SU1376209A1 - Способ регулировани частоты вращени трехфазного асинхронного электродвигател - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в электроприводах общепромышленных механизмов . Целью изобретени   вл етс  улучшение энергетических показателей путем исключени  асимметрии напр жени  питани  электродвигател . При регулировании частоты вращени  трехфазного асинхронного электродвигател  предлагаемым способом в обмотках статора формируетс  трехфазна  система напр жений пониженной частоты, отличающейс  от частоты питающей сети в целое число раз с пор дком чередовани  фаз, соответствующим пор дку чередовани  фаз модулирующего напр жени . При соотношении частоты сети и выходной частоты преобразовател  2п+1 обеспечиваетс  внутрифазова  симметри  выходного напр жени  (тока) при максимальном заполнении кривой выходного тока фаз обмоток электродвигател . При этом улучшаетс  гармонический состав кривой тока электродвигател , уменьшаетс  его нагрев при работе на пониженных частотах вращени  за счет снижени  амплитуды импульсов момента . Управление согласно способу позвол ет исключить предшествующие и последующие трехфазному однофазные - режимы работы двигател  при работе на пониженных частотах вращени , что улучшает энергетические показатели электродвигател , 7 ил. (Л С

Description

11

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в электроприводах общепромышленных механизмов.

Цель изобретени  - улучшение энергетических показателей путем исключени  асимметрии напр жени  питани  электродвигател .

На фиг.1 показана структурна  схема устройства., реализующего способ регулировани  частоты вращени  асинхронного электродвигател ; на фиг.2 - блок распределени  импульсов управлени ; на фиг.З - счетное устройство и формирователь импульсов запрета; на фиг.4 - блок задани  и . редукции частоты вращени ; на фиг.З- формирователь модулирующих напр же-. кий; на фиг,6 и 7 - временные диаграммы напр жений и импульсов управлени , иллюстрирующие способ регулировани  частоты вращени , а также работу устройства, реализующего способ ..

Устройство (фиг.1) содержит реверсивный тиристорный коммутатор, состо щий из п ти пар встречно-параллельно соединенных тиристоров 1-10, соедин ющих выводы фаз статор- ной обмотки асинхронного электродвигател  14 с клеммами 15-17 питающей сети так, что вывод 11 первой фазы статорной обмотки двигател  14 через тиристоры 1 и 2 соединен с первой клеммой 15 питающей сети, причем к выводу 11 подключены катод тиристора 1 и анод тиристора 2. Вывод 12 второй фазы статорной обмотки двигател  14 через тиристоры 5-8 соединен с второй 16 и третьей 17 клеммами питающей сети так, что к выводу 12 подключены катоды тиристоров 5 и 7 и аноды 6 и 8, а к клемме 16 - катод тиристора 6 и анод тиристора 5, к. клемме I7 - катод тиристора 8 и анод тиристора 7. Вывод J 3 третьей фазы статорной обмотки двигател  14 соединен через тиристоры 3, 4, 9 и ГО также с второй 16 и третьей 17 клеммами питающей сети, причем к выводу 13 подключены катоды тиристоров 3 и 9 и аноды тиристоров 4 и 10, а к клеммам 16 и 17 - соответственно катод тиристора 10 и анод тиристора 9.

Устройство содержит также блоки 18-20 импульсно-фазового управлени , блок 21 распределени  импул ьсов уп

равлёни , блок 22 счетного устройства и формировани  импульсов запрета, блок 23 задани  и редукции частоты вращени , блок 24 формировани  модулирующих напр жений, блок 25 реверса , блок 26 выходных усилителей. При этом блоки 18-20 системы импульсно-фазового управлени  первыми входами соединены соответственно с клеммами 15-17 питающей сети, вторые входы блоков 18-20 предназначены дл  подачи сигнала задани  амплитуды , а вькоды их подключены к соот

ветствующим входам блока 21 распределени  импульсов управлени , управл ющие входы и входы запрета которого соединены соответственно с первыми выходами блока 24 формировани  модулирующих напр жений , с вькодами блока 22 счетного устройства и формировани  импульсов запрета.

5

5

5

0

5

0

Блок 23 задани  и редукции частоты вращени  соединен выходами с управл ющими входами блока 24 модулирующих напр жений и блока 22 счетного устройства и формировани  импульсов запрета. Первый вход блока 23 соединен с одним из первых выходов блока 24, второй вход блока 23 предназначен дл  подачи сигнала задани  частоты, а третий вход блока

23соединен с вторым выходом блока

24формировани  модулирующих напр жений , третий и четвертый выходы которого соединены соответственно с первым и вторым информационными входами блока 22 счетного устройства

0 и формировани  импульсов запрета. Входы синхронизации блока 24 форми- .ровани  модулирующих напр жений сое динены соответственно с клеммами 15-17 питающей сети. Выходы блока 21 распределени  импульсов управлени  соединены с входами блока 25 реверса , выходы которого соединены с вьдхо- дами блока 26 выходных усилителей, выходы которого подключены к соот- ветствуювцм управл ющим электродам тиристоров 1-10.

