Способ формирования тока в фазе частотно-управляемого асинхронного электропривода и устройство для его реализации

(19 Ю) 4 Н 02 ЕНИЯ ЕЛЬСТВ ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ИСАНИЕ ИЗ К АВТОРСКОМУ СВИ(71) Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики при Томском институте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (72) Н.А. Михневич, А,Ю, Рожцественский, А.В. федоров и В.Н. Черемисин (53) 62-83:621.313.333.072.9(088.8) (56) Олещук В.И., Чаплыгин Е.Е. Вентильные преобразователи с замкнутым контуром управления, Кишинев: Штиинца, 1982, с. 54-59.Ра 1 агпаррап К,С. 71 гйа 3 аЬд 1 1. А Сопгго 1 Бггагеду Гог Кейегепсе Юане Айарг 1 че Спггепг. Сепега 1 оп. - 1 ЕЕЕ Тгапз. 1 пй. Е 1 ес. Сопряг. 1 пзгг., 1980, т. 27, В 2, р. 92-96.(54) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ТОКА В ФАЗЕЧАСТОТНО-УПРАВЛЯЕМОГО АСИНХРОННОГОЭЛЕКТРОПРИВОДА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГОРЕАЛИЗАЦИИ(57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано впреобразовательной технике. Цельюизобретения является снижение электри.ческих потерь. Указанная цель достигается тем, что в способе формирования тока в фазе частотно-управляемого асинхронного электропривода полярность подключаемого к фазе двигателяпитающего напряжения определяют познаку производной заданного фазноготока. При отклонениях тока в фазеот заданного значения сверх установленного первого уровня до установленного второго уровня полярность подключаемого к фазе питакицего напряжения устанавливают противоположнойуказанной на время, в течение которого ток в фазе двигателя изменяетсяот установленного второго уровня домомента достижения заданного значения. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.132Изобретение относится к электротехнике, точнее к преобразовательной технике, и может быть использовано в полупроводниковых преобразователях частоты для формирования тока в фазах частотно-управляемого асинхронного электропривода.Целью изобретения является снижение электрических потерь путем уменьшения числа коммутаций силовых вентилей инвертора, осуществляющих подключение фазы двигателя к шинам постоянного питающего напряжения.На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для формирования тока в фазе частотно"управляемого электропривода; на фиг. 2 - схема формирования управляющих импульсов; на Фиг. 3 - диаграммы, поясняющие сущность способа и работу устройства.Устройство для формирования тока в фазе частотно-управляемого асинхронного электропривода содержит последовательно включенные генератор 1 синусоидального сигнала (фиг. 1), дифференциальный усилитель 2 и первый компаратор 3 с характеристикой типа "гистерезис", инвертор 4 на силовых вентилях, подключенный управляющими входами к соответствующим выходам 5-8 блока формирователя 9 управляющих импульсов, выполненного с тремя входами 10-12, первый из которых подключен к выходу первого комнаратора 3 с характеристикой типао"гистерезис", датчик 13 нулевого значения сигнала, подключенный выходом к второму входу 11 Формирователя 9 управляющих импульсов, и датчик 14 фазного тока, установленный на выходе инвертора 4 и подключенный выходом к второму входу дифференциального усилителя 2.В устройство для формирования тока в фазе частотно-управляемого асинхронного электропривода введены блок 15 дифференцирования и последовательно соединенные выпрямитель 16 и второй компаратор 17 с характеристикой типа "гистереэис", выход которого подключен к третьему входу 12 формирователя 9 управляющих импульсов. При этом вход выпрямителя 16 соединен с выходом дифференциального усилителя 2, вход блока 15 дифференцирования подключен к выходу генератора 1 синусоидального сигнала, а выход 89222блока 15 дифференцирования - к входудатчика 13 нулевого значения сигнала.Инвертор 4, служащий для подводапитания к асинхронному двигателю 18,содержит транзисторно-диодные силовые вентили 19-22.На диаграммах Фиг, 3 обозначено:23 - опорный сигнал формируемого то ка; 24 - траектория текущего значения фазного тока двигателя; 25 и26 - верхнее и нижнее пороговые значения зоны формирования тока; 27производная от опорного сигнала 23 15 формируемого тока; 28 - сигнална выходе датчика нулевого значения сигнала 13; 29 - зависимостьнапряжения на зажимах асинхронногодвигателя 18 в процессе формированиятока; 30 и 31 - сигналы управлениясиловыми вентилями 22 и 21 соответственно; 32 - сигнал на выходе дифференциального усилителя 2, пропорциональный разности текущего значения 25 фазного тока 24 и опорного сигнала23 формируемого тока; 33 и 34 - уровни срабатывания компаратора 3; 35сигнал на выходе компаратора 3; 36сигнал на выходе выпрямителя 16; 37 и ЗО 38 - уровни срабатывания второго компаратора 17; 39 - сигнал на выходекомпаратора 17; 40 и 41 - сигналы управления силовыми вентилями 20 и 22соответственно; 42 и 43 - импульсы 35коррекции траектории Фазного тока,Способ Формирования тока в фазечастотно-управляемого асинхронногоэлектропривода состоит в том, что вмоменты равенства текущего значения 40 тока 24 (Фиг, 3) Фазы двигателя верхнему 25 либо нижнему 26 пороговымзначениям зоны формирования тока подключают