RU2017318C1

RU2017318C1 - Method of forming of three-phase voltage fed to asynchronous motor supplied from single-phase network

Info

Publication number: RU2017318C1
Authority: RU
Inventors: Ю.Е. Завадский; Е.Л. Брагилевский; В.В. Доброславский; А.А. Коваль; В.В. Карасев; В.Г. Микитчук; Е.М. Певзнер
Priority date: 1991-12-09
Filing date: 1991-12-09
Publication date: 1994-07-30

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: frequency of supply single-phase voltage is converted by commutation of currents of motor in following sequence: during first half-cycle current of one direction is fed to first lead of motor and of reverse direction - to third lead. During next half-cycle direction of currents fed to first and third leads is changed. In following half-cycle direction of currents fed to second and third leads is changed again and further on again in same sequence. In this case frequency of formed three-phase voltage is equal to 2/3 of that of supply network. For reversing specified order of commutation is changed for opposite one. EFFECT: improved efficiency and reliability of method. 3 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в частотно-регулируемых приводах для получения из однофазного напряжения питающей сети с промышленной частотой трехфазной системы периодических напряжений пониженной частоты для подачи к выводам асинхронного электродвигателя, а также при пуске и торможении. The invention relates to electrical engineering and can be used in variable-frequency drives to obtain from a single-phase voltage a supply network with an industrial frequency of a three-phase system of periodic voltages of reduced frequency for supplying an asynchronous motor to the terminals, as well as during starting and braking.

Известен способ формирования из однофазного напряжения трехфазной системы напряжений, базирующийся на однофазно-трехфазном преобразовании частоты, позволяющий получить ряд пониженных частот, максимальная из которых в три раза меньше частоты питающей сети [1]. There is a method of forming a three-phase voltage system from a single-phase voltage, based on a single-phase-three-phase frequency conversion, which allows to obtain a number of lowered frequencies, the maximum of which is three times less than the frequency of the supply network [1].

Наиболее близким к изобретению техническим решением, которое может быть принято за прототип, является способ формирования трехфазного напряжения, подводимого к асинхронному электродвигателю при питании его от однофазной сети, по которому преобразуют частоту питающего однофазного напряжения путем коммутации токов двигателя в определенной последовательности [2]. Closest to the invention, the technical solution that can be taken as a prototype is a method of generating a three-phase voltage supplied to an induction motor when it is powered from a single-phase network, which converts the frequency of the supplying single-phase voltage by switching the motor currents in a certain sequence [2].

Основным недостатком известных способов является невозможность получения выходной частоты f более величины f=f_пс/3, где f_пс - частота питающей сети. Это обстоятельство снижает диапазон регулирования скорости электропривода, а также способствует возникновению значительных бросков тока в асинхронном двигателе при переключении его с выхода устройств, реализующих данные способы, на трехфазную питающую сеть с частотой f_пс.The main disadvantage of the known methods is the inability to obtain an output frequency f greater than f = f _ps / 3, where f _ps is the frequency of the supply network. This circumstance reduces the range of regulation of the speed of the electric drive, and also contributes to the occurrence of significant inrush currents in an induction motor when switching it from the output of devices that implement these methods to a three-phase supply network with a frequency f _ps .

Эти недостатки устраняются за счет того, что по способу формирования трехфазного напряжения, подводимого к асинхронному электродвигателю, при питании его от однофазной сети, по которому преобразуют частоту питающего однофазного напряжения путем коммутации токов двигателя в определенной последовательности, согласно изобретению при указанной коммутации в первый полупериод напряжения питающей сети подают к первому выводу двигателя ток одного направления, а к третьему выводу обратного, в следующий полупериод изменяют направление токов, подаваемых к первому и второму выводам двигателя, в последующий полупериод изменяют направление токов, подаваемых к второму и третьему выводам двигателя, и далее снова в той же последовательности, причем частота сформированного трехфазного напряжения равна 2/3 частоты питающей сети, при этом для реверсирования указанный порядок коммутации меняют на противоположный. These disadvantages are eliminated due to the fact that by the method of generating a three-phase voltage supplied to an asynchronous electric motor, when it is powered from a single-phase network, by which the frequency of the supplying single-phase voltage is converted by switching the motor currents in a certain sequence, according to the invention with said switching into the first half-period of voltage the mains supply current to the first output of the motor in one direction, and to the third output of the reverse, in the next half-cycle, the currents are changed supplied to the first and second motor leads, in the subsequent half-cycle, the direction of the currents supplied to the second and third motor leads is changed, and then again in the same sequence, the frequency of the generated three-phase voltage being equal to 2/3 of the frequency of the supply network, the switching order is reversed.