Блок 21 распределени  импульсов управлени  (фиг.2) состоит из элементов 2И 27-33, элементов 2ИЛИ 34 и 35, 2И-2И-2ИЛИ 36, ЗИ-1И-2ИЛИ 37, 2И-2И-2ИШ 38, ЗИ-1И-2ИЛИ 39, ЗИ-2И- 2Ш1И 40, 2И-1И-2И11И 41, ЗИ-2И-2ШШ 42, 2И-1И-2ИЛИ 43, элементов 2И 44- 53.

Блок 22 счетного устройства и формировани  импульсов запрета ( фиг.3) состоит из счетчика 54 с дешифратором , RS-триггера 55, элементов ЗИЛИ 56 и 57, 4ИЛИ 58, элемента И2-2И- 2И-ЗИЛИ-НЕ 59, счетчика 60 с дешифратором , элементов 2И-НЕ 61 и 62, элементов 2И-2Й-2И-ЗИЛИ - НЕ 63 и 64.

Блок 23 задани  и редукции частоты вращени  ( фиг.4) состоит из дифференцирующих цепочек 65 и 66, 10-ка- нального коммутатора 67, элемента

ЗИ-ЗИ-ЗИ-ЗИ-ЗИ-ЗИ-ЗИ-ЗИ-ЗИ-ЗИ-10 ИЛИ-НЕ 68, счетчика 69 с дешифратором .

Блок 24 формировани  модулирующих напр жений ( фиг.5 )состоит из компараторов 70-75 (70,72,74 - неинвертирующие , 71, 73, 75 - инвертирующие . элемента 2ИЛИ-НЕ 76, элемен- та 2ИЛИ-2ИЛ И-2ИЛИ-6И 77, управл емого делител  78 частоты, кольцевого распределител  79.

На фиг.1-7 обозначены сигналы задани  частоты и,, амплитуды U . и реверса Up; U|,и„g, модулирующие напр жени ; U ,U ,U и f - фазные напр жени  и частота питающей сети Цд, Ug , Ц., соответственно напр жени  обмоток статора двигател ; d « с - временные интервалы выходного напр жени  низкой частоты (i - индекс соответствующего интервала); t - импульсы запрета с индексом j, соответствующим номеру- тактового импульса на интервале dj ; у/з 1)5 ,V ,.. ., vljj сигналы, соответствующие заданному коэффициенту редукции частоты J 2п+1; У 1 У сигналы управлени  с индексами , соответствующими номерам тиристоров (фиг.1); и. ,Uj,g,U, - пр моугольные импульсы синхронизации, соответствующие напр жени м сети и„, UB.UC.

Устройство, реализующее способ управлени  частотой вращени  электродвигател , работает следующим образом .

Каждому значению напр жени  задани  частоты и. (положению коммутатора 67 блока 23 задани  и редукции частоты соответствует фиксированный коэффициент снижени  входной частоты . На клеммы 15-17 подаютс  фазные напр жени  питающей сети U, Uft,DC.Компараторами 70-75 блока 24

формировани  модулирующих напр жений (фиг.5) они преобразуютс  в систему пр моугольных импульсов и,

с,А . с,в Uc,c 5 с,с с6°т- ветствующих положительной полуволне фазньпс напр жений (U U ,U , Ug , U(, , U) . Здесь ползгченные сигналы суммируютс  (на элементе 77) дл 

получени  сигнала частоты 6 f , который поступает на вход управл емого делител  23. Выходной сигнал делител  78 6 f /и поступает на распределитель 79 с коэффициентом делени 

шесть, с выхода которого снимаетс  три пары взаимоинверсных потенциальных логических модулирующих сигналов и„,и, , , UM,U выходной частоты f „ f . Кажда  пара

модулирующих напр жений сдвинута во времени относительно друг друга на 1/3 периода выходной частоты f.

В соответствии с модулирующими напр жени ми в блоке 21 обеспечиваетс  распределение импульсов по

соответствующим каналам распределител  и циклическое с частотой выходного напр жени  сети сн тие импульсов с выходов элементов 44-53.

