Способ частотного управления электроприводом переменного тока

3 СОВЕТСКИХСОИЛам есннп СПУБЛИН ИФ (1)1 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 5,";,иЮь фЦГЗш 1 при Яз ъы 10 Э=-3/йЭ ш 1 Ф 2 Эпри 2703 где 1- амплитуда токаю - круговая частота первойгармоники тока статора, при ы С Я/3 включают вентили анод 2, ной группы выпрямителя и один иэ тиристоров катодной группы инвертора в соответствии с выбранным направлением вращения, осуществляют регули.рование тока анодной группы выпрямителя по приведенному закону, но со сдвигом в сторону запаздыванияна У/3, при о 1 С 2 Х/3 включают тиристор анодной группы инвертора,включают следукиций тиристор этойгруппы и повторяют укаэанную последовательность операций. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТЮ(72) Н.А.Серов и О.С.Полуэктов (71) Государственный научно-исследовательский и проектно-.конструкторский институт по автоматизации угольной промьппленности,(53) 62.83:621.313,333,072.9 (088.8) (56) 1, Бернштейн А.Я., Гусяцкий Ю.М Кудрявцев А.В., Сарбатов Р.С. Тиристорные преобразователи частоты в электроприводе, М., "Энергия", 1980, с. 158-200.2. Авторское свидетельство СССР В 930544, кл . Н 02 Р 7/42, 1980 (прототип).(54)(57) СПОСОБ ЧАСТОТНОГО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, содержащим управляемый выпрямитель, собранный по мостовой схемевходы которого подключены к источнику, имеющему среднюю точку, а выходы через дроссели подключены квходу мостового инвертора, вых 9 дкоторого соединен с фазами статорной обмотки электродвигателя переменного тока, при этом общая точкафаэ электродвигателя и средняя точка,источника питания соединены междусобой, сОгласно которому регулируютчастоту и величину тока электродвигателя путем коммутации вентилей инвертора и выпрямителя, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюисключения вредных динАмических на"грузок за счет плавного регулирования скорости вплоть до нулевогозначения, синхронизируют моментвключения катодной группы выпрямителя с моментом включения любоготиристора анодной группы инвертора,после включения тиристора инверторарегулируют ток катодной группы выпрямителя по закону1102Изобретение относится к электротехнике, а именно к электроприводу общепромьппленных механизмов, работающих в интенсивном повторно-кратковременном режиме и требующих плавно 5 го регулирования скорости вплоть до нулевого значения.Известен способ частотного управления электроприводом переменного тока, содержащим управляемый выпрямитель, собранный по мостовой схеме, входы которого подключены к трехфазной .сети переменного тока, а выходы через дроссель подключены к входу мостового инвертора, выход которого соединен с Фазами статорной обмотки двигателя, при котором регулируют частоту и величину тока двигателя путем коммутации вентилей выпрямителя и инвертора 13.Недостатком указанного способа частотного управления электроприводом переменного тока является возможность возникновения недопустимых динамических нагрузок в передачах, что определяется тем, что инвертированный ток имеет прямоугольно-ступенчатую форму, а вектор суммарного статорного тока двигателя при каждой коммутации тиристоров инвертора скачком по 30 ворачивается на 60 эл.град оставаясь неизменным на межкоммутационном интервале. В результате вращающий момент двигателя и его скорость имеют переменные (пульсирующие) составляющие с частотой коммутации ти- З 5 ристоров инвертора.Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ частотного управления электроприводом переменного тока, содержащим О выпрямитель, собранный по мостовой схеме входы которого подключены к источнику, имеющему среднюю точку, а выходы через дросссли подключены к входу мостового инвертора, выход которого соединен с Фазами статорной обмотки электродвигателя переменного тока, при этом общая точка Фаз двигателя и средняя точка источника питания соединены между собой, при котором регулируют частоту и величину тока двигателя путем коммутации вентилей инвертора и выпрямителя 1.23Недостатком известного способа также является возникновение недо пустимых динамических нагрузок в 1установках, механическая часть которых содержит упругие звенья. Не 004 ьдопустимые динамически е нагрузкив упомянутых установках возникаюттогда, когда частота пульсирующихсоставляющих момента двигатепяблизка к резонансной частоте механической части установки. Пульсациимомента двигателя при рассматриваемом способе частотного управленияопределяются прямоугольно-ступенчатой Формой инвертированного тока.