Асинхронно-вентильный каскад

 

Использование: регулирование частоты вращения электропривода переменноготока на базе силовых полупроводниковых преобразователей частоты в цепи ротора асинхронных двигателей. Сущность изобретения: асинхронно-вентильный каскад содержит асинхронный двигатель 1 с фазным ротором и тиристорный преобразователь 2 частоты, включенный между фазными обмотками ротора и питающей сетью. К фазным обмоткам ротора подключен вход датчика 3 частоты и фазы напряжения ротора. К фазам питающей сети подключен датчик 4 частоты и фазы напряжения питающей сети. Выход датчика 4 частоты и фазы напряжения питающей сети подключен к одному из входов фазосме дающего блока 5, выход которого подключен к первому входу двухвходового блока 6 перемножения, Второй вход блока 6 перемножения непосредственно подключен к выходу датчика 3 частоты и фазы налряжения ротора, а также связан с вторым входом фазосмещающего блока 5 через.выделитель выходных частот 7 и задатчик 8 интенсивности. Датчик 3 частоты и фазы напряжения ротора электродвигателя выполнен электрическим и составлен из последовательно соединенных между собой индуктивного токового фильтра 10, узла 11 гальванической развязки, выделителя 12 полуволн напряжения ротора, формирователя 13 прямоугольных импульсов, формирователя 14 частоты и фазы напряжения ротора. 4 ил. сл

союз соВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51}5 Н 02 P 5/415

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4499928/07 (22) 31,10,88 (46) 29.02.92. Бюл. N. 8 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт электромашиностроения (72) П.А.Ровинский, О,H.Oùåïêoa, А.М.Тюряков, С.К.Яковлев и А,Ю.Иванов (53) 62 — 83:621.31 6.718.5(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1150723, кл, Н 02 P 5/34, 1978.

Авторское свидетельство СССР

N. 633126, кл. Н 02 P 5/415, 1976.

Авторское свидетельство СССР

М 1131010, кл. Н 02 Р 7/40, 1984. (54) АСИНХРОННО-ВЕНТИЛЬНЫЙ КАСКАД (57) Использование: регулирование частоты вращения электропривода переменного тока на базе силовых полупроводниковых преобразователей частоты в цепи ротора асинхронных двигателей. Сущность изобретения: асинхронно-вентильный каскад содержит асинхронный двигатель 1 с фазным ротором и тиристорный преобразователь 2. частоты, включенный между фазными обИзобретение относится к регулируемым электроприводам переменного тока, преимущественная область использования— силовые полупроводниковые устройства в цепи ротора асинхронных двигателей, регу; лирующие частоту вращения двигателя по принципу асинхронно-вентильного каскада (AB К), Известен асинхронно-вентильный каскад, который содержит асинхронный двига-" тель с фазным ротором, тиристорный преобразователь частоты с непосредственной связью, датчик скольжения, формирователь импульсов низкой частоты,,!Ж, 1716596 А1 мотками ротора и питающей сетью. К фазным обмоткам ротора подключен вход датчика 3 частоты и фазы напряжения ротора.

К фазам питающей сети подключен датчик 4 частоты и фазы напряжения питающей сети, Выход датчика 4 частоты и фазы напряжения питающей сети подключен к одному из входов фазосмещающего блока 5, выход которого подключен к первому входу двухвходового блока 6 перемножения, Второй вход блока

6 перемножения непосредственно подключен к выходу датчика 3 частоты и фазы напряжения ротора, а также связан с вторым входом фазосмещающего блока 5 через.выделитель выходных частот 7 и задатчик 8 интенсивности. Датчик 3 частоты и фазы напряжения ротора электродвигателя выполнен электрическим и составлен из последовательно соединенных между собой индуктивного токового фильтра 10, узла 11 гальванической развязки, выделителя 12 полуволн напряжения ротора, формирователя 13 прямоугольных импульсов, формирователя 14 частоты и фазы напряжения ротора. 4 ил. () автономный генератор импульсов низкой Qq частоты, переключатель режимов, формирователь пакетов отпирающих импульсов, датчик импульсов высокой частоты, задатчик пуска и разгона, задатчик темпа, Основным недостаткомданного АВК является наличие электротехнического датчика скольжения, размещейного на валу регулируемого двигателя. Конструкция датчика зависит от числа полюсов двигателя, для снятия сигнала требуются контактные кольца и щетки, что вызывает снижение технологичности и надежности всего привода.

