SU1582325A1 - Способ регулировани частоты вращени асинхронного электродвигател - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано дл  ступенчатого регулировани  угловой скорости вращени  электродвигателей производственных механизмов, преимущественно с механической характеристикой вентил торного типа. Целью изобретени   вл етс  улучшение энергетических и электромеханических характеристик путем улучшени  формы напр жени  питани  электродвигател . Поставленна  цель достигаетс  тем, что при регулировании частоты вращени  электродвигател  с помощью преобразовател  частоты двум  тиристорными коммутаторами формируют трехфазную систему модулирующих напр жений с частотой, определ емой требуемой частотой вращени  двигател , определ ют интервалы Т с совпадени  знаков модулирующих напр жений и напр жений питающей сети в течение половины периода напр жени  сети и подключают двигатель к сети с помощью первого коммутатора на указанных интервалах Т с. Дополнительно определ ют интервалы Т нс, на которых знаки модулирующих и питающих напр жений противофазны в течение половины периода напр жени  питающей сети, и на указанных интервалах Т нс с помощью второго коммутатора подключают соответствующие фазные обмотки электродвигател  к фазным напр жени м питающей сети, опережающим на 120 эл.град. соответствующие фазные напр жени  сети на интервалах Т с, при этом фазу тока в подключенных обмотках сдвигают на 60 эл.град. в сторону опережени . 4 ил.

Description

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано дл  ступенчатого регулировани  угловой скорости вращени  электродвигателей производственных механизмов преимущественно с механической характеристикой вентил торного типа.

изобретени   вл етс  улучшение энергетических и электромеханических характеристик путем улучшени  формы напр жени  питани  электродвигател  и повышение надежности.

Сущность способа регулировани  заключаетс  в следующем.

Дополнительное подключение двигател  к питающей сети производитс  в Середине бестоковой паузы в работе основного (первого) коммутатора, т.е в наиболее благопри тный с точки зрени  повышени  равномерности вращени  машины и снижени  пульсации момента двигател  период времени. При этом Направление (знак) тока двигател  При подаче напр жени  опережающей фазы сети через фазосдвигающий конденсатор при помощи дополнительного (второго) коммутатора способствует Увеличению доли полезной гармоники в спектре крквой выходного тока.

На фиг. 1 приведены временные диаграммы выходных напр жений и токов электропривода (UCi (i А, В, С) - напр жени  сети; i , i , i 1C - токи двигател  на интервале проводимости тиристоров первого коммутатора; 1д, Л, i с токи двигател  на интервале проводимости тиристоров второго коммутатора , итЛ, Umg, UmC- задающие напр жени ) на выходной частоте преобразовател  f-г 37,5 Гц-, на фиг. 2 - то же, на выходной частоте ft 30 Гц; на фиг. 3 - структурна  схема устройства, реализующего предлагаемый способ, на фиг. 4 - временные диаграммы выходного напр жени  функциональных узлов устройства (U ф , - напр жение на выходе формировател ,

U m) - выходное

напр жение на

U

выходе умножител  частоты; ы напр жение на выходе усилител , напр жение на выходе генератора

и ttifi пилообразного напр жени ; Uср - напр жение на входах компаратора, Uiy - импульсы отпирани  тиристоров).

Устройство дл  реализации способа регулировани  содержит преобразователь частоты с двум  трехфазными тиристорными коммутаторами 1 и 2, вы-45 полненными на тиристорах 3-14 и фа- зосдвигаюших конденсаторах 15-17, подключенных пзследовательно с обмот- ками электродвигател  18, систему импульсно-фазового управлени  (ШФУ) 50 19 с блоком 20 задани , узел 21 формировани  модулирующих напр жений, составленный из двух блоков 22 и 23 уставок, формирователей 24, делителей 25 частоты и умножителей 26 частоты, 55 два блока 27 и 28 схем совпадени , блок 29 усилителей, блок 30 генераторов пилообразного напр жени , первый блок 31 нуль-органов, блок 32

