Способ формирования гармонических токов в фазах частотно управляемого электродвигателя и устройство для его осуществления

(51) ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕТЕНИК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Р84. ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ(71) Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики при Томском институте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники(53) 62.83162.313333,072.9 (088.8) (56) Белоусов В,Е. и др, Система управления трехфазным инвертбром напряжения с формированием кривой выходного тока. Преобразовательная техника, Межвузовский сб, научи, трудов под ред. Грабовецкого Г.В. Новосибирск, 1977, с. 88-98Авторское свидетельство ССС У 1083316, кл. Н 02 Р 7/42, 19(54) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ Г КИХ ТОКОВ В ФАЗАХ ЧАСТОТНО МОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ И УС ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является снижение электрических потерь за счет уменьшения числа переключения фаз двигателя при формировании требуемой кривой выходного тока. Укаэанная цель достигается введением в устройство для формирования гармонических то ков в фазах частотно-управляемого асинхронного двигателя фазорасщепителя 12, распределителя 13 сигналов уп" равления и формирователя 14 импульсов а управления для силовых вентилей преоб разователя частоты 2, В процессе фор" мирования тока в фазе электродвигателя 1 в течение каждой шестой части С1376210 периода при достижении разностью заданного и измеренного токов порогового значения в каждую Фазу поочередно. подключают положительное или отрица,тельное напряжение источника питания, При этом на период коммутации тока в одной фазе другую подключают постоянИзобретение относится к электро"технике, а именно к частотно-управляемому электроприводу, построенномуна основе асинхронного двигателя иавтономного инвертора напряжения, и 5может быть использовано при решениизадач формирования токов в фазах путем переключения вентилей инверторов,Цель изобретения - снижениеэлектрических потерь путем уменьшения числа переключений фаз двигателяНа фиг,1 представлена функциональная схема устройства частотно-управляемого злектропривода, реализующегопредлагаемый способ Формированиягармонических токов в Фазах; нафиг.2 и 3 - диаграммы, поясняющиеработу устройства,Устройство, выполненное на базеасинхронного двигателя 1, содержитпреобразователь 2 частоты фиг.1),датчик 3 частоты вращения, установ"ленный на валу асинхронного двигате"ля 1, блок 4 датчиков Фазных токов,управляемый генератор 5 частоты инапряжения синусоидального сигнала,последовательно включенные блок 6формирования зоны воспроизведения тока и блок 7 управления преобразователем 2 частоты, другие входы блока7 управления соединены с выходамиблока 4 датчиков фаэных токов, последовательно включенные источник 8задающего сигнала, регулятор 9 частоты вращения, формирователь 1 О заданного тока и скольжения, блок 11 сумми"рования, другой вход которого объединен с другим входом регулятора 9частоты вращения и подключен к выходу датчика 3 частоты вращения, приэтом выход блока 11 суммирования под"ключен к входу управления по частоте но к положительному зажиму, а третью "к отрицательному зажиму источника питания. При этом число переключенийпри формировании токов равно 24 ш, где:ш - число фаэ .электродвигателя 1.2 с.п. ф"лы, 3 ил. управляемого генератора 5 частоты инапряжения синусоидального сигнала,вход управления по напряжению которого подключен к другому выходу формирователя 10 заданного тока и скольжения,В устройство введены фазорасщепитель 12 с шестью выходами, распределитель 13 сигналов управления и формирователь 14 импульсов управлениядля силовых вентилей преобразователячастоты, выполненный на шести однотипных трехвходовых схемах 15-20, подключенных выходами к соответствующимуправляющим входам преобразователя 2частоты.