Способ формирования трехфазного напряжения, подводимого к асинхронному электродвигателю при питании его от однофазной сети

 

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в частотно-регулируемых электроприводах для получения из однофазного напряжения питающей сети с промышленной частотой трехфазной системы периодических напряжений пониженной частоты для подачи к выводам асинхронного двигателя, а также при пуске и торможении. Частоту питающего однофазного напряжения преобразуют путем коммутации токов двигателя в следующей последовательности: в первый полупериод подают к первому выводу двигателя ток одного направления, а к третьему выводу обратного, в следующий полупериод изменяют направление токов, подаваемых к первому и второму выводам двигателя, в последующий полупериод изменяют направление токов, подаваемых к второму и третьему выводам, и далее снова в той же последовательности, причем частота сформированного трехфазного напряжения равна 2/3 частоты питающей сети, при этом для реверсирования указанный порядок коммутации меняют на противоположный. Осуществление данного способа позволяет снизить броски тока и скорости, что повышает надежность работы и расширяет функциональные возможности. 3 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в частотно-регулируемых приводах для получения из однофазного напряжения питающей сети с промышленной частотой трехфазной системы периодических напряжений пониженной частоты для подачи к выводам асинхронного электродвигателя, а также при пуске и торможении.

Известен способ формирования из однофазного напряжения трехфазной системы напряжений, базирующийся на однофазно-трехфазном преобразовании частоты, позволяющий получить ряд пониженных частот, максимальная из которых в три раза меньше частоты питающей сети [1].

Наиболее близким к изобретению техническим решением, которое может быть принято за прототип, является способ формирования трехфазного напряжения, подводимого к асинхронному электродвигателю при питании его от однофазной сети, по которому преобразуют частоту питающего однофазного напряжения путем коммутации токов двигателя в определенной последовательности [2].

Основным недостатком известных способов является невозможность получения выходной частоты f более величины f=f_пс/3, где f_пс - частота питающей сети. Это обстоятельство снижает диапазон регулирования скорости электропривода, а также способствует возникновению значительных бросков тока в асинхронном двигателе при переключении его с выхода устройств, реализующих данные способы, на трехфазную питающую сеть с частотой f_пс.

Эти недостатки устраняются за счет того, что по способу формирования трехфазного напряжения, подводимого к асинхронному электродвигателю, при питании его от однофазной сети, по которому преобразуют частоту питающего однофазного напряжения путем коммутации токов двигателя в определенной последовательности, согласно изобретению при указанной коммутации в первый полупериод напряжения питающей сети подают к первому выводу двигателя ток одного направления, а к третьему выводу обратного, в следующий полупериод изменяют направление токов, подаваемых к первому и второму выводам двигателя, в последующий полупериод изменяют направление токов, подаваемых к второму и третьему выводам двигателя, и далее снова в той же последовательности, причем частота сформированного трехфазного напряжения равна 2/3 частоты питающей сети, при этом для реверсирования указанный порядок коммутации меняют на противоположный.

На фиг. 1 представлена электрическая схема устройства, реализующего данный способ (вариант выполнения); на фиг. 2 - временные диаграммы работы; на фиг. 3 схематически изображены направления токов в асинхронном электродвигателе.

Входные выводы силового тиристорного блока 1 (фиг. 1) подключены к двум фазам А, В питающей сети (U_пс) через токоограничивающий реактор 2, блок 3 контроля тока и временной задержки, а также контакты автоматического выключателя 4. Для получения на выходе блока 1 трехфазной системы периодических напряжений с частотой f= (2/3)f_пс служит блок 5 распределения импульсов, запуск которого осуществляется синхроимпульсами U_син, поступающими на его вход синхронизации, частота которых f_син=2f_пс формируется в блоке 6 фазоимпульсного управления и которые служат одновременно для управления пилообразными опорными напряжениями. Кроме того, блок 5 снабжен входом реверса U_рев, входом задания частоты "Вкл. (2/3)f_пс", а также выходом сигнала задания, переключающим выходом и шестью выходами распределения импульсов. Переключающий выход блока 5 соединен с переключающим входом блока 3. Синхронизация блока 6 осуществляется от сети через трансформатор блока 7 питания, который подключен к трем фазам питающей сети для снижения пульсаций при формировании напряжений питания схемы управления +U, -U. Управляющие выходы U_вых блока 6 связаны с электродами управления тиристоров силового блока 1. Для контроля величин периодических напряжений к выходным выводам блока 1 подключены входы датчика 8 напряжения, выходы которого соединены с входами блока 9 фильтров первых гармонических с выпрямителем. Выпрямленное напряжение первых гармонических составляющих с выхода блока 9 подают на вход обратной связи блока 10 регулирования, где из выпрямленного напряжения исключают пульсации и используют его в качестве сигнала обратной связи. На первый вход блока 10 подают сигнал задания U₃. К выходу блока 1 подключены через магнитные пускатели 11 (S₁...S_n) асинхронные двигатели 12 с выводами 13, 14, 15 (фиг. 3).

