Способ формирования тока в фазе частотно-управляемого асинхронного электропривода и устройство для его реализации

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в преобразовательной технике. Целью изобретения является снижение электрических потерь. Указанная цель достигается тем, что в способе формирования тока в фазе частотно-управляемого асинхронного электропривода полярность подключаемого к фазе двигателя питающего напряжения определяют по знаку производной заданного фазного тока. При отклонениях тока в фазе от заданного значения сверх установленного первого уровня до установленного второго уровня полярность подключаемого к фазе питакнцего напряжения устанавливают противоположной ... указанной на время, в течение которого ток в фазе двигателя изменяется от установленного второго уровня до момента достижения заданного значения . 2 с.п. ф-лы, 3 ил. с & (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (111

22 А1 (S11 4 Н 02 Р 7/42

KF(AR>(>, p

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4044027/24-07 (22) 31.03.86 (46) 07.08.87. Бюл. Ф 29 (71) Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики при

Томском институте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (72) Н.А. Михневич, А.Ю. Рождественский, А.В. Федоров и В.Н. Черемисин (53) 62-83:621.313.333.072.9(088.8) (56) Олещук В.И., Чаплыгин Е.Е. Вентильные преобразователи с замкнутым контуром управления. Кишинев: Штиинца, 1982, с. 54-59.

Palaniappan R.G. Vithajahil I. А

Control Strategy for Reference Nave

Adaptive Current Generation. — IEEE

Trans. Ind. Elec. Contr. Instr., 1980, т. 27, Ф 2, р. 92-96. (54) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ТОКА В ФАЗЕ

ЧАСТОТНО-УПРАВЛЯЕМОГО АСИНХРОННОГО

ЭЛЕКТРОПРИВОДА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО

РЕАЛИЗАЦИИ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в преобразовательной технике. Целью изобретения является снижение электрических потерь. Указанная цель достигается тем, что в способе формирования тока в фазе частотно-управляемого асинхронного электропривода полярность подключаемого к фазе двигателя питающего напряжения определяют по знаку производной заданного фазного тока. При отклонениях тока в фазе C от заданного значения сверх установленного первого уровня до установленного второго уровня полярность подключаемого к фазе питающего напряже- ( ния устанавливают противоположной указанной на время, в течение которого ток в фазе двигателя изменяется о от установленного второго уровня до момента достижения заданного значе- Я ния. 2 с.п. ф-лы, 3 ил. 00

132

Изобретение относится к электротехнике, точнее к преобразовательной технике, и может быть использовано в полупроводниковых преобразователях частоты для формирования тока в фазах частотно-управляемого асинхронного электропривода.

Целью изобретения является снижение электрических потерь путем уменьшения числа коммутаций силовых вентилей инвертора, осуществляющих подключение фазы двигателя к шинам постоянного питающего напряжения.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для формирования тока в фазе частотно-управляемого электропривода; на фиг. 2 — схема формирования управляющих импульсов; на фиг. 3 — диаграммы, поясняющие сущность способа и работу устройства.

Устройство для формирования тока в фазе частотно-управляемого асинхронного электропривода содержит последовательно включенные генератор 1 синусоидального сигнала (фиг. 1), дифференциальный усилитель 2 и первый компаратор 3 с характеристикой типа "гистерезис", инвертор 4 на силовых вентилях, подключенный управляющими входами к соответствующим выходам 5-8 блока формирователя 9 управляющих импульсов, выполненного с тремя входами 10-12, первый из которых подключен к выходу первого комнаратора 3 с характеристикой типа а

"гистерезис", датчик 13 нулевого значения сигнала, подключенный выходом к второму входу 11 формирователя 9 управляющих импульсов, и датчик

14 фазного тока, установленный на выходе инвертора 4 и подключенный выходом к второму входу дифференциальноro усилителя 2.