Управляемый генератор 5 частоты инапряжения синусоидального сигналавыполнен на двух постоянных запоминающих блоках 21 и 22 и двух цифроаналоговых преобразователях 23 и 24,аналоговые входы которых объединеныи образуют вход управления по напряжению управляемого генератора 5Цифровые входы цифроаналоговых преобразователей 23 и 24 подключены квыходам соответствующих постоянныхзапоминающих блоков 21 и 22,входыкоторых объединены и образуют вхоцуправления по частоте управляемогогенератора 5.Распределитель 13 сигналов управления выполнен на шести двухвходовых схемах И 25-30, шести тактируемых операционных усилителях 31-36и трех суммирующих операциойных уси.лителях 37-39, выходы которых подключены к соответствующим управляющимвходам блока 6 формирования зоны воспроизведения тока, Первые входы двухвходовых схем И 25-30 подключены ксоответствующим выходам фазорасщепителя 12Вторые входы схем И 25"27подключены соответственно к четвертому, пятому и шестому выходам фазорасщепителя 12, вторые входы схем И 28-30 подключены соответственно к первому, второму и третьему выходам5 фазорасщепителя 12. Выходы схем И 25-30 соединены с инверсными входами соответствующих тактируемых операционных усилителей 31-36. Прямые вхо" ды усилителей 31, 33 и 35 объединены между собой и подключены к выходу цифроаналогового преобразователя 23, прямые входы усилителей 32, 34 и 36 объединены между собой и подключены к выходу цифроаналогового преобразователя 24. Выходы усилителей 31 и 34 подключены к входам суммирующего усилителя 37, выходы усилителей 32 и 35 - к входам суммирующего усилителя 38, а выходы усилителей 33 и 36 - к входам суммирующего усилителя 39Первые входы трехвходовых схем 15-20 формирователя 14 импульсов управления попарно объединены и подключены к соответствующим выходам блока 7 управления преобразователем 2 частоты, Вторые входы трехвходовых схем 15-20 подключены к выходам соот ветствующих двухвходовых схем И 25 - 30 распределителя 13 сигналов.управления. Третьи входы трехвходовых схем 15-20 подключены к соответствующим выходам Фазорасщепителя 12.Надиаграммах (фиг,2 и 3)обозначены35 напряжения 40 и 41 на выходах цифроаналоговых преобразователей 24 и 23 соответственно, управляемого генератора 5 частоты и напряжения, при этом 40 диаграмма 40 представляет собой часть синусоиды 0-60 эл,град., а диаграмма 41 - часть синусоиды 120 - 180 эл. град. с периодом повторения 60 эл.град ток 42, Фазы асинхрон ного двигателя 1, выходные сигналы 43-48 формирователя 14 импульсов управления силовыми вентилями преобразователя 2 частоты, моменты 49- 53 времени соответственно для 0,60, 120,180 и 360 эл.град, периода выходного тока одной фазы, основные сигналы 54-56, на выходах фазорасще" пителя 12, сигналы 57-62, на выходах двухвходовых схем И 25-30, длительностью 60 эл.град сдвинутых один55 от другого на 60 эл,град сигналы 63-65 на выходах суммирующих операционных усилителей 31-33, сигналы 66-68 на выходах блока 7 управленияпреобразователем 2 частоты,Способ формирования гармоническихтоков в фазах частотно-управляемогоэлектропривода осуществляют следующим образом,Формируют последовательность им".пульсов включения и выключения вентилей в каждой фазе раздельно в моменты достижения заданного уровняразности сигналов выходного и заданного модулирующего токов, причеммодулирующий сигнал задает форму выходного тока, формируют для всехфаэ одновременно модулирующий сигналв виде двух частей синусоиды 0-,60 эл.град. (диаграмма 40, фиг,2) и 120180 эл.град. (диаграмма 41, фиг,2),первую из которых используют дляформирования модулирующего сигнала вкаждой фазе на интервале 0-60 эл.град. периода выходного тока этойФазы, а вторую используют для формирования модулирующего сигнала вкаждой фазе на интервале 120-180 эл.град. периода выходного тока этойФазы, В течение каждой шестой части .периода выходного тока одну фазу,имеющую экстремальное (положительноеили отрицательное)значение, непрерывноподключают к соответствующему (положительному или отрицательному) зажи-.