Способ регулирования частоты вращения электродвигателя переменного тока

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 51)4 Н 02 Р МИТЕТТНРЫТИЯ 11 ГОСУДАРСТВЕННЫИПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГКНТ СССР ИЗОБРКТЕНИ ОПИСА ЬСТВУ нический Должников 88.8) ство СССР 42, 1983, во СССР 42, 1986. НОГО Изобрке и техоб щепр омышлизобретенипазона регуния электрка. С этойвания часттеля перем нением угла отпир8. 5 ил. ществляю тиристорд С ристоро ВТОРСКОМУ СВИ(54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТВРАЩЕНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПЕРЕТОКА(57) тение относится к электро- ожет быть использовано в енных механизмах. Целью является расширение диалирования частоты вращедвигателя переменного тоцелью в способе регулироты вращения электродвиганного тока с помощью ти непосредственного преобразователя частоты осуществляютциклическую подачу напряжения питающей сети. к фазам статорной обмоткиэлектродвигателя 22 переменного токачерез равные интервалы времени с последовательным сдвигом фазы подводимого напряжения на каждом интервалена угол 24/3. Контролируют с помощью датчиков тока 25-27 токи в фазахстаторной обмотки электродвигателя22, определяют с помощью формирователя 24 сигнала отсутствия тока моментравенства тока по всех фазах нулюи осуществляют под действием сигнала с системы управления 23 одновременную подачу напряжения сети во всефазы статорной обмотки с прямым чередованием фаз питающей сети в дкапазоне частот вращения от 0 до я и собратным чередованием фаз питающейсети в диапазоне частот вращения отя до 2 а где Ы- частота вращения холостого хода. Регулированиевеличины питающего напряжения осуИзобретение относится к электротехнике, а именно к области частотного управления электродвигателями переменного тока, и может быть исполь" зовано в электроприводе общепромьпп 5 ленных механизмов.Цель изобретения - расширение диапазона регулирования частоты вращения электродвигателя переменного тока.На фиг. 1 приведена схема электро" привода с 18-ти вентильным преобразо. вателем (тп = 3); на фиг. 2 - схема системы управлений электроприводом; на фиг. 3 - вариант исполнения устройства формирования сигнала отсутствия тока в фазах статорной обмотки электродвигателя; на фиг. 4 и 5 - временные диаграммы напряжений и сигналов, иллюстрирующие способ регулирования частоты вращения электродвигателя переменного тока, а также работу устройства, реализующего этот способ,25Устройство, реализующее способ регулирования частоты вращения электродвигателя переменного тока, содержит непосредственный преобразователь частоты, составленный из встреч- но-параллельно соединенных пар тири- сторон 1-18, которые объединены в три группы 19-21 таким образом, что при одновременном включении всех тиристоров одной группы обеспечивается прямое подключение статора двигателя 22 к питающей сети, напряжения фаз которой сдвинуты между собой последовательно на угол 2/3, Управляющие электроды тиристоров под-, ключены к выходам системы 23 управления, первые три входа которой соединены с фазами питающей сети,.а четвертый - с выходом формирователя 24 сигнала отсутствия тока в статорнойобмотке двигателя 22. Входы формиро" вателя 24 подключены к датчикам 25- 27 фазных токов электродвигателя 22.Система 23 управления содержит. системы импульсно-фазового управления (СИФУ) 28-30 (фиг. 2), блок 31 50 задания напряжения, блок 32 задания частоты вращения, преобразователь 33 напряжение-частота, кольцевой . регистр 34 сдвига, логические элементы И 2,35 и 36, логические эле менты ЗАПРЕТ 37 и 38, логические элементы ИЛИ 2 39 и 40, КБ-триггер 41, логическиеэлементы.