Цель изобретения - исключениевредных динамических нагрузок за счетобеспечения плавного регулированияскорости вплоть до нулевого значения.Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу частотногоуправления электроприводом переменного тока, содержащим управляемыйвыпрямитель, собранный по мостовойсхеме, входы которого подключены кисточнику, имеющему среднюю точку,а выходы через дроссели подключенык входу мостового инвертора, выходкоторого соединен с фазами статорнойобмотки электродвигателя переменноготока, при этом общая точка фазэлектродвигателя и средняя точкаисточника питания соединены между собой, при котором регулируют частотуи величину тока двигателя путем коммутации вентилей инвертора и выпрямителя, синхронизируют момент включения катодной группы выпрямителя смоментом включения любого тиристораанодной группы инвертора, послевключения тиристора инвертора регулируют ток катодной группы выпрямителяпо закону3=- Э з 1 пьй при (3)м 10 иМ3=3 эюпом)1+йЦ при )и) С) У 3,2, - 217илиЗ=уЗ сопри й(З )О) т,О иЪ ф-: Эп Ы +23 при 2 Т/З)и 1, 171/3где 1 , - амплитуда тока,м - круговая частота первойгармонии тока статора,или при/3 включают вентили анод .ной группы выпрямителя и один изтирчсторов катодной группы инверторав соответствии с выбранным направлением вращения, осуществляют регулиро102004 4 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 з 1 вание тока анодной группы выпрямите ля по приведенному закону, но со сдвигом в сторону запаздывания на , Я/3, при ьС = 2,6/3 выключают тиристор анодной группы инвертора, включают следующий тиристор этой группы и повторяют укаэанную последовательность операций.На фиг. 1 показана схема частотно управляемого электропривода переменного тока; на фиг. 2 - форма тока фазы (1.) статорной обмотки двигателя, при которой исключаются пульсации вращающего момента двигателя;/ , на фиг. 3 - форма токов анодной (ди) и катодной (1) групп тиристоров инвертора по предлагаемому способу.Устройство содержит трехфазный двигатель 1 переменного тока со ста. торной обмоткой 2 и преобразователь 3 частоты, состоящий из трехфазного мостового управляемого выпрямителя 4 с катодной 5 и анодной 6 группами тиристоров, сглаживающего дроссель 7, датчика 8 тока, системы 9 управления током с входом для приема сигнала с датчика тока и входом для приема внешнего управляющего сигнала Н, трехфазного мостового автономного инвертора 10 тока с анодной 11 и катодной 12 группами тиристоров и системы 13 управления инвертором 10. Катодная группа 5 тиристоров управляемого выпрямителя 4 на стороне постоянного тока через последовательно включенные дроссель 7 и датчик 8 тока соединена с анодной группой 11 тиристоров инвертора 10, инвертор 10 на стороне переменного тока соединен со статорной обмоткой 2 двигателя 1, выход датчика 8 тока соединен с входом системы 9 управления током, выходы системы 13 управления инвертором 10 соединены с управляющими электродами тиристоровинвертора 10.Кроме того, устройство снабжено силовым трехфазным трансформатором14 с вторичной обмоткой 15, второй системой 16 управления током с вхо" дом для приема сигнала с датчикатока и входом для приема внешнегоуправляющего сигнала, вторым дросселем 17 и вторым датчиком тока 18, причем вторичная обмотка 15 транс" форматора 14 и статорная обмотка 2 двигателя 1 соединены в звезду, анулевые точки этих обмоток соединены между собой, управляемый выпрямитель 4 на стороне переменного тока соединен с вторичной обмоткой 15 трансформатора 14, а на стороне постоянного тока анодная группа 6 тиристоров выпрямителя 4 через последовательно включенные второй дроссель . 17 и второй датчик 18 тока соединена с катодной группой 12 тирисъоров инвертора 1 О, выходы первой системы 9 управления током соединены с управляющими электродами тиристоров катодной группы 5 выпрямителя 4, а выходы второй системы 16 управления током - с управляющими электродами тиристоров,анодной группы 6 выпрямителя 4, выход второго датчика 18 тока соединен с входом второй системы 16 управления током, выходы датчи .ков 8 и 18 тока соединены также с входами системы 13 управления инвертором 10.