Электропривод
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах общепромышленного назначения. Целью изобретения является повышение КПД. Указанная цель достигается тем, что в электропривод введены сумматор 16 и усилитель 17 с ограничением выходного сигнала. Входы сумматора 16 соединены с выходами выпрямителей 11, 12, а выход - с входом усилителя 17. Выход последнего подключен к вторым входам сумматоров 13, 14, 15. В результате обеспечивается уменьшение бестоковых пауз, что приводит к устранению сквозных токов в регулируемых источниках и к снижению действуюш,их значений фазных токов в обмотках 2, 3, 4 двигателя 1. В электроприводе имеется возможность регулировать длительность бестоковой паузы в пределах от О до л/3. 3 з.п. ф-лы, 4 ил. с
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ÄÄSUÄÄ 1408515
А1 (5D 4
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ.М у
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,";"„„, ц
Н А BTOPGHOlVIV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (54) ЗЛ1 КТРОПРИВОД (57) Изобретение относится к электротехн!!и! !! !ожс! быть Hcпользовано в сНс(21) 4184539/24-07 (22) 26.01.87 (46) 07.07.88. Бюл. № 25 (71) Воронежский политехнический институт (72) А. К. Муконин и В. А. Трубецкой (53) 621.313.333.072.9(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 680!15, кл. Н 02 К 29/02, 1977.
Муконин А. К. Частотно-токовый электропривод с управляемой нулевой составляющей тока. Автореф. дис. на соиск. учен. стеilcíи канд. техн. наук. Л. 1984 (!1ПИ) темах общепромышленного назначения. Целью изобретения является повышение КПД.
Указанная цель достигается тем, что в электропривод введены сумматор 16 и усилитель 17 с ограничением выходного сигнала.
Входы сумматора 16 соединень! с выходами выпрямителей 11, 12, а выход — с входом усилителя 17. Выход последнего подключен к вторым входам сумматоров 13, 14, 15. В результате обеспечивается уменьшение бестоковых пауз, что приводит к устранению сквозных токов в регулируемых источниках и к снижению действующих значений фазных токов в обмотках 2, 3, 4 двигателя 1. В электроприводе имеется возможность регулировать длительность бестоковой паузы в пределах от 0 до л/3. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.
1408515
Как видно из (4), график сигнала iI на каждом периоде состоит из четырех частей синусоид и двух пауз, длительность каждой из которых равна л/3.
Графики сигналов ф, if сдвинуты относительно 1 на угол 21/3 и 4ч/3 соответственно и также имеют форму последовательности четырех частей синусоид и дв х пауз.
Если величина 0,5Р больше напряжения
Un2, то график сигнала 1<< имеет вид изображенный на фиг. 4а. Для сигнала i< в этом случае в соответствии с (1) можно записать:
i = U, если Ш<- E(g» сА„) «(Ц «<«I.„), (gs«<«t ) «
Ы7 <а3 <9 ««<О3 ° l?iI «<«( 1, = U, если Шс E (О, <«(,3 (<«(, «d,s)«(d,8 «(9) «(g< «2%); 1 = Up «если ш t+ (<«<. » <«() «(al «<<,7 < «(»«t< «с <<1 Точки а< †а определяются местом пересечения графика (фиг. Зв) и линий, параллельных оси абсцисс и удаленных от нее на величину + (4«. В соответствии с этим можно записать: — 3 = (ь — С 5= оз — 7 = ««- 9= (п- <= Л arcsin U, I (6) также из фиг. За и 4а, графики сигналов II — II имеют вид, представленный на фиг. 46. К примеру, для сигнала iI можно записать: О, «<-.IH ЮС Е L<«t3 «4.д1 «L<«tS «с,о); ЛЯ + 3 ), ecJJH co t E - <7 g,)°, (д 7 (в)« V3 1 .-IB((Dt + — ), ЕСЛИ Ы t E(<«tS«<"I j «(<»I,I» «Q 1) . -« 1» = 1 ни)С 02. если L0 E (<" <« .3) (".Ь <»t 7) I<«t »<«<«(11 ) « (1О если Щ t 6 (О d 11 (
