Способ регулирования частоты вращения асинхронного электропривода и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является улучшение энергетических показателей. С этой целью в способе регулирования частоты вращения асинхронного электропривода формируют три последовательности взаимоинверсных модулирующих импульсов для управления коммутатором 2, к которому подключен асинхронный двигатель 1, при этом каждая пара модулирующих напряжений сдвинута на 1/3 периода частоты F<SB POS="POST">2</SB>, которая по отношению к частоте питания выбирается из следующего ряда F<SB POS="POST">2</SB> / F<SB POS="POST">1</SB> = 3/7

5/9

3/5

5/7

7/9, а фронт импульса модулирующего напряжения совпадает с передним фронтом исходного синхронизирующего напряжения. Устройство содержит формирователь синхронизирующих импульсов 11, задатчик частоты 8, блок преобразования напряжения в частоту 7, кольцевой распределитель импульсов 5, блок формирования модулирующего напряжения 4, формирователь и распределитель импульсов 3. Положительный эффект достигается за счет исключения постоянной составляющей и ослабления субгармонических составляющих тока. 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (1)5 Н 02 Р 7/42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Н A BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (?l) 4278571/?4-07 (22) 10.06.87 (46) 30.03.90. Бюл. Ф - 12 (71) Донецкий политехнический институт (72) Е.С. Траубе, А.А. 111авелкин и 10.Н. Хохотва (53) 621.313,333.072.9(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 72066?, кл. Н 02 Р 7/42, 1980.

Авторское свидетельство СССР №- 1339864, кл. Н 02 P 7/42, 1986. (54) СПОСОБ РГГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ

ВРАЩЕНИЯ. АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУ1! ЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения — улучшение энергетических показателей. С этой целью в способе регулирования частоты вращения асинхронного электропривода формируют три последовательности вэаимоинверсных модулирующих импуль„„SU„„1554104 A 1

2 сов для управления коммутатором 2, к. которому подключен асинхронный двигатель 1, при этом каждая пара модулирующих напряжений сдвинута на 1/3 периода частоты f, которая по отношению к частоте пйтания выбирается иэ следующего ряда f>/f,= 3/7; 5/9; 3/5;

5/7; 7/9, а фронт импульса модулирующего напряжения совпадает с передним фронтом исходного синхронизирующего напряжения. Устройство содержит формирователь 11 синхронизирующих импульсов, задатчик 8 частоты, блок 7 преобразования напряжения в частоту, кольцевой распределитель 5 импульсов, блок 4 формирования модулирующего напряжения, блок 3 формирования и распределения импульсов. Положительный эффект достигается за счет исключения постоянной составляющей и ослабления субгармонических составляющих тока, 5 ил.

1554104

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводе турбомеханизмов, кон.вейеров и т.д.

Цель изобретения - улучшение энер5 гетических показателей электропривода, На фиг, 1 приведено устройство для регулирования частоты вращения асинхронного электропривода; на фиг.2 — вариант выполнения блока форь|ирования модулирующих напряжений; на фиг.3-5 - временные диаграммы, поясняющие предлагаемый. способ регупирования, Устройство фиг.1 состоит из асинхронного двигателя 1, три фазы фбмотки статора которого посредством

Фиристорного коммутатора 2 подключены к трем,фазам питающей сети, Система управления содержит блок 3 формирования и распределения импульсов управления тиристорами коммутатора, блок 4 формирования модулирующих на- 25 пряжений, кольцевой распределитель 5, блок 6 формирования тактовых импульсов, блок 7 синхронизируемого преобразователя напряжение — частота, задатчик 8 напряжения пониженной час- 30 таты, целочисленный делитель 9 частоты, блок 10 задания скорости и коэффициента редукции частоты, формирователь-синхронизатор 11, Блок 4 формирования модулирующих напряжений (фиг. 2) содержит шесть элементов ЗИ-НЕ 4.1-4.6 и шесть элементов 2И 4.7-4.12, вторые входы которых соединены соответственно с выходами элементов 4.1-4,6, первые входы элементов 4.1 и 4,7, 4.2 и 4.8, 40