В устройство для формирования тока в фазе частотно-управляемого асинхронного электропривода введены блок

15 дифференцирования и последовательно соединенные выпрямитель 16 и второй компаратор 17 с характеристикой типа "гистереэис", выход которого подключен к третьему входу 12 формирователя 9 управляющих импульсов.

При этом вход выпрямителя 16 соединен с выходом дифференциального усилителя 2, вход блока 15 дифференцирования подключен к выходу генератора 1 синусоидального сигнала, а выход

Устройство для формирования тока в фазе частотно-управляемого асинхронного электропривода работает следующим образом.

8922

2 блока 15 дифференцирования — к входу датчика 13 нулевого значения сигнала.

Инвертор 4, служащий для подвода питания к асинхронному двигателю 18, содержит транзисторно-диодные силовые вентили 19-22.

На диаграммах фиг. 3 обозначено:

23 — опорный сигнал формируемого то1п ка; 24 — траектория текущего значения фазного тока двигателя; 25 и

26 — верхнее и нижнее пороговые значения зоны формирования тока; 27 производная от опорного сигнала 23

15 формируемого тока; 28 — сигнал на выходе датчика нулевого значения сигнала 13; 29 — зависимость напряжения на зажимах асинхронного двигателя 18 в процессе формирования тока; 30 и 31 — сигналы управления силовыми вентилями 22 и 21 соответственно; 32 — сигнал на выходе дифференциального усилителя 2, пропорциональный разности текущего значения

25 разного тока 24 и опорного сигнала

23 формируемого тока; 33 и 34 — уровни срабатывания компаратора 3; 35 сигнал на выходе компаратора 3; 36 сигнал на выходе выпрямителя 16; 37 и

ЗО 38 — уровни срабатывания второго компаратора 17; 39 — сигнал на выходе компаратора 1 1; 40 и 41 — сигналы управления силовыми вентилями 20 и 22 соответственно; 42 и 43 — импульсы

35 коррекции траектории фазного тока.

Способ формирования тока в фазе частотно-управляемого асинхронного электропривода состоит в том, что в моменты равенства текущего значения

4О тока 24 (Фиг. 3) Фазы двигателя верхнему 25 либо нижнему 26 пороговым значениям зоны формирования тока подключают к фазе асинхронного двигателя 18 с помощью силовых вентилей

19 -22 инвертора 4 однополярное импульсное напряжение 29, полярность которого соответствует знаку производной 27 от опорного сигнала 23 формируемого тока, при отклонении текущего значения тока 24 за пределы зоны (пространство между пороговыми значениями 25-26) формирования подключают к фазе двигателя 18 импульс 42 (43) напряжения противоположной полярности. з 13

Генератор 1 синусоидального сигнала формирует опорный синусоидальный сигнал 23, регулируемый по частоте и амплитуде, который поступает одновременно на первый вход дифференциального усилителя 2 и вход блока 15 дифференцирования, где он преобразуется в производную 27 от опорного синусоидального сигнала 23, поступающую на вход датчика 13 нулевого значения сигнала, с выхода которого в, виде прямоугольного сигнала 28 длительностью, равной положительному зна чению производной 27, поступает на второй вход 11 формирователя 9 управляющих импульсов.

На второй вход дифференциального усилителя 2 с выхода датчика 14 фазного тока поступает сигнал 24, пропорциональный текущему значению фазного тока двигателя 18. При этом на его выходе в результате алгебраического сложения входных сигналов формируется сигнал 32, пропорциональный разности текущего значения фазного тока 24 двигателя и опорного сигнала

23 формируемого тока и поступающий одновременно на вход выпрямителя 16 и вход компаратора 3 с гистерезисом, имеющим симметричные относительно нулевого значения уровни 33 и 34 срабатывания. В результате на выходе компаратора 3 формируется прямоугольная последовательность импульсов в виде сигнала 35, которая поступает на первый вход 11 формирователя 9 управляющих импульсов.