« I,1в <о1 График сигнала II имеет две паузы, т.е. <9 .In. Величины пауз в соответствии с (4) н (6) равен нулю на двуx участках: ссз — а и а9— arcs in —, если U«0,5 I ° о г - 4. I»» « (8) Если величина (.,<>9 равна нулю, то и сигнал на выходе усилителя 17 равен нулю. В этом случае сигналы iI, 4, 1з совпадают с »« ° + uI, ц>, и;ь т.е. имеют гинусоидальную форму. Мгновенные значения фазных токов пропорциональны сигналам на входах регулируемых источников тока;.Ф % <» Сигналы 1<, 4, 4 являются суммой синусоидальных напряжений uI, и., ц< и сигнала i n . Если сигнал i< I изменяется в соответствии 25 с (5), то, как можно заключить из (2) и (5), а i„= KIi„= KI1 cos1<.<(— (и — 1) —" 1+(о, (9) <» 2л 55 где К< — константа; и = 1, 2, 3; 1« = KIi Как видно из (9), фазные токи равны сумме синусоидальной составляющей и составляющей (<к называемой нулевой составляющей тока. Так как нулевая составляющая тока протекает по всем трем фазам машины, она не создает магнитного потока в воздушном зазоре машины. Отсюда следует, что воздействие токов, описываемых выражением (9), на магнитный поток, а следовательно, на электромагнитный момент машины такое же, как и действие симметричной трехфазной системы синусоидальных токов с амплитудой К<1 . Амплитуда намагничивающей силы статора в данном приводе пропорциональна сигналу 1 . 1408515 Наличие нулевой составляющей тока il, .+ пропорциональнои сигналу !и, влияет на форму фазных токов, а следовательно на действующее значение тока. Действующее значение 1 синусоидального сигнала i„ni7H I7aвенстве цп2 нчлю 1; ° = I*/,/2 0,7071*. (10) Действующее значение сигнала, имеющеro форму последовательности четырех часей синусоид и двух пауз и описываемого выражением (4), 10 Исходя из (IO) и (11), 1„ц /Iëñ = 1,083, (12) Отсюда следует, что при заданной величие намагничивающей силы статора дейстующее значение тока в виде последоваельности четырех частей синусоид и двух ауз на 8,3% больше действующих значе- 20 ний синусоидальных токов. Таким образом, известныи электропривод, 1 котором управление трехфазной машиной (| г v., (z ),К zg = —. I v (— — 3 arcs in — ) + — L — + 2 zr, 2 (-2 (т.е. действующее значение сигнала il меньше действующего значения сигнала, имеющего форму последовательности четырех частей синусоид и двух пауз, на 4%, что подтверждает повышение КПД предлагаемого привода Но сравнению с известныM. Повышение КПД обеспечивается и при нерегулируемом ограничении выходного сигнала усилителя 17. Выполнение усилителя 7 с регулируемым ограничением позволяет изменить длительность паузы, выбирая ее наиболее целесообразной. Регулирование ограничения может осуществляться изменением напряжения, снимаемого с резистивного ре40 гулируемого делителя напряжения. Длительность паузы в соответствии с (81: 2 arcs in(U,q /I ) 2 arcs in(
Электропривод с сигналом Г-,, пропорциональным 1»", целесообразно использовать в тех случаях, когда п7 изменяется в незначительных пре ц,lax. = 1*0,766. (11) о рассматриваемом приводе, регулируя Usa, уожно регулировать длительность пауз от 0 о л/3, и тем самым регулировать дейстУющие значениЯ сигналов II, !ч is от велиины Li !выражение (10)) до величины 1! . (выражение (11) ), благодаря чему обесгечивается повышение КПД электропривоа. В частности, графики (фиг. 4) изображены для случая, когда длительность пауз в графиках фазных токов равна л/6, т.е. для случая, когда Uas = 0,251*. М 11одставив (14) в (!3), получают 1: 0,7371*, — — если U, 7 05 где U-, — сигнал на входе 18 усилителя 17. Как видно из (!5), длительность паузы при постоянной величине U<>>, T.å. при Ностоянном сигнале U7 зависит как от сигнала 1 ", так и от частоты п7. Очевидно, что при наличии пауз в графиках фазных токов их действующие значения тем меныне, чем меньше длительность паузы. В связи с этим паузу желательно поддерживать постоянной и равной минимальному возможному времени, IIO 7б7х 7димомх д.1я х стра пения нЫх токов. Для устранения зависимости длителык7сти паузы от сигнала 1" вход 18 осуществляется путем формирования токов в виде последовательности четырех частей синусоид и двух пауз, имеет более низкий КПД, чем привод с синусоидальными токами. Применение последнего позволяет за счет бестоковых пауз, разделяющих момент смены направления фазного тока, устранить в регулируемых источниках тока сквозные токи, при этом величина пауз равна 1/6 