4.3 и 4.9, 4.4 и 4.10, 4.5 и 4,11, 4.6 и 4.12 соединены между собой и соответственно с первым прямым, первым инверсным, вторым прямым, вторым 45 инверсным, третьим прямым и третьим инверсным выходами кольцевого распределителя 5. Третьи входы элементов

2И-НЕ 4.1, 4,2, 4.3, 4,5 и 4.6 соединены соответственно с первыми входами элементов 4.3, 4.4, 4.5, 4.6, 4.1 и 4.2. Вторые входы элементов

4,1-4.6 объединены и соединены с выходом компаратора 6.2 блока 6 формирования тактовых импульсов.

Формирователь 6 тактовых импульсов (фиг.1) содержит аналоговый пере- множитель 6.1 и блок 6.3 сравнения, выход которого соединен с вторым вхо. дом компаратора 6.2, вычитающий ин, версный вход блока 6.3 сравнения соединен с выходом перемножителя 6,1, Преобразователь 7 напряжение— частота (фиг.1) содержит интегратор

7.1, компаратор 7.2 и одновибратор

7,3, выход которого соединен с вторым входом элемента 2ИЛИ 7.4, вход одновибратора.7.3 соединен с выходом компаратора 7.2, вход которого соединен с выходом интегратора 7.1 и первым входом компаратора 6.2 блока 6 формирования тактовых импульсов..

Задатчик 8 (фиг,1) содержит компаратор 8.1 и интегратор 8,2. Управляющие электроды тиристоров коммутатора 2 соединены с соответствующими выходами блока 3 формирования и распределения импульсов управления тиристорами, три входа синхронизации которого соединены с тремя фазами сети и входами формирователя-синхронизатора 11, а второй — седьмой входы соединены соответственно с первым— шестым выходами блока 4 формирования модулирующих напряжений, первый вход которого соединен с выходом компаратора 6.2 блока 6, а второй, четвертый „ шестой и третий, пятый, седьмой входы соединены соответственно с первым, вторым, третьим прямыми и инверсными выходами кольцевого распределителя 5. Вход последнего соединен с выходом элемента 2ИЛИ 7.4 и управляющим входом ключевого элемента 7,5 в цепи обратной связи интегратора 7,1 блока 7 синхронизируемого преобразователя напряжение — частота. На прямой вход блока 6.3 сравнения подают сигнал установки (U }, Один вход перемножителя 6,1 соединен с первым входом блока 3, второй вход - c входом интегратора 7.1 и выходом интегратора 8.2- в блоке задатчика 8, который соединен также с вторым входом компаратора 8.1. Прямой выход компаратора 8.1 соединен с входом интегратора 8.2, а инверсный lg t — с третьим входом целочисленного делителя 9. Первый вход компаратора 8,1 соединен с первым выходом блока 10 задания скорости и коэффициента редукции частоты.,второй выход которого соединен с вторым входом целочисленного делителя 9, первый вход которого соединен с выходом формирователясинхронизатора 11, а выход — с первым входом элемента 2ИЛИ 7.4 блока 7, 54104 6 вается линейный закон изменения час5 15

Устройство работает следующим образом.