И 3 42-59, усилители-формирователи 60-77, элемент78 задержки,При этом первые входы СИФУ 28-30 соединены соответственно с фазами А, В и С питающей сети, а вторые входы подключены к выходу блока 31 за" дания напряжения. Первый выход СИФУ 28 соединен с первыми входами элементов И 3 42, 48 и 54, второй выход СИФУ 28 соединен с первыми входами элементов И 3 43, 49 и 55. Первый выход СИФУ 29 соединен с первыми входами элементов И 3 44, 50 и 56, а второй выход СИФУ 29 соединен с первыми входами элементов И 3 45, 51 и 57. Первый выход СИФУ 30 соединен с первыми входами элементов И 3, 46, 52 и 58, а второй выход СИФУ 30 соединен с первыми входами элементов И 3 47, 53 и 59. Первый выход блока 32 задания частоты поцключен к входу преобразователя 33 напряжение - частота, выход которого соединен с входом кольцевого регистра 34 сдвига и с К-входом КБ-триггера 41, Б- вход которого подключен через элемент 78 задержки к выходу формирователя 24, Первый выхоД кольцевого регистра 34 сдвига соединен с вторыми входами элементов И 3 42-47. Второй выход кольцевого регистра 34 сдвига соединен с первым входом элемента И 2 35 и прямым входом элементаЗАПРЕТ 37. Третий выход регистра 34 соединен с первым входом элемента И 2 36 и прямым входом элемента ЗАПРЕТ 38. Вторые входы элементов И 2 35 и 36, а также инверсные входы элементов ЗАПРЕТ 37 и 38 с.оединены между собой и подключены к второму выходу блока 32 задания частоты.Выходы логических элементов 35 и 37 подключены соответственно к первому и второму входам элемента ИЛИ 2 39, выход которого соединен с вторыми входами логических элементов И 3 48-53. Выходы логических элементов 36 и 38 подключены соответственно к первому и второму входам элемента ИЛИ 2 40, выход которого соединен с вторыми входами элементов И 3 54- 59. Третьи входы логических элементов И 3 42-59 подключены к прямому выходу КБ-триггера 41. Выходы элементов И 3 42-59 соединены соответственно с входами усилителей -формирователей 60-77, выходы которых со 1471277ответственно подключены к управляющим электродам тиристоров 1-18,Формирователь 24 сигнала отсутствия тока содержит формирователи- ограничители 79-81 (фиг. 3), входы которых соединены с выходами датчиков 25-27 тока, а выходы подключены соответственно с входами двухполупериодных вьпрямителей 82-84, выходы которых соединены с входами логического элемента ИЛИ-НЕ 3 85.Выход элемента 85 является выходом формирователя 24 сигнала отсутствия тока.На фиг. 1-4 обозначены; Ьд дь Н - напряжения фаз питающей сети; А, В, С-фазы питающей сети; а, Ь с - фазы статора двигателя 2;Т - сигнал, отсутствия тока в фазах Двигателя 11 1 1 е выходНые сИГ налы датчиков 25-27 тока; Х- логический сигнал задания диапазона регулирования скорости электропривода; Б - потенциальный сигнал задания скорости электропривода; Я - выходной сигнал преобразователя 33 напряжение-частота; Я Ц Ц+ - выходные сигналы кольцевого регистра 34 сдвиГа;,Й 06 - выходные сиГналы соответственно логических элементов ИЛИ 2. 39 и 40; Ц - сигнал на прямом выходе В.-Я-триггера 41; Но П Бс - напряжения на фазах двигателя 22; Цв - сигнал на выходе элемента 78 задержки;- продолжительность единичных значений сигналов Я.Способ осуществляется следующим образом.Напряжения 1 Пь Б питающей сети поступают на входы СИФУ 28-30, которые формируют широкие импульсы управления тиристорами, длящиеся от момента открывания тиристора до момента перехода синусоиды напряжения данной входной фазы через ноль. Передний фронт этих импульсов сдвигают относительно сетевого напряжения с помощью потенциального сигнала поступающего с блока 31 задания напряжения на вторые входы СИФУ 28 30. Сигналы на первых выходах СИФУ.28-30 соответствуют положительным полуволнам сетевых напряжений и через соответствующие элементы И 3 и усилители-формирователи поступают на уп- равляющие электроды тиристоров, подключенных анодами к фазам питающей сети. Сигналы на вторых выходах 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 СИФУ 28-30 соответствуют отрицательным полуволнам сетевых напряжений и через соответствующие элементы И 3 и усилители-формирователи поступают на управляющие электроды тиристоров подключенных катодами к фазам сети.