа электропривода переменного тока основана на том, что путем коммутации по определенному закону обмоток статора асинхронного двигатели 1 обеспечивается вращение магнитного поля статора, а вместе с ним и вращение ротора асинхронного двигателя 1 с частотой, меньшей ее номинального значения и определяемой по одному иэ трех выражений: где n = 1, 2, 3, 4, ... — число включений за период преобразованной час1 тоты одних и тех же пар тиристоров разноименных фаз, номинальная частота, соответствующая частоте питающей сети, причем порядок чередования фаз для закона (3) оказывается обратным по отношению к (1) и (2).

Работа электропривода для режима

1 Е = f „представлена на фиг.2 бш-1

30 б

Злектропривод, например при f

= — Е работает следующим образом.

5 и

Шестифазная система линейных напряжений питающей сети поступает на входы коммутаторов 5 и 6, каждый иэ которых содержит шесть поочередно . коммутирующих ключей, объединенных по выходу и управляемых выходными импульсными сигналами первого и второго шестиканальных выходов формирователя 10 импульсов. Таким образом напряжение Ug U на выходе коюгутаторов 5 и 6 представляет собой участки синусоид линейных напряжений длительностью 300 эл. град (фиг.2а,б),. причем первоначальный сдвиг синусоид на каждом участке работы коммутаторов

5 и 6 между ними равен 120 эл. град за счет жесткого соединения одноименньгх входов коммутаторов 5 и 6 с шестифазной системой линейных напряжений аЪ, сЬ, са, Ьа, be, ас. Компарирование выходного напряжения коммутатора 5 с нулевым уровнем, установленным на компараторе 7, позволяет получить на выходе компаратора

7 последовательности импульсов U » сдвинутых друг относительно друга на 300 эл. град частоты сети (фиг.2в), поступающих на счетный вход управляемого делителя 8 частоты, коэффициент деления которого установлен для

1 данного случая f = — f 1,авным 1

5 н с помощью кода, установленного на

его управляющем входе. В резудьтате на выходе управляемого делителя 8 частоты (фиг ° 2r) формируется последовательность импульсных сигналов аналогичная входной последовательности, поступающая на вход распределителя 9 импульсов, который преобразует исходную последователь-. ность импульсов в шестиканальную последовательность импульсных сигналов

U у -U g g длительностью 300 эл. град

В (фиг.2ж) . С выходов распределителя 9 импульсы U з П g q проходят в

1 данном случае (f

6m-1

Е„) без изменения через формирователь 10 им14941 пульсов согласно установленному коду на его управляющем входе и поступают на управляющие входы обоих коммутаторов 5 и 6.

Напряжение U<, сформированное на выходе коммутатора 6 (фиг.2б) являясь напряжением развертки, поступает на информационный вход блока

12 фазосмещения, где оно сравнивается в каждом из двух каналов с соответствующим напряжением уставки угла сравнения И,(и V > . В резуль- . тате на выходах блока 12 фаэосмещения (фиг.2д, е) формируются последовательности импульсных сигналов U, U с соответствующими углами управления o/è (3, которые поступают на второй информационный вход формироватсля 10 импульсов ° В формиро 20 вателе 10 импульсов осуществляется совместная логическая обработка сиг-. налов с выходов распределителя 9 импульсов и блока 12 фазосмещения, в результате формируется шестиканаль- 25 ная последовательность импульсных сигналов Т15-Т20, предназначенных для управления тиристорами %5-20 (фи1 .2з). Эти импульсы проходят через блоК 14 усилителей, предназначенный для усиления и гальванической развязки импульсов управления тиристорами трехфазного моста 2.

На каждом такте работы в момент, соответствующий углу Ы, включается пара тиристоров, подключающая дроссель 3 к двум соответствун щим фазам электродвигателя 1, обеспечивая протекание тока по двум обмоткам статора, затем в момент, соответствующий 40 углу р, включается третий тиристор, обеспечивающий в паре с открытым ранее шунтирование дросселя 3 и обесточивание обмоток статора двигателя

1 ° Ток через дроссель 3 в результате 45 протекает непрерывно. Форма токов в статорных обмотках для режима f

1 — представлена на фиг.2 (1,, 5

i ), где пунктиром изображена первая гармоника тока в одной иэ фаз i 1, частота которой соответствует 1/5 частоте сети. Посредством изменения уставок задания углов управления Ы и р можно регулировать

55 амплитуду первой гармоники тока в обмотках двигателя 1.

