Способ регулирования частоты вращения асинхронного электропривода и устройство для его осуществления

(21) (22) (46) (71) 278571/240.06,870.03,90. кий литехничес инстиин о СССР1980.СССР1986.ЧАСТОТЫРОПРИВОТВЛЕНИЯ электро улучше С этой часто- троприельности импульСд ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ тут(54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯВРАЩЕНИЯ, АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕС(57) Изобретение относится ктехнике, 1 ель изобретенияэнергетических показателей.целью в способе регулированиты вращения асинхронного элевода формируют три последовавэаимоинверсных модулирующих сов для управления коммутатором 2, к.которому подключен асинхронный двигатель 1, при этом каждая пара модулирующих напряжений сдвинута на 1/3 периода частоты Г , которая по отношению к частоте пйтания выбирается иэследующего ряда Г/й,= 3/7; 5/9; 3/5;5/7; 7/9, а фронт импульса модулирующего напряжения совпадает с переднимфронтом исходного синхронизирующегонапряжения. Устройство содержит формирователь 11 синхронизирующих импульсов, задатчик 8 частоты, блок 7преобразования напряжения в частоту,кольцевой распределитель 5 импульсов, блок 4 формирования модулирующего напряжения, блок 3 формированияи распределения импульсов. Положительный эффект достигается за счет исключения постоянной составляющей иослабления субгармонических составляющих тока, 5 ил.1554104 3Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано вэлектроприводе турбомеханизмов, кон.вейеров и т,д.Цель изобретения - улучшение энер 5гетических показателей электроприаода,На Фиг, 1 приведено устройстводля регулирования частоты вращенияасинхронного электропривода; нафиг.2 - вариант выполнения блока форМирования модулирующих напряжений;на фиг.3-5 - временные диаграммы,поясняющие предлагаемый способ регулирования,Устройство Фиг.1 состоит изасинхронного двигателя 1, три фазыобмотки статора которого посредствомиристорного коммутатора 2 подключены к трем ,фазам питающей сети, Система управления содержит блок 3 формирования и распределения импульсовуправления тиристорами коммутатора,блок 4 Формирования модулирующих напряжений, кольцевой распределитель 5,блок 6 формирования тактовых импульсов, блок 7 синхронизируемого преобразователя напряжение - частота,задатчик 8 напряжения пониженной частаты, целочисленный делитель 9 частоты, блок 10 задания скорости и коэффициента редукции частоты, формирователь-синхронизатор 11,Блок 4 формирования модулирующихнапряжений (фиг. 2) содержит шестьэлементов ЗИ-НЕ 4.1-4.6 и шесть элементов 2 И 4.7-4,12, вторые входы которых соединены соответственно свыходами элементов 4.1-4,6, первыевходы элементов 4.1 и 4,7, 4.2 и 4.8,404 аЗ и 4 о 9 у 4 о 4 и 41 Оу 4 о 5 и 411 у4.6 и 4.12 соединены между собой исоответственно с первым прямым, первым инверсным, вторым прямым, вторым 45инверсным, третьим прямым и третьиминверсным выходами кольцевого распределителя 5. Третьи входы элементов2 И-НЕ 4.1, 4,2, 4.3, 4,5 и 4.6 соединены соответственно с первыми входами элементов 4.3, 4.4, 4.5, 4,6,4.1 и 4.2. Вторые входы элементов4,1-4,6 объединены и соединены с выходом компаратора 6.2 блока 6 формирования тактовых импульсов.Формирователь 6 тактовых импульсов (Фиг,1) содержит аналоговый пере-множитель 6.1 и блок 6.3 сравнения,выход которого соединен с вторым входом компаратора 6.2, вычитающий ин, версный вход блока 6.3 сравнения соединен с выходом перемножителя 6,1,Преобразователь 7 напряжение -частота (фиг.1) содержит интегратор 7.1, компаратор 7.2 и одновибратор 7,3, выход которого соединен с вторым вхоДом элемента 2 ИЛИ 7.4, вход одновибратора 7.3 соединен с выходом компаратора 7.2, вход которого соединен с выходом интегратора 7.1 и первым входом компаратора 6.2 блока 6 формирования тактовых импульсовЗадатчик 8 (фиг,1) содержит компаратор 8.1 и интегратор 8,2. Управляющие электроды тиристоров коммутатора 2 соединены с соответствующими выходами блока 3 Формирования ираспределения импульсов управлениятиристорами, три входа синхронизациикоторого соединены с тремя фазами сети и входами формирователя-синхронизатора 11, а второй - седьмой входысоединены соответственно с первым -шестым выходами блока 4 формированиямодулирующих напряжений, первый входкоторого соединен с выходом компаратора 6.2 блока 6, а второй, четвертый шестой и