Фазные напр жени  сети подаютс  также на входы синхронизации блоков 18-20 импульсно-фазового управлени , которые вырабатьгоают по две последо- . вательности импульсов, сдвинутых

на полпериода частоты сети, и реализуют принцип вертикального управлени . Изменение фазы выходных импульсов осуществл етс  посредством уп- равл ющего напр жени  U.

Выходные импульсы зшравлени  блоков 18 и 20 через элементы 34 и 35 (фиг.2), где сзгммируютс  взаимойн- версные последовательности импульсов, в соответствии с модулирующим напр жением и., Up| 4epe3 блок 25 реверса и блок 26 выходных усилителей поступают на управл юище входы тиристоров 1 и 2. Выходные импульсы блоков 18 и 20 поступают также на входы элемен-

тов И элементов 36 - 43 (фиг.2). С помощью элементов 28, 29 и 27 определ ютс  интервалы, когда совпадают - пол рности модулирующих напр жений

м ме WQ м и,е и и. Если пол рности и и, различны,

то импульсы управлени  с выходов блока 19 через элементы 30 и 31 поступают на входы вторых . элементов И

элементов 36-43. Если пол рности U| и и f(- различны, а совпадают пол рности и«л иимв,и«ли UM, то соответствующие выходные импульсы блоков 18- 20 суммируютс  на элементах 36-43 и через элементы 46-53 блоки 25 и 26 поступают на управл ющие входы тиристоров Y5, Y7, Y6, Y8, Y3, Y9, Y4, Y10. При наличии сигнала реверса Up выходы элементов 46 - 53 мен ютс  местами.

Сн тие управл ющих импульсов осуществл етс  в элементах 36-40,42 подачей сигналов нулевого уровн  на вторые входы соответствующих элемент той И. Эти сигналы (импульсы запрета ) формируютс  в блоке 22 (фиг.З). Счетчик 54 с дешифратором работает режиме счета до шести, дел  пери- од выходного напр жени  на шесть одинаковых интервалов, чему соответствуют последовательности импульсов d на соответствующих i-ых выходах дешифратора . RS-триггер 55 обеспечи- вает формирование импульса, соответствующего интервалу d , поскольку каждый шестой импульс на входе счетчика устанавливает дешифратор в ис

13762096

дифференцирующей цепочки 65 на третьем входе первого элемента И элемента 68 на тактовом входе счетчика 69 по вл етс  отрицательный короткий импульс, а на первом выходе дешифра

23

тора импульс, соответствующий р,

При изменении частоты вращени  коммутатор переводитс  в следующее положение, и процесс формировани  им- пульса, соответствующего заданному коэффициенту редукции, осуществл етс  аналогичным образом. Переход на каждую последующую частоту осуществл етс  по окончании периода преды- дущей, чему соответствует короткий импульс с выхода дифференцирующей цепочки 66.

С помощью предлагаемого способа в обмотках статора формируетс  трехфазна  система напр жений U,U-,U (фиг.6 и 7) пониженной частоты, отличающейс  от частоты питающей сети в целое число раз с пор дком чередовани  фаэ, соответствующим пор дку чередовани  фаз модулирующего напр жени . При выборе соотношени  частот сети и выходной, равным V 2п+1, обеспечиваетс  внутрифазова 

ходное - нулевое состо ние. Выбор со- зо симметри  выходного напр жени  ( тока

ответствующего заданному значению интервала dt осуществл етс  элементами 56 - 59, при этом на выходе элемента 59 по вл етс  положительный уровень напр жени , воздействующий на вход R счетчика 60, разреша  тем самым счет тактовых импульсов Uc.c- При этом формируютс  ij-последовательности импульсов на соответствующих j-ых выходах дешифратора. Дл  каждого значени  ) с помощью элементов 61-64 осуществл етс  формирование .импульса запрета - , соответствующего .определенному временному интервалу.

Синхронизаци  работы схемы с сетью осуществл етс  на первой рабочей частоте, на первом выходе коммутатора 67 (фиг.4) сигнал положительного уровн  напр жени , который поступает на второй вход первого элемента И элемента 68. Поскольку счетчик 69 с дешифратором до подачи импульса управлени  ни тактовый вход находитс  в исходном состо нии, на первый вход первого элемента И элемента 68 также подан положительный уровень сигнала. При по влении короткого синхроимпульса с выхода

при максимальном заполнении кривой выходного тока фаз обмоток двигател . При этом дл  достижени  тех же электромагнитных моментов по вл етс  возможность включать тиристоры на меньших углах отпирани , т.е. при меньших амплитудах импульсов тока, что благопри тно сказываетс  на гармоническом составе тока асинхронного двигател , его нагреве и работе на пониженных частотах за счет снижени  амплитуды импульсов момента.