Блок 3, включающий в себя блоки. импульсно-фазового управления, синхронизированные с питающей сетью, и распределитель импульсов с системой управления вырабатывает импульсы управления, которые поступают на управляющие электроды тиристоров. Изменение фазы выходных импульсов блоком 3 осуществляется в зависимости от управляющего напряжения U . Распределение импульсов управления, обеспечивающее циклическое с частотой f.< переключение тиристоров коммутатора 2, осуществляется в блоке 3 формирования и распределения импульсов управления в соответствии с модулирующими напряжениями, поступающими с выхода блока 4 формирования модулирующих напряжений, Для получения нужного значения пониженной частоты fg в зависимости от требуемой частоты вращения Мз„ двигателя 1 в блоке 10 задается коэффициент редукции частоты, обеспечивающий необходимую кратность снижения частоты. Одновременно с этим блоком 10 устанавливается требуемый уровень напряжения П („, поступающий на вход задатчика 8, формирующего напряжение

U задания пониженной частоты. В исходном состоянии интегратор 8,2 закорочен, U =O, выходной сигнал компаратора 8.1 0=1 (что соответственно положительному уровню +Е), JО l=0, При пуске электропривода интегратор 8,2 начинает формировать по линейному закону с темпом, определяемым уровнем напряжения Е, напряжение U, делитель 9 частоты при этом отключен, В соответствии с заданным законом изменения U на выходе блока 7 синхронизируемого преобразователя напряжение — частота формируется последовательность импульсов частоты 6 f. которая преобразуется блоком кольцевого распределителя 5 в напряжения управления П,U„,U< 11, U,Uc частотой f, В соответствии с выходным напряжением интегратора 7.1 и сигналами U и П (блоком 6 формируется последовательность импульсов .(Ы), которые поступают в блок 4 формирования модулирующих напряжений, с выхо" да которого снимаются модулирующие напряжения U U, U ммПмь,11м U м, (частоты Ег). Этим самым обеспечитоты выходного напряжения в соответствии с напряжением U . .При достижении последним заданного уровня U -=

U компаратор 8.1 переключается ((з я в состояние Q=O, f Q 1=1, а выходное напряжение интегратора сохраняется на уровне Ь„, . Сигнал 10(раэрешаЗаД ет работу делителю 9, с выхода которого импульсы частотой 6 fÄ/ 4 поступают на вход элемента 2ИЛИ 7,4 и независимо от уровня выходного напряжения интегратора 7.1 закорачивают последний, осуществляя корректировку значения частоты выходного напряжения f в соответствии с заданным ко-г эффициентом редукции частоты g. Это необходимо для того, чтобы компенсировать возможное несоответствие значения U< заданному значению fz =f, /1 и изменения частоты сети f, а также нестабильность параметров схемы блока 7. При изменении р/ и, следоваЗая тельно, П(„, например, при перехоЗая де с одной частоты на другую возникает несоответствие прежнего значения напряжения U задатчика 8 и нового значения U> íà его входе, Это при(За@ водит к переключению компаратора 8,1 иэ исходного начального состояния

Q=O, а также к изменению (увеличению или уменьшению) напряжения интегратора 8.2 по линейному закону в зави( симости от соотношения Б(„(7П или

35 ("Ъа 4

U (U до наступления равенства ((Зад напряжений (! =Un при котором ком(А(9аА t паратор 8,1 переключается в исходное . состояние и на входе задатчика 8

40 изменяется сигнал с 1 1=0 íà 101=1 разрешающий счет делителю частоты 9, и в зависимости от сигнала 11 на его втором входе устанавливается требуемое значение частоты f .

45 Способ регулирования частоты вращения асинхронного электропривода, осуществляется следующим образом (фиг.3-5).

На диаграммах обозначено: U „50 тактовый логический сигнал для фазы а компаратора, Up — мгновенное значение напряжения фазы А! сети, мгновенное значение выходного напряI жения фазы а коммутатора, U — мгно"

55 венное значение выходного напряжения . фазы а коммутатора при искусственной коммутации тиристоров; Dt„, и Г.g, 8, 7 — интервалы времени; Т.г — период тактового логического сигнала; 7 и—

1554104 период повторяемости выходного напряния коммутатора, Рассмотрим теоретическое обоснование данного способа регулирования.