третий, пятый, седьмойвходы соединены соответственно с первым, вторым, третьим прямыми и инверсными выходами кольцевого распределителя 5. Вход последнего соединенс выходом элемента 2 ИЛИ 7.4 и управляющим входом ключевого элемента 7,5в цепи обратной связи интегратора 7,1блока 7 синхронизируемого преобразователя напряжение - частота. На прямой вход блока 6.3 сравнения подаютсигнал установки (11 ), Один входперемножителя 6,1 соединен с первымвходом блока 3, второй вход - с входом интегратора 7.1 и выходом интегратора 8.2 в блоке задатчика 8, который соединен также с вторым входом компаратора 8.1. Прямой выходкомпаратора 8.1 соединен с входом интегратора 8,2, а инверсный Я- с третьим входом целочисленного делителя 9. Первый вход компаратора 8,1соединен с первым выходом блока 10задания скорости и коэффициента редукции частоты.,второй выход которого соединен с вторым входом целочисленного делителя 9, первый вход которого соединен с выходом Формирователя- синхронизатора 11, а выход - с первым входом элемента 2 ИЛИ 7.4 блока 7,54104 6 вается линейный закон изменения час 5 15Устройство работает следующим образом.Блок 3, включающий в себя блоки. импульсно-фазового управления, синхронизированные с питающей сетью, и распределитель импульсов с системой управления вырабатывает импульсы управления, которые поступают на управляющие электроды тиристоров. Изменение фазы выходных импульсов блоком 3 осуществляется в зависимости от управляющего напряжения По, Распределение импульсов управления, обеспечивающее циклическое с частотой Г переключение тиристоров коммутатора 2, осуществляется в блоке 3 Формирования и распределения импульсов управления в соответствии с модулирующими напряжениями, поступающими с выхода блока 4 Формирования модулирующих напряжений, Для получения нужного значения пониженной частоты Г в зависимости от требуемой частоты вращения М 9 двигателя 1 в блоке 10 задается коэффициент редукции частоты, обеспечивающий необходимую кратность снижения частоты. Одновременно с этим блоком 10 устанавливается требуемый уровень напряжения Н , поступающий на вход задатчика 8, формирующего напряжение П задания пониженной частоты. В исходном состоянии интегратор 8,2 закорочен, 0=0, выходной сигнал компаратора 8.1 0=1 (что соответственно положительному уровню +Е), 10 1=0. При пуске электропривода интегратор 8,2 начинает Формировать по линейному закону с темпом, определяемым уровнем напряжения Е, напряжение П, делитель 9 частоты при этом отключен, В соответствии с заданным законом изменения П на выходе блока 7 синхронизируемого преобразователя напряжение - частота формируется последовательность импульсов частоты 6 Г которая преобразуется блоком кольцевого распределителя 5 в напряжения управления П ,Ц,П,11, ПС,Ос частотой Г. В соответствии с выходным напряжением интегратора 7,1 и сигналами 0 и Н С 1 блоком 6 формируется последовательность импульсов Г(Ы), которые поступают в блок 4 Формирования модулирующих напряжений, с выхо" да которого снимаются модулирующиенапряжения 11 М, П-,П мьэ Пмь 11 мсф П мс (частоты Г 2). Этим самым обеспечитоты выходного напряжения в соответствии с напряжением 11 . При достижении последним заданного уровня О=511, компаратор 8.1 переключаетсязддв состояние Ц=О, 1 Я 1=1, а выходноенапряжение интегратора сохраняетсяна уровне Ь, . Сигнал 101 раэрешаЗадет работу делителю 9, с выхода которого импульсы частотой 6 Г /поступают на вход элемента 2 ИЛИ 7,4 и независимо от уровня выходного напряжения интегратора 7.1 закорачивают последний, осуществляя корректировкузначения частоты выходного напряжения Г в соответствии с заданным когэффициентом редукции частоты 11, Этонеобходимо для того, чтобы компенсировать возможное несоответствие значения 11 заданному значению К =Г, /1и изменения частоты сети Г а такженестабильность параметров схемы блока 7. При изменении а/ и, следоваЗад25 тельно, Цц, , например, при перехо 9 ф Яде с одной частоты на другую возникает несоответствие прежнего значениянапряжения П задатчика 8 и новогозначения Пна его входе, Это при/ЗаАводит к переключению компаратора 8,1иэ исходного начального состоянияЯ=О, а также к изменению (увеличениюили уменьшению) напряжения интегратора 8.2 по линейному закону в зависимости от соотношения О 711 или35т Ъа 4П (П до наступления равенства9 аДнапряжений П =П при котором ком"А 9 аА йпаратор 8,1 переключается в исходное. состояние и на входе задатчика 8,10 изменяется сигнал с 1 1=0 на 101=1,разрешающий счет делителю частоты 9,и в зависимости от сигнала 11 на еговтором входе устанавливается требуемое значение частоты К,45 Способ регулирования частоты вращения асинхронного электропривода, осуществляется следующим образом(фиг.3-5).