Способ формирования тока в фазе частотноуправляемого асинхронного двигателя

 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к частотно-управляемым электроприводам, построенным на базе асинхронных двигателей и полупроводниковых преобразователей частоты, и может быть использовано в системах различного назначения, например в электроприводах главного движения металлорежущих станков. Целью изобретения является снижение потерь и повышение точности формирования тока в фазе двигателя путем уменьшения пульсирующей составляющей. Способ формирования тока в фазе частотно-управляемого асинхронного двигателя предусматривает формирование тока в фазе двигателя двумя параллельно включенными каналами. Низкочастотный канал формируют в первом приближении заданную траекторию тока, при этом мощность этого канала составляет 80-90% мощности, потребляемой нагрузкой. Высокочастотный канал формирует ток, равный по амплитуде величине отклонения текущего значениятока низкочастотного канала от заданного значения и противоположный ему по знаку, при этом мощность этого канала составляет 10-20% от мощности, потребляемой нагрузкой. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 h 02 Р 7 42!

I!

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4279697/24-07 (22) 08 ° 07.87 (46) 23 ° 07.89. Бюл. 9 27 (71) Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики при Томском институте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (?2) Н.А.Михневич, А.Ю.Рождественский, А.В.Федоров и В.Н.Черемисин (53) 62-83:621 ° 313.072.9 (088.8) (56) Олещук В.И., Чаплыгин Е.Е.

Вентильные преобразователи с замкнутым контуром управления. Кишинев, Штиинца, 1982, с.54-59.

Авторское свидетельство СССР

Р 892651, кл. Н 02 P 13/18, 1980. (54) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ТОКА В ФАЗЕ

ЧАСТОТНО-УПРАВЛЯЕМОГО АСИНХРОННОГО

ДВИГАТЕЛЯ (57) Изобретение относится к электротехнике, а именно к частотно-управляемым электроприводам, построенным на базе асинхронных двигателей и полупроводниковых преобразователей

Изобретение относится ic электротехнике, а именно к частотно-управ ляемым электроприводам, построенным на базе асинхронных двигателей и полупроводниковых преобразователей час.тоты, и может быть использованс. в системах, в которых требования низких потерь и высокой точности являются определяющими, например в . электроприводах главного движения металлорежущих станков.

„„Я0„„1495972 А 1, частоты, и может быть использовано в системах различного назначения, например в электроприводах главного движения металлорежущих станков.

Целью изобретения является снижение потерь и повышение точности формирования тока в фазе двигателя путем уменьшения пульсирующей составляющей.

Способ формирования тока в фазе частотно-управляемого асинхронного двигателя предусматривает формирование тока в фазе двигателя двумя параллельно включенными каналами. Низкочастотный канал формирует в первом приближении заданную траекторию тока, при этом мощность этого канала составляет 80-90% мощности, потребляемой нагрузкой. Высокочастотный канал формирует ток, равный по амплитуде величине отклонения текущего значения тока низкочастотного канала от заданного значения и противоположный ему по знаку, при этом мощность этого канала составляет

10-20% от мощности, потребляемой нагрузкой. 3 ил.

Цель изобретения — снижение потерь и повышение точности формирова-. ния тока в фазе двигателя путем уменьшения пульсирующей составляющей.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства, реализующего способ формирования тока в фазе частотно-управляемого асинхронного двигателя; на фиг.2 и 3 — временные диаграммы, поясняющие предлагаемый способ.

1495972

4О

Устройство содержит генератор 1 опорного сигнала треугольной формы, подключенный выходом к первому входу компаратора 2, второй вход которого соединен через выпрямитель 3 с выходом генератора 4 задающего сигнала, а выход подключен к первому входу блока 5 управления. Второй вход последнего соединен с выходом генератора 4 задающего сигнала и входом блока 6 сравнения, выход которого соединен через второй компаратор 7 с третьим входом блока 5 управления. Выходы последнего подключены к управляющим цепям импульсного усилителя 8 мощности, содержащего стойку последовательно включенных силовых ключей

9 и 10, объединенная .точка которых соединена через датчик 11 мгновенного 20 значения тока с фаэной обмоткой асинхронного двигателя 12.

Зажимы питания импульсного усилителя 8 мощности соединены соответственно с клеммами положительной и от- 25 рицательной полярности блока 13 питания, состоящего из двух одинаковых источников, соединенных последовательно, объединенная точка которых подключена к общей точке фазных обмоток 30 двигателя 12. При этом информацион- ный выход датчика 11 мгновенного значения тока соединен с вторым входом блока 6 сравнения. Кроме того, уст/ ройство содержит блок 14 инвертирования сигнала, второй блок 15 срав- нения, третий компаратор 16, импульсный усилитель 17 мощности повышенной частоты и второй датчик 18 мгновенного значения тока.