На фиг. 1 представлена электрическая схема устройства, реализующего данный способ (вариант выполнения); на фиг. 2 - временные диаграммы работы; на фиг. 3 схематически изображены направления токов в асинхронном электродвигателе. In FIG. 1 shows an electrical diagram of a device that implements this method (embodiment); in FIG. 2 - timing diagrams of work; in FIG. 3 schematically shows the direction of currents in an induction motor.

Входные выводы силового тиристорного блока 1 (фиг. 1) подключены к двум фазам А, В питающей сети (U_пс) через токоограничивающий реактор 2, блок 3 контроля тока и временной задержки, а также контакты автоматического выключателя 4. Для получения на выходе блока 1 трехфазной системы периодических напряжений с частотой f= (2/3)f_пс служит блок 5 распределения импульсов, запуск которого осуществляется синхроимпульсами U_син, поступающими на его вход синхронизации, частота которых f_син=2f_пс формируется в блоке 6 фазоимпульсного управления и которые служат одновременно для управления пилообразными опорными напряжениями. Кроме того, блок 5 снабжен входом реверса U_рев, входом задания частоты "Вкл. (2/3)f_пс", а также выходом сигнала задания, переключающим выходом и шестью выходами распределения импульсов. Переключающий выход блока 5 соединен с переключающим входом блока 3. Синхронизация блока 6 осуществляется от сети через трансформатор блока 7 питания, который подключен к трем фазам питающей сети для снижения пульсаций при формировании напряжений питания схемы управления +U, -U. Управляющие выходы U_вых блока 6 связаны с электродами управления тиристоров силового блока 1. Для контроля величин периодических напряжений к выходным выводам блока 1 подключены входы датчика 8 напряжения, выходы которого соединены с входами блока 9 фильтров первых гармонических с выпрямителем. Выпрямленное напряжение первых гармонических составляющих с выхода блока 9 подают на вход обратной связи блока 10 регулирования, где из выпрямленного напряжения исключают пульсации и используют его в качестве сигнала обратной связи. На первый вход блока 10 подают сигнал задания U₃. К выходу блока 1 подключены через магнитные пускатели 11 (S₁...S_n) асинхронные двигатели 12 с выводами 13, 14, 15 (фиг. 3).The input terminals of the thyristor power unit 1 (Fig. 1) are connected to two phases A, B of the supply network (U _ps ) through a current-limiting reactor 2, a current and time delay control unit 3, and also contacts of the circuit breaker 4. For receiving the output of unit 1 a three-phase system of periodic voltages with a frequency f = (2/3) f _ps serves as a unit 5 of the distribution of pulses, the start of which is carried out by sync pulses U _syn , arriving at its synchronization input, whose frequency f _syn = 2f _ps is formed in the block 6 of the phase-pulse control and which simultaneously pressed to control sawtooth reference voltages. In addition, block 5 is equipped with a reverse input U _roar , frequency reference input "On (2/3) f _ps ", as well as a reference signal output, switching output and six pulse distribution outputs. The switching output of block 5 is connected to the switching input of block 3. The synchronization of block 6 is carried out from the network through the transformer of the power block 7, which is connected to the three phases of the supply network to reduce ripple during the formation of the supply voltage of the control circuit + U, -U. The control outputs U of the _output unit 6 are connected to the control electrodes of the thyristors of the power unit 1. To control the values of the periodic voltages, the outputs of the unit 1 are connected to the inputs of the voltage sensor 8, the outputs of which are connected to the inputs of the unit 9 of the first harmonic filters with a rectifier. The rectified voltage of the first harmonic components from the output of block 9 is fed to the feedback input of the control unit 10, where ripple is eliminated from the rectified voltage and used as a feedback signal. At the first input of block 10, a reference signal U _{3 is} supplied. The output of block 1 is connected via magnetic starters 11 (S ₁ ... S _n ) asynchronous motors 12 with conclusions 13, 14, 15 (Fig. 3).