На вход кольцевого регистра 34 сдвига поступают с выхода преобразователя 33 напряжение-частота импульсы, частота которых определяется аналоговым выходным сигналом блока 32 задания частоты, Регистр 34 сдвига предварительно устанавливают в состояние, которому соответствуют потенциальные сигналы логического нуля на втором и третьем его выходах, Сигналы логической единицы на первом выходе регистра 34 сдвига разрешают при этом работу шестерки группы 19 тиристоров, Сигнал Х на втором выходе блока 32 задания частоты может принимать значение логической единицы, соответствующей диапазону регулирования скорости 0Сд,(и значение логического нуля,онсоответствующее диапазону регулирования скорости Ы ( Я2 И, Рассмотрим работу устройства при Х1 (фиг. 4). В этом случае Оэ= Я с поступлением5 4очередного импульса Я, в момент времени С состояние кольцевого регистра 34 сдвига изменяется и единичный потенциал переходит на второй выход, проходит через элементы 35 и 39 и поступает на вторые входы элементов 48-53, что соответствует включенному состоянию тиристорной группы 20. Одновременно с переключением регистра 34 сдвига выходной импульс блока. 33 устанавливает в нулевое состояние КБ-триггер 41, находившийся до этого момента в единичном состоянии. Сигнал Я на прямом выходе триггера 41 принимает нулевое значение и запрещает прохождение управляющих импульсов на тиристоры 1-18, Однако ток протекающий)по фазам статора двигателя 22 в течение интервала времени - удерживает соответствующие тиристоры группы 19 в открытом состоянии, Для упрощения временных диаграмм, иллюстрирующих работу устройства, электродвигатель заменен активно-индуктив. ной нагрузкой, угол о открывания вен тилей равен нулю. В момент времени,ток во всех фазах, двигателя 225 147спадает до нуля и выходной сигнал1 блока 24 принимает единичноезйачение. Элемент 78 задержки сдвигает передний Фронт сигнала 1 таким образом, что на интервалеобеспечивается бестоковая пауза, достаточная для восстановления запирающих свойств тиристоров. В моментвремени 1 выходной сигнал Яэ эле 3мента задержки принимает единичноезначение и устанавливает КБ-триггер41 в единичное состояние. При этомсигнал 0 принимает единичное значение и разрешает поступление управляющих импульсов на тиристоры 1-18.В соответствии с единичным значениемсигнала открываются тиристоры группы 20 и по фазам электродвигателя 22начинает протекать ток. В результатесигналы 1 и Япринимают нулевыезначения.формирователи-ограничители 79-81служат для преобразования переменныхнесинусоидальных сигналов 1 , 11 1в знакопеременные сигналы с нормированной амплитудой. Эти сигналы выпрямляются выпрямителями 82-84 и поступают на элемент ИЛИ-НЕ 3 85. Такимобразом, выходной сигнал 1 блока 24принимает единичное значение только .при условии 1 о = О, 1 Ъ = О, 1 = О.В случае Х = 0 (фиг, 5) обеспечи 9вается изменение порядка переключениявентильных групп, так как справедливоЙз = Оа и Йб = Ч . В остальном работаустройства не изменяется,Таким образом, система 23 управления обеспечивает циклическое переключение шестерок тиристоров и осущест-вляет раздельное управление ими. Шестивентильные группы 19-21 осуществляют соответственно три вариантаподключения Фаз сети к фазам статора электродвигателя 22: 1) А, В 1.С2) А, В, С; 3) А, Вс, С.При Х = 1 сигналы Я, Ц и Яб принимают единичные значения в последовательности 0 - Я - Чб - Оачто обеспечивает последовательностьпереключения групп тиристоров 19-2021-19- я, следовательно, прямойпорядок чередования фаз питающей сети. При Х = 0 сигналы Ч, 0 и Й бпринимают единичные значения в последовательности Я -Цб-Я вЧ тучто обеспечивает последовательностьпереключения групп тиристоров 19-2120-19- и, следовательно, обратный(2) 1277 6порядок чередования фаз питающей сети. Среднее значение напряжения надвигателе регулируют посредствомизменения угла О открывания тиристоров в соответствии с потенциальнымвыходным сигналом блока 31 заданиянапряжения, Продолжительность о работы одной тиристорной группы определяется частотой сигнала Я.