На выходе выпрямителя 16 формируется сигнал 36, поступающий на вход второго компаратора 17, имеющем два уровня срабатывания, один 37 из которых несколько превышает уровни 33 и 34 срабатывания компаратора 4, а другой 38 практически совпадает с нулевым значением сигнала 36, в результате чего на выходе компаратора

17 формируется прямоугольный сигнал

39, поступающий на третий вход 12 формирователя 9 управляющих импульсов.

На основе прямоугольных последовательностей импульсов 28, 35 и 39, поступающих на первый 10, второй 11 и третий 12 входы формирователя 9 управляющих импульсов, на его выходе формируются сигналы 30, 31, 40 и 41 управления силовыми вентилями 22, 21, 20 и 19 соответственно. В результате

55 ется прямоугольное напряжение 29, под действием которого ток фазы двигателя имеет траекторию в соответствии с кривой 24.

В процессе формирования тока статора асинхронного двигателя 18 в том случае, когда траектория 24 текущего значения тока двигателя находится в зоне формирования (между верхним

25 и нижним 26 пороговыми значения-. ми зоны формирования), на выходе второго компаратора 17 сигнал отсутствует, а на первый 10 и второй 11 входы формирователя 9 управляющих импульсов, поступают прямоугольные последовательности импульсов 35 и 28 соответственно. При этом на выходах

7 и 8 формируются прямоугольные обратно пропорциональные друг относительно друга сигналы, длительность которых соответствует длительности нарастающего (спадающего) участков формируемого тока или (что равнозначно) длительности положительного (отрицательного) значения производной

27 от опорного сигнала 23 формируемого тока, поступающие на отпирание (запирание) силового вентиля 22 и запирание (отпирание) силового вентиля 21. На выходах 6 и 5 формируются прямоугольные последовательности импульсов 40 и 31 управления силовыми вентилями 20 и 19 соответственно.

Таким образом, при формировании траектории 24 фазного тока двигателя, лежащей в зоне формирования при положительном значении производной

27, отпирается силовой вентиль 22 и запираются вентили 19 и 21, а силовой вентиль 20 коммутируется в моменты равенства траектории 24 текущего. значения фазного тока двигателя верхнему 25, либо нижнему 26 пороговым значениям формируемого тока, каждьй раэ возвращая траекторию тока в пределы зоны формирования. При отрицательном значении производной 27 отпирается силовой вентиль 21, запираются вентили 20 и 22, а йроцесс формирования фазного тока 24 осуществляется аналогичным способЬм путем коммутации силового вентиля 19. При таком формировании тока напряжение 29 на зажимах двигателя представляет собой однополярную последовательность импульсов напряжения (корректирующие и ульсы 42 и 43 в случае движения

28922 этого на зажиме двигателя 18 формиру5 132 траектории тока 24 в зоне формирования отсутствуют), смена полярности которой осуществляется в соответствии со сменой полярности производной

27 от опорного синусоидального сигнала 23, а коммутация этого напряжения осуществляется одним из силовых вентилей 19 либо 20.

Однако, как показывает практика, такой алгоритм управления силовыми вентилями не всегда позволяет удержать траекторию 24 текущего значения фазного тока в пределах заданной зоны формирования, что объясняется высокой динамичностью современных электроприводов, влиянием противо-ЭДС двигателя, взаимным влиянием коммутационных процессов в других фазах двигателя. Поэтому имеют место отклонения траектории 24 за пределы зоны формирования, в этом случае сигнал

36 на выходе выпрямителя 16 достигает уровня срабатывания 37 второго ,компаратора 17 и на третьем входе 12 формирователя управляющих импульсов возникают прямоугольные импульсы 39, длительность которых определяется временем движения траектории 24 фазного тока до момента совпадения ее с уровнем опорного задающего сигнала

23 (второй уровень 38 срабатывания второго компаратора 17). При этом алгоритм управления силовыми вентилями инвертора 4 меняется на противоположный. Это значит, что при положительном (отрицательном) значении производной 27 от опорного задающего сигнала 23 на время длительности импульсов 39 запираются (отпираются) силовые вентили 20, 22 (19, 21) и отпираются вентили 19, 21 (20, 22) соответственно, в результате чего к зажимам двигателя 18 кратковремен1 но подключается импульс 42 и 43 напряжения, принудительно возвращающий траекторию 24 текущего значения фазного тока двигателя в пределы зоны формирования. Такой порядок работы формирователя 9 управляющих импульсов позволяет в значительной степени сократить величину электрических потерь в электроприводе за счет снижения общей частоты коммутаций силовых вентилей инвертора.