Устройство функционирует следующим образом.

На шести выходах распределения импульсов блока 5 (фиг. 1) формируются сигналы, соответствующие разрешенным временным интервалам для включения тиристоров 1₁-(1₁'), 1₂(1₂'), 1₃(1₃')...1₆(1₆') силового блока. Одноканальное фазосдвигающее устройство блока 6 фазоимпульсного управления формирует импульсы управления, соответствующие положительным и отрицательным полуволнам напряжения питающей сети U_пс. При положительной полуволне питающего напряжения (+U_пс) возможно включение тиристоров 1₁, 1₂, 1₃...1₆, а при отрицательной полуволне (-U_пс) - тиристоров 1₁', 1₂', 1₃' ... 1₆'. Система управления обеспечивает заданный алгоритм включения тиристоров силового тиристорного блока 1, предусматривающий формирование токов i₁, i₂, i₃, имеющих вполне определенные направления относительно выводов 13, 14 и 15 двигателя 12 (фиг. 3) по интервалам, соответствующим полуволнам однофазного напряжения (фиг. 2а "Вперед" и фиг. 3 - сплошные линии): на первом интервале формируются ток +i₁, направленный к выводу 13, и ток -i₃, направленный от вывода 15 (включают тиристоры 14 и 15 или 1₄' и 1₅'), на втором интервале формируются ток -i₁, направленный от вывода 13, и ток +i₂, направленный к выводу 14 (включают тиристоры 1₁ и 1₆ или 1₁' и 1₆'), на третьем интервале формируются ток -i₂, направленный от вывода 14, и ток +i₃, направленный к выводу 15 (включают тиристоры 1₃ и 1₂ или 1_3'и 1_2'). Далее цикл формирования токов повторяется в том же порядке. При реверсе асинхронного двигателя порядок формирования упомянутых токов изменяется на обратный (фиг. 2б "Назад" и фиг. 3 - пунктирные линии).

Следует отметить, что начало цикла формирования токов может быть привязано как к началу положительной полуволны однофазного напряжения, так и к началу отрицательной, при этом система управления сама выбирает направленность каждого тиристора: 1₁ или 1₁', 1₂ или 1₂' и т.д.

Блок 3 контроля тока и временной задержки формирует импульсы, запрещающие переключение выходных фаз силового тиристорного блока 1 во время протекания по ним тока. Длительность этих запрещающих импульсов увеличивается на некоторую временную задержку, необходимую для восстановления вентильных свойств тиристоров. Кроме того, блок 3 контроля и временной задержки формирует аварийный сигнал при превышении силовым током величины уставки. Этот сигнал подается на вход защиты блока 6 фазоимпульсного управления, в результате чего блокируются импульсы управления тиристорами. С помощью блока 10 регулирования осуществляют стабилизацию амплитуд первых гармонических составляющих формируемых напряжений.

Предлагаемый способ формирования трехфазного напряжения пониженной частоты, подводимого к асинхронному электродвигателю при питании его от однофазной сети промышленной частоты, позволяет использовать его в устройствах регулирования скорости частотно-управляемых электроприводов для получения пониженных установочных скоростей, а также в пуско-тормозных режимах с целью снижения бросков тока при пуске и разгоне асинхронных двигателей до номинальной скорости с переключением на трехфазную сеть промышленной частоты. Эти же устройства могут быть использованы при снижении скорости путем переключения с трехфазной питающей сети промышленной частоты на пониженные частоты. При этом благодаря применению предлагаемого способа формирования частоты f= (2/3)f_пс снижаются броски тока и скорости, что повышает надежность работы и расширяет возможности применения.

Таким образом, повышается плавность перехода с пониженных частот на промышленную частоту питающей сети, т.е. повышается число ступеней при переключении асинхронного привода на питание от промышленной сети.

Формула изобретения

СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ТРЕХФАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ, ПОДВОДИМОГО К АСИНХРОННОМУ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЮ ПРИ ПИТАНИИ ЕГО ОТ ОДНОФАЗНОЙ СЕТИ, при котором преобразуют частоту питающего однофазного напряжения путем коммутации токов двигателя в определенной последовательности, отличающийся тем, что при указанной коммутации в первый полупериод напряжения питающей сети подают к первому выводу двигателя ток одного направления, а к третьему выводу - обратного, в следующий полупериод изменяют направление токов, подаваемых к первому и второму выводам двигателя, в последующий полупериод изменяют направление токов, подаваемых к второму и третьему выводам двигателя, а далее снова в той же последовательности, причем частота сформированного трехфазного напряжения равна 2/3 частоты питающей сети, при этом для реверсирования указанный порядок коммутации меняют на обратный.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3