Выход первого блока 6 сравнения подключен через блок 14 инвертирования сигнала к входу второго блока

15 сравнения, выход которого присоединен к входу третьего компаратора

16, выход которого подключен к уп1 равляющим цепям импульсного усилителя 1 7 мощности повышенной частоты 9 соединенного своим выходом через второй датчик 18 мгновенного значения тока с фазной обмоткой двигателя 12, а зажимами питания — с клеммами положительной и отрицательной полярности блока 13 питания. Информационный выход второго датчика 18 мгновенного значения тока подключен к второму входу второго блока 15 сравнения.

На диаграмме (фиг. 2) обозначены сигнал 19 на выходе генератора 1 опорного сигнала, модулирующий сигнал 20 ча втором входе компаратора

2, сигнал 21 на выходе компаратора 2, сигнал 22 задания формы тока, пороговое значение 23 формируемого тока, траектория текущего значения тока

24 на выходе импульсного усилителя

8 мощности, напряжение 25 — íà выходе импульсного усилителя 8 мощности (формирующееся на объединенной точке силовых ключей 9 и 10 и общей точке фазных обмоток двигателя), сигнал 26 разности текущего значения тока 24 импульсного усилителя 8 мощности и сигнала 22 задания формы тока, формирующийся на выходе блока 6 сравнения, уровень 27 срабатывания второго компаратора 7, сигнал 28 на выходе второго компаратора 7, сигнал 29 на выходе блока 14 инвертирования сигнала 14.

На диаграмме фиг.3 обозначены траектория текущего значения тока 30 на выходе импульсного усилителя 17 мощности повышенной частоты, нижнее 31 и верхнее 32 пороговые значения эоны формирования тока импульсного усилителя 17 мощности IIQBbHIIBHHQH частоты, напряжение 33 на выходе импульсного усилителя 17 мощпости повышенной частоты и общей точке фазных обмоток двигателя 12, траектория текущего значения фазного тока 34 двигателя

12, равного суммарному значению тока 24 импульсного усилителя 8 мощности и тоха 30 импульсного усилителя 17 мощности повышенной частоты, нижнее 35 и верхнее 36 пороговые значения заданного тока 22 фазной обмотки двигателя I2,, Согласно предлагаемому способу подают сиги."- 22 задания формы тока на вход III|пульсного усилителя 8 мощности, формируют ток 24, близкий по форме к сигналу 22 задания, выделяют разность текущего значения тока

24 импульсного усилителя 8 мощности и сигнала 22 задания формы тока, йодают выделенный сигнал 26 на вход импульсного преобразователя 2? мощности повышенной частоты, формируют ток 30 противофазный сигналу 26 разности и равный ему по амплитуде, затем суммируют .er"c (в точке соединения выходов датчиков 11 и 18 мгно72 6 поступает на вход компаратора 7, при этом на его выходе формируется сиг( нал 28 в виде последовательности однополярных импульсов, передние фронты которых совпадают с моментами времени сравнения сигнала 26 разности с уровнями 27- срабатывания второго компаратора 7 и подаются на третий вход блока 5 управления.

В блоке управления 5 при формировании положительной (отрицательной) полуволны тока 27. в моменты времени, совпадающие с передними фронтами. импульсов сигнала 21, включают верхний 9 .(нижний 10) силовой ключ стойки импульсного усилителя 8 мощности и отключают его в моменты времени, совпадающие с передними фронтами текущих импульсов сигнала 26. В результате этого на выходе импульсного усилителя 8 мощности формируются прямоугольное импульсное напряжение 25 и ток 24. Канал формирования тока импульсного усилителя 8 мощности реаи является задающим сигналов для канала импульсного усилителя мощноссравнения с информационного выхода второго датчика 18 мгновенного знащего значения тока импульсного усилителя 17 мощности повышенной часто-. ты и в виде напряжения, равного разйости входных. сигналов блока 15 сравнения, поступает на вход третьего импульсного усилителя 17 мощности повьппенной частоты таким образом, что в моменты равенства текущего значения тока 30 импульсного усилителя

17 мощности нижнему 31 (верхнего 32) ключ импульсного усилителя 17 мощности подключает к нагрузке поло5 14959 венного значения тока с фазной обмоткой двигателя 12) с выходным током 24 импульсного усилителя 8 мощности и подают его в фазу двигате5 ля 12.