Снижение потерь в электроприводе осуществляется за счет того, что в соответствии с предлагаемым способом формирования ток фазы двигателя фор8922 мируют путем однополярной модуляции в течение периода выходной частоты и двухполярной модуляции íà интервале 90-270 эл.град. периода выходной частоты, при этбм двухполярная модуляция используется в моменты превышения током границы заданной зоны формирования и характеризуется появлением на зажимах нагрузки одиночных

10 импульсов питающего напряжения, поэтому частота их возникновению незначительна.

Общее число коммутаций п, силовых вентилей инвертора в устройстве по

15 фиг. 1 определяется выражением .

n, †.2m(1+K), где К =0,05-0,15 — коэффициент, оп20 ределяющий соотношение числа. дополнительных корректирующих импульсов к числу импульсов основного алгоритма работы устройства; m — число коммутаций силовых вентилей в течение полупериода выходного тока к одному из зажимов источника питания.

Полученное число коммутации n„ меньше числа коммутаций и силовых

30 вентилей по известному способу, равному n<=4m, благодаря чему изобретение обеспечивает снижение электрических потерь в частотно-управляемом асинхронном электроприводе.

Формула изобретения

1. Способ формирования тока в фазе частотно-управляемого асинхронно 0 ro электропривода, при котором контролируют отклонение тока в фазе от заданного значения и в моменты достижения этим отклонением установленного первого уровня осуществляют с

45 помощью силовых вентилей подключение фазы к питающим напряжениям положительной и отрицательной полярностей, отличающийся тем, что, с целью снижения электрических по50 терь путем уменьшения числа коммутации силовых вентилей, определяют знак производной заданного фазного тока и в зависимости от него устанавливают полярность подключаемых к фа55 зе питающих напРяжений, а при отклонениях тока в фазе от заданного значения сверх установленного первого уровня до установленного второго уровня полярность подключаемого к фа1328922 э е питающе го напряжения у с так авлив ают противоположной указанной на время, в течение которого ток в фазе изменяется от установленного второго уровня до момента достижения заданного значения.

2. Устройство для формирования тока в фазе частотно-управляемого асинхронного электропривода, содержащее последовательно включенные генератор синусоидального сигнала, дифференциальный усилитель и первый компаратор с характеристикой типа гистерезис, инвертор на силовых вентилях, подключенный управляющими входами к соответствующим выходам формирователя управляющих импульсов, выполненного с тремя входами, первый иэ которых подключен к выходу первого компаратора с характеристикой типа гистереэис, датчик нулевого значения сигнала, подключенный выходом к второму входу формирователя управляющих импульсов, и датчик фаэного тока, установленный на выходе инвертора и подключенный выходом к второму входу дифференциального усилителя, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью снижения электрических потерь путем уменьшения числа коммутаций силовых вентилей инвертора, введены

>0 блок дифференцирования и последовательно соединенные выпрямитель и второй компаратор с характеристикой типа гистерезис, выход которого подключен к третьему входу формирователя

15 управляющих импульсов, при этом вход выпрямителя соединен с выходом дифференциального усилителя, вход блока дифференцирования подключен к выходу генератора синусоидального сигнала, 20 а выход блока дифференцирования — к входу датчика нулевого значения сигнала.

1328922

Составитель А. Жилин

Редактор А. Ворович Техред М.Моргентал Корректор Л. Бескид

Закаэ 3496/56 Тираж 659 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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

Проиэводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4