Способ управления частотным асинхронным электроприводом и устройство для его осуществления

 

Использование: в частотно-регулируемом электроприводе грузоподъемных и судовых механизмах, насосах различного назначения. Сущность: в способе управления частотным асинхронным электроприводом в диапазоне частот от 0 до f_сети/2 выходного напряжения восемнадцатитиристорного преобразователя частоты с непосредственной связью формируют управляющие напряжения основной последовательности со сдвигом 2Т₂/3, где Т₂ - период выходного напряжения, управляющие напряжения инверсной последовательности с указанным сдвигом, сравнивают их на каждом однополярном полупериоде управляющего напряжения. При их равенстве открывают одну группу тиристоров преобразователя частоты в выпрямительном режиме, а при другой полярности полупериода - в инверторном режиме в диапазоне частот от f_сети/2 до (f_сети-f_s ном). При частоте f_сети/2 изменяют форму управляющих напряжений на прямоугольную, синхронизируют их по фазе с фазами углов открывания тиристоров, уменьшают частоту управляющих напряжений до f_s ном, циклически с прямым чередованием фаз подключают фазы асинхронного двигателя к сети и при значении частоты полученных напряжений, равной f_s ном, фиксируют соответствие фаз сети фазам асинхронного двигателя. При этом повышается устойчивость механических характеристик двигателя, что улучшает его электромеханические показатели, где f сети - частота сети, f_s ном - частота номинального скольжения. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для частотно-регулируемых электроприводов, подключаемых к многофазным источникам нерегулируемого напряжения, особенно к трехфазным сетям переменного тока частотой 50 Гц.

Известны частотные асинхронные электроприводы с 18-ти тиристорными непосредственными преобразователями частоты с естественной коммутацией, имеющие повышенные технико-экономические показатели (надежность, масса, габариты, КПД), (1). При этом в указанных преобразователях реализован ограниченный диапазон плавного регулирования выходной частоты (3-20 Гц), а при работе в режиме выходной частоты 50 Гц производится переключение скачком с 20 до 50 Гц. Такой значительный перепад частот вызывает усложнение конструктивного исполнения и технологии изготовления механизма из-за увеличения динамических моментов при переключении двигателя.

Известен способ управления частотным асинхронным электроприводом с непосредственным преобразователем частоты, при котором циклически переключаются "шестерки" тиристоров, обеспечивающие подключение всех фаз нагрузки к фазам питающей сети (2). При этом можно формировать напряжения на выходе преобразователя без постоянных составляющих в диапазоне частот порядка 20-45 Гц и обеспечить устойчивые механические характеристики электропривода при частотах вращения 0,4-0,9 n_ном. Однако в зоне f_нпч 20 Гц при указанном способе управления существенно уменьшаются скважности протекания токов в нагрузке и соответственно ухудшаются электромеханические характеристики приводного двигателя. Принципиальная возможность формирования без постоянных составляющих переменных напряжений на выходе 18-ти тиристорного НПЧ с ЕК в диапазоне частот 0,05-0,9 f_сети позволяет считать решение (2) наиболее близким по технической сущности предлагаемому электроприводу и выбрать его в качестве прототипа.

Заявляемое изобретение направлено на улучшение электромеханических показателей приводного двигателя и расширения функциональных возможностей электропривода.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе управления частотным асинхронным электроприводом с непосредственным преобразователем частоты с естественной коммутацией и группами тиристоров, к каждой из которых подключена одна из фаз асинхронного двигателя, состоящем в том, что циклически с прямым чередованием подключают фазы сети к фазам асинхронного двигателя, среднюю величину напряжения на выходе непосредственного преобразователя частоты регулируют изменением углов открывания его вентилей относительно напряжения в каждой фазе сети, контролируют значения токов в фазах асинхронного двигателя, измеряют и фиксируют выходное напряжение указанного преобразователя значениями частоты f_сети/2 и частоты номинального скольжения f_sном асинхронного двигателя, в диапазоне частот выходного напряжения непосредственного преобразователя частоты от 0 до f_сети/2 формируют три управляющих синусоидальных напряжения основной последовательности со сдвигом фаз 2Т₂/3, где T₂ период напряжения на выходе преобразователя частоты, равный периоду управляющего синусоидального напряжения, формируют три управляющих синусоидальных напряжения инверсной последовательности с указанным сдвигом фаз, на каждом однополярном полупериоде синусоидального управляющего напряжения последовательно сравнивают величины напряжения этих упомянутых последовательностей с соответствующими опорными напряжениями и при их равенстве открывают вентили одной из групп соответствующей фазы преобразователя частоты в выпрямительном режиме работы, а в каждом полупериоде синусоидального напряжения другой полярности в инверторном режиме работы в диапазоне частоты от f_сети/2 до (f_сети-f_{s ном}) при значении частоты f_сети/2 изменяют форму управляющих синусоидальных напряжений на прямоугольную, синхронизируют фазы управляющих прямоугольных напряжений с фазами углов открывания вентилей преобразователя, уменьшают частоту управляющих напряжений от f_сети/2 до f_{s ном}, подключают фазы асинхронного двигателя к фазам сети с циклической последовательностью чередования фаз сети, при значении частоты прямоугольных напряжений, равной f_{s ном} фиксируют соответствие фаз асинхронного двигателя фазами сети.