Кроме того, пуск двигателя осуществляется

1716596 с помощью автономного генератора импульсов низкой частоты, задатчиков пуска и разгона и задатчика темпа, что обеспечивает пуск только на холостом ходу, Цель изобретения — повышение надежности работы асинхронно-вентильного кас; када и расширение диапазона регулирования частоты вращения двигателя, На фиг.1 приведена схема асинхронно5

10 вентильного каскада; на фиг.2 — потенциальная диаграмма напряжений на отдельных блоках датчика частоты и фазы напряжения ротора; на фиг.3 — схема фильтра датчика частоты и фазы напряжения ро- 15 тора; на фиг,4 — схема узла гальванической развязки,. выделителя полуволн напряжения ротора, формирователя прямоугольных импульсов и формирователя частоты и фазы напряжения ротора, датчика частоты и фазы 20 напряжения ротора, На чертежах приняты следующие обозначения: Ор, Орв, Ор — фазные напряжения ротора; UvoA — падения напряжения на диодах токового фильтра фазы А ротора (на 25 диодах 16 фиг.3); Очтз, Очтд — сигналы на транзисторах 20 (фиг.4); Оных.), Оных.6 выходы формирователя сигналов частоты и фазы напряжения ротора; UvoA, Uvoa, Uvoc— выходные сигналы токового фильтра 10. 30

Асинхронно-вентильный каскад содержит асинхронный двигатель 1 с фазным ротором и тиристорный преобразователь 2 частоты, включенный между фазными обмотками ротора и питающей сетью, к фаз- 35 ным обмоткам ротора подключен вход датчика 3 частоты и фазы напряжения ротора, к фазам питающей сети подключен датчик 4 частоты и фазы напряжения питюащей сети. Выход датчика 4 частоты и фазы на- 40 пряжения питающей сети подключен к одному из входов фазосмещающего блока 5, выход которого подключен к первому входу двухвходового блока 6 перемножения, второй вход которого связан через выделитель 45

7 выходных частот, задатчик 8 интенсивности с другим входом фазосмещающего блока 5. Выход блока 6 перемножения связан через усилитель 9 с входом управления тиристорным преобразователем 2 частоты, 50

Датчик 3 частоты и фазы напряжения ротора асинхронного электродвигателя 1 выполнен электрическим и составлен из последовательно соединенных между собой индуктивного токового фильтра 10, узла 11 55 гальванической развязки, выделителя 12 полуволн напряжения ротора, формирователя 13 прямоугольных импульсов и формирователя 14 частоты и фазы напряжения ротора, выход которого образует выход датчика 3 частоты и фазы напряжения ротора.

Работа ABK заключается в следующем, В датчике 4 частоты и фазы напряжения питающей сети формируются шесть импульсов, каждый длительностью 120 электрических по частоте питающей сети, фаза этих импульсов может регулироваться.

Сдвиг,по фазе импульсов происходит в фазосмещающем блоке 5.путем подачи в него управляющего сигнала постоянного тока (от 2,0 до 3,5 B), сформированного в задатчике 8 интенсивности, Сдвиг по фазе импульсов необходим для регулирования выходного напряжения преобразователя 2 частоты, т.е. для регулирования вводимой в цепь ротора добавочной ЭДС.

Напряжение, снимаемое с ротора, поступает на датчик 3 частоты и фазы напряжения ротора.

Датчик 3 частоты и фазы напряжения ротора работает следующим образом.

Напряжение ротора двигателя поступает в фильтр 10 датчика 3 частоты и напряжения ротора, Напряжение, снимаемое с диодов 16, поступает в узел 11 гальванической развязки и выделитель 12 полуволн напряжения ротора.

Узел 11 гальванической развязки исключает возможность попадания высокого напряжения ротора (до 1000 В и более) на микросхемы формирователя 13 прямоугольных импульсов и формирователя 14 частоты и фазы напряжения ротора.

Работа формирователя 13 импульсов и формирователя 14 частоты и фазы напряжения ротора датчика частоты и фазы напряжения ротора поясняется диаграммой, приведенной на фиг.2 (диаграмма снята с помощью двухлучевого электронного осциллографа, поэтому кривые напряжения

UpA, UpB, Upc имеют "зубчатую" форму).