На диаграммах обозначеноф 0 511 тактовый логический сигнал для Фазы а компаратора; Н - мгновенноезначение напряжения Фазы А сети, Увмгновенное значение выходного напряжения Фазы а коммутатора; П- мгно"55 венное значение выходного напряжения. фазы а коммутатора при искусственной коммутации тиристоров; ай, й Г6, 7 - интервалы времени; Т - периодтактового логического сигнала; 7 и -период повторяемости выходного напряния коммутатора,Рассмотрим теоретическое обоснование данного способа регулирования.Для получения трехфазной системы напряжений, подведенных к обмоткам статора двигателя с частотой Г. , необходимо сформировать модулирующее напряжение с частотой Г, которое обеспечивает циклическое подключение обмоток двигателя посредством тиристоров коммутатора к Фазам сети с соответствующим временным сдвигом. Приполной управляемости тиристоров (приискусственной коммутации) в выходном .напряжении фазы коммутатора Б(Фиг.36) отсутствуют постоянная исубгармонические (с частотой нижечастоты основной гармоники Ю) составляющие. Поскольку двигатель представляет собой фильтр высших частот,то момент в этом случае будет в основном определяться основной гармоникой ы. В реальном случае при есте" 25ственной коммутации в выходном напряжении появляются участки напряжениясети не соответствующие модулирующему 0 (ю.) (Фиг,Зв). )то обуславливает постоянную и субгармонические сос- ЗОтавляющие в выходном напряжении коммутатора и соответствующее ухудшениеэнергетических показателей работыдвигателя. При соотношении частотГ и Г, в виде правильнои рациональной дроби )": /К=х/у (х,у - целыечисла) выходное напряжение коммутатора представляет собой периодическую Функцию с периодом повторяемостиТ=уТ, При нечетных значениях х и унапряжение У) С) описывается нечетной функцией и не содержит постоянной составляющей А =О. Таким об разом, выбор кратности частоты выходного напряжения Я. к частоте напряжения сети К, в видех/у, гдех,у - нечетные числа, т,е. ЯЯ,=3/7, 5/9, 3/5, 5/7, 7/9(5),позволяет исключить постоянную составляющую в выходном напряжении.Подавление субгармонических составляющих в выходном напряжении дос", тигается при исключении из кривой55 выходного напряжения участки 11 (с1), не включая тиристоры (фиг.За), на соответствующих временных интервалах, а значение субгармоничвской в данном случае определяется напряжением 1 (ы) (фиг.Зд) .Для подавления субгармоническойи постоянной составляющих, как следует из Фиг.З, необходимо, чтобыд,(аГ . При этом длительность (, зоны, где достигается эффективное по"давленйе субгармонических составляющих, определяется из условия (Фиг.4)соЫ с с (ажссов - ) -с(, (1)Исключение работы тиристоров на участке С достигается тем, что модулирующее напряжение на этом участкеустанавливается равным нулю (Фиг.5).Длительность с интервала модулирующего напряжения (Фиг.5) определяетсясоотношением8 ) - -аюссоз( )-с(,Т 2 соз(2)Для получения тактовых импульсов(,Я) использован принцип "вертикального управления, когда линейно нарас)тающее напряжение с выхода интегра"тора 7,1 блока 7 (с периодом повторяемости Т /б), фронт спада которогопоочередно совпадает с задними фронтами сигналов с(-Ос, сравнивают сопорным напряжением У , При пилообразном опорном напряжении системы импульсно-Фазового управления (блок 3)регулировочная характеристика последней имеет вид-0,5 Ы) значение Уможно определитьиз условияц =ц -Б фУа(ОПГмакс Гс фмО(ксгде У - напряжение задания частотыГвыходного напряжения (с выхода блока,8),111 макс=У р- амплитуда выходного напряжеГния интегратора 7.1;Б - предельная частота выходногонапряжения;р - коэффициент пропорциональности.