В устройстве для управления частотным асинхронным электроприводом, содержащем непосредственный преобразователь частоты с естественной коммутацией, снабженный группами тиристоров, к каждой из которых подключена одна из фаз асинхронного двигателя, формирователь сигналов отсутствия токов в полуфазах асинхронного двигателя, многоканальную систему управления тиристорами преобразователя, включающую формирователи синхроимпульсов, фазодвигающие устройства, элемент 3ИЛИ, элементы 3И, усилители-формирователи, блок задания напряжения, блок задания частоты, управляемый делитель частоты, одновибратор, элемент запрета, RS-триггер, кольцевой регистр сдвига, причем входы формирователя сигналов отсутствия токов в полуфазах асинхронного двигателя соединены с датчиками тока, установленными в выходных фазах преобразователя и подключенными к фазам асинхронного двигателя, управляющие электроды тиристоров преобразователя частоты подключены к выходам усилителей-формирователей, входы которых соединены соответственно с выходами элементов 3И, входы формирователей синхроимпульсов соединены с фазами питающей сети, а выходы их соединены с седьмого по двенадцатый входами фазосдвигающих устройств, выходы первого из них соединены с первыми входами с первого по шестой элементов 3И, выходы второго фазосдвигающего устройства соединены с первыми входами с седьмого по двенадцатый элементов 3И, выходы третьего фазосдвигающего устройства соединены с первыми входами с тринадцатого по восемнадцатый элементов 3И, выход блока задания частоты, выход одновибратора соединен с R -входом RS-триггера и с инверсным входом элемента ЗАПРЕТ, выход которого соединен с S-входом RS-триггера, второй вход элемента ЗАПРЕТ соединен с выходом формирователя сигнала отсутствия тока в фазах нагрузки.

Согласно изобретению устройство дополнительно снабжено командоаппаратом, задатчиком интенсивности, элементом 6ИЛИ, делителем на два, блоком модулирующих напряжений, пятью одновибраторами, пятью элементами ЗАПРЕТ, пятью RS-триггерами, элементом ИЛИ-НЕ, шестиканальным и трехканальным коммутаторами, пятью элементами 3ИЛИ, входы которых и вход первого элемента 3ИЛИ соединены с седьмым по двенадцатый выходами каждого фазосдвигателя, а выходы подключены к входам элемента 6ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом управляемого делителя частоты, выход которого подключен к шестому входу блока модулирующих напряжений и второму входу блока задания частоты, второй выход которого соединен с первым входом блока модулирующих напряжений, первый выход командоаппарата соединен с первым входом задатчика интенсивности, выход которого подключен к первому входу блока задания напряжения и первому входу блока задания частоты, второй, третий, четвертый входы блока задания напряжения соединены с выходами датчиков тока, второй выход командоаппарата соединен с четвертым входом блока модулирующих напряжений, а третий выход командоаппарата подключен к третьему входу блока модулирующих напряжений, выход одного из формирователей синхроимпульсов соединен с входом делителя на два, выход которого подключен к пятому входу блока модулирующих напряжений, с первого по шестой выходы которого соединены с первым по шестой входами фазосдвигающих устройств, седьмой выход блока модулирующих напряжений подключен к седьмому входу шестиканального коммутатора, к четвертому входу трехканального коммутатора и второму входу задатчика интенсивности, восьмой выход блока модулирующих напряжений соединен с первым входом кольцевого регистра сдвига, шесть выходов которого подключены к входам шести одновибраторов, девятый выход блока модулирующих напряжений соединен с вторым входом кольцевого регистра сдвига, первые три выхода которого подключены к восьмому, девятому и десятому входам блока модулирующих напряжений, соответственно к трем входам трехканального коммутатора, первый выход которого соединен с третьими входами первого, второго, девятого, десятого, семнадцатого и восемнадцатого элементов 3И, второй выход трехканального коммутатора соединен с третьими входами третьего, четвертого и с одиннадцатого по четырнадцатый элементов 3И, третий выход трехканального коммутатора соединен с третьими входами пятого, шестого, седьмого, восьмого, пятнадцатого и шестнадцатого элементов 3И, прямые выходы RS-триггеров подключены к первым шести входам шестиканального коммутатора, а инверсные выходы первых трех RS-триггеров соединены с входами элемента ИЛИ-НЕ, выход которого подключен к восьмому входу шестиканального коммутатора, первый выход которого соединен с вторыми входами первого, третьего, пятого элементов 3И, второй выход шестиканального коммутатора соединен с вторыми входами седьмого, девятого, одиннадцатого элементов 3И, третий выход шестиканального коммутатора соединен с вторыми входами тринадцатого, пятнадцатого, семнадцатого элементов 3И, четвертый выход шестиканального коммутатора соединен с вторыми входами второго, четвертого, шестого элементов 3И, пятый выход шестиканального коммутатора соединен с вторыми входами восьмого, десятого, двенадцатого элементов 3И, шестой выход шестиканального коммутатора соединен с вторыми входами четырнадцатого, шестнадцатого и восемнадцатого элементов 3И.

