Способ управления асинхронным электроприводом с тиристорным коммутатором

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах переменнго тока общепромышленных механизмов. Целью изобретения является повышение экономичности. Способ управления асинхронным электроприводом состоит в следующем. Формируют трехфазную систему модулирующих напряжений, частота которой соответствует заданной частоте вращения электродвигателя, сравнивают полярности фазных напряжений источника электроэнергии с полярностями модулирующих напряжений в каждой фазе и при совпадении во всех трех фазах определяют две фазы источника электроэнергии, между которыми напряжение максимально, и подают сигналы управления на тиристоры коммутаторов в этих фазах. Затем через четверть периода напряжения питания подают сигналы управления на тиристоры коммутатора в третьей фазе, контролируют токи в фазах статора и для частот вращения ω = (0,2-0,5)ω 0 после появления тока в третьей фазе сигналы управления на всех тиристорах коммутаторов отключаются, далее тиристоры запираются путем естественной коммутации. Для частот вращения ω = (0,3-0,5)ω и ω = (0,1-1,0)ω 0 отключение сигналов управления тиристорами осуществляют соотвественно после перехода через нулевое значение тока в одной из фаз или в двух фазах. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

Al (19) (11) р1) Н 02 Р 5/40, 7/42

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ П(НТ СССР опислник изоБРктКНия

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4391461/24-07 (22) 11.03.88 (46) 30.07.90, Бюл. )) 28 . (71) Могилевский машиностроительный институт (72) С.В.Кольцов (53) 621.316.717 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Х - 1035767, кл. Н 02 P 7/42, 1980.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1072227, кл. В 02 Р 5/40, 1982, (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ACHHXPOHHbIM

ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ С THPHCTOPHbN КОММУТАТОРОМ (57) Изобретение относйтся к электротехнике и может быть использовано в электроприводах переменного тока общепромышленных механизмов. Целью изобретения является повышение экономичности. Способ управления асинхронным электроприводом состоит в следующем. Формируют трехфазную систему модулирующих напряжений, частота которой соответствует заданной частоте вращения электродвигателя, сравИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах переменного тока общепромышленных механизмов.

Целью изобретения является повышение экономичности.

Способ управления асинхронным электроприводом с тиристорным коммутатором в фазах статора электродвигателя состоит в следующем.

Формируют трехфазную симметричную систему модулирующих напряже2 нивают полярности фазных напряжений источника электроэнергии с полярностями модулирующих напряжений в каждой фазе и при совпадении во всех трех фазах определяют две фазы источ— ника электроэнергии, между которыми напряжение максимально, и подают сигналы управления на тиристоры коммутаторов в этих фазах. Затем через четверть периода напряжения питания подают сигналы управления на тиристоры коммутатора в третьей фазе, контролируют токи в фазах статора и для частот вращения (д = (0,2-0,5)ы,после появления тока в третьей фазе сигналы управления на всех тиристорах коммутаторов отключаются, далее тиристоры запираются путем естественной коммутации. Лля частот вращения cd = (0,3-0,5)uJ u cd = (0,1-1,0)cu отключение сигналов управления тиристорами осуществляют соответственно после перехода через нулевое .значение тока в одной из фаз или в двух фазах. 4 ил. ний с тем же порядком чередования фаз, что и у источника электроэнергии, с частотой, соответствующей заданной угловой скорости вращения ротора электродвигателя. Сравнивают полярности фазных напряжений источника электроэнергии с полярностями модулирующих напряжений для каждой фазы в отдельности и определяют интервалы времени, в которых совпадают полярности указанных напряжений во всех трех фазах. В течение

1582322

45 указанных интервалов времени определяют две фазы источника электроэнергии, между которыми напряжение максимально, и подают сигналы управления на тиристоры коммутаторов в этих фазах, а затем через четверть периода напряжения питания подают сигналы управления на тиристоры коммутатора в третьей фазе. Контролиру-! ют токи в фазах статора и для диапа-! зона частот вращения д = (0,5-1,0)со формируют сигнал на отключение ти ристорлых коммутаторов после перехода токов в двух фазах статора через, нулевое значение, для диапазона частот вращения .ы= (0,3-0,5)и, . сигнал на отключение тиристорных коммутаторов:формируют после перехода тока в одной из фаз статора через нулевОе значение, а для диапазона частот вращения .со = (0,2-0,5)ы сигнал на отключение тиристорных коммутаторов формируют после появления тока в третьей фазе статора, где

<и — синхронная частота вращения электродвигателя.

