Электропривод переменного тока

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления трехфазными асинхронными электродвигателями при питании их от однофазной сети. Целью изобретения является повышение эффективности торможения. Поставленная цель достигается за счет соединения обмоток 2, 3 и 4 электродвигателя 1 по схеме треугольник, введения датчика 10 вращения ротора и блока управления торможением в систему 9 управления . Устройство обеспечивает динамическое торможение электродвигателя 1, параметрическое и частотное управление в двигательном режиме, а также отключение электродвигателя 1 в зависимости от значения сигнала задания. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ps )s Н 02 Р 7/36

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ с =-. iiCL (21) 4679800/07 (22) 18.04.89 (46) 07.09.91. Бюл. М 33 (71) Ленинградский институт точной механики и оптики (72) С.А.Белов и В,И.Хрисанов (53) 621.316.727 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1328921, кл. Н 02 P 7/42, 1987.

Авторское свидетельство СССР

М 1457125, кл. Н 02 М 7/48, 1987. (54) ЭЛЕКТРОПРИВОД ПЕРЕМЕННОГО

ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управле- .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления трехфаэными асинхронными электродвигателями при питании их от однофазной сети.

Целью изобретения является повышение эффективности торможения.

На фиг. 1 приведена структурная схема силовой части электропривода; на фиг. 2— схема системы управления; на фиг. 3 — временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Электропривод переменного тока содержит трехфазный асинхронный электродвигатель (АТД) 1 со статорными обмотками

2-4, мостовой полупроводниковый коммутатор, выполненный на четырех транзисторных ключах 5-8 переменного тока, систему

9 управления и датчик 10 вращения ротора.

Одна диагональ мостового коммутатора соединена с зажимами для подключения однофазного источника питания, а к другой

„„5U ÄÄ 1676057 А1 ния трехфазными асинхронными электродвигателями при питании их от однофазной сети, Целью изобретения является повышение эффективности торможения. Поставленная цель достигается эа счет соединения обмоток 2, 3 и 4 электродвигателя 1 по схеме "треугольник", введения. датчика 10 вращения ротора и блока управления торможением в систему 9 управления. устройство обеспечивает динамическое торможение электродвигателя 1, параметрическое и частотное управление в двигательном режиме, а также отключение электродвигателя 1 в зависимости от значения сигнала задания. 3 ил. диагонали коммутатора подключены первые выводы первой 2 и второй 3 статорных обмоток электродвигателя 1, первый вывод третьей статорной обмотки 4 которого соединен с одним из зажимов для подкл юч е н ия однофазного источника питания.

Вторые выводы первой 2 и второй 3 обмоток статора соединены с первыми выводами о соответственно второй 3 и третьей 4.обмо- СР ток. Входы датчика 10 вращения ротора со-, Ql единены соответственно с вторым выводом третьей обмотки 4 и первым выводом первой обмотки 2 электродвигателя 1. Выход датчика 10 вращения ротора соединен с входом системы 9 управления, выходы которой подключены к управляющим цепям транзисторных ключей 5 — 8 мостового коммутатора.

Система 9 управления,(фиг.2) состоит из задатчика 11 входного сигнала, индикатора 12 полярности входного сигнала, двух блоков 13 и 14 фазового сдвига, блока 15

1676057

10 формирования абсолютного значения входного сигнала, индикатора 16 полярности напряжения питания, трех блоков 17 и

19 сравнения, компаратора 20 входного сигнала, преобразователя 21 напряжение-частота, блока 22 частотного управления, блока 23 переключения режимов работы, блока 24 распределения импульсов управления, блока 25 управления и защиты, блока 26 управления торможением. Блок 26 управления торможением содержит четыре двухвходовых элемента ИЛИ 27 — 30, четыре двухвходовых элемента И 31 — 34, один двухвходовый элемент И-НЕ 35 и один инвертор 36. Первые входы трех элементов

ИЛИ 27-29 и элемента И 31 образуют первые четыре входа блока 26 управления торможением, первый вход элемента ИЛИ 30 образует пятый вход блока 26 управления торможением, а два входа элемента И 32 образуют шестой,и седьмой входы блока

26, Выход элемента И 32 подключен к объединенным вторым входам элементов 27—

35 непосредственно, а через инвертор 36— к объединеным вторым входам элементов

30 и 31. Выходы элементов 27 и 35 подключены к входам элемента И 34, выход которого является первым выходом блока 26 управления торможением, Выходы элементов 29 и 30 подключены к входам элемента

И 33, выход которого образует третий выход блока 26 управления торможением.