На фиг. 1 изображен частотный асинхронный электропривод с непосредственным преобразователем частоты; на фиг. 2 система управления преобразователем частоты, на фиг. 3 механические характеристики двигателя, подключенного на выходе непосредственного преобразователя частоты.

Электропривод содержит непосредственный преобразователь частоты с группами встречно-параллельно соединенных парами тиристоров 1-18, представляющих его силовую часть 10. Управляющие электроды тиристоров подключены к выходам системы 20 управления преобразователем, первые три входа которой соединены с фазами питающей сети, следующие шесть входов выходом формирователя 21 сигналов отсутствия токов в полуфазах асинхронного двигателя 22. Три выхода командоаппарата 26 соединены с входами системы 20 управления преобразователем.

Система 20 управления преобразователем (фиг. 2) содержит формирователи 27-29 синхроимпульсов, фазосдвигающие устройства 30-32, блок 33 задания напряжения, блок 34 задания частоты, задатчик 35 интенсивности разгона и торможения, управляемый делитель 36 частоты, элемент 6ИЛИ 37, блок 28 модулирующих напряжений, делитель 39 на два, кольцевой регистр 40 сдвига, одновибратор 41-46, элементы ЗАПРЕТ 47-42, RS-триггеры 53-58, элемент ИЛИ-НЕ 59, шестиканальный коммутатор 60, трехканальный коммутатор 61, элементы 3ИЛИ 62-67, элементы 3И 68-85, усилители-формирователи 86-103.

Входы формирователей 27-29 синхроимпульсов соединены соответственно с фазами A, B, C питающей сети, а выходы их подключены соответственно к седьмому по двенадцатый входам фазосдвигающих устройств 30-32, с первого по шестой входы которых соединены с первым по шестой выходами блока 38 модулирующих напряжений. Первые шесть выходов первого фазосдвигающего устройства 30 соединены с первыми входами с первого по шестой элементов 3И 68-73, первые шесть выходов второго фазосдвигающего устройства 31 соединены с первыми входами с седьмого по двенадцатый элементов 3И 74-79, первые шесть выходов третьего фазосдвигающего устройства 32 соединены с первыми входами с тринадцатого по восемнадцатый элементов 3И 80-85, причем седьмые выходы фазосдвигающих устройств 30-32 соединены с входами элемента 3ИЛИ 62, восьмые выходы фазосдвигающих устройств 30-32 соединены с входами элемента 3ИЛИ 63, девятые выходы фазосдвигающих устройств 30-32 соединены с входами элемента ЗИЛИ 64, десятые выходы фазосдвигающих устройств 30-32 соединены с входами элемента ЗИЛИ 65, одиннадцатые выходы фазосдвигающих устройств соединены с входами ЗИЛИ 66, двенадцатые выходы фазосдвигающих устройств 30-32 соединены с входами элемента ЗИЛИ 67. Выходы элементов ЗИЛИ 62-67 соединены с входами элемента 6ИЛИ 37, выход которого подключен ко второму входу управляемого делителя 36 частоты. Выход управляемого делителя 36 частоты соединен с шестым входом блока 38 модулирующих напряжений и вторым входом блока 34 задания частоты, второй выход которого соединен с первым входом блока 38 модулирующих напряжений, а первый выход соединен с первым входом управляемого делителя 36 частоты. Первый выход командоаппарата 26 соединен с первым входом задатчика 35 интенсивности, выход которого подключен к первому входу блока 34 задания частоты и к первому входу блока 33 задания напряжения, второй, третий и четвертый входы которого соединены с выходами датчиков 23-25 тока. Второй выход командоаппарата 26 соединен с четвертым входом блока 38 модулирующих напряжений, а третий выход командоаппарата 26 соединен с третьим входом блока 38 модулирующих напряжений. Первый выход блока 33 задания напряжения соединен со вторым входом блока 38 модулирующих напряжений.