Для получения трехфазной системы на5 пряжений, подведенных к обмоткам статора двигателя с частотой f., необходимо сформировать модулирующее напряжение с частотой f2, которое обеспечивает циклическое подключение обмоток двигателя посредством тиристоров коммутатора к фазам сети с соответствующим временным сдвигом. При полной управляемости тиристоров (при искусственной коммутации) в выход— ном .напряжении фазы коммутатора U (фиг.Зб) отсутствуют постоянная и субгармонические (с частотой ниже частоты оСновной гармоники 4/ ) составляющие. Поскольку двигатель представляет собой фильтр высших частот, то момент В этом случае будет в основном определяться основной гармоникай td2. В реальном сЛучае при ЕстЕ" 25 ственной коммутации в выходном напряжении появляются участки напряжения сети не соответствующие модулирующему U (с 1.) (фиг.Зв). Это обуславливает постоянную и субгармонические сос- 3р тавляющие в выходном напряжении коммутатора и соответствующее ухудшение энергетических показателей работы двигателя. При соотношении частот

Г 2 и Е 1 В Виде праВильной рациональ ной дроби f. /f.„=õ/у (х,у — целые числа) выходное напряжение коммутатора представляет собой периодическую функцию с периодом повторяемости

Т„=уТ„, При нечетных значениях х и у напряжение U (и) t.) описывается нечетной функцией и не содержит постоянной составляющей А =О. Таким об разом, выбор кратности частоты выходного напряжения f< к частоте на- 45 пряжения сети К, в виде 1х/у, где х,у — нечетные числа, т,е. f /f,= 3/7, 5/9, 3/5, 5/7, 7/9 } (5), позволяет исключить постоянную составляющую в выходном напряжении.

Подавление субгармонических составляющих в выходном напряжении дос-. тигается при исключении из кривой выходного напряжения участки U ((dt), 55 не включая тиристоры (фиг.За), на соответствующих временных интервалах, а значение субгармоничвской в данном случае определяется напряжением U (et) (фиг.Зд) .

Для подавления субгармонической и постоянной составляющих, как следует из фиг.3 необходимо, чтобы

dt,(дt, При этом длительность . зоны, где достигается эффективное по" давленИе субгармонических составляющих, определяется из условия (фиг.4) соЫ-1

< (асмусов †)-a . (1)

Исключение работы тиристоров на участке С достигается тем, что модулирующее напряжение на этом участке устанавливается равным нулю (фиг.5).

Длительность с интервала модулирующего напряжения (фиг.5) определяется соотношением

Т2 cos-1

8 7 — -аюссоз ()-o("2 2 (2)

Для получения тактовых импульсов с(а() использован принцип "вертикальlt ного управления, когда линейно нарастающее напряжение с выхода интегра" тора 7,1 блока 7 (с периодом повторяемости Т /б), фронт спада которого поочередно совпадает с задними фронтами сигналов П„-U сравнивают с опорным напряжением U „. При пилообразном опорном напряжении системы импульсно-фазового управления (блок 3) регулировочная характеристика последней имеет вид с(= a(g KUg, При аппроксимации зависимости

cps (d-1) с((агссоз )-1= f из условия 2(d) (в виде с=(75 -0,5

U =U -U

Ud оп f макс Е 11с

Я OIKC где У вЂ” напряжение задания частоты выходного напряжения (с Выхода блока,8);

111 макс

=Уг р- амплитуда выходного напряжеГ ния интегратора 7.1;

Ug — предельная частота выходного напряжения; — коэффициент пропорциональности.