Работа устройства в режимах регулировапил астотЫ по закону

92 8

1 Н отличается о о исанног бш-1 выше лишь изменением с помощью цифрового эадатчика 11 частоты и направления вращения цифрового кода на управляющем входе делителя 8 частоты, устанавливая соответствующий коэффициент деления. Так, например, на диаграммах фиг.3 представлена работа устройства при установке коэффициента деления равного 2, т.е. случай

m = 2 f — f . На выход управляеН мого делителя 8 при этом проходит с входа каждый второй импульс (фиг.Зг), алгоритм работы формирователя 10 импульсов при этом не меняется, отличие заключается лишь в длительности управляющих импульсов коммутаторов

5 и 6, т.е. в длительности участков коммутируемых линейных напряжений, равной 300+360=660 эл. град частоты сети. Иными словами в рассматриваемом режиме на Каждом такте работы распределителя 9 импульсов дважды происходит включение одной и той же пары тиристоров трехфазного моста 2 и форма тока в обмотках приобретает вид, представленный на фиг.Зк (i, iz). В дальнейшем при регулиро-! ванин по закону f. напри6m-1 мер, для случая m = 3 или f

= — f длительность участков комму17 тируемых линейных напряжений на выходе коммутаторов 5 и 6 равна 300+

+360+360= 1020 эл. град частоты сети, а на каждом такте работы распределителя 9 импульсов трижды включает-! ся одна и та же пара тиристоров и теде

Режим работы устройства для час1 тоты f = — f отражают диаграммь1 на н фиг.4. Как и для случая f

5 (фиг. 2) сохраняется коэффициент деления делителя 8 частоты равным 1, прежней остается и работа распределителя 9 импульсов, однако путем изменения кода на управляющем входе формирователя 10 импульсов изменяется алгоритм следования сформированных в нем импульсов управления тиристорами 15-20 и коммутаторами

5 и 6 U<о. ° U«w, U е,c ° U,от

«, U 1 „) . Ключевые элементы коммутаторов 5 и 6 коммутируются через

1494192 один с удвоенной по отношении к случаю по фиг.2 частотой, форма напряжений па выходах коммутаторов

5 и 6 на фиг.4 остается той же, что на фиг.2, однако изменяется алгоритм подключения соответствующих участков линейных напряжений входной шестифазной системы. 8 результате частота первой гармоники тока в обмотке стаt0 тора (I.ä, 1, 1 с, фиг.4) равна половине частоты сети.

Г

Дпя осуществления реверса двигателя 1 используется режим работы уст- 15 ройства с регулированием оборотов по

1 закону f = . t f » у которых черебш+1 дование фаз тока в переключаемых обмотках статора при той же структу- 20 ре силовой схемы является обратным по отношению к ранее описанным режимам, что поясняется на диаграммах фиг.5 дпя случая m = 1, т. е.

1 25 — Характерным отличием рабо7 н. ты устройства по фиг,5 от работы по фиг.2 является установка коэффициента деления делителя 8 частоты равным 2 и изменение алгоритма следова- 30 ния управляющих импульсов U

1о. з на выходах формирователя 10 импульсов, в результате чего длительность участков коммутируемых линейных напряжений достигает 420 эл.

35 град частоты сети, а сдвиг между линейными напряжениями двух коммутаторов 5 и 6 на каждом из участков равен 60 эл. град. Очередность следования импульсов управления с

U 1o, t,, Т15-Т20 с выходов формирователя 10 импульсов (фиг.5) устанавливается реверсивной. В дальнейшем при регулировании по закону

1 н например, дпя m = 2, бп+1

13 н устанавпиваеicst коэффициент деления делителя 8 частоты равный 3, длительность участ.<ов ком50 мутируемых напряжений в этом случае

420+360=780 эл. град дпя ш = 3, f

1 — коэффициент деления устанавливается равным 4, длительность частков коммутируемых напряжений

420+360+360=1140 эп. град и т. д. ,Алгоритм работы формирователя 10 импульсов при указанном законе измепения частоты, однако, остается неизменным.

Все рассмотренные выше режимы обеспечивают дискретное изменение частоты основной гармоники тока в обмотках двигателя согласно ряду

1 1 1 1

2 5 11 23 6m 1 прямом чередовании фаэ и согласно

1 1 1 1 t

7 13 19 25 6m+1 и при обратном чередовании фаз. Регупирование частоты вращения двигателя 1 внутри каждого диапазона дискретного ряда частот осуществляется благодаря изменению действующего значения тока статора с помощью фазового регулирования углов o(и управления тиристорами 15-20.