Выход формирователя 29 синхроимпульсов соединен с входом делителя 39 на два, выход которого соединен с пятым входом блока 38 модулирующих напряжений. Второй выход блока 33 задания напряжения соединен с седьмым входом блока 38 модулирующих напряжений.

С первого по шестой выходы блока 38 модулирующих напряжений соединены с первыми по шестой входами фазосдвигающих устройств 30-32. Седьмой выход блока 38 модулирующих напряжений подключен к седьмому входу шестиканального коммутатора 60 и четвертому входу трехканального коммутатора 61. Восьмой выход блока 38 модулирующих напряжений соединен с первым входом кольцевого регистра 40 сдвига, девятый выход блока 38 соединен с вторым входом кольцевого регистра 40 сдвига, шесть выходов которого соединены с входами одновибраторов 41-46, а первые три выхода кольцевого регистра 40 сдвига подключены к трем входам трехканального коммутатора 61 и восьмому, девятому и десятому входам блока 38 модулирующих напряжений. Первый выход трехканального коммутатора 61 соединен с третьими входами элементов 3И 68, 69, 76, 77, 84, 85, второй выход трехканального коммутатора 61 соединен с третьими входами элементов 3И 70, 71, 78-81, третий выход трехканального коммутатора 61 соединен с третьими входами элементов ЗИ 72-75, 82, 83. Прямые выходы RS-триггеров 53-58 соединены с первыми шестью входами шестиканального коммутатора 60, а инверсные выходы RS-триггеров 53-55 соединены с входами элемента ИЛИ-НЕ 59, выход которого подключен к восьмому входу шестиканального коммутатора 60.

Первый выход шестиканального коммутатора 60 соединен с вторыми входами элементов ЗИ 68, 70, 72, второй выход шестиканального коммутатора 60 соединен с вторыми входами элементов ЗИ 74, 76,78, третий выход шестиканального коммутатора 60 соединен с вторыми входами элементов ЗИ 80, 82, 84, четвертый с вторыми входами элементов 3И 69, 71, 73, пятый с вторыми входами элементов 3И 75, 77, 79, шестой с вторыми входами элементов 3И 81, 83, 85. Выход одновибратора 41 соединен с R-входом RS-триггера 53 и инверсным входом элемента ЗАПРЕТ 47. Выход одновибратора 42 соединен с R-входом RS-триггера 54 и инверсным входом элемента ЗАПРЕТ 48. Выход одновибратора 43 соединен с R-входом RS-триггера 55 и инверсным выходом элемента ЗАПРЕТ 49. Выход одновибратора 44 соединен с R-входом RS-триггера 56 и инверсным входом элемента ЗАПРЕТ 50. Выход одновибратора 45 соединен с R-входом RS-триггера 57 и инверсным входом элемента ЗАПРЕТ 51. Выход одновибратора 46 соединен с R-входом RS-триггера 58 и инверсным входом элемента ЗАПРЕТ 52. Вторые входы элементов ЗАПРЕТ 47-52 соединены соответственно с выходами формирователя 21 сигналов отсутствия токов в полуфазах нагрузки 22. Выходы элементов ЗАПРЕТ 47-52 соединены соответственно с S-входами RS-триггеров 53-58, выходы элементов ЗИ 68-85 соединены соответственно с входами усилителей-формирователей 86-103, выходы которых соответственно подключены к управляющим электродам тиристоров 1-18.

На фиг. 1-3 обозначены: U_A, U_B, U_C -напряжения фаз питающей сети; A, B, C фазы питающей сети; a, b, c фазы нагрузки 22; Ia(+), Ia(-), Ib(+), Ib(-), Ic(I), Ic(-) сигналы отсутствия тока в полуфазах нагрузки; Y1-Y18 выводы, на которые подаются сигналы включения тиристоров с индексами, соответствующими номерам тиристоров 1-18; Ia, Ib, Ic выводы, на которые подаются сигналы с датчиков 23-25 тока.

Устройство, реализующее предложенный способ, работает следующим образом.