периода изменения фазных токов. Однако длительность данной паузы при реальных частотах вращения привода обычно значительно превышает время, необходимое для восстановления запирающих свойств полупроводниковых вентилей регулируемых источников тока и для обеспечения устранения сквозных токов. Уменьшение длительности паузы привода ведет к снижению действующих значений фазных токов и, соответственно, к повышению КПД привода. В электроприводе длительность паузы можно регулировать, что повышает КПД привода. Исходя из (7), .1ля действующего значения сигнала можно записать: arcs in — — — sin (2 a resin ) j) (13) Бог 3 vg Z» 2 Ф. В рассмотренном электроприводе величина х не превышает л/3, Как известно, 1408515 при малых углах с большой степенью точности можно записать: sin а = а. 6) Исходя из (16), первую строку выражения (15) можно переписать так: 2К117 (п = — р— (17) Формула изобретения 1. Электропривод, содержащий трехфазную машину переменного тока, фазные об. мотки которой подключены к выходам соИсходя из (17), для устранения зависимости длительности паузы от 13 необходима пропорциональность сигнала Ur величине ь, т.е. необходимо подключить вход 18 регулирования ограничения усилителя 17 к выходу блока 10 задания частоты. Если ввести в электропривод блок 19 умножения и соединить его входы и выход (фиг. 1), то, как следует из (17), устраняется зависимость длительности паузы как от частоты о3, так и от сигнала 1*. Амплитуда управляющих сигналов i > 13, а соответственно, и фазных токов, 20 меньше, чем в известном решении, что позволяет выбирать вентили регулируемых источников тока с меньшими допустимыми токами. Таким образом, введение в электропривод дополнительного сумматора и усилителя с ограничением выходного сигнала позволяет обеспечить преобразование формы фазных токов в машине переменного тока, снижающее действующее значение тока при формировании заданного момента, благодаря чему повышается КПД по сравнению с известным решением. ответствующHx регулируемыx источников тока, трехфазный источник синусоидальных напряжений с регулируемыми амплитудой и частотой, к входам которого подключены выходы блоков задания амплитуды и частоты, а к выходам присоединены вхо.»>i двух трехфазных нулевых выпрямителей с катодной и анодной группами диодов соответственно, н три сумматора, каждый из которых подключен одним из входов к соответствующему выходу трехфазного источника синусоидальных напряжений. à 13blxoдом — к управляюшему входу соответствующего регулируемого источника тока, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, введены четвертый сумматор н усилитель с ограничением выходного сигнала, выход которого подключен к об1>еднненнь1м между собой другим входам первых трех сумматоров, при этом вход указанного усилителя соединен с выходом четвертого сумматора, подключенного входами к 131>lxo»331 трехфазных нулевых выпрямителей. 2. Электропривод по и. 1, атлинага1цай ая тем, что усилитель с ограничснием Hhlходного сигнала снабжен входом для рсгу.lирования уровня ограничения, подклю1енным к выходу блока задания амплитуды. 3. Электропривод по и. 1, orлачающа1а>. тем, что усилитель с ограничением вь1ходного сигнала снабжен входом для регулирования уровня ограничения, потключенным к выходу блока задания частоты. 4. Электропривод по и. 1, orла1акш айгя тем, что введен блок умножения, а литель с ограничением выходного с11гнала снабжен входом для регулирования уровня Or11аничен ня, НО>3,К.11O IPH)! hi %1 li BL>IXOд б IOkа умножения, входы которого соединены с выходами блоков задания амплитуды н частоты. 14085I5 7<. Рг.Ф (.<)i т,)в» < с, <» . < /Ь,». ии< 11е;(автор H. Гуиии» 1 еxj .<.(I I. 1!ср<гс Корректор Г. Решет»ик Зи коз 3 360! 56 и р;) >к Г)>< 3 11<>») ис»o<. ! 1НИИ11И Госуг(<>рстве»и<>го к<»l» lе<;> < .(:(:! >»),(етяк< из<><>рете»ий и <>ткрыгий 1 13035, )!<>свив, k; 1 к !>и!»нк»я»вб.,,(. 4>5 Г1роизволстве»ио-ио1»гр»(»I)«.»ри><тие, l. У кгоро.(, угк 11роект»ая, -!