Формирование модулирующих напряжений поясняется фиг.5 и осуществляется следующим образом. Из последовательности импульсов (с(.) с выхода блока б выделяют соответствующий данному сигналу Б ,ОсБ,Оа,Бс,ОС. так 1554104товый импульс, сравнивают уровни тактового логического сигнала и соответствуюцего ему тактового импульса,при несовпадении Формируют соответствующее модулирующее напряжение,5Предлагаемое изобретение позволяет исключить постоянную составляющуювыходного напряжения при работе нафиксированных рабочих частотах присущественном ослаблении субгармонических и постоянной составляющих нарабочих и любых промежуточных частотах, что приводит к улучшению энергетических показателей и регулировочных характеристик электропривода, атакже уменьшению пульсаций момента ичастоты вращения за счет подавленияпереходных составляющих момента АЦ,20Формула изобретения1,Способ регулирования частоты вращения асинхронного электропривода,содержащего трехфазный дв иг атель, коммутатор на встречно-параллельно соединенных тиристорах для подключения двигателя к сети с частотой питания Г 1, при котором формируют,три последовательности взаимоинверсных напряже ний управления, каждая пара из которых сдвинута относительно одна другой на треть периода Т номинальной частоты, устанавливают для управляющих импульсов тиристорами Фазу включения с на периоде частоты питания К1 ф по поступлении которой включают соответствующие тиристоры коммутатора, отличающийся тем, что, с целью улучшения энергетических показателей, величину частоты Й поддерживают при любом соотношении из следующего ряда ЯЯ =3/7; 5/9; 3/5 ф 5/7; 7/9, Формируют из последнего напряжения управления модулируюцее напряжение с передним Фронтом, совпадающим с передним фронтом исходного напряжения управления и с длительностью 9 интервала модулирующего напряжения, определяемой из выражет сов ния 8 в ; -агссбз( )-о и осу 2ф ществляют указанное включение тиристоров с Фазой включения на сформированных интервалах модулирующего напряжения.2, Устройство для регулирования частоты вращения асинхронного электропривода, содержацее коммутатор,составленный из встречно-параллельносоединенных тиристоров для подключения двигателя к сети, блок Формирования и распределения импульсов управления тиристорами коммутатора,снабженный входами синхронизации длясоединения с тремя фазами сети, первый унравляюций вход которого предназначен для задания амплитуды выходного напряжения, а выходы соединеныс управляющими электродами соответствующих тиристоров коммутатора,кольцевой распределитель с тремяпрямыми и тремя инверсными выходами,формирователь-синхронизатор с входамидля соединения с тремя фазами сети,целочисленный делитель частоты, первый вход которого соединен с выходомформирователя-синхронизатора, блокзадания скорости и коэффициента редукции частоты, задатчик напряженияпониженной частоты, вход которогосоединен с первым выходом блока задания скорости и .коэффициента редукции частоты, второй выход которогосоединен с вторым входом целочисленного делителя частоты, третий входкоторого соединен с вторым выходомупомянутого задатчика, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью улучшения энергетических показателей, оноснабжено блоком формирования модулируюцих напряжений, блоком формирования тактовых импульсов, блоком синхронизируемого преобразователя напряжение - частота, первый вход которого соединен с первым выходом задатчика напряжения пониженной частоты,а второй вход соединен с выходом целочисленного делителя частотЬ 1, лервый выход блока синхронизируемогопреобразователя напряжение - частота соединен с входом кольцевогораспределителя, а второй - с первымвходом блока формирования тактовыхимпульсов, второй вход которого соединен с первым входом блока Формирования и распределения импульсов управления тиристорами, третий входблока Формирования тактовых импульсовсоединен.с первым выходом указанногозадатчика, а выход соединен с первымвходом блока Формирования модулирующих напряжений, второй, четвертый,шестой и третий, пятый, седьмой входы которого соединены соответственно с первым, вторым, третьим прямымии первым, вторым, третьим инверснымивыходами кольцевого распределителя, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой входы блока Формирования и распределения импульсов уп 5 равления тиристорами соединены соответственно с первым, вторым, третьим,четвертым, пятым, шестым выходами блока Аормирования модулирующих напряжений,554104Составитель В. Тарасов Редактор М. Петрова Техред А.Кравчук Корректор Т. Малец Заказ 464 Тираж 452 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5н нПроизводственно-издательский комбинат Патент , г, Ужгород, ул. Гагарина, 101