Выходы элементов ИЛИ 28 и И 31 образуют соответственно второй и четвертый выходы блока 26 управления торможением. В систему 9 управления входят также блок 37 гальванической развязки и усиления импульсов управления и индикатор 38 входного сигнала, Входы индикатора 12 полярности входного сигнала и блока 15 формирования абсолютного значения входного сигнала объединены и подключены к задатчику 11 входного сигнала. В ыход индикатора 12 полярности входного сигнала подключен к первому входу блока 24 распределения импульсов управления. Выход блока 15 формирования абсолютного значения входного сигнала подключен к первым входам трех блоков 17 — 19 сравнения, вторые входы которых соединены с выходами блока 13 фазового сдвига, вход которого соединен с входом индикатора 16 полярности напряжения питания и служит для подключения к источнику переменного напряжения. Выход индикатора 16 полярности напряжения питания подключен к первому входу блока 22 частотного управления. Входы трех блоков 17 — 19 сравнения подключены к первым трем входам блока

23 переключения режимов работы. Выходы

55 блоков 17 и 19 сравнения подключены так-. же к пятому и шестому входам блока 22 частотного управления. Входы компаратора входного сигнала 20, преобразователя 21 напряжение — частота и индикатора 38 входного сигнала объединены и подключены к выходу блока 15 формирования абсолютного значения входного сигнала. Выход компаратора 20 входного сигнала подключен к четвертому входу блока 23 переключения режимов работы. Выход преобразователя 21 напряжение-частота подключен к входу блока 14 фазового сдвига, три выхода которого подключены к второму, третьему и четвертому входам блока 22 частотного регулирования, три выхода которого соединены с пятым, шестым и седьмым входами блока 23 переключения режимов работы, первый выход которого подключен к третьему входу блока 25 управления и защиты. Второй и третий выходы блока 23 переключения режимов работы соединены с третьим и вторым входами блока

24 распределения импульсов управления, выходы которого подключены к первому и второму входам блока 25 управления и защиты, четыре выхода которого соединены с первыми четырьмя входами блока

26 управления торможением, пятый и шестой входы которого соединены соответственно с выходами индикатора 16 полярности напряжения питания и индикатора 38 входного сигнала, а седьмой вход блока 26 управления торможением образует вход системы 9 управления. Четыре выхода блока 26 управления торможением подключены к входам блока 37 гальванической развязки и усиления импульсов управления, выходы которого образуют выходы системы 9 управления.

Электропривод переменного тока работает следующим образом.

При наличии сигнала задания 01140 (ин т е р в а л ы 0 < в t «zz и а < ю t

35,36 и 30 будет сигнал логической "1",а сигналы на выходах элементов 27 — 30, 33 и

34 будут идентичны сигналам на их первых входах. Таким образом, на выходах блока

26 управления торможением будут присутствовать сигналы, идентичные сигналам на первых четырех входах блока 26 соответственно, независимо or уровня сигналов на пятом и седьмом входах блока 26, 1676057

U26 U26ll U26, U26 . При наличии входно- лирования запеРт, а канал частотного Регу госигнала положительнойполярности, пре- лирования открыт. ha выходе преобразовышающегопороговоенапряжениеблока вателя 21 напряжение-частота будет

