Способ регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для ступенчатого регулирования угловой скорости вращения электродвигателей производственных механизмов, преимущественно с механической характеристикой вентиляторного типа. Целью изобретения является улучшение энергетических и электромеханических характеристик путем улучшения формы напряжения питания электродвигателя. Поставленная цель достигается тем, что при регулировании частоты вращения электродвигателя с помощью преобразователя частоты двумя тиристорными коммутаторами формируют трехфазную систему модулирующих напряжений с частотой, определяемой требуемой частотой вращения двигателя, определяют интервалы Т с совпадения знаков модулирующих напряжений и напряжений питающей сети в течение половины периода напряжения сети и подключают двигатель к сети с помощью первого коммутатора на указанных интервалах Т с. Дополнительно определяют интервалы Т нс, на которых знаки модулирующих и питающих напряжений противофазны в течение половины периода напряжения питающей сети, и на указанных интервалах Т нс с помощью второго коммутатора подключают соответствующие фазные обмотки электродвигателя к фазным напряжениям питающей сети, опережающим на 120 эл.град. соответствующие фазные напряжения сети на интервалах Т с, при этом фазу тока в подключенных обмотках сдвигают на 60 эл.град. в сторону опережения. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) rsi)s н 02 Р 7/42

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ..- . .", E: ÁП1.

О

C .

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4450411/24-07 (22) 29.06.88 (46) 30.07.90. Бюл. N- .28 (71) Всесоюзный научно-исследова-, тельский и технологический институт монтажа, эксплуатации и ремонта машин и оборудования животноводческих и птицеводческих ферм (72) А.A.Ñåì÷åíêî и Г,И,Богачев (53) 621.313.333 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1325638, кл. Н 02 M 5/27, 1987.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1078578, кл. Н 02 M 5/257, 1982. (54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ

ВРАЩЕНИЯ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для ступенчатого регулирования угловой скорости вращения электродвигате— лей производственных механизмов преимущественно с механической ха- рактеристикой вентиляторного типа.

Целью изобретения является улучшение энергетических и электромеханических характеристик путем улучшения формы напряжения питания электродвигателя.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для ступенчатого регулирования угловой скорости вращения электродвигателей производственных механизмов преимущественно с механической характеристикой вентиляторного типа.

Поставленная цель достигается тем, что при регулировании частоты вращения электродвигателя с помощью преобразователя частоты двумя тиристорными коммутаторами формируют трехфазную систему модулирующих напряжений с частотой, определяемой требуемой частотой вращения двигателя, определяют интервалы Т совпадения знаков модулирующих напряжений и напряжений питающей сети в течение половины периода напряжения сети и подключают двигатель к сети с помощью первого коммутатора на указанных интервалах

Тс. Дополнительно определяют интервалы Т„,, на которых знаки модулирующих и питающих напряжений противофазнь: в течение половины периода напряжения питающей сети и на указанных интерI валах Т с помощью второго коммутатора подключают соответствующие фазные обмотки электродвигателя к фазным напряжениям питающей сети, опережающим на 120 эл ° град. соответствующие фазные напряжения сети на интервалах Т, при этом фазу тока в подключенных обмотках сдвигают на

60 эл.град. в сторону опережения.

4 ил.

Целью изобретения является улучшение энергетических и электромеханических характеристик путем улучшения формы напряжения питания электродвигателя и повышенче надежности.

Сущность способа регулирования заключается в следующем.

1582325

Дополнительное подключение двигателя к питающей сети производится в

Середине бестоковой паузы в работе основного (первого) коммутатора„ т.е. наиболее благоприятный с точки эре5 ния повышения равномерности вращения машины и снижения пульсации момента двигателя период времени. При этом, Направление (знак) тока двигателя яри подаче напряжения опережающей фазы сети через фазосдвигающий конден атор при помощи дополнительного ,(второГо) коммутатора способствует величенйю доли полезной гармоники

В спектре кривой выходного тока.

На фиг. 1 приведены временные диаграммы выходных напряжений и токов электропривода (U ; (i = А, В, С) ,напряжения сети; i, i i " — токи

1 двигателя на интервале проводимости . г тиристоров первого коммутатора; i д, : ° 2

i. — токи двигателя на интервале проводимости тиристоров второго коммутатора; П„д, U, U с — задающие напряжения) на выходной частоте преобразователя fz = 37,5 Гц; на фиг, 2 — то же, на выходной частоте

fz = 30 Гц; на фиг. 3 — структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 4 — временные диаграммы выходного напряжения функциональных узлов устройства (U ф; — напряжение на выходе формирователя; U ; — выходное напряжение на выходе умножителя частоты; U ч

1 напряжение на выходе усилителя;. U . напряжение на выходе генератора пилообразного напряжения; U Π— напряжение на входах компаратора; импульсы отпирания тиристоров).