му источника питания (диаграммы 42и 43, интервал 50-51), причем в ка ":честве непрерывно подключаемой фазыпоочередно через шестую часть периодаиспользуют каждую из фаз нагрузки.Фазу, отстающую на 120 эл.град.отфазы, имеющей экстремальное значение,переключают в течение указанной шестой части периода от одного зажимаисточника питания к другому (диаграммы 45 и 46, интервал 50-51), а фазу,опережающую на 120 эл.град фазу,имеющую экстремальное значение, под-.ключают в течение указанной шестойчасти периода к зажиму, противоположному непрерывно подключенной фазы (диаграмма 48, интервал 50-51)Устройство для реализации предлагаемого способа работает следующим образом.На первый вход регулятора 9 частоты вращения (фиг.1) поступает сигнал задания частоты вращения от источника 8 задающего сигнала. На второй вычитающий вход регулятора 9 частоты вращенияпоступает сигнал с им5пульсного датчика 3, при этом на выходе регулятора 9 формируется сигнал, пропорциональный отклонению частоты вращения асинхронного двига" теля 1 от заданного значения. Полученный сигнал преобразуется в формирователе 10 в два сигнала, Один из них, являющийся заданным значением тока двигателя, поступает .на входы цифроаналоговых преобразователей 23 и 24 управляемого генератора 5 частоты и напряжения синусоидального сигнала, другой сигнал, соответствующий требуемому скольжению асинхронного двигателя 1, складывается в бло-, ке 11 суммирования с сигналом текущего значения частоты вращения и поступает на входы по частоте постоянных запоминающих блоков 21 и 22 управляе" 20 мого генератора 5 частоты и напряжения синусоидального сигнала, С выходов цифроаналоговых преобразователей 24 и 23 поступают две последовательности сигналов 40 и 41 (фиг,2) с пе риодом повторения 60 эл,град., одни из которых (сигналы 40) представляют собой синусоидальные сигналы на интервале 0-60 эл,град а другие (сигналы 41) - синусоидальные сигна30 лы на интервале 120-180 эл.град.Указанные сигналы поступают на входы операционных усилителей 31- 36 с единичным коэффициентом передачи, а на другие их входы поступают сигналы 57-62 (фиг.З) с выходов схем И 25-30, сформированные с помощью фазорасщепителя 12, который синхронизируется сигналом с выхода блока 11 суммированияПолученные с выходов операционных усилителей 31-36 сигналы управления объединяются с помощью суммирующих операционных усилителей 37 и 39 в трехфазные модулирующие сигналы 63-65 (фиг,З), которые поступают в блок 6 формирования зоны воспроизведения тока, в ко тором преобразуются в соответствии с алгоритмом:(Б + д 11) запой + Ж амплитудное значение модулирующего сигнала;отклонение амплитудного значения модулирующего сигналаминачальное значение модулирующего сигнала. С выходов блока 6 формирования зоны воспроизведения тока преобразованные модулирующие сигналы поступают в блок 7 управления преобразователем 2 частоты, где они сравнивают" ся с текущими значениями токов фаз двигателя 1, поступающих с блока 4 датчиков тока. При этом на выходах блока 5 управления преобразователем 66-68 частоты формируются импульсные последовательности (фиг.3) и инверсные им.Формирование импульсов управления силовыми вентилями преобразователя 2 частоть 1 производится в формирователе 14 импульсов управления при поступлении на входы трехвходовых логических схем 15-20 сигналов с выхода фазорасщепителя 12 (диаграммы 54- 56, фиг,З, и инверсные им), сигналов с двухвходовых схем И 25-30 (диаграммы 57-62), сигналов 66-68 и инверсных им с выходов блока 5 управления преобразователем частоты. При этом на выходе формирователя 14 импульсов управления формируются сигналы 43-48 (фиг.2). Так, например, формирование импульсов управления первым силовым вентилем преобразователя 2 частоты производится на логической схеме 15 при поступлении на ее входы сигналов 54, 62 и 66 (фиг.