0

5

0

5

0

5

0

5 0 5

инверторов и второй бпок 33 нуль-органов . Входы трехфазных тиристорных коммутаторов 1 и 2 предназначены дл  подключени  к зажимам питающей сети, выходы первого коммутатора 1 непосредственно, а выходы второго коммутатора 2 через фазосдвигающие конденсаторы 15-17 соединены с выводами статорной обмотки электродвигател  18. Цепи управлени  первого и второго тиристорных коммутаторов 1 и 2 соединены с выходами соответственно первого и второго блоков 27 и 28 схем совпадени . Входы системы 19 импульсно-фазового управлени  соединены с зажимами питающей сети. Первый и второй выходы системы 19 импульсно-фазового управлени  соединены соответственно с объединенными первыми первого блока 27 схем совпадени  и узла 21 формировани  модулирующих напр жений и с объединенными первым входом второго блока 28 схем совпадени  и вторым входом узла 21 формировани  модулирующих напр жений, шесть выходов которого , образованных выходами умножителей 26 частоты, соединены с входами блока 29 усилителей, выходы которого соединены с входами блока 30 генераторов пилообразного напр жени , первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с первым , вторым и третьим входами первого блока 31 нуль-органов, выход которого соединен с вторым входом первого блока 27 схем совпадени . Седьмой выход узла 21 формировани  модулирующих напр жений соединен с четвертым, шестым и п тым входами первого блока 31 нуль-органов. Восьмой выход узла 21 формировани  модулирующих напр жений соединен с входами блока 32 инверторов, первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами второго блока 33 нуль-органов, четвертый вход которого соединен с четвертым, п тым и шестым выходами блока 30 генераторов пилообразного напр жени . Дев тый выход узла 21 формировани  модулирующих напр жений соединен с седьмым входом блока 29 усилителей. Выход второго блока 33 нуль-органов соединен с вторым входом второго блока 28 схем совпадени .

Устройство функционирует следующим образом.

Система 19 импульсно-фазового управлени  в соответствии с заранее определенным дл  каждой выходной частоты f преобразовател  углом о отпирани  тиристоров силовой части вырабатывает непрерывную последовательность импульсов U , передаваемых к управл ющим электродам тиристоров 3-14 через схемы совпадени  блоков 27 и 28. В узле 21 формировани  напр жени  модул ции Um, формируетс  трехфазна  система напр жений (фиг.1) следующим образом. Напр жение импульсов U ч в формировател х 24 преобразуетс  в двупоп рное пр моугольное напр жение с периодом Т, равным периоду сети Т , затем в делител х 25 частоты его период Т увеличиваетс  в п раз (п 1,2,3,...), а в умножител х 26 уменьшаетс  в k раз (k 1,2,3...).

Таким образом, на выходе умножителей 26 образуетс  пр моугольное задающее напр жение U|r)| с периодом Тт; равным:

Т,

п

k

т.е.

f- f. п

Выбором соответствующих п и k подбирают требуемую угловую скорость производственного механизма. Так, дл  fг 37,5 Гц k 3, п 4.

Дл  фиксации интервалов ТС)т.е. интервалов совпадени  в течение 1/2 знаков фазных сетевых Uc, и задающих Umi напр жений, пр моугольные напр жени  с выходов умножителей 26 подаютс  на усилители блока 29, где их амплитуды измен ютс  в k/n раз (величины коэффициентов k и п задаютс  в блоках 22 и 23 уставок). Далее в генераторах 30 пилообразного напр жени  пр моугольные напр жени  U П) (с амплитудами U j Um-,n/k) преобразу-

В момент tj-t (фиг.1) с зад кой на угол d подаетс  сигнал н включение тиристоров 3-4 первог коммутатора 1. Напр жение сети п етс  к обмоткам двигател  18. Пр этом одна из обмоток подключаетс к фазе А сети. В момент t на эт обмотку подаетс  напр жение от о жающей фазы С сети через фазосдв щий конденсатор 15. При этом вел 25 на емкости конденсатора 15 выбир с  такой, чтобы реактивное сопро ление цепи конденсатор-двигатель ло примерно равно реактивному со

тивлению машины х 30 щей сети, т.е. х .

35

40

на частоте пи i 2х . В этом случае ток двигател  на промежут ных частотах не превышает ток на минальной частоте. С учетом акти го сопротивлени  ротора двига коэффициент мощности машины обыч лежит (дл  машины общего назначе в пределах cosu 0,7-0,8. Этому соответствует угол tf 60 . Поэт опережение тока i от напр жени  зы А на участке t,-t4 составл ет угол ifh 120°+ 60 «180°. Таким разом, дл  номинальных условий р ты двигател  через фазосдвигающу цепочку (интервал t3-t4, фиг. 1)

ютс  в пилообразные . В компарато- 45 знак тока 1Л, протекающего через

pax (нуль-органах) блока 31 (фиг.4) происходит.сравнение (вычитание) напр жений на выходе генератора пилообразного напр жени  с напр жением 1)ф, на выходе формирователей 24. При их разности, т.е. U mR - , на выходе соответствующих нуль-органов блока 31 по вл ютс  кратковременные импульсы Uet)i, которые подаютс  к вторым входам схем совпадени  блока 27. При совпадении напр жений U и Ufln.K управл ющим электродам тиристоров 3-8 первого коммутатора 1 подаютс  отпирающие их сигналы. Фордвигатель , совпадает со знаком на жени  модул ции итЛ. Поэтому вели на полезной гармоники резко возра тает, а пульсации момента двигате

5Q уменьшаютс . Выбором углов о( и фа сдвигающих емкостей в общем случа можно регулировать величину враща щего момента на выбранной частоте вращени  щ., соответствующей част