На участках кривой напр жени  низкой частоты d«,d поочередное подключение фаэ b и с обмоток статора соответственно к фазе В и С сети, тогда как перва  фаза обмотки подключена к фазе А сети, позвол ет исключить предшествующие и последующие трехфазному - однофазные режимы работы, что улучшает энергетические показатели работы электропривода.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ регулировани  частоты вра- щени  трехфазного асинхронного электродвигател  с реверсивным тиристорным коммутатором в статорной цепи на

   дес ти тиристорах, при котором дл  тиристоров формируют соответственно первое, второе и третье модулирующие напр жени  пониженной частоты, образующие трехфазную систему,.соответствующую заданной частоте вращени  электродвигател , подают управл ющие импульсы дл  тиристоров анодной группы при положительной пол рности соответствующих модулирующих напр жений, а дл  тиристоров катодной группы при отрицательной пол рности модулирующих напр жений, отличающийс  тем, что, с целью улучшени  энергетических показателей путем исключени  асимметрии напр жени  питани  электродвигател , частоту модулирующих напр жений задают в соотношении (, 2п+1, где f - частота напр жени  сети, а п 1,2,3..., синхронизируют начало положительной полуволны первого модулирующего напр жени  по началу положительной полуволны напр жени  первой фазы сети, формируют первую и вторую последовательности импульсов , соответствующие положительной и отрицательной полуволнам дл  каждого из трех фазных напр жений сети , формируют управл ющие импульсы дл  первого тиристора из первой и второй последовательностей импульсов соответственно первого и третьего фазных напр жений сети, дл  второго тиристора из второй и первой последовательностей импульсов соответственно первого и третьего фазных напр жений сети, сравнивают пол рности второго и третьего модулирую-ч щих напр жений, при несовпадении их формируют управл ющие импульсы дл  третьего, восьмого, дев того, шесто- го тиристоров из первой последовательности импульсов, соответствующих второму фазному напр жению сети, а дл  п того, дес того, седьмого, четвертого тиристоров из второй последовательности импульсов, соответствующих второму фазному напр жению : сети, одновременно сравнивают пол рности первого и второго модулирующих напр жений, при несовпадении их формируют дополнительные управл ющие импульсы дл  четвертого и п того тиристоров из первой последовательности импульсов соответственно первого и третьего фазных напр жений сети , дл  третьего и шестого тиристоров из второй последовательности импульсов соответственно первого и третьего фазных напр жений сети,срав-, нивают пол рности первого и третьего модулирующих напр жений, при несовпадении их формируют дополнитель- ные управл ющие импульсы дл  дес то-. го и седьмого тиристоров из первой последовательности импульсов соответственно первого и третьего фазных напр жений сети, а дл  дев того и восьмого тиристоров из второй по - следовательности импульсов соответственно первого и третьего фазных напр жений сети, причем дл  значений

   частот модулирующего напр жени , заданных соотношением f /f- 6k-l,

   -

   где k 1,2,3..., при совпадении пол рности первого и второго модулирующих напр жений определ ют и

   исключают из управл ющих первый км- пульс, соответствующий первой или второй последовательности импульсов соответственно дл  второго фазного напр жени  сети, дл  значений частот , заданных соотношением 6k+1, при совпадении пол рностей второго и третьего модулирующих напр жений определ ют первый импульс , соответствующий первой после-

   довательности импульсов соответст- венно первого фазного напр жени  и исключают его из управл ющих тиристоров в третьей фазе обмотки двигател , дл  значений частот, в заданных соотношением /f 3k,

   при совпадении пол рностей первого и и третьего модулирующих напр жений определ ют импульс с пор дковым номером j (2k-l), соответствующий

   первой или второй последовательное ти импульсов соответственно дл  второго фазного напр жени  сети, и исключают его из управл ющих дл  ти- дзисторов в третьей фазе обмотки дйигател ,дп  перехода с одной фиксированной частоты вращени  электродвигател  на другую определ ют момен,т изменени  пол рности первого модулирующего напр жени  и в этот момент

   измен ют значение частоты модулирующего напр жени о

   Uf

   c.c

   , / N

   ....xa. N.,4 rv .

   /(ПУу/ТЦк. / c. V ж t}ji,A

   A

   r

   y dltfU Xjj,.,

   I.. . I,

   I IIIII III г I a 11 f

   Х1Е:д : 5(/л:7.;

   V/5 y/5 y/f V7 фиг. 5

   .xa. N.,4 r

   у/ТЦк. / c. V ж t}ji

   A

   r

   v-. vXl dltfU Xjj,.,

   I.. . I,

   I III г I a 11

   Х1Е:д : 5(/л:7.;

   1

   ж

   Jili

   Фиг.5