На фиг. 1 показана структурная схема устройств, реализующего.данный способ управления, на фиг. 2-4— примеры реализации блока отключения сигналов управления. устройстВо для осуществления способа управления асинхронным электроприводом содержит тиристорные коммутаторы 1-3, включенные в. фазы стато- 35 ра асинхронного электродвигателя 4, " управление которыми осуществляется

RS-триггерами 5-7, выходы которых подключены к входам соответствующих тиристорных коммутаторов 1.-3, транс- 4О форматор 8 синхронизации, первичные обмотки которого подключены к зажимам фаз А, В, С источника электро- энергии, а вторичные обмотки имеют заземленные средние точки и через последовательно соединенные соответствующие элементы 2И-НЕ 9-14 и элементы ЗИ 15-20" подключены на входы элементов ЗИЛИ 21-23, выходы которых подключены на S-входы RS-триггеров 50

5-7 соответственно. Выходы RS-триггеров 5-7 через элемент ЗИЛИ-НЕ 24 подключены к вторым входам элементов

ЗИ 15-17, третьи входы которых объединены и подключены к выходу элемен-;5 та ЗИ 25. RS-триггер 5 выходом подключен к вторым входам элементов ЗИ

18 и 20. RS-триггер 6 выходом подключен к второму входу элемента ЗИ 19 и третьему входу элемента ЗИ 18.

RS-триггер 7 выходом подключен к третьим входам элементов ЗИ 19 и 20.

Вторичные обмотки а, Ь, с фазных напряжений и обмотки АВ, ВС, СА линейных напряжений трансформатора 8 синхронизации подключены на входы элементов 2И-НЕ 9-14 соответственно.

К обмоткам фазных напряжений а, Ь, с подключены входы формирователей 2628 импульсов, выходы которых подключены к первым входам элементов ЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ 29-31 соответственно, другие входы которых соединены с выходами генератора 32 модулирующих напряжений, к входу которого подключен блок 33 задания. В фазы статора электродвигателя 4 включены датчики

34-36 тока, выходы которых подключены к входам блока 37 отключения сигналов управления, четвертый вход которого подключен к выходу элемента

ЗИ 25, а выход соединен с R-входами

RS-триггеров 5-7.

В процессе осуществления способа управления асинхронным электроприводом устройство работает следующим образом.

В соответствии с уставкой.блока

33 задания генератор 32 модулирующих напряжений форьырует трехфазную систему напряжений, которые, как и фаз-. ные напряжения источника электроэнергии, преобразуются в сигналы, в которых "1" соответствует положительному значению напряжения, а "0" — отрицательному значению напряжения. С помощью схем ЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ 29-31 осуществляется пофазное сравнение полярности напряжений источника электроэнергии и генератора 32 и при их совпадении во всех трех фазах "1" с выхода элемента ЗИ 25, поступая на входы элементов ЗИ 15-. 17, разрешает поступление синхронизирующих импульсов с выходов элементов 2И-НЕ 9-11 на S-входы RS-триггеров 5-7, Синхронизирующие импульсы генерируются элементами 2И-НЕ 9-11 в моменты прохождения фазными напряжениями а, Ъ, с нулевого значения, а также элементами 2И-НЕ 12-14 в моменты прохождения линейными напряжениями АВ, ВС, СА нулевого значения. Предположим, что напряжение Ug проходит нулевое значение, тогда импульс напряжения с выхода элемента 2И-НЕ 9 через элемент