Так как работа устройства связана с периодическим закорачиванием тиристорами 15-20 дросселя 3, то в реальных условиях в переходных режимах это может сопровождаться нежелательными скачками напряжения на элементах силовой схемы. Для исключения указанных явлений и повышения надежности дроссепь 3 шунтируется

RC-цепочкой 21.

Таким образом, в предлагаемом электроприводе процесс регулирования частоты вращения асинхронного двигателя 1 с помощью трехфазного моста 2, закороченного дросселем 3, при использовании одноканального способа формирования управляющих импульсов является простым и надежным и обеспечивает большую точность регулирования и возможность реверса без дополнительных переключений в силовой схеме, при этом минимальными средствами обеспечивается достаточно широкий набор дискретных значений частоты вращения и плавный переход между ними.

Формула изобретения

Электропривод переменного тока, содержащий асинхронный трехфазный электродвигатель, одни выводы статорной обмотки которого соединены с зажимами дпя подключения питающей сети, а другие выводы — с выводами переменного тока трехфазного тиристорного моста, между выводами постоянного тока которого включен дроссель, блок синхронизации, входы кои пс к а б)

8)

g) и!2 С

c) " z

"ВЛ а92 л

Qg>!

Vpg

uj!!

Т!ю м

Т17

ТЮВ тюв

720 торого соединены с э(!» им;!Ми для >1(»!в ключения питающей сети, блок (!>;1Вoсмещения с задатчиком уставки, управляемьп1 делитель частоты блок

5 усилителей сигналов управления, выходы которого (оедине>н! с управляющими цепями тиристоров трехфазного моста, о т л и ч а к> шийся тем, что, с целью повышения точно(ти регулирования частоты вращения и расширения области применения за счет обеспечения реверса беэ норск;>мнения

В СИЛОВЫХ ЦЕПЯХ, В НЕГО ВНЕДЕHI: КОМпаратор, распределитель импульсов, формирователь импульсов, цифровой задатчик частоты и направления Вращения, а блок cèíõðoíèýации выпал— нен на двух коммутаторах с шестью входами и одним выходом каждый, входы коммутаторов попарно>объединены и образуют входы блока синхронизации, выход первого коммутатора соединен с входом компаратора, выход кс> >11(>гo (оединс!н co (: четным ВхОдОм :tl "> 3I> i >! (MoI О делителя частоты выхОД

?:orlop(3I !1опклк>чен к входу распр(делит .(я»>>11у:11 соВ, ше(т!(канальный выход ко>;>рого соединен с первым и!!в форм;1ци.>нным входом формирователя импуньсов, Второй информационный двухка»:1.>1ьный Вход которого (oejIIIвен .. (>1, одо11 б пока фаз осмещения, информа1>!Вон>н,й вход которого подключен к Выходу Второго коммутатора, не!. 1 ый Второй и TpE .òIIÉ и!естикапаль

III»c;» !ходы формирователя импульсов соеди>1(>ны соответc > íåíío с нестикан;!> Ьн>,1>>11 управляющими входами первого, Второ!о коммутаторов и с вхо,ами 6 «>I а усилителей сигналов управлен1 я, первый и второй Выходы ц!!фровогo эадаlчика частоты и напр(> В. I. I>! Вращ«ния (Оединены с уп— равляк щ1>ми Входами соответственно управ.>!яе>. о!.О делителя частоты и формиро пят«л» импульсов.

1494192 со с з ч срм ф ую сф Ъ ЧЪ ф \ ) Ь Ж Э) Я е М % % e % —» l - -. л

3 И

II е а ив

1 иаа ип.

gj и,ию ф а ай аул пя ——

T (If ттт те т1в тги

4-У- 1/7 л а

<с ив ив и, иа ииюб иаа к) Составитель С.Позднухов

Редактор Л.Пчолинская Техред А. Кравчук Корректор С,йекмар. Заказ 4 127/54

Подписное

Тираж 550

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Уж." род, ул, Гагарина, 101 и1 ив, а„ аи ива иат ада

ugly ира ии,и „иа. им,apuautl t

u,uu,g,uy q а э, vga u амz, и у, ав g

uytiugg, иав

Т1Я тю та. пв

ns т2в

tg (в

1494192 ас а8 са ас аа са йс аа са ас