к фазе асинхронного двигателя 18 с помощью силовых вентилей 4519-22 инвертора 4 однополярное импульсное напряжение 29, полярность которого соответствует знаку производной 27 от опорного сигнала 23 Формируемого тока, при отклонении текущего значения тока 24 за пределы зоны(пространство между пороговыми значениями 25-26) формирования подключаютк фазе двигателя 18 импульс 42 (43)напряжения противоположной полярности. Устройство для Формирования тока в фазе частотно-управляемого асинхронного электропривода работает следующим образом.28922 40 45 50 55 з 13Генератор 1 синусоидального сигнала формирует опорный синусоидальный сигнал 23, регулируемый по частоте и амплитуде, который поступает одновременно на первый вход дифференциального усилителя 2 и вход блока 15 дифференцирования, где он преобразуется в производную 27 от опорного синусоидального сигнала 23, поступающую на вход датчика 13 нулевого значения сигнала, с выхода которого в , виде прямоугольного сигнала 28 длительностью, равной положительному зна чению производной 27, поступает на второй вход 11 формирователя 9 управляющих импульсов.На второй вход дифференциального усилителя 2 с выхода датчика 14 фазного тока поступает сигнал 24, пропорциональный текущему значению фазного тока двигателя 18. При этом на его выходе в результате алгебраического сложения входных сигналов формируется сигнал 32, пропорциональный разности текущего значения фазного тока 24 двигателя и опорного сигнала 23 формируемого тока и поступающий одновременно на вход выпрямителя 16 и вход компаратора 3 с гистерезисом, имеющим симметричные относительно нулевого значения уровни 33 и 34 срабатывания, В результате на выходе компаратора 3 формируется прямоугольная последовательность импульсов в виде сигнала 35, которая поступает на первый вход 11 формирователя 9 управляющих импульсов.На выходе выпрямителя 16 формируется сигнал 36, поступающий на вход второго компаратора 17, имеющем два уровня срабатывания, один 37 из которых несколько превышает уровни 33 и 34 срабатывания компаратора 4, а другой 38 практически совпадает с нулевым значением сигнала 36, в результате чего на выходе компаратора 17 формируется прямоугольный сигнал 39, поступающий на третий вход 12 формирователя 9 управляющих импульсов.На основе прямоугольных последовательностей импульсов 28, 35 и 39, поступающих на первый 10, второй 11 и третий 12 входы формирователя 9 управляющих импульсов, на его выходе формируются сигналы 30, 31, 40 и 41 управления силовыми вентилями 22, 21, 20 и 19 соответственно. В результате 5 10 Ю 15 20 25 30 35 этого на зажиме двигателя 18 формируется прямоугольное напряжение 29, под действием которого ток фазы двигателя имеет траекторию в соответствии с кривой 24.В процессе формирования тока статора асинхронного двигателя 18 в том случае, когда траектория 24 текущего значения тока двигателя находится в зоне формирования (между верхним25 и нижним 26 пороговыми значения-.ми зоны формирования), на выходевторого компаратора 17 сигнал отсутствует, а на первый 10 и второй 11входы формирователя 9 управляющихимпульсов, поступают прямоугольныепоследовательности импульсов 35 и 28 соответственно, При этом на выходах 7 и 8 формируются прямоугольные обратно пропорциональные друг относительно друга сигналы, длительность которых соответствует длительности нарастающего (спадающего) участков формируемого тока или (что равнозначно) длительности положительного (отрицательного) значения производной27 от опорного сигнала 23 формируемого тока, поступающие на отпирание(запирание) силового вентиля 22 изапирание (отпирание) силового вентиля 21. На выходах 6 и 5 формируются прямоугольные последовательностиимпульсов 40 и 31 управления силовыми вентилями 20 и 19 соответственно.Таким образом, при формировании траектории 24 фазного тока двигателя,лежащей в зоне формирования при положительном значении производной27, отпирается силовой вентиль 22 изапираются вентили 19 и 21, а силовой вентиль 20 коммутируется в моменты равенства траектории 24 текущего значения фазного тока двигателя верхнему 25, либо нижнему 26 пороговымзначениям формируемого тока, каждьйраэ возвращая траекторию тока в пределы зоны формирования. При отрицательном значении производной 27 отпирается силовой вентиль 21, запираются вентили 20 и 22, а йроцесс Формирования фазного тока 24 осуществляется аналогичным способЬм путем коммутации силового вентиля 9. При таком формировании тока напряжение 29на зажимах двигателя представляет собой однополярную последовательность импульсов напряжения (корректирующиеипульсы 42 и 43 в случае движения5 132 траектории тока 24 в зоне формирования отсутствуют), смена полярности которой осуществляется в соответствии со сменой полярности производной 27 от опорного синусоидального сигнала 23, а коммутация этого напряжения осуществляется одним из силовых вентилей 19 либо 20.