20 (интервал 0 < Nt <а1 на выходе блока сигнал, частота которого пропорциональна

12 формируется сигнал "1", а на выходе бло- 5 абсолютному значению входного сигнала. ка 20- сигнал "0", При этом канал регулиро-, На выходе блока фазового сдвига 14 обравания частоты закрыт логическими зуются три прямоугольных напряжения, ключами блока 23 переключения режимов смещенных по фазе друг относительно друработы, а канал параметрического регули- га на угол 2 а /3 которые поступают на рования открыт.. В этом случае на первый 10 второй, третий и четвертый входы блока 22 вход блока 24 распределения импульсов частотного регулирования, на первый вход управления постоянно поступает сигнал которого поступает информация о знаке на"1". На выходах блоков 17-19 формируются пряжения сети в виде напряжения Um. Ha три прямоугольных напряжения, имеющих пятый и шестой входы блока 22 поступают одинаковый коэффициент заполнения и 15 прямоугольные напряжения с выходов блосмещенных по фазе в соответствии сопор- ков 17 и 19 с заданным коэффициентом ным напряжением, вырабатываемым блоком запопнения, определяющим значения вы13, соответственно на - л/6, л /2 и zr /6 ходного напряжения преобразователя; Пряотносительно напряжения питания. В ре- моугольныенапряжениясвыходовблока22 зультате работы блока 23 указанные напря- 20 после прохождения блоков 23 и 24 поступаженияпоявляютсянаеготрехвыходах.При ют в блок 25, где формируются импульсы наличии сигнала "1" напервомвходеблока управления ключами 5 — 8. проходя через

24 на em пепяпм и втооом выходе будут блоки 26 и 37, В результате работы ключей напряжения, аналогичные напряжениям на 5 — 8 в обмотках 2 — 4 АТД 1 формируется втором и третьем выходах блока 21 со- 25 трехфазная система регулируемых по чаответственно. В блоке 25 формируются стоте и действующему значению напряжечетыре логических сигнала управления ний (фиг.З). При изменении полярности ключами переменноготока, которые посту- входного сигнала в блоке 24 происходит пают через блок 26 управления торможени- переключение каналов прохождения имем и блок 37 гальванической развязки и 30 пульсов управления ключами 5-8, что усиления импульсов управления на ynpas- обеспечивает изменение порядка следоваляющие входы соответствующих ключей 7, ния фаз выходного напряжения. Таким

5, 8 и 6 (О2е,U25, О2б ", Ы ). Работа клю- образом напряжения и токи в фазах обчей в соответствии с полученными им- моток 2 — 4 АТД 1 определяются схемой пульсами управления обеспечивает 35 соединения фаз — треугольник Ог, Оз, О4, формирование трехфаэной системы вы- ig,!з, ii на фиг. 3). При этом на интервалах ходных напряжений, значения которых 0 < N t < Q1 и и < Nt < . осуществляется регулируются путем широтно-импульс- параметрическое регулирование, а на инноймодуляции однофазного напряжения тервале а1 (сот (а2 — частотное. Поддей40 ствием напряжений 02, Оз, О4 в двигателе 1

При изменении полярности входного развивается вращающий момент и ротор сигнала (интервал сц < а с < ос на фиг.3) вращается. на выходе индикатора 12 полярности вход- Если теперь в некоторый момент временого сигнала формируется сигнал "0", ко- ни, например mt =а сигнал задания О11 торый, поступая на первый вход блока 24, 45 станет равным нулю, то в работе устройства обеспечивает переключение каналов про- произойдут следующие изменения. На выхождения импульсов управления ключами ходе индикатора 38 входного сигнала устаполупроводникового коммутатора таким навливается сигнал "1", который поступает образом, что импульсы, которые поступа- на шестой вход блока 26 управления тормоли на вход ключей 7 и 6, будут поступать 50 жением. На пятый вход блока 26 поступает на вход ключей 5 и 8 и наоборот. Зто, в сигнал U>s, соответствующий полярности свою очередь, изменит порядок следова- напряжения питания, а на седьмой вход ния фаз выходного напряжения. блока 26 — сигнал U

При уменьшении входного сигнала ротора 10. Поскольку к моменту времени положительной полярности до значе- 55 в t = и2 в обмотке 4 АТД 1 протекает ток l4, ния меньшего порога блока 20 (интервал то на выходе датчика 10 будет сигнал " ". а1 (et <щ на фиг. 3) на выходах блоков При этом на выходах элементов 32, 27, 28 и т в36

12 и 20 формируется сигнал "1". В этом 29 будет сигнал "1", на выходе элементов 3 случае канал параметрического регу- и 31 — сигнал "0", на выходах элементов 30