се задающих напр жений L m,. Работа

электропривода на частоте f 2 30 происходит аналогично (п Ь, k Использование способа регулиро ни  частоты вращени  асинхронного

0

мирование отпирающих импульсов дл  тиристоров 9-14 второго коммутатора 2 производитс  аналогично с той лишь разницей, что напр жение сравнени  U,,, на выходе формирователей 24 дополнительно инвертируетс  в инверторах блока 32. Угол отпирани  тиристоров второго коммутатора с(г 0«

Рассмотрим работу устройства дл  выходной частоты преобразовател  f2 37,5 Гц, k 504 (т.е. п 4, L 3) на примере одной обмотки двигател  .

В момент tj-t (фиг.1) с задержкой на угол d подаетс  сигнал на включение тиристоров 3-4 первого коммутатора 1. Напр жение сети подаетс  к обмоткам двигател  18. При этом одна из обмоток подключаетс  к фазе А сети. В момент t на эту обмотку подаетс  напр жение от опережающей фазы С сети через фазосдвигаю- щий конденсатор 15. При этом величи- 5 на емкости конденсатора 15 выбираетс  такой, чтобы реактивное сопротивление цепи конденсатор-двигатель было примерно равно реактивному сопро0

тивлению машины х щей сети, т.е. х .

на частоте питаю- i 2х . В этом случае ток двигател  на промежуточных частотах не превышает ток на номинальной частоте. С учетом активного сопротивлени  ротора двигател  коэффициент мощности машины обычно лежит (дл  машины общего назначени ) в пределах cosu 0,7-0,8. Этому соответствует угол tf 60 . Поэтому опережение тока i от напр жени  фазы А на участке t,-t4 составл ет угол ifh 120°+ 60 «180°. Таким образом , дл  номинальных условий работы двигател  через фазосдвигающую цепочку (интервал t3-t4, фиг. 1)

знак тока 1Л, протекающего через

двигатель, совпадает со знаком напр жени  модул ции итЛ. Поэтому величина полезной гармоники резко возрастает , а пульсации момента двигател 

уменьшаютс . Выбором углов о( и фазо- сдвигающих емкостей в общем случае можно регулировать величину вращающего момента на выбранной частоте вращени  щ., соответствующей частоте

задающих напр жений L m,. Работа

электропривода на частоте f 2 30 Гц происходит аналогично (п Ь, k 3). Использование способа регулировани  частоты вращени  асинхронного

Двигател  улучшает энергетические Показатели электропривода за счет бтносительного возрастани  величины Полезных (т.е. имеющих требуемую Частоту /с) гармоник тока двигател . Кроме того, увеличение продолжительности включени  двигател  за период Повтор емости кривой тока , приводит к росту вращающего момента двигател  Ц улучшению электромеханических пока ателей электропривода в целом. Использование фазосдвитающих конденса торов Сф, дл  разделени  сетевых питающих фаз, подключаемых к отдельной обмотке двигател , увеличивает надежность работы преобразовател .

Claims (1)

1. Формула изобретен

   и  

   Способ регулировани  частоты вращени  асинхронного электродвигател  С помощью преобразовател  частоты с двум  трехфазными тириеторными коммутаторами , при котором формируют Трехфазную систему модулирующих напр жений с частотой, определ емой Требуемой частотой вращени  электродвигател , дл  каждой заданной час- toTbi модулирующих напр жений опредеу

   I

   С1

   л ют в каждой фазе интервал ы Тс совпадени  знаков модулирующих напр жений и напр жений питающей сети в тече- 5 ние половины периода напр жени  питающей сети и подключают фазные обмотки электродвигател  к питающей сети на указанных интервалах Тс с помощью первого тиристорного коммуЮ татора, отличающийс  тем, что, с целью улучшени  энергетических и электромеханических характеристик путем улучшени  формы напр жени  питани  двигател  и повышени  на5 дежности, дополнительно определ ют в каждой фазе интервалы Тнс, на которых знаки модулирующих напр жений и напр жений питающей сети противоположны в течение половины периода на0 пр жени  питающей сети, и на указанных интервалах Tric с помощью второго тиристорного коммутатора подключают соответствующие фазные обмотки электродвигател  к фазным напр жени5  м питающей сети, опережающим на

   120 эл.град. соответствующие фазные напр жени  питающей сети на интервалах Тс, при этом фазу тока в подключенных обмотках сдвигают на 60 эл.град. в сторону опережени .

   VCC-HW - Vcg

   Фиг.1

   С1

   ,с Кв 2

   Фиг. 2

   ее

   Г

   и„ fm ЗОЦ

   А а& 0С

   ад аа

   Фиг 3

   Грр- L.J |ЬЛ

   х& 

   ср

    

   ФигЛ