Устройство для реализации способа регулирования содержит преобразова-" тель частоты.с двумя трехфаэными тиристорными коммутаторами 1 и 2, вы- 45 полненными на тиристорах 3-14 и фазосдвигающих конденсаторах 15-17, подключенных последовательно с обмотками электродвигателя 18, систему импульсно-фазового управления (СИФУ)

19 с блоком 20 задания, узел 21 формирования модулирующих .напряжений, составленный иэ двух блоков 22 и 23 уставок, формирователей 24, делителей

25 частоты и умножителей 26 частоты, два блока 27 и.28 схем совпадения, блок 29 усилителей, блок 30 генераторов пилообразного напряжения, первый блок 31 нуль-органов, блок 32 инверторов и второй блок 33 нуль-органов. Входы трехфазных тиристорных коммутаторов 1 и 2 предназначены для подключения к зажимам питающей сети, выходы первого коммутатора 1 непосредственно, а выходы второго коммутатора 2 через фазосдвигающие конденсаторы 15-17 соединены с выводами статорной обмотки электродвигателя 18. Цепи управления первого и второго тиристорных коммутаторов 1 и 2 соединены. с выходами соответственно первого и второго блоков 27 и 28 схем совпадения. Входы системы

19 импульсно-фазового управления соединены с зажимами питающей сети.

Первый и второй выходы системы 19 импульсно-фазового управления соединены соответственно с объединенными первыми входами первого блока 27 схем совпадения и узла 21 формирования модулирующих напряжений и с объединенными первым входом второго блока 28 схем совпадения и вторым входом узла 21 формирования модулирующих напряжений, шесть выходов которого, образованных выходами умножителей 26 частоты, соединены с входами блока 29 усилителей, выходы которого соединены с входами блока 30 генераторов пилообразного .напряжения, первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами первого блока 31 нуль-органов, выход которого соединен с вторым входом первого блока 27 схем совпадения.

Седьмой выход узла 21 формирования модулирующих напряжений соединен с четвертым, шестым и пятым входами первого блока 31 нуль-органов. Восьмой выход узла 21 формирования модулирующих напряжений соединен с входами блока 32 инверторов„ первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с-первым, вторым и третьим входами второго блока 33 нуль-органов, четвертый вход которого соединен с четвертым, пятым и шестым выходами блока 30 генераторов пилообразного напряжения. Девятый выход узла 21 формирования модулирующих напряжений соединен с седьмым входом блока 29 усилителей.

Выход второго блока 33 нуль-органов соединен с вторым входом второго блока 28 схем совпадения.

Устройство функционирует следующим образом.

15823

Система 19 импульсно-фазового управления в соответствии с заранее определенным для каждой выходной частоты f преобразователя углом a(отпирания тиристоров силовой части вырабатывает непрерывную последовательность импульсов 11„, передаваемых к управляющим электродам тиристоров

3-14 через. схемы совпадения блоков

27 и 28. В узле 2 1 формирования напряжения модуляции U ; формируется трехфазная система напряжений (фиг.1) следующим образом. Напряжение импульсов

U Iq в формирователях 24 преобразуется в двуполярное прямоугольное напряжение

Бф; с периодом Т, равным периоду сети Т, затем в делителях 25 частоты

У его период Т увеличивается в п раз (n = 1,2,3,,), а в умножителях 26 2р уменьшается в k раз (k = 1,2,3 ° ..)..

Таким образом, на выходе умножителей 26 образуется прямоугольное задающее напряжение U с периодом Т равным: 25

Т„= Т, —,, т.е. f = f1 — (1) п k

Выбором соответствующих и и k подбирают требуемую угловую скорость производственного механизма. Так, для f = 37,5 Гц k = 3, n = 4.

Для фиксации интервалов To,т.е. интервалов совпадения в течение 1/2 Т, знаков фаз ных сетевых U g, H задающих 35

U напряжений, прямоугольные напряже1П 1 ния с выходов умножителей 26 подаются на усилители блока 29, где их амплитуды изменяются в k/n раз (величины коэффициентов k и п задаются 4р в блоках 22 и 23 уставок). Далее в генераторах 30 пилообразного напряжения прямоугольные напряжения U ; (с

У амплитудами U ".., = =0 ;и/k) преобразуются в пилообразные U „. В компарато- 45 рах (нуль-органах) блока 31 (фиг.4) происходит. сравнение (вычитание) напряжений U < на выходе генератора пилообразного напряжения с напряжением U ф; на выходе формирователей 24 .