Напряжения питающей сети U_A, U_B, U_C поступают на входы формирователей 27-29, каждый из которых вырабатывает две инверсных последовательности импульсов частотой f_C, где f_C частота сети. Фазосдвигающие устройства 30-32, синхронизированнные с сетью с помощью соответствующих формирователей синхроимпульсов 27-29, выбирают широкие импульсы управления тиристорами от момента открывания тиристора до момента перехода синусоиды напряжения данной входной фазы через ноль. Передний фронт этих импульсов сдвигают относительно сетевого напряжения с помощью управляющих сигналов, сформированных на первых шести выходах блока 38 модулирующих напряжений и поступающих на первый-шестой входы фазосдвигающих устройств 30-32. Сигналы с первых шести выходов фазосдвигающих устройств 30-32 через соответствующие элементы 3И и усилители-формирователи 86-103 поступают на управляющие электроды соответствующих тиристоров. Сигналы с седьмого-двенадцатого выходов устройств 30-32, имеющих форму узких импульсов и перемещающихся при регулировании угла открывания тиристоров α через элементы 3ИЛИ 62-67 и 6ИЛИ 37 с частотой 6 f_C поступают на второй вход управляемого делителя 36 частоты, который формирует выходной импульсный сигнал с частотой, в N раз меньшей частоты входных импульсов.

Коэффициент деления N определяется кодом, поступающим с блока 34 задания частоты на первый вход управляемого делителя 36 частоты. Выходные импульсы управляемого делителя 36, имеющие частоты 6 f_C/N, поступают на шестой вход блока 38 модулирующих напряжений.

Следствием синхронизации выходного сигнала управляемого делителя 36 частоты относительно частоты напряжения питающей сети являются неопределенные состояния включения тиристоров преобразователя при регулировании угла a т.е. при различных значениях угла в полуволнах выходного напряжения может укладываться неодинаковое число пульсов сетевого напряжения, что вызывает дополнительные колебания и ухудшает гармонический состав выходного напряжения.

Устраняется возможность возникновения неопределенных состояний путем дополнительной синхронизации выходных сигналов управляемого делителя 36 частоты по фазе с импульсами управления тиристорами вышеописанной схемой.

Блок 38 модулирующих напряжений в диапазоне частот на выходе преобразователя от 0 до f_C/2 формирует три синусоидальных сигнала основной последовательности со сдвигом фаз 2Т₂/3 на первом, третьем и пятом выходах и три синусоидальных сигнала инверсной последовательности на втором, четвертом и шестом выходах, причем каждым однополярным полупериодом синусоидального сигнала последовательно модулируют в фазосдвигающих устройствах 30-32 углы открывания тиристоров в выпрямительном режиме, а каждым полупериодом другой полярности инверторного режима групп тиристоров, подключенных катодами и анодами к одной фазе нагрузки. Параметры синусоидальных сигналов задаются каналами регулирования частоты (блок 34) и амплитуды (блок 33).

Для уменьшения влияния противо-ЭДС асинхронного двигателя на работу тиристорного преобразователя и обеспечения устойчивой работы двигателя необходимо автоматически регулировать фазовый сдвиг синусоидальных модулирующих напряжений на первых шести выходах блока 38 модулирующих напряжений. Контроль за значением момента нагрузки производится по токам статорных обмоток двигателя в блоке 33 задания напряжения. При этом обеспечивается четкое включение тиристоров по заданному алгоритму и регулируются длительности выпрямительного и инверторного режимов работы преобразователя в течение полупериода выходной частоты в функции изменения cosϕ приводного двигателя.

Синхронизация синусоидальных сигналов блока 38 модулирующих напряжений с точкой синхронизации скорости приводного двигателя осуществляется благодаря связи первых трех выходов кольцевого регистра 40 сдвига с восьмым, девятым и десятым входами блока 38 модулирующих напряжений. При увеличении частоты на выходе преобразователя в диапазоне от f_C/2 до (f_C - f_Sном) при значении частоты f_C/2, которая формируется на выходе делителя 39 и поступает на пятый вход блока 38 модулирующих напряжений, в блоке 38 форма синусоидальных сигналов изменяется на прямоугольную, причем эти сигналы синхронизированы по фазе с импульсами управления тиристорами, благодаря синхронизации выходного сигнала управляемого делителя 36 частоты, поступающего на шестой вход блока 38 модулирующих напряжений.