ЗИ 15 и элементы ЗИЛИ 22 и 23 поступит на S-входы RS-триггеров 6 и 7, 5 158232 переведе г их в состояние с сигналами 1 на выходах, чем обеспечится включение THpHcTQpHbIx коммутаторов 2 и 3 в фазах В и С асинхронного электродвигателя 4 в момент амплйтуды линей5 ного напряжения U с. В этот же момент времени сигнал на выходе элемента ЗИЛИ-НЕ 24 станет равным нулю и блокирует прохождение импульсов через элементы ЗИ 15-17, а сигналы с выходов RS-триггеров 6 и 7, поступая на входы элемента ЗИ 19 подготовят его к пропусканию импульса с вьгхада элемента 2И-HE 13 в момент прохождения через нуль напряжения U>< . Через четверть периода напряжения питания (через 90 эл.град.), когда напряжение U прОхадит нулевОе значение, а напРЯжение U с, пРоходит максимУм, 20 элемент 2И-HE 13 формирует сигнал, поступающий через элементы ЗИ 19 и ЗИЛИ 21 на S — вход RS-триггера 5, устанавливает на его выходе сигнал

"1 ", кОтОрый включает тиристопныи 25 коммутатор 1 в фазе А электродвигателя 4. Реализация способа управления асинхронным электроприводом требует контроля тока в фазах статора электродвигателя 4, при этом величина тока контролируется дискретно: если ток в фазе статора равен нулю, выходной сигнал датчика така представляет "0" если же мгновенное значение тока в фазе отлично от нуля, выходкой сигнал датчика тока "1". Включение 35 коммутатора 1 переводит электродвигатель 4 в симметричный трехфазный режим и при появлении тока в третьей фазе (фаза А) выходной сигнал датчика 34 тока, представляющий "1", посту- 40 пает на вход блока 37 отключения сигналов управления.

Для управления двигателем 4 в диапазоне частот м= (0,2-0,3)с, блок 37 отключения сигналов управле- 45 ния может быть образован элементами

ЗИ 38 и 4ИЛИ-НЕ 39, входы которых попарно объединены и подключены к вы<одам датчиков 34-36 тока, а четвертый вход элемента 4ИЛИ-НЕ 39 подключен к 50 выходу элемента ЗИ 25 и Б-входу RSтриггера 40, R-вход которого подключен к выходу элемента 4ИЛИ-НЕ 39, а выход — к одному из входов элемента

2И 41, второй вход которого подклю- 55 чен к выходу элемента ЗИ 38„ а выход является выходом блока 37 и подключен к R-входам RS-триггеров 5-7 (фиг.2).

В этом случае при совпадении поляр2

6 ., настей модулирующих напряжений и напряжений источника электроэнергии во всех трех фазах 1 с выхода элемента ЗИ 25 переводит RS-триггер 40 в состоянии с сигналом "1" на выходе.

После подключения третьей фазы выходные сигналы датчиков 34-36 тока принимают значения, равные 1, и сигнал "1" с выхода элемента ЗИ 38 через элемент 2И 41 поступает на выход блока 37 отключения сигналов управления и переводит RS-триггеры 5-7 в состояние с уровнем "О на выходе, что в дальнейюем обеспечивает запирание тирис.горных коммутаторов 1-3 путем естественной коммутации. Примерно через 60 эл.град. после подключения коммутатора 1 ток в фазе С проходит нулевое значение и при отсутствии сигналов управления на тиристорных коммутаторах 1-3 происходит отключение фазы С электродвигaтеля 4 от источника электроэнергии.

Отключение фаз А и В происхацит при снижении тока в этих фазах до нуля путем естественной коммутации. Ис. одное состояние блока 37 отключения сигналов управления — 0 на выходе

RS-триггера 40 — будет установлено сигналом "1" с выхода элемента

4ИЛИ-НЕ 39 при отсутствии токов в фазах и сигнале "0" на выходе элемента ЗИ 25. Описанный цикл подклю— чения повторяется.