1676057

30 лам на первых четырех входах блока соот- 40 ветственно независимо от уровня сигнало13 на пятом и шестом входах, При нулевом входном сигнале на выходах блоков 12 и 15 формируется сигнал "О", на выходе блока 20 — сигнал "1". При этом канал параметрического регулирования закрыт логическими ключами в блоке 23 переключения режимо13 работы, а канал частотного регулирования открыт, На выходах блоков 17 — 19 получают три напряжения с коэффициентом заполнения, равным единице, Напряжения с выходов блоков 17 и 19 поступают на пятый и шестой входы блока 22 частотного управления. Независимо от сигналов на остальных входах данного блока на трех его выходах будут сигналы "1", Аналогичные сигналы формируются на выходах блоков 23 и 24.

В блоке 25 будут сформированы сигналы, которые, пройдя через блоки 26 и 37, обеси 33 присутствует сигнал, равный сигналу на пятом входе блока 26, т.е. сигнал с выхода индикатора 16 полярности напряжения питания U>g, а на выходах элементов 35, 34сигнал, инверсный от сигнала"на пятом входе блока 26, т.е. Оы, Таким образом, на первом выходе блока 26 присутствует сигнал О16, на втором — сигнал "1, на третьем — сигнал U>o, на четвертом — сигнал "О", независимо от состояния сигналов на первых четырех входах блока 26, т.е., независимо от работы всей остальной части системы 9 управления. В результате работы блока 37 ключ 5 оказывается а замкнутом состоянии и шунтирует фазную обмотку 4 в двигателе 1, ключ 6 разомкнут, а ключи 8 и

7 включаются парафазно в зависимости от знака переменногс питающего напряжения

Оп. При этом будет обеспечено однополупериодное выпрямление напряжения питания, прикладываемое к обмоткам 3 и 2 АТД

1 соответственно положительной и отрицательной полярности, что обеспечит протекание в них токов одного знака в каждой из указанных обмоток, В двигателе возникает режим динамического торможения, интенсивность которого обеспечивается за счет высокого уровня выпрямленного тока.

В процессе торможения скорость вращения ротора уменьшается. При остановке ротора в некоторый момент cut =аз сигнал на выходе датчика вращения ротора 10 0и равен "О". Этот сигнал поступает на седьмой вход блока 26 управления торможением.

При этом работа блока 26 аналогична рассмотренной выше 13 случае, когда U11. О, т.е, сигналы на выходах блока 26 равны сигна5

25 печивают включение ключей 5 и 7 и запирание ключей 6 и 8 после остановки ротора

АТД 1.

При этом фазные обмотки 2 — 4 АТД 1 замыкаются накоротко и отключаются от источника питания. Таким образом, при нулевом сигнале задания U>> = О и нулевой скорости вращения ротора п = 0 заканчивается процесс торможения двигателя и он отключается от источника питания. В течение паузы аз < мт < а электроэнергия от источника питания не расхоцуется.

Предлагаемое устройство позволяет переводить АТД в режим эффективного динамического торможения при достижении входным сигналом нулевого значения с последующим автоматическим отключением от источника питания при полной остановке ротора. В предлагаемом устройстве сохранены все функциональные возможности и свойства, присущие известному устройству. Повышение эффективности тормо жения АТД достигается без изменения силовой части устройства — полупроводникового коммутатора, а следовательно, практически при тех же массогабаритных показателях.

Формула изобретения

Электропривод переменного тока, содержащий асинхронный трехфазный электродвигатель,мостовой полупроводниковый коммутатор, выполненный на четырех транзисторных ключах переменного тока, одна диагональ мостового коммутатора соединена с зажимами для подключения к источнику однофазного напряжения питания, а к другой диагонали мостового коммутатора подключены первые выводы первой и второй статорных обмоток асинхронного электродвигателя, первый вывод третьей статорной обмотки которого соединен с одним из зажимов для подключения к источнику однофазного напряжения питания, систему управления, включающую в себя задатчик входного сигнала, индикатор полярности входного сигнала, два блока фазового сдвига, блок формирования абсолютного значения входного сигнала, индикатор полярности напряжения питания, три блока сравнения, компаратор входного сигнала, преобразователь напряжение-частота, блок частотного регулирования, блок переключения режимов работы, блок распределения импульсов управления, блок управления и защиты, блок гальванической развязки и усиления импульсов управления, входы индикатора полярности входного сигнала и блока формирования аб1676057