Дроссели 15 подключены к цепи ротора. Ток в цепи каждого дросселя 15 отстает от соответствующего напряжения (Огд, Орв, Ppc) на угол 83 — 87 эл.град. При протекании тока в фазах дросселя отпирается один из диодов в парах, Ток через фазу А фильтра обозначен на диаграмме UVDA (токи, протекающие в фазах В и С фильтра с целью упрощения диаграммы не показаны). Токи этой фазы фильтра, протекающие через диоды 16 и соответственно через параллельно включенные им оптроны 18, приведены на диаграмме (Очтз, Очта). При протекании тока через оптрон 18 запирается транзистор 19 (20) и на клемме 25 (26) появляется через

5 1716596 резистор 23 положительное напряжение

+15 В, обозначенное ниже как сигнал "1", на микросхеме 22 формирователей 13, 14.

Транзисторы 19 и 20 служат для усиления сигналов оптронов.Каждая из микро- 5 схем 22 представляет собой логическую ячейку 2И-НЕ (при наличии на входах ячейки сигналов "1" на ее выходе имеется сигнал

"0"; при всех других комбинациях двух сигналов на входе("1" и "0") на выходе имеется 10 сигнал "1").

На схеме, изображенной на фиг.4, показаны также резисторы 17, 24 и конденсатор 21, В логическом устройстве, состоящем из 15 микросхем, происходит сложение попарно сигналов длительностью 180 эл.град. по частоте ротора, в результате чего на выходе логического устройства формируются шесть прямоугольных сигналов длительностью 20

120 эл,град, каждый, которые подаются в двухвходовый болк о перемножения, Диаграмма "сложения" 180 импульсов приведена на фиг,2.

Непрерывность этих шести сигналов в 25 переходных оежимах обеспечивается тем„ что при изменении частоты вращения также (одновременно) изменяется длительность полуволн напряжения ротора и, следовательно, длительность сигналов, подаваемых 30 на транзисторные усилители 20., и переклю.чений в логической схеме. Схема обеспечивает работу при практически любой частоте напряжения ротора в том числе и при двойной синхронной скорости (частота напряже- 35 ния ротора 50 Гц в направлении, противоположном направлению механического вращения ротора). Частотные характеристики микросхем позволяют получить двойную и более синхронную скорость, од- 40 нако обычно электрические машины средней и большой мощности (от 5 кВт и более) не рассчитываются на такие высокие скорости.

Импульсы, синхронизированные с на- 45 пряжением питающей сети из фазосмащающего блока 5, и импульсы частоты и фазы напряжения ротора из блока 3 поступают в двухвходовый блок 6 перемножения, на. каждый из входов которого подается. один 50 из шести импульсов по частоте напряжения питающей сети и один из шести импульсов по частоте напряжения ротора.

Выходные сигналы блока 6 перемноже= ния поступают s блок выходного усилителя 55

9, где усиливаются до значения, достаточного для передачи их через импульсные трансформаторы на управляющие электроды тиристоров преобразователя 2 частоты, Асинхронно-вентильный каскад позволяет получить широкий диапазон регулирования частоты вращения двигателя при уменьшении массы преобразователя частоты, а также является универсальным для большого числа различных типов размеров и мощностей двигателей.

Формула изобретения Асинхронно-вентильный каскад, содер- жащий асинхронный двигатель с фазным ротором, тиристорный преобразователь- частоты, снабженный выходными зажимами для подключения к сети, а входом соединенный с фазными выводами обмотки ротора асинхронного двигателя, управляющий . вход тиристорного преобразователя частоты соединен с выходом блока управления, датчик частоты и фазы асинхронного двигателя, датчик частоты и фазы напряжения сети, свходом для подключения к сети,,задатчик интенсивности, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования частоты вращения и повышения надежности, датчик частоты и фазы асинхронного двигателя выполнен электрическим и составлен из последовательно соединенных между собой индуктивного токового фильтра, входом соединенного с выводами обмотки ротора асинхронного двигателя, узла гальванической развязки, выделителя полуволн напряжения, формирователя прямоугольных импульсов и формирователя частоты и фазы напряжения ротора, выход которого образует выход датчика частоты и фазы асинхронного двигателя, и введены фазосмещающий блок, одним входом соединенный с выходом датчика частоты и фазы напряжения сети, а другим входом — с выходом задатчика интенсивности, выделитель выходных частот, включенный между входоМ задатчика интенсивности и выходом датчика частоты и фазы асинхронного двигателя, двухвходовый блок перемножения, один вход которого соединен с выходом фазосмещающего блока, другой вход — с выходом датчика частоты и фазы асинхронного двигателя, а выход блока перемножения подключен к входу блока управления тиристорным преобразователем частоты.

1716596

Вага

Upe VX3

1716596

Составитель Л. Котляревская

Редактор Н. Киштулинец Техред M,Ìoðãåíòàë Корректор Э, Лончакова

Заказ 617 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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