При частотах вращения д = {0,3-0,5)си, предусматривается работа электродвигателя 4 в трехфазном режи— ме в течение примерно 120 эл,град. и отключение сигналов управления тиристорными коммутат. рами 1 — 3 сразу после того, как ток в одной из фаз перейдет нулевое значение. В этом случае блок 37 отключения сигналов управления может быть образован (фиг.3) элементами ЗИ 42 и ЗИ-НЕ 43, входы которых попарно объединены и подключены к выходам датчиков 34-36 тока, RS-триггером 44, S-вход которого подключен к выходу элемента

ЗИ 25 и одному из входов элемента

4ИЛИ-НЕ 45, другие входы которого объединены с входами элемента ЗИ 4?, а выход элемента 4ИЛИ-НЕ 45 подключен к R-входам RS — триггеров 44 и 46, S — вход последнего подключен к выходу элемента ЗИ 42 ° Выходы RS-триггеров

44 и 46, а также элемента ЗИ-НЕ 43 через элемент ЗИ 47 подключены к

R-входам RS-триггеров 5-7. При этом

1582322 блок 37 отключения сигналов управления работает следующим образом, В момент совпадения полярностей фазных и модулирующих напряжений. во всех трех фазах "1" с выхода элемента

ЗИ 25 переводит RS-триггер 44 в состояние с сигналом "1" на выходе.

После подключения всех трез фаз электродвигателя 4 к источнику элект.,роэнергии "1 с выхода элемента ЗИ42 !! !! !

О переводит RS-триггер 46 в состояние

Ic сигналом "1" на выходе. Далее при переходе тока одной из фаз статора нулевое значение "1" элемента ЗИ-НЕ 43 через элемент ЗИ 47 поступает на выход блока 37 отключе,ния сигналов управления и переводит ,,RS òðèããåðû 5-7 в состояние с сигна .лами "0" на выходе, что обеспечивает

20 отключение тиристоров коммутаторов

:1-3 путем естественной коммутации. При тех же условиях подключения,,.что описаны выше, примерно через

120 эл.град, после подключения комму-25 татора 1, ток в фазе В становится равным нулю и при отсутствии сигналов управления на тиристорах происходит отключение фазы В электродвигателя 4 от источника электроэнергии, Отключение фаз А и С также происходит при снижении тока в этих фазах до нуля путем естественной коммутации, Исходное состояние блока 37 отключения сигналов управления — "0" на выходах

RS-триггеров 44 и 46 — будет уста- 35 новлено сигналом "1" с выхода элемента 4ИЛИ-HE 45 при отсутствии токов в фазах и сигнале "0" на выходе элемента ЗИ 25, В диапазоне частот вращения ur- =40 (0,5-1,0)cu, предусматриваются работа электродвигателя 4 в симметричном трехфазном режиме в течение примерно 180 эл .град. и отключение сигналов управленыя тиристорными комму- 45 таторами после того, как токи в двух фазах статора перейдут через нулевое значение. В этом случае блок 37 отключения сигналов управления может быть образован (фиг.4) элементами 50

ЗИ 48 и ЗИ-НЕ 49, входы которых попарно объединены и подключены к выходам датчиков 34-36 тока, RS-триггером 50, S-вход котороro подключен к выходу элемента ЗИ 25 и одному из входов элемента 4ИЛИ-НЕ 51, другие входы которого объединены с входами элемента ЗИ 48, а выход элемента

4ИЛИ- IE 51 подключен к R-входам

RS-триггеров 50 и 52 и счетчика 53.

Выходы RS-триггеров 50 и 52, а также элемента ЗИ-НЕ 49 через элемент ЗИ 54 подключены на счетный вход счетчика

53, выход которого является выходом блока 37 и подключен к К-входам

RS-триггеров 5-7.

Г!ри этом устройство работает следующим образом. В момент совпадения полярностей фазных и модулирующих напряжений во всех трех фазах "1" с выхода элемента ЗИ 25 переводит

RS-триггер 50 в состояние с сигналом !! f!