З). Формирование импульсов управления третьим и пятым вентилем преобразователя 2 частоты осуществляется аналогично, Формирование импульсов управления вторым силовым вентилем преобразователя 2 частоты производится на логической схеме 16 при поступлении на ее выходы сигналов 54, 59 и 66. Формирование импульсов управления четвертым и шестым вентилем преобразователя 2 частоты осуществляется аналогично, Форма тока в одной фазе асинхронного двигателя 1 приведена на фиг.2 (диаграмма 42).Предлагаемый способ формирования тока в фазах частотно-управляемого электропривода позволяет снизить потери, так как формирование тока в фазах двигателя осуществляется одновременно во всех трех фазах в течение шестой части периода выходного тока, при этом одну фазу подключают непрерывно к одному из зажимов источника питания, другую фазу переключают от одного зажима источника питания .к другому, а третью фазу подключают к за 1376210и = 18 ш,где ш - число переключений силовыхвентилей в течение шестой части периода одной фазы к одному из зажимов источника питания.Таким образом, в сравнении с известным способом формирования тока, обеспечивающим число переключений п = 24 ш, предлагаемый способ характеризуется их уменьшением, а следовательно, и снижением электрических потерь в системе иреобраэователь частоты - асинхронный двигатель. 25 30 35 формула изобретения Способ формирования гармонических токов в фазах частотно-управляемого электродвигателя путем периодического подключения фаз к разно" полярным питающим напряжениям по результатам сравнения заданного и измеренного токов, эакпючающийся в45 том, что в зависимости от требуемого направления тока в каждой из фаэ в каждом полупериоде изменения тока на интервале 120-180 эл.град. подключают фазу двигателя к питающему напряжению одной полярности, измеря" ют ток в указанной фазе, сравнивают его с заданным током, представленным в виде отрезка синусоиды на интервале 120-180 эл.град и в момент достижения разности измеренного и заданного токов величины, равной пороговой величине, полярность кото" жиму источника питания, противоположному непрерывно подключенной фазы.Вследствие такого управления только в одной фазе осуществляется двуполярная модуляция напряжения, характери 5 зукщаяся максимальным числом переключений силовых вентилей (для заданной зоны воспроизведения тока д Т)В другой фазе осуществляется однополярная модуляция напряжения, характеризующаяся в два раза меньшим числом переключений силовых вентилей, и в третьей фазе отсутствует модуляция напряжения иу следовательно, потери на переключение силовых вентилей. Общее число переключений силовых вентилей всех фаз в течение периода выходного тока определяется следующим выражением: 20 рой совпадает с указанной полярностью питающего напряжения, переключают фазу двигателя к питающему напряжению противоположной полярности, о т л и - чающий с я тем, что, с целью снижения электрических потерь в электродвигателе за счет уменьшения числа переключений его фаз, в каждой фазе в каждом полупериоде на интервале изменения тока 0-60 эл,град. под" ключают фазу к напряжению первоначально указанной полярности, измеряют ток в указанной фазе, сравнивают его с заданным током, представленный в виде отрезка синусоиды на интервале 0-60 эл .град, и в момент достижения разностью измеренного и заданного токов величины, равной пороговой величине первоначально укаэанной полярности, отключают фазу от питающего напряжения, а в момент достижения разностью измеренного и заданного токов величины, равной пороговой величине противоположной полярности, вновь подключают фазу к питающему напряжению первоначально указанной полярности, при этом на интервале изменения тока в каждой фазе в каждом полупериоде 60-1 20 эл.