Устройство функционирует следующим образом. The device operates as follows.

На шести выходах распределения импульсов блока 5 (фиг. 1) формируются сигналы, соответствующие разрешенным временным интервалам для включения тиристоров 1₁-(1₁'), 1₂(1₂'), 1₃(1₃')...1₆(1₆') силового блока. Одноканальное фазосдвигающее устройство блока 6 фазоимпульсного управления формирует импульсы управления, соответствующие положительным и отрицательным полуволнам напряжения питающей сети U_пс. При положительной полуволне питающего напряжения (+U_пс) возможно включение тиристоров 1₁, 1₂, 1₃...1₆, а при отрицательной полуволне (-U_пс) - тиристоров 1₁', 1₂', 1₃' ... 1₆'. Система управления обеспечивает заданный алгоритм включения тиристоров силового тиристорного блока 1, предусматривающий формирование токов i₁, i₂, i₃, имеющих вполне определенные направления относительно выводов 13, 14 и 15 двигателя 12 (фиг. 3) по интервалам, соответствующим полуволнам однофазного напряжения (фиг. 2а "Вперед" и фиг. 3 - сплошные линии): на первом интервале формируются ток +i₁, направленный к выводу 13, и ток -i₃, направленный от вывода 15 (включают тиристоры 14 и 15 или 1₄' и 1₅'), на втором интервале формируются ток -i₁, направленный от вывода 13, и ток +i₂, направленный к выводу 14 (включают тиристоры 1₁ и 1₆ или 1₁' и 1₆'), на третьем интервале формируются ток -i₂, направленный от вывода 14, и ток +i₃, направленный к выводу 15 (включают тиристоры 1₃ и 1₂ или 1_3'и 1_2'). Далее цикл формирования токов повторяется в том же порядке. При реверсе асинхронного двигателя порядок формирования упомянутых токов изменяется на обратный (фиг. 2б "Назад" и фиг. 3 - пунктирные линии).At the six outputs of the pulse distribution of block 5 (Fig. 1), signals are generated corresponding to the allowed time intervals for switching on thyristors 1 ₁ - (1 ₁ '), 1 ₂ (1 ₂ '), 1 ₃ (1 ₃ ') ... 1 ₆ (1 ₆ ') power unit. The single-channel phase shifting device of the phase-pulse control unit 6 generates control pulses corresponding to the positive and negative half-waves of the supply voltage U _ps . With a positive half-wave of the supply voltage (+ U _ps ), thyristors 1 ₁ , 1 ₂ , 1 ₃ ... 1 ₆ can be turned _on , and with a negative half-wave (-U _ps ) - thyristors 1 ₁ ', 1 ₂ ', 1 ₃ '. .. 1 ₆ '. The control system provides a predetermined algorithm for turning on the thyristors of the power thyristor unit 1, which provides for the formation of currents i ₁ , i ₂ , i ₃ , which have well-defined directions relative to the terminals 13, 14 and 15 of the motor 12 (Fig. 3) at intervals corresponding to half-waves of a single-phase voltage ( Fig. 2a "Forward" and Fig. 3 - solid lines): in the first interval, a current + i _{1 is formed} , directed to terminal 13, and a current -i ₃ , directed from terminal 15 (includes thyristors 14 and 15 or 1 ₄ 'and 1 ₅ '), a current -i ₁ are formed on the second slot, directed from you ode 13, and a current + i ₂ directed toward the pin 14 (include thyristors ₁ January and June ₁ or 1 ₁ ', 1 _6'), a current -i ₂ are formed on the third interval, directed from the output 14, and a current + i ₃ directed to terminal 15 (include thyristors 1 ₃ and 1 ₂ or 1 _{3 '} and 1 _2' ). Next, the current generation cycle is repeated in the same order. When the induction motor is reversed, the formation order of the mentioned currents is reversed (Fig. 2b "Back" and Fig. 3 - dashed lines).