Формирование тока фазы двигателя по существу осуществляется двумя каналами, один из которых, низкочастотный, формирует в первом приближе- 1р нии заданную траекторию тока, при этом мощность низкочастотного канала составляет 80-901 от мощности, потребляемой нагрузкой, а второй, высокочастотный, канал формирует ток, 15 равный по амплитуде величине отклонения текущего значения тока низкочастотного канала от заданного значения и противофазный ему по знаку. Мощность высокочастотного канала состав- 20 ляет 10-20Х от мощности; потребляемой нагрузкой. Затем токи обоих каналов суммируют и подают фазу двигателя. Структура построенця преобразователя частоты позволяет в существенной 25 ( степени повысить его точностные и лизует широтно-импульсное формировадинамические параметры. Причем реали- ние така с однопозиционным слежением зация данной структуры преобразовате- за формой тока. Одновременно сигнал ля частоты мощностью до 40-50 кВт 26 разности текущего значения тока возможна с использованием существую- 3р 24 импульсного усилителя 8 мощности щей в настоящее время отечественной :и сигнала 22 задания формы тока посэлементной базы. тупает с выходов блока 6 сравнения

Устройство, реализующее способ через блок 14 инвертирования на перформирования тока в фазе частотно- вый вход второго блока 15 сравнения управляемого асинхронного двигателя. 3 работает следующим образом.

С;выхода генератора 1 опорного ти 17 повьппенной частоты. сигнала на первый вход компаратора На второй вход второго блока 15 2 поступает сигнал 19 треугольной формы, а на второй вход компаратора 40

2 поступает сигнал 20, представляю- чения тока поступает сигнал 30 текущий собой выпрямленную синусоиду сигнала 22 задания формы тока, при этом на выходе компаратора 2 формируется прямоугольная последовательность 21 импульсов, которая подается на первый вход блока 5 управления. На вто- компаратора 16. Выходное напряжение рой вход последнего, а также на пер- компаратора 16 управляет ключами вый вход блока 6 сравнения поступает сигнал 22 задания формы фазного тока двигателя 12. В блоке 6 сравнения этот сигнал сравнивается с текущим значением тока 24 импульсного усилителя 8 мощности, информация о кото- пороговому значению транзисторный рок снимается с информационного выхода датчика 11 мгновенного значения тока. С выхода блока 6 сравнения сиг- жительный (отрицательный) полюс искал 26 разности токов импульсного . точника 13 питания. При этом напря, усилителя 8 мощности и сигнала 22 жение на выходе импульсного усили1495972 теля 17 мощности повышенной частоты имеет вид 33, а ток описывает траекторию 30, повторяющую с заданной точностью сигнал 29 отклонения тока ии5 п льсного усилителя 8 мощности от э данного значения тока 22. Ток импульсного усилителя 8 мощности сумруется с выходным током усилителя

1 мощности повышенной частоты на в псодах первого 11 и второго 18 датч ков мгновенного тока в виде крив и 34, траектория которой с пог« р ешностью отработки импульсного усилителя 17 мощности повышенной чМстоты повторяет заданную сигналом

2) форму фазного тока двигателя 12, Таким образом изобретение обеспечивает формирование тока в фазе чнстотно-управляемого асинхронного 0 двигателя по, двум параллельно включ иным каналам: низкочастотному и в высокочастотному.

При этом низкочастотный мощный к анал формирования тока (например, с, тиристорами в силовой части) формирует ток в первом приближении, пропуская через свои вентили основн1ую мощность, потребляемую нагрузкой. Высокочастотный канал (напри- 30 мер, с транзисторами в силовой части), работающий по отклонению кривой тока низкочастотного усилителя

«мощности от задайной формы тока с большим быстродействием, но с меньШей мощностью преобразования, комп енсирует погрешность формирования тока в низкочастотном канале. Благодаря этому в сравнениии с известным способом обеспечивается более высо40 кая точность формирования кривой тока нагрузки, снижаются потери путем уменьшения пульсирующей составляющей тока.

Формула и э обретения

Способ формирования тока в фазе частотно-управляемого асинхронного двигателя, при котором подключают указанную фазу к источнику постоянного напряжения соответствующей полярности в моменты совпадения текущих значений модуля задающего основного тока и опорного воздействия треугольной формы, измеряют получаемый при этом основной ток в фазе и сравнивают его с текущим значением порогового тока, превышающим в каждый момент времени значение задающего основного тока на некоторую установленную величину, и в моменты достижения измеренным основным током указанных значений порогового тока отключают фазу от источника постоянного напряжения, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с .целью снижения потерь и,повышения точности формирования тока в фазе путем уменьшения пульсирующей составляющей тока, дополнительно подключают указанную фазу к источнику постоянного напряжения соответствующей полярности, измеряют протекающий при этом в фазе дополнительный ток, сравнивают его co

: взятой с обратным знаком разностью измеренного основного тока и текуще- го значения порогового тока и в моменты достижения дополнительным током значений, превышающих значения укаэанной разности на некоторую установленную пороговую величину, переключают фазу к источнику постоян-: ного напряжения противоположной по- . лярности.

i495972

4Ы8.1 гп ю

Фиг. Г

1495972

Составитель А.Жилин

Техред М,Ходанич Корректор Н .Гунько

Редактор М.Бланар

Заказ 4285/55 Тираж 550 Подписное

ВНИИПИ Государственного. комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

«т

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