Формирование модулирующих напряжений поясняется фиг.5 и осуществляется следующим образом. Из последовательности.импульсов (g) с выхода блока 6 выделяют соответствующий данному сигналу U»U,Ug,U,U,Uс. так1554104 товый импульс, сравнивают уровни тактового логического сигнала и соответствуюцего ему тактового импульса, при несовпадении формируют соответствующее модулирующее напряжение. . 5

Предлагаемое изобретение позволяет исключить постоянную составляющую выходного напряжения при работе на фиксированных рабочих частотах при существенном ослаблении субгармонических и постоянной составляющих на рабочих и любых промежуточных частотах, что приводит к улучшению энергетических показателей и регулировочных характеристик электропривода, а также уменьшению пульсаций момента и частоты вращения за счет подавления переходных составляющих момента Ag, 20

Формула изобретения

1.Способ регулирования частоты вращения асинхронного электропривода,содержащего трехфазный дв иг атель, коммута-25 тор на встречно-параллельно соединенных тиристорах для подключения двигателя к сети с частотой питания Я1, при котором формируют,три последовательности взаимоинверсных напряжений управления, каждая пара из которых сдвинута относительно одна другой на треть периода Т номинальной час2 тоты, устанавливают для управляющих импульсов тиристорами фазу включения с на периоде частоты питания f, 1 э по поступлении которой включают соответствующие тиристоры коммутатора, отличающийся тем, что, с целью улучшения энергетических по= казателей, величину частоты f2поддерживают при любом соотношении из следующего ряда f2/f„ =3/7; 5/9; 3/5;

5/7; 7/9, формируют из последнего напряжения управления модулируюцее напряжение с передним фронтом, совпадающим с передним фронтом исходного напряжения управления и с длительностью 9 интервала модулирующего напряжения, определяемой из выраже- . т cos -1 ния g —, -arccns()-2 и осуЭ ществляют указанное включение тиристоров с фазой включения на сформированных интервалах модулирующего напряжения.

2, Устройство для регулирования частоты вращения асинхронного электропривода, содержацее коммутатор, составленный из встречно-параллельно соединенных тиристоров для подключения двигателя к сети, блок формирования и распределения импульсов управления тиристорами коммутатора, снабженный входами синхронизации для соединения с тремя фазами сети, первый унравляюций вход которого предназначен для задания амплитуды выходного напряжения, а выходы соединены с управляющими электродами соответствующих тиристоров коммутатора, кольцевой распределитель с тремя прямыми и тремя инверсными выходами, формирователь-синхронизатор с входами для соединения с тремя фазами сети, целочисленный делитель частоты, первый вход которого соединен с выходом формирователя-синхронизатора, блок задания скорости и коэффициента редукции частоты, задатчик напряжения пониженной частоты, вход которого соединен с первым выходом блока задания скорости и .коэффициента редукции частоты, второй выход которого соединен с вторым входом целочисленного делителя частоты, третий вход которого соединен с вторым выходом упомянутого задатчика, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью улучшения энергетических показателей, оно снабжено блоком формирования модулируюцих напряжений, блоком формирования тактовых импульсов, блоком синхронизируемого преобразователя напряжение — частота, первый вход которого соединен с первым выходом задатчика напряжения пониженной частоты, а второй вход соединен с выходом целочисленного делителя-частотЬ1, лервый выход блока синхронизируемого преобразователя напряжение — частота соединен с входом кольцевого распределителя, а второй - с первым входом блока формирования тактовых импульсов, второй вход которого соединен с первым входом блока формирования и распределения импульсов управления тиристорами, третий вход блока формирования тактовых импульсов соединен.с первым выходом указанного задатчика, а выход соединен с первым входом блока формирования модулирующих напряжений, второй, четвертый, шестой и третий, пятый, седьмой входы которого соединены соответственно с первым, вторым, третьим прямыми и первым, вторым, третьим инверсными

12.

1.)

1554104 выходами кольцевого распределителя, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой входы блока Формирования и распределения импульсов уп5 равления тиристорами соединены соответственно с первым, вторым, третьим, четвертым, пятым, шестым выходами блока Аормирования модулирующих напряжений, 1554104

1554104

Составитель В. Тарасов

Редактор М, Петрова Техред А.Кравчук Корректор Т. Малец

Заказ 464 Тираж 452 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

It II

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