Следует отметить, что начало цикла формирования токов может быть привязано как к началу положительной полуволны однофазного напряжения, так и к началу отрицательной, при этом система управления сама выбирает направленность каждого тиристора: 1₁ или 1₁', 1₂ или 1₂' и т.д.It should be noted that the beginning of the current generation cycle can be linked both to the beginning of the positive half-wave of a single-phase voltage and to the beginning of the negative, while the control system itself selects the direction of each thyristor: 1 ₁ or 1 ₁ ', 1 ₂ or 1 ₂ ' and t .d.

Блок 3 контроля тока и временной задержки формирует импульсы, запрещающие переключение выходных фаз силового тиристорного блока 1 во время протекания по ним тока. Длительность этих запрещающих импульсов увеличивается на некоторую временную задержку, необходимую для восстановления вентильных свойств тиристоров. Кроме того, блок 3 контроля и временной задержки формирует аварийный сигнал при превышении силовым током величины уставки. Этот сигнал подается на вход защиты блока 6 фазоимпульсного управления, в результате чего блокируются импульсы управления тиристорами. С помощью блока 10 регулирования осуществляют стабилизацию амплитуд первых гармонических составляющих формируемых напряжений. The current and time delay control unit 3 generates pulses prohibiting the switching of the output phases of the power thyristor unit 1 during the flow of current through them. The duration of these inhibitory pulses increases by a certain time delay necessary to restore the gate properties of the thyristors. In addition, the control and time delay unit 3 generates an alarm when the power current exceeds the set value. This signal is fed to the input of the protection unit 6 of the phase-pulse control, as a result of which the thyristor control pulses are blocked. Using the block 10 regulation regulate the amplitudes of the first harmonic components of the generated voltages.

Предлагаемый способ формирования трехфазного напряжения пониженной частоты, подводимого к асинхронному электродвигателю при питании его от однофазной сети промышленной частоты, позволяет использовать его в устройствах регулирования скорости частотно-управляемых электроприводов для получения пониженных установочных скоростей, а также в пуско-тормозных режимах с целью снижения бросков тока при пуске и разгоне асинхронных двигателей до номинальной скорости с переключением на трехфазную сеть промышленной частоты. Эти же устройства могут быть использованы при снижении скорости путем переключения с трехфазной питающей сети промышленной частоты на пониженные частоты. При этом благодаря применению предлагаемого способа формирования частоты f= (2/3)f_пс снижаются броски тока и скорости, что повышает надежность работы и расширяет возможности применения.The proposed method of forming a three-phase voltage of low frequency supplied to an induction motor when it is powered from a single-phase network of industrial frequency, allows it to be used in speed control devices of frequency-controlled electric drives to obtain lower set speeds, as well as in start-brake modes to reduce current surges when starting and accelerating asynchronous motors to rated speed with switching to a three-phase network of industrial frequency. The same devices can be used to reduce speed by switching from a three-phase power supply network of industrial frequency to lower frequencies. Moreover, due to the application of the proposed method of forming the frequency f = (2/3) f _{ps, the} inrush and speed surges are reduced, which increases the reliability of operation and expands the possibilities of application.

Таким образом, повышается плавность перехода с пониженных частот на промышленную частоту питающей сети, т.е. повышается число ступеней при переключении асинхронного привода на питание от промышленной сети. Thus, the smoothness of the transition from lower frequencies to the industrial frequency of the supply network, i.e. the number of steps increases when switching an asynchronous drive to power from an industrial network.

Claims

METHOD FOR FORMING A THREE-PHASE VOLTAGE CONNECTED TO AN ASYNCHRONOUS ELECTRIC MOTOR WHILE POWERING IT FROM A SINGLE-PHASE NETWORK, in which the frequency of the supplying single-phase voltage is converted by switching the motor currents in a certain sequence, characterized in that the main voltage is supplied to the first mains voltage supply one direction, and to the third conclusion - the opposite, in the next half-cycle change the direction of the currents supplied to the first and second conclusions of the motor For the next half-cycle, the direction of the currents supplied to the second and third terminals of the motor is changed, and then again in the same sequence, the frequency of the generated three-phase voltage being equal to 2/3 of the frequency of the supply network, and for reversing, the indicated switching order is reversed.