Датчики 8 и 13 тока обеспечивают потенциальное разделение цепей управления от силовой схемы и могут быть выполнены на базе транзисторов и интегральных микросхем с использованием оптронов или разделительных трансформаторов. Системы 9, 16 управления током и система 13 управления инвертором 10 преобразуют непрерывные входные управляющие сигналы в импульсные сигналы управления тиристорами выпрямителя 4 и инвертора 10, обеспечивают потенциальное разделение цепей управления от силовой схемы и могут быть выполнены на базе транзисторов, тиристоров и интегральных микросхем с использованием оптронов или разделительных трансформаторов.Сущность способа заключается в следующем. Отсутствие пульсаций вращающего момента, а следовательно и скорости двигателя достигается лишь тогдафУ когда вектор д суммарного статорно 3го тока равномерно вращается с неизменной амплитудой1 Ы. 1151,ХПроведенный анализ показывает, что это требование может быть выполнено при использовании трехфазного АИТ в том случае, когда зависимость тока фазы 1 статорной обмотки двигателя от времени будет представлять собой сопряженные отрезки синусоид (сплошные линии на фиг,1).Как видно из фиг. 2, идеальная в указанном смысле форма тока фазы с незначительной погрешностью может быть аппроксимирована в виде треугольников .с высотой 1 и основанием 2 я/3. Токи двух других фаз статор ной обмотки должны повторять приведенную на фиг. 2 форму со сдвигом +27/3, При этом ток 1 катодной группы тиристоров инвертора должен представлять собой следующие друг за другом треугольники фаэных токов, а ток хь, анодной группы - такие же треугольники, сдвинутые относительно тока катодной группы на угол л/3, т.е. на 60 эл.град. На фиг. 3 за положительное принято проводящее направление вентилей группы. Для обеспечения требуемой формы тока необходимо раздельное управление. анод" ной и катодной группами тиристоров управляемого выпрямителя.Устройство для реализации способа работает следующим ооразом.Соединение нулевых точек обмотки 2 двигателя 1 и обмотки 15 транс" форматора 14 и удвоение комплекса систем 9 и 16 управления током, дросселей 7, 17 и датчиков 8, 18 тока в преобразователе 3 создает два независимых управляемых контура токаг один для анодной группы 11 тиристоров инвертора 10, другой - для катодной группы 12. Поданные на входы систем 9, 16 управления током внешние управляющие сигналы (Ог и 0) треугольной формы (фиг,2) обеспечивают требуемую зависимость токов (1, к) от времени, Система 13 управления инвертором 10 обеспечивает коммутацию тиристоро 1 ф"- - 3 3 гпм 1, Осы (/7/3 М ы 1(-Тгф -1 г- эип(и тр),7(н ис 2 уЕя/Яш 19/3 г =о, 2.гг(з си+ с)г,;5 Н 54 щ (2),го 15 20 25 30 35 40 45 0 в инвертора с требуемой частотой,причем на низких частотах управляющий сигнал на очередной тиристорподается при нулевом сигнале с с.оответствующего датчика тока. При этоманодная 6 и катодная 5 группы тирис"торов управляемого выпрямителя 4превращаются в два независимых трехфазных нулевых выпрямителя, работающих в режиме источников тока и индуктивность дросселей 7, 17, поэтомудолжна быть в два раза больше, чем визвестном устройстве, так как в двараза увеличивается вольт-секунднаяплощадь переменной составляющей напряжения.Управление группами тиристороввыпрямителя по треугольному законуцелесообразно применять лишь на низ гких частотах (ориентировочно до3-5 Гц), когда требования к плавному изменению вектора тока статорадвигателя наиболее жестки, а на повьщгенных частотах переходить к обще"принятому способу управления, задавая анодной 5 и катодной 6 группамтиристоров выпрямителя 4 одинаковыйток. При выходной частоте инвертора5 Гц частота пульсаций моментасоставляет 30 Гц, что, как правило,выше резонансной частоты механической части электропривода,Поскольку в описанном устройствена низких частотах очередной тиристор включается при нулевом токе иконденсаторное устройство коммутациине используется, то не требуется иустройство предварительного зарядакЬммутирующих конденсаторов, таккак конденсаторы могут быть заряженыот рабочего напряжения инвертора.В случае использования в качестведвигателя переменного тока синхронного может быть достигнута устойчивая коммутация тиристоров инверторана всех скоростях без специальныхкоммутирующих устройств, формирова"ние тока, близкого к синусоиде вовсем диапазоне регулирования, обеспечивает плавность регулирования и снижение динамических нагрузок.