град,подключают фазу постоянно к питающему напряжению первоначально укаэанной полярности2, Устройство для формирования гармонических токов в фазах частотно- управляемого электродвигателя, содержащее преобразователь частоты, снабженный выводами для подключения к электродвигателю, датчик частоты вращения ротора электродвигателя, блок датчиков фазовых токов, управляемый генератор частоты и напряжения синусоидального сигнала, последовательно включенные блок формирования зоны воспроизведения тока и блок управления преобразователем частоты, другие входы блока управления соединены с выходами блока датчиков фазных токов, последовательно включенные источник задающего сигнала, регулятор частоты вращения, формирователь заданного тока и скольжения и блок суммирования, другой вход которого объединен с другим входом регулятора частоты вращения и подключен к выходу датчика частоты вращения,.при этом выход блока суммирования подключен к входу управления по частоте управляемого генератора час 1376210 1 Ототы и напряжения синусоидальногосигнала, вход управления по напряжению которого подключен к другому выходу Формирователя заданного тока искольжения, о тл и ч аю щ е е с я тем,чтос целью снижения электрических потерь в электродвигателе за счетуменьшения числа переключения егофаз, введены фазовращатель с шестью 10выходами, распределитель сигналов управления и формирователь импульсовуправления для силовых вентилей преобразователя частоты, выполненный стремя группами Входов подключенныйвыходами к соответствующим управляющим входам преобразователя частоты,управляемый генератор частоты и напряжения синусоидального сигнала выполнен на двух постоянных запоминающихблоках и двух цифроаналоговых преобразователях, аналоговые входы которыхобъединены и образуют вход управления по напряжению управляемого генератора, циФровые входы цифроаналоговых преобразователей подключены к выходам соответствующих постоянныхзапоминающих блоков, входы которыхобъединены и образуют вход управле"ния по частоте управляемого генератора частоты и напряжения синусоидального сигнала, при этом распределитель сигналов управления выполненна шести двухвходовых схемах И, шестти тактируемых Операционных усилителях и трех суммирующих операционныхусилителях, выходы которых подключены к соответствующим управляющимвходам блока формирования зоны воспроизведения тока, первые входы шести двухвходовых схем И подключенык соответствующим выходам фазораспределителя, вторые входы первой, вто"рой и третьей двухвходовых схем И подключены соответственно к четвертому, пятому и шестому выходам фазорасщепителя, а вторые входы четвертой, пятой и шестой двухвходовыхсхем И подключены соответственно кпервому, второму и третьему выходамфазорасщепителя, выходы двухвходовыхсхем И соединены с инверсными входами соответствующих тактируемых операционных усилителей, прямые входыпервого, третьего и пятого тактируемых операционных усилителей объединены между собой и подключены к выходу первого цифроаналогового преоб-разователя, а прямые входы второго,четвертого и шестого тактируемых единичных операционных усилителей объединены между собой и подключены к выхо"ду второго цифроаналогового преобразователя, выходы первого и четвертого тактируемых операционных усилите"лей подключены к входам первого сум-.мирующего операционного усилителя,выходы второго и пятого тактируемыхоперационных усилителей подключенык входам второго суммирующего операционного усилителя, а выходы третьего и шестого тактируемых операционных усилителей - к входам третьегосуммирующего операционного усилителя,первая группа входов формирователяимпульсов управления для силовыхвентилей преобразователя частотыподключена к соответствующим выходамблока управления преобразователячастоты, вторая группа входов названного формирователя подключена к выходам соответствующих двухвходовых схемИ распределителя сигналов управления, а третья группа входов названного формирователя подключена к соответствуюшим выходам фазорасщепителя.1376210 ставитель А,Жилихред А.Кравчук актор М.Бланар Корре о Пожо каэ 796/54 113 зводственно-полиграфическое предприятие, г,ужгород, ул,Проек У 9 60 Гираж 583 ВНИИПИ Государств по делам изобр 5, Москва, Ж, 1 Подписноого комитета СССРний и открытийшская наб., д,4/5