Переключение модулирующего напряжения на прямоугольную форму производится для обеспечения равенства фазовых углов на всех выходах фазосдвигающих устройств 30-32. Принципиально моменты переключения прямоугольных модулирующих напряжений формируют циклическое переключение "шестерок" тиристоров в преобразователе (через 60 эл. град. выходной частоты).

Поскольку 18-ти тиристорный непосредственный преобразователь частоты состоит из трех "шестерок" тиристоров, их переключение необходимо производить через 120 эл. град. выходной частоты НПЧ, для чего в системе управления использован кольцевой регистр 40 сдвига.

Блок 38 модулирующих напряжений состоит из набора типовых функциональных узлов: счетчики, коммутаторы, схемы сравнения, постоянные запоминающие устройства, цифроаналоговые и аналого-цифровые преобразователи.

Импульсный сигнал с частотой, равной 6f₂, где f₂ выходная частота преобразователя, поступает с восьмого выхода блока 38 модулирующих напряжений на вход кольцевого регистра 40 сдвига. Сигнал логической единицы с первого выхода регистра 40 сдвига поступает через трехканальный коммутатор на элементы 3И 68, 69, 76, 77, 84, 85 и служит для разрешения работы следующей "шестерки" тиристоров: 1, 2, 9, 10, 17, 18.

После переключения логической единицы с первого выхода регистра 40 сдвига на второй разрешается работа "шестерки" тиристоров 70, 71, 78-81 и соответственно со второго на третий "шестерки" тиристоров 72-76, 82, 83. Таким образом осуществляется режим, когда через группы встречно-включенных тиристоров одновременно подключают фазы нагрузки к фазам сети A, B, C в циклической последовательности A, В, C B, C, A C, A, B.

Одновременно на четвертом, пятом, шестом выходах кольцевого регистра 40 сдвига формируются аналогичные последовательности импульсов со сдвигом на 180 град. относительно соответствующих последовательностей на первом, втором и третьем выходах. Эти сигналы совместно с теми, которые поступают с первых трех выходов кольцевого регистра 40 сдвига, запускают одновибраторы 41-45, выходные сигналы которых устанавливают в нулевое состояние RS-триггеры 53-58, находящиеся до этого момента в единичном состоянии. Сигналы на прямых выходах RS-триггеров 53-58, принимая нулевые значения, запрещают прохождение управляющих импульсов на тиристоры 1-18. Элементы ЗАПРЕТ 47-52 служат для исключения попадания сигналов логической единицы одновременно на оба входа RS-триггеров 53-58.

Выходные сигналы Ia(+), Ia(-), Ib(+), Ib(-), Ic(+), Ic(-) формирователя 21 сигналов отсутствия токов в полуфазах нагрузки могут принимать единичное значение только при отсутствии тока в соответствующей полуфазе и полном восстановлении запирающих свойств тиристоров, в остальное время сигналы Ia(+) Ic(-) принимают значение логического нуля. Принимая единичное значение, сигналы Ia(+) Ic(-), пройдя через соответствующий элемент ЗАПРЕТ, приводит RS-триггер в единичное состояние. При этом сигнал на прямом выходе соответствующего триггера принимает значение логической единицы и разрешает прохождение импульсов управления на соответствующие тиристоры.

Таким образом, система 20 управления обеспечивает в диапазоне выходных частот преобразователя от f_C/2 до f_C f_{S ном} циклическое переключение "шестерок" тиристоров и осуществляет раздельное управление ими, используя для этого выходной сигнал элемента ИЛИ-НЕ 59, три входа которого соединены с инверсными выходами RS-триггеров 53-55. В диапазоне выходных частот от 0 до f_C/2 шестиканальный коммутатор 60 находится в положении, пропускающем все шесть сигналов с прямых выходов RS-триггеров 53-58 на элементы 3И 68-85, что обеспечивает раздельное управление тиристорами в этом диапазоне выходных частот.

Трехканальный коммутатор 61 в диапазоне выходных частот от 0 до f_C/2 находится в положении, пропускающем сигнал логической единицы на третьи входы всех элементов 3И. В диапазоне от f_C/2 до f_C - f_{S ном} коммутатор 61 пропускает на соответствующие элементы ЗИ три первых выходных сигнала кольцевого регистра 40 сдвига, накладывая дополнительный модулирующий сигнал с частотой f_M, где f_M - частота модулирующего сигнала, на импульсы, поступающие на элементы ЗИ 68-85 с фазосдвигающих устройств 30-32. Причем выходная частота преобразователя при этом определяется как разница между f_C и f_M. При этом задатчик 35 интенсивности должен работать на уменьшение входного сигнала блока 34 задания частоты, уменьшая в результате частоту и соответственно увеличивая выходную частоту преобразователя. Переключение режима работы задатчика интенсивности осуществляется по сигналу с седьмого выхода блока 38 модулирующих напряжений.