1 на выходе. После подключения всех трех фаз электродвигателя 4 к источнику электроэнергии "1" с выхода элемента ЗИ 48 переведет RS-триггер 52 в состояние с сигналом "1" на выходе, Далее при переходе тока одной из фаз статора чеРез нулевое значение "1" с выхода элемента

ЗИ-НЕ 49 чере.з элемент ЗИ 54 поступает на счетный вход счетчика 53.

После того, как в двух фазах токи перейдут нулевое значение, на выходе счетчика 53 устанавливается сигнал

l! l!

1, который переводит RS-триггеры

5 - 7 в состояние с сигналами " 0 " н а выходе, ч т о обеспечивает отключение тир ис то рных коммутаторов 1 -3 путем естественной коммутации . Примерно через 1 8 0 эл . гр ад . после подключения коммутатора 1 в третьей фа эе то к в фазе А становится равным нулю и при отсутствии сигналов управления на ти р ис тор а х происходит отключение . фазы A электродвигателя 4 о т и ст очника электроэнергии . Отключение фа з

В и С также происходит путем естественной коммутации и ри снижении тока в этих фазах д о нуля . Исходное с остояние блока 3 7 отключения сигналов управления — " 0 " на выходах RS- три гг ер ов 5 0, 5 2 и счетчика 5 3 — устан авлив ае т ся сигналом " i с выхода эл еме н т а 4 ИЛИ-НЕ 5 1 при отсутствии токов в фазах и сигнале " 0 н а выходе элемента 3 И 2 5 .

Так как средняя скорость магнитног о потока с татар а при подключенном напряжении питания снижается, эл ектриче с кие потери, обусловленные скольже нием, также снижаются . Это повышает экономичность, надежность и срок службы злект р оприв ода . Таким образом, снижение потерь в эле к тродвигателе улучшает е го технико- экономические пок а за т ели и дает экономию в народном хозяйстве . То, что эле к тр оприв од

1582322

10 становится более экономичным и надежным позволяет также расширить обt ласть его применения.

Формула изобретения

Способ управления асинхронным электроприводом с тиристорным коммутатором в фазах статора электродвигателя, при котором напряжение питания подключают к обмоткам статора в два этапа, при этом на первом этапе определяют две фазы источника электроэнергии, между которыми напряжение максимально, и включают ристоры коммутатора в этих фазах, после чего на втором этапе через четверть периода напряжения питания включают тиристоры коммутатора в третьей фазе о т л и ч а ю щ и Й 20 с я тем, что, с целью повьш ения экономичности, формируют трехфазную симметричную систему модулирующих напряжений с тем же порядком чередования фаз, что и у источника электроэнергии, с частотой, соответствующей заданной угловой скорости вращения ротора электродвигателя, сравнивают полярности фазных напряжений источника электроэнергии с полярностями модулирующих напряжений для каждой фазы в отдельности, определяют интервалы времени, в которых совпадают полярности указанных напряжений во всех трех фазах, в течение указанных интервалов времени определяют указанные две фазы источника электроэнергии между которыми напряжение

У максимально, и осуществляют указанное подключение тиристоров в этих фазах, а после включения тиристоров в третьей фазе на втором этапе контролируют токи в фазах статора и формируют управляющие воздействия на отключение тиристорных коммутаторов, при этом для диапазона частот вращения

Ы = (0,5-1,0), управляющее воздействие на отключение тиристорных коммутаторов формируют после перехода токов в двух фазах статора через нулевое значение, для диапазона частот вращения а = (0,3-0,5)oJ — после перехода тока в одной из фаз статора через нулевое значение, а для диапазона частот вращения ы= (0,2-0,3)ui — после появления тока в третьей Лазе статора где u)p» синхронная частота вращения электродвигателя.

1582322

Составитель С.Позднухов

Техред И.Ходаннч Корректор В.Гирняк

Редактор А.Лежнина ираж 456

Подписное

Заказ 2096

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101