Однако, как показывает практика, такой алгоритм управления силовыми вентилями не всегда позволяет удержать траекторию 24 текущего значения фазного тока в пределах заданной зоны формирования, что объясняется высокой динамичностью современных электроприводов, влиянием противо-ЭДС двигателя, взаимным влиянием коммутационных процессов в других фазах двигателя. Поэтому имеют место отклонения траектории 24 за пределы зоны формирования, в этом случае сигнал 36 на выходе выпрямителя 1 б достигает уровня срабатывания 37 второго ,компаратора 17 и на третьем входе 12 формирователя управляющих импульсов возникают прямоугольные импульсы 39, длительность которых определяется временем движения траектории 24 фазного тока до момента совпадения ее с уровнем опорного задающего сигнала 23 (второй уровень 38 срабатывания второго компаратора 17). При этом алгоритм управления силовыми вентилями инвертора 4 меняется на противоположный. Это значит, что при положительном (отрицательном) значении производной 27 от опорного задающего сигнала 23 на время длительности импульсов 39 запираются (отпираются) силовые вентили 20, 22 (19, 21) и отпираются вентили 19, 21 (20, 22) соответственно, в результате чего к зажимам двигателя 18 кратковременно подключается импульс 42 и 43 напряжения, принудительно возвращающий траекторию 24 текущего значения фазного тока двигателя в пределы зоны Формирования. Такой порядок работы формирователя 9 управляющих импульсов позволяет в значительной степени сократить величину электрических потерь в электроприводе за счет снижения общей частоты коммутаций силовых вентилей инвертора.Снижение потерь в электроприводе осуществляется за счет того, что в соответствии с предлагаемым способом формирования ток Фазы двигателя фор 8922мируют путем однополярной модуляциив течение периода выходной частотыи двухполярной модуляции на интервале 90-270 эл,град. периода выходнойчастоты, при этОм двухполярная модуляция используется в моменты превышения током границы заданной зоныформирования и характеризуется появлением на зажимах нагрузки одиночных 1 О импульсов питающего напряжения, поэтому частота их возникновению незначительна.Общее число коммутаций п, силовыхвентилей инвертора в устройстве по 15 Фиг. 1 определяется выражением .и,-"2 ш(1+К),где К =0,05-0,15 - коэффициент, оп ределяющий соотношение числа. дополнительных корректирующих импульсов к числу импульсов основного алгоритма работы устройства; ш - число коммутаций силовых вентилей в течение полупериода выходного тока к одному из зажимов источника питания.Полученное число коммутаций именьше числа коммутаций и силовых2 30 вентилей по известному способу, равному п=4 ш, благодаря чему изобретение обеспечивает снижение электрических потерь в частотно-управляемомасинхронном электроприводе.35 Формула изобретения1. Способ формирования тока в фазе частотно-управляемого асинхронно го электропривода, при котором контролируют отклонение тока в фазе отзаданного значения и в моменты достижения этим отклонением установленного первого уровня осуществляют с 45 помощью силовых вентилей подключениефазы к питающим напряжениям положительной и отрицательной полярностей,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью снижения электрических по терь путем уменьшения числа коммутачции силовых вентилей, определяютзнак производной заданного Фазноготока и в зависимости от него устанав.ливают полярность подключаемых к фа зе питающих напряжений, а при отклонениях тока в фазе от заданного значения сверх установленного первогоуровня до установленного второгоуровня полярность подключаемого к фа 1328922эе питающего напряжения устанавливают противоположной указанной на время, в течение которого ток в фазеизменяется от установленного второгоуровня до момента достижения заданного значения,2. Устройство для формирования то.ка в фазе частотно-управляемого асинхронного электропривода, содержащеепоследовательно включенные генераторсинусоидального сигнала, дифференциальный усилитель и первый компаратор с характеристикой типа гистерезис, инвертор на силовых вентилях,подключенный управляющими входами ксоответствующим выходам формирователя управляющих импульсов, выполненного с тремя входами, первый иэ которых подключен к выходу первого компаратора с характеристикой типа гистереэис, датчик нулевого значения сигнала, подключенный выходом к второму входу формирователя управляющих импульсов, и датчик фаэного тока, установленный на выходе инвертора и подключенный выходом к второму входу 5 дифференциального усилителя, о т -л и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью снижения электрических потерьпутем уменьшения числа коммутаций силовых вентилей инвертора, введены 10 блок дифференцирования и последовательно соединенные выпрямитель и второй компаратор с характеристикой типа гистерезис, выход которого подключен к третьему входу формирователя 15 управляющих импульсов, при этом входвыпрямителя соединен с выходом дифференциального усилителя, вход блокадифференцирования подключен к выходугенератора синусоидального сигнала, 20 а выход блока дифференцирования " квходу датчика нулевого значениясигнала.1328922 Составитель А, Жилинактор А. Ворович Техред М.Моргентал К рректор Л Бескид 6/56 ТиражВНИИПИ Государпо делам иэ113035, Москва,659 По твенного комитета СС бретений и открытий -35, Раушская наб.,Закаэ писн д. 4 л. Проектная, 4 риятие, г. Ужго роиэводственно-полиграфическое п