Реверсирование двигателя производится изменением порядка чередования двух модулирующих напряжений с учетом инверсий на выходе блока 38. При этом информация на формирование модулирующих напряжений вносится для реверсируемых фаз в постоянное запоминающее устройство каждой реверсируемой фазы. Выборка соответствующей информации обеспечивается сигналом, формируемым в командоаппарате 26.

Сигнал, поступающий с третьего выхода командоаппарата 26 на третий вход блока 38 модулирующих напряжений, подает команду реверс и изменяет тем самым порядок следования выходных сигналов модулирующих напряжений с блока 38.

По сигналу со второго выхода командоаппарата 26 и при достижении значения частоты f_{S ном} на выходе блока 34 задания частоты на девятом выходе блока 38 модулирующих напряжений формируется сигнал, поступающий на второй вход регистра 40 сдвига и фиксирующий его выходные импульсы в том состоянии, в котором они находятся в этот момент времени. При этом выходное напряжение преобразователя определяется работой той "шестерки" тиристоров, которая к этому моменту находилась в рабочем состоянии, т.е. на которую поступали импульсы управления тиристорами.

Связь между выходом управляемого делителя 36 частоты и вторым входом блока 34 задания частоты необходима для осуществления дискретного переключения коэффициента деления частоты в переходных режимах.

Реализация предлагаемых способа и устройства позволяет формировать устойчивые механические характеристики асинхронного электродвигателя, управляемого от 18-ти тиристорного НПЧ с ЕК в диапазоне частот вращения 0,03-1,0 n_ном (фиг. 3).

Формула изобретения

1. Способ управления частотным асинхронным электроприводом с непосредственным преобразователем частоты с естественной коммутацией и группами тиристоров, к каждой из которых подключена одна из фаз асинхронного двигателя, состоящий в том, что циклически с прямым чередованием подключают фазы сети к фазам асинхронного двигателя, среднюю величину напряжения на выходе непосредственного преобразователя частоты регулируют изменением углов открывания его тиристоров относительно напряжения в каждой фазе сети, контролируют значения токов в фазах асинхронного двигателя, отличающийся тем, что измеряют и фиксируют выходное напряжение указанного преобразователя со значениями частоты f_сети/2 и частоты номинального скольжения f_{s ном} асинхронного двигателя в диапазоне частот выходного напряжения непосредственного преобразователя частоты от 0 до f_сети/2 формируют три управляющих синусоидальных напряжения основной последовательности со сдвигом фаз 2Т₂/3, где f_сети частота сети, Т₂ период напряжения на выходе преобразователя частоты, равный периоду управляющего синусоидального напряжения, формируют три управляющих синусоидальных напряжения инверсной последовательности с указанным сдвигом фаз, на каждом однополярном полупериоде синусоидального управляющего напряжения последовательно сравнивают величины напряжения этих упомянутых последовательностей с соответствующими опорными напряжениями и при их равенстве открывают тиристоры одной из групп соответствующей фазы преобразователя частоты в выпрямительном режиме работы, а в каждом полупериоде синусоидального напряжения другой полярности в инверторном режиме работы в диапазоне частот от f_сети/2 до (f_сети - f_{s ном}), при значении частоты f_сети/2 изменяют форму управляющих синусоидальных напряжений на прямоугольную, синхронизируют фазы управляющих прямоугольных напряжений с фазами углов открывания тиристоров преобразователя, уменьшают частоту управляющих напряжений от f_сети/2 до f_{s ном}, осуществляют указанное подключение фазы асинхронного двигателя к фазам сети с циклической последовательностью чередования фаз сети, при значении частоты прямоугольных напряжений равной f_{s ном} фиксируют соответствие фаз асинхронного двигателя фазам сети.