При их разности, т.е. U II — 11 ф1 3 О, на выходе соответствующих нуль-органов блока 3 1 появляются кратковременные импульсы U,„., которые подаются к вторым входам схем совпадения блока 27. При совпадении напряжений

U1„ и U „. к управляющим электродам

ОП тиристоров 3-8 первого коммутатора 1 подаются отпирающие их сигналы. Фор25 б о мирование отпирающих импульсов для тиристоров 9-14 второго коммутатора

2 производится аналогично с той лишь разницей, что напряжение сравнения

Пф; на выходе формирователей 24 дополнительно инвертируется в инверторах блока 32. Угол отпирания тиристоров второго коммутатора с(= О.

Рассмотрим работу устройства для выходной частоты преобразователя

= 37,5 Гц, k = 504 (т,е. и = 4, — 3) на примере одной обмотки двигателя.

В момент t -t (фиг.1) с задерж1 2 кой на угол о(подается сигнал на включение тиристоров 3-4 первого коммутатора 1, Напряжение сети подается к обмоткам двигателя 18. При этом одна из обмоток подключается к фазе А сети ° В момент t на эту

3 обмотку подается напряжение от опережающей фазы С сети через фазосдвигающий конденсатор 15. При этом величина емкости конденсатора t5 выбирается такой, чтобы реактивное сопротивление цепи конденсатор-двигатель было примерно равно реактивному сопротивлению машины х. на частоте питаю1 щей сети, т.е. х 2х,. В этом

1 случае ток двигателя на промежуточных частотах не превышает ток на но— минальной частоте. С учетом активного сопротивления ротора r двигателя коэффициент мошности машины обычно лежит (для машины общего назначения) в пределах сов о = 0,7-0,8. Этому о соответствует угол 1 60 ° Поэтому г опережение тока 4 от напряжения фазы А на участке t -t 4 составляет угол =1 20 + 60 = 180 . Таким обо 4 о

h разом, для номинальных условий работы двигателя через фазосдвигающую цепочку (интервал Г -t4, фиг. 1) . L знак тока i> протекающего через двигатель, совпадает со знаком напря-. жения модуляции U 4 ° Поэтому величина полезной гармоники резко возрастает, а пульсации момента двигателя уменьшаются. Выбором углов o(и фазосдвигающих емкостей в общем случае можно регулировать величину вращающего момента на выбранной частоте вращения 11, соответствующей частоте задающих напряжений L и„. Работа электропривода на частоте f = 30 Гц происходит аналогично (n = 5, k = 3).

Использование способа регулирования частоты вращения асинхронного

1582325

ЗО

У

L двигателя улучшает энергетические

Показатели электропривода за счет относительного возрастания величины

Полезных (т. е. имеющих требуемую

Частоту fq) гармоник тока двигателя.

Кроме того, увеличение продолжительНости включения двигателя за период

Повторяемости кривой тока, приводит к росту вращающего момента двигателя улучшению электромеханических показателей электропривода в целом. Ис. ользование фазосдвигающих конденса оров С для разделения сетевых питающих фаз, подключаемых к отдельной обмотке двигателя, увеличивает нацежность работы преобразователя.

Ф о р м ул а и з о б р е т е н и я

Способ регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя помощью преобразователя частоты с двумя трехфазными тиристорными коммутаторами, при котором формируют трехфазную систему модулирующих наПряжений с частотой, определяемой гребуемой частотой вращения электро-двигателя, для каждой заданной частоты модулирующих напряжений определяют в каждой фазе интервалы Т, совпадения знаков модулирующих напряжений и напряжений питающей сети в течение половины периода напряжения питающей сети и подключают фазные обмотки электродвигателя к питающей сети на указанных интервалах Т с с помощью первого тиристорного комму" татора, отличающийся тем, что, с целью улучшения энергетических и электромеханических характеристик путем улучшения формы напряжения питания двигателя и повышения надежности, дополнительно определяют в каждой фазе интервалы Т„, на которых знаки модулирующих напряжений и напряжений питающей сети противоположны в течение половины периода напряжения питающей сети, и на указанных интервалах Т с с помощью второго тиристорного коммутатора подключают. соответствующие фазные обмотки электродвигателя к фазным напряжениям питающей сети, опережающим на

1 0 эл.град. соответствующие фазные ) напряжения питающей сети на интервалах Т, при этом фазу тока в подключенных обмотках сдвигают на

60 эл .град. в сторону опережения.

Я1

Фиг. 2

08 ..7

1582325

ЭОя"й

2б. акаэ 2096 Тираж 455 Подписно

3НИИПИ 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

Редактор А.Лежнина

° e

Составитель С.Позднухов

Техред M.Õîäàiø÷ Корректор И.Муска