При каждом очередном переключениитиристбрных групп 19-21 фаза результирующего вектора напряжения на двигателе изменяется относительно Фазы результирующего вектора напряжения питающей сети на -2 ЯЗ при Х =1 и на +2 Ф/3 при Х = О,3=После трех переключений тиристорных групп за интервал времени Зс,этот Фазовый сдвиг составит -2 Т приХ = 1 и +2 Я при Х = О. Частота3 3вращения холостого хода электродвига,теля определяется частотой И основной гармонической составляющей напря 2 Б жения на статоре электродвигателя всоответствии с выражениемАфтР Р ЬТ(1)и игде ЬС - Фазовый угол, на которыйповорачивается результирующий вектор выходного напряжения за интервал времениЬТ.В случае электропривода, представленного на фиг, 1, интервалу времениЗ 5 АТ = 3 о соответствует угол Ау = ЗСЯ,ФФ 2 Ф, где у, - частота питающей сети,знак - соответствует Х = 1, знак +Х = О.Тогда справедливоИ 211 2 тРр " ,ЗСРПЗГРВ общем случае для произвольногочисла ш эквивалентных Фаз сети, подключаемых к одной фазе статора трехфазного двигателя, силовой вентиль,45 ный блок электропривода должен содержать бш тиристоров, функционально,объединенных в ш вентильных групппо шесть тиристоров в каждой. Тогдапри очередном переключении вентильбо ных групп будет происходить фазовыйсдвиг результирующего вектора напряжения на двигателе на +2 Ию, гдезнак - соответствует ОсИ,Р , а знакЕсли номинальное значение напряжения питания двигателя совпадает с напряжением сети, то при регулировании частоты вращения выше Иперегру" зочная способность быстро падает. По- .5 этому данный электропривод целесообразно использовать в тех механизмах, где требуется значительная скорость быстрых перемещений при малом моменте нагрузки (например, в грузоподьемных механизмах при перемещении порожнего крюка).Таким образом, предлагаемый способ позволяет расширить диапазон регулирования частоты вращения электродвигателя переменного тока с непосредственным преобразователем частоты при естественной коммутации вентилей и частоты питающей сети, равной номинальной частоте питания электродвигателя, за счет изменения порядка чередования фаз при циклическом подключении фаз сети к фазам статора двигателя.25Формула изобретенияСпособ регулирования частоты вращения электродвигателя переменного тока с трехфазным непосредственным преобразователем частоты с естественной коммутацией в цепи статорной обмотки, при котором к фазам статорной обмотки электродвигателя циклически через равные интервалы времени подают напряжение питания, сдвигая его на каждом интервале последовательно на угол 2 Т/3, изменяют углы открывания вентилей непосредственно= го преобразователя частоты, регулируя величину подводимого к фазам статорной обмотки напряжения, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения диапазона регулирования частоты вращения, контролируют токи в фазах статорной обмотки и в момент равенства токов во всех фазах нулю осуществляют одновременную подачу питающего напряжения на все фазы статорной обмотки, при этом в диапазоне частот вращения от нуля до сд питаюои щее напряжение подают с прямым чередованием его фаз относительно фаз статорной обмотки, а в диапазоне частот вращения отИдо 2 Ю изменяют порядок чередования фаз питающего напряжения относительно фаз статорной обмотки на обратное, где сд,цчастота вращения холостого хода, определяемая из выражения2 иИ,=он + Р шэгде Я - частота вращения электродвигателя;- средняя продолжительностьинтервала подводимого к одной из фаз статорной обмотки напряжения;ш - число эквивалентных фаз сети;Р - число пар полюсов электродвигателя переменного тока.1471277 8 6/ Составитель В, Тарасоведактор Г. Гербер Техред Л.Олийнык Корректор И, Муск Затсаз 161 б/5 НТ СССР,тельскиь. комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина,10 оизводственно-и 1 ПИ Государственного комитета по и 113035,Москва Ж, Подписное бретениям и открытия аушская наб д. 4/5