20

30 управления и защиты, второй и третий выходы блока переключения режимов рабо- 40

50 солютного значения входного сигнала объединены и подключены к выходу эадатчика входного сигнала, выход индикатора полярности входного сигнала подключен к первому входу блока распределения импульсов управления, выход блока формирования абсолютного значения входного сигнала подключен к первым входам трех блоков сравнения. вторые входы которых соединены с выходами первого блока фазового сдвига, вход которого соединен с входом индикатора полярности напряжения питания и служит для подключения к источнику переменного напряжения, выход индикатора полярности напряжения питания подключен к первому входу блока частотного регулирования, выходы трех блоков сравнения подключены к первым трем входам блока переключения режимов работы, входы компаратора входного сигнала и преобразователя напряжение-час.тота объединены и подключены к выходу блока формирования абсолютного значения входного сигнала, выход компаратора входного сигнала подключен к четвертому входу блока переключения режимов работы, выход преобразователя напряжение-частота подключен к входу второго блока фазового сдвига, три выхода которого подключены к второму, третьему и четвертому входам блока частотного регулирования, пятый и шестой входы этого блока подключены соответственно к выходам первого и третьего блоков сравнения, три выхода блока частотного регулирования подключены к пятому, шестому и седьмому входам блока переключения режимов работы, первый выход которого подключен к третьему входу блока ты соединены с третьим и вторым входами блока распределения импульсов управления, выходы которого подключены к первому и второму входам блока управления и защиты, выходы блока гальванической развязки и усиления импульсов управления подключены к управляющим входам соответствующих четырех силовых транзисторных ключей полупроводникового коммутатора, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности торможения, в него введен датчик вращения ротора, в систему управления введены индикатор входного сигнала и блок упраВяения торможением с семью входами и четырьмя выходами, соединенными с соответствующими входами блока гальванической развязки и усиления импульсов управления, четыре первых входа блока управления торможением соединены с соответствующими выходами блока управления и защиты, пятый и шестой входы блока управления торможением соединены соответственно с выходами индикатора полярности напряжения питания и индикатора входного сигнала, вход которого соединен " выходом блока формирования абсолютного значения входного сигнала, седьмой вход блока управления торможением образует вход системы управления, входы датчика вращения соединены соответственно с вторым выводом третьей статорной обмотки электродвигателя и первым выводом первой статорной обмотки электродвигателя, второй вывод которой соединен с первым выводом второй статорной обмотки, второй вывод которой соединен с первым выводом третьей статорной обмотки электродвигателя, выход датчика вращения ротора соединен с входом системы управления, блок управления торможением выполнен на чеTblpGx двухвходовых элементах Wl¹ четырех двухвходовых элементах И, одном двухвходовом элементе И вЂ” НЕ и одном ичверторе, первые входы трех элементов ИЛИ и первого элемента И образуют соответственно первые четыре входа блока управления торможением, первый вход четвертого элемента ИЛИ образует пятый вход блока

5 управления торможением, а два входа второго элемента И образуют шестой и седьмой входы указанного блока управления торможением, выход второго элемента И подключен K объединенным вторым входам первых трех элементов ИЛИ и элемента И—

НЕ непосредственно и через инвертор — к объединенным вторым входам четвертого . элемента ИЛИ и первого элемента И, выходы первого элемента ИЛИ и элемента И вЂ” HE

5 подключены к входам третьего элемента

¹ выход которого образует первый выход блока .управления торможением, выходы третьего и четвертого элементов ИЛИ подключены к входам четвертого элемента И, выход которого образует третий выход блока управления торможением, выходы второго элемента ИЛИ и первого элемента

И образуют соответственно второй и четвертый выходы блока управления тормо5 жением, 16Т6057

1676057 о1.

et

Qg

4g

Составитель С.Позднухов

Редактор H.Jtàçàðåíõî Техред М.Моргентал Корректор M.Шаро ви

Заказ 3012 Тираж З.И Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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