2. Устройство для управления частотным асинхронным электроприводом, содержащее непосредственный преобразователь частоты с естественной коммутацией и группами тиристоров, к каждой из которых подключена одна из фаз асинхронного двигателя, формирователь сигналов отсутствия токов в полуфазах асинхронного двигателя, многоканальную систему управления тиристорами преобразователя, включающую формирователи синхроимпульсов, фазосдвигающие устройства, элемент 3ИЛИ, элементы 3И, усилители-формирователи, блок задания напряжения, блок задания частоты, управляемый делитель частоты, одновибратор, элемент запрета, RS-триггер, кольцевой регистр сдвига, причем входы формирователя сигналов отсутствия токов в полуфазах асинхронного двигателя соединены с датчиками тока, установленными в выходных фазах преобразователя частоты и подключенными к фазам асинхронного двигателя, управляющие электроды тиристоров преобразователя частоты подключены к выходам усилителей-формирователей, входы которых соединены соответственно с выходами элементов 3И, входы формирователей синхроимпульсов соединены с фазами питающей сети, а выходы их соединены с седьмым по двенадцатый входами фазосдвигающих устройств, выходы первого из них соединены с первыми входами с первого по шестой элементов 3И, выходы второго фазосдвигающего устройства соединены с первыми входами с седьмого по двенадцатый элементов 3И, выходы третьего фазосдвигающего устройства соединены с первыми входами с тринадцатого по восемнадцатый элементов 3И, первый выход блока задания частоты соединен с первым входом управляемого делителя частоты, выход одновибратора соединен с R-входом RS-триггера и с инверсным входом элемента ЗАПРЕТ, выход которого соединен с S-входом RS-триггера, второй вход элемента ЗАПРЕТ соединен с выходом формирователя сигнала отсутствия тока в фазах нагрузки, отличающееся тем, что дополнительно введены командоаппарат, задатчик интенсивности, элемент 6ИЛИ, делитель на два, блок модулирующих напряжений, пять одновибраторов, пять элементов ЗАПРЕТ, пять RS-триггеров, элемент ИЛИ-НЕ, шестиканальный и трехканальный коммутаторы, пять элементов 3ИЛИ, входы которых и вход первого элемента 3ИЛИ соединены с седьмым по двенадцатый выходами каждого фазосдвигающего устройства, а выходы подключены к входам элемента 6ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом управляемого делителя частоты, выход которого подключен к шестому входу блока модулирующих напряжений и второму входу блока задания частоты, второй выход которого соединен с первым входом блока модулирующих напряжений, первый выход командоаппарата соединен с первым входом задатчика интенсивности, выход которого подключен к первому входу блока задания напряжения и первому входу блока задания частоты, второй, третий, четвертый входы блока задания напряжения соединены с выходами датчиков тока, а первый, второй выходы блока задания напряжения подключены к второму и седьмому входам блока модулирующих напряжений, второй выход командоаппарата соединен с четвертым входом блока модулирующих напряжений, а третий выход командоаппарата подключен к третьему входу блока модулирующих напряжений, выход одного из формирователей синхроимпульсов соединен с входом делителя на два, выход которого подключен к пятому входу блока модулирующих напряжений, с первого по шестой выходы которого соединены с первым по шестой входами фазосдвигающих устройств, седьмой выход блока модулирующих напряжений подключен к седьмому входу шестиканального коммутатора, к четвертому входу трехканального коммутатора и второму входу задатчика интенсивности, восьмой выход блока модулирующих напряжений соединен с первым входом кольцевого регистра сдвига, шесть выходов которого подключены к входам шести одновибраторов, девятый выход блока модулирующих напряжений соединен с вторым входом кольцевого регистра сдвига, первые три выхода кольцевого регистра сдвига подключены к восьмому, девятому и десятому входам блока модулирующих напряжений, соответственно к трем входам трехканального коммутатора, первый выход которого соединен с третьими входами первого, второго, девятого, десятого, семнадцатого и восемнадцатого элементов 3И, второй выход трехканального коммутатора соединен с третьими входами третьего, четвертого и с одиннадцатого по четырнадцатый элементов 3И, третий выход трехканального коммутатора соединен с третьими входами пятого, шестого, седьмого, восьмого, пятнадцатого и шестнадцатого элементов 3И, прямые выходы RS-триггеров подключены к первым шести входам шестиканального коммутатора, а инверсные выходы первых трех RS-триггеров соединены с входами элемента ИЛИ-НЕ, выход которого подключен к восьмому входу шестиканального коммутатора, первый выход которого соединен со вторыми входами первого, третьего, пятого элементов 3И, второй выход шестиканального коммутатора соединен с вторыми входами седьмого, девятого, одиннадцатого элементов 3И, третий выход шестиканального коммутатора соединен с вторыми входами тринадцатого, пятнадцатого, семнадцатого элементов 3И, четвертый выход шестиканального коммутатора соединен с вторыми входами второго, четвертого, шестого элементов 3И, пятый выход шестиканального коммутатора соединен с вторыми входами восьмого, десятого, двенадцатого элементов 3И, шестой выход шестиканального коммутатора соединен с вторыми входами четырнадцатого, шестнадцатого, восемнадцатого элементов 3И.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3