Асинхронний привід з перетворювачем частоти

Асинхронний привід з перетворювачем частоти, який містить автономний інвертор напруги, що має два входи керування частотою і амплітудою вихідної напруги, два силові входи і три вихідних затискачі, трифазний асинхронний двигун, джерело постійної напруги, давач струм у джерела постійної напруги, що має два входи і один вихід, імпульсний перетворювач, що підвищує значення вхідної напруги, який складається з транзистора, формувача імпульсів, діода, конденсатора і дроселя, один вивід якого підключений до позитивного затискача джерела, а другий - до анода діода і до колектора транзистора, вхід керування якого з'єднаний з виходом формувача імпульсів, катод діода підключений до першого силового входу автономного інвертора напруги і позитивного затискача конденсатора, негативний затискач якого з'єднаний з емітером транзистора і з першим входом давача струму джерела постійної напруги, при цьому другий вхід давача струму джерела постійної напруги з'єднаний з негативним затискачем джерела постійної напруги, виводи статора трифазного асинхронного двигуна підключені до від C2 2 (19) 1 3 77829 4 трансформатора з трьома первинними обмотками, постійної напруги, виводи трифазного асинхронновиконаними з середнім виводом, до яких підклюго двигуна підключені до відповідних вихідних зачаються три нульові однофазні інвертори на тиритискачів автономного інвертора напруги, обидва сторах, що вимикаються, із зустрічно-паралельно входи керування якого з'єднані з відповідними підключеними зворотними діодами, нульовий видвома виходами нейрорегулятора, третій вихід від (середня точка) інвертора і загальна точка якого підключено до входу системи широтноз'єднання тиристорів всіх інверторів підключені до імпульсної модуляції, вихід якої з'єднаний з вховідповідних виводів джерела, вторинні обмотки дом формувача імпульсів, що керує транзистором, трансформатора з'єднані в зірку і підключаються при цьому обидва входи нейрорегулятора з'єднабезпосередньо до обмотки статора асинхронного но відповідно з виходами давачів напруги і струму двигуна. джерела постійної напруги. Пристрій працює таким чином Пристрій працює таким чином Три нульові інвертори перетворюють напругу Імпульсний перетворювач підвищує напругу постійного струму в три фазну змінну і за допомоджерела, щоб потім, подаючи підвищену напругу гою трансформатора підвищують її величину до на вхід інвертора, забезпечити живлення асинхпотрібного для двигуна значення напруги. ронного двигуна. Керування перетворювачем здійЦей перетворювач має наступні недоліки снюється від системи керування, що побудована 1. Застосування трансформатора, розрахована основі нейромереж, і яка має три вихідних сигного на повну потужність електроприводу, значно нали керування: g - коефіцієнт заповнення імпупогіршує масогабаритні показники приводу. льсів, який перетворюється в імпульси керування 2. Застосування трансформатора, що підвитранзистором за допомогою системи з ШІМ, f 1 щує вхідну напругу, в такому перетворювачі причастота першої гармоніки вихідної напруги інверзводить до збільшення струму в первинному колі, тора, що подається на статор асинхронної машищо при використанні стандартних силових напівни; Am - коефіцієнт модуляції (відношення поточпровідникових модулів в первинному колі трансного значення вихідної напруги інвертора до форматора збільшує їх потужності. найбільшого, яке характеризується напругою на 3. Перетворювач споживає струм імпульсного вході інвертора). Оцінюючи параметри сонячного характеру від джерела постійної напруги (напригенератора (напруга, стр ум), нейрорегулятор виклад, акумуляторна батарея), що погіршує режим значає потрібні значення g - за умови забезпероботи останнього і обумовлює установку додатчення максимуму напруги на вході інвертора, і f1, кового фільтру. Am - за умови досягнення найбільшої швидкості Найбільш близьким аналогом до винаходу є обертання двигуна. Цей пристрій має наступні пристрій [Справедливый В.И. Оптимальное управнедоліки. ление солнечным асинхронным частотно1. Імпульсний перетворювач у колі постійного регулируемым электроприводом водяного насоса. струму не забезпечує можливість рекуперації ене// Вестник национального технического универсиргії до джерела. тета "Харьковский политехнический институт", 2. Засіб керування імпульсного перетворювача сборник научных трудов "Проблемы автоматизине забезпечує плавного регулювання і стабілізації рованного электропривода. Теория и практика". його вихідної напруги, в першу чергу у зв'язку з Харьков: НТУ "ХПИ", 2002, №12. - Т.2], який місвідсутністю зворотного зв'язку за цією величиною. тить автономний інвертор напруги, що має два Крім того щонайменші зміни параметрів сонячного входи керування частотою і амплітудою ви хідної генератора призведуть до того, що нейрорегулянапруги, два силові входи і три вихідних затискачі, тор змінюватиме величину g , а, отже, при однатрифазний асинхронний двигун, джерело постійної ковій частоті модуляції вихідна напруга імпульснонапруги, давач струму джерела постійної напруги, го перетворювача не може бути стабільною. що має два входи і один вихід, давач напруги дже3. Використання ШІМ транзистором імпульснорела постійної напруги, що має два входи і один го перетворювача не забезпечує можливості обвихід, імпульсний перетворювач, що підвищує меження пульсацій струму джерела на заданому значення вхідної напруги, який складається з трарівні. нзистора, формувача імпульсів, системи широтноОзнаки найближчого аналога, які сходяться з імпульсної модуляції (ШІМ), діода, конденсатора і ознаками винаходу, що заявляється, - автономний дроселя, один вивід якого підключається до позиінвертор напруги, що має два входи керування тивного затискача джерела, а другий до анода частотою і амплітудою ви хідної напруги, два силодіода і до колектора транзистора, вхід керування ві входи і три ви хідних затискачі, трифазний асинякого, з'єднаний з виходом формувача імпульсів, хронний двигун, джерело постійної напруги, давач катод діода підключений до першого силового струму джерела постійної напруги, що має два входу а втономного інвертора напруги і позитивновходи і один вихід, імпульсний перетворювач, що го затискача конденсатора, негативний затискач підвищує значення вхідної напруги, який складаякого з'єднаний з емітером транзистора, другим ється з транзистора, формувача імпульсів, діода, силовим входом автономного інвертора напруги і з конденсатора і дроселя, один вивід якого підклюпершим входом давача струму джерела постійної чається до позитивного затискача джерела напрунапруги, при цьому другий вхід давача стр уму ги, а другий до анода діода і до колектора транзиджерела постійної напруги з'єднаний з негативним стора, вхід керування якого, з'єднаний з виходом затискачем джерела постійної напруги, при цьому формувача імпульсів, катод діода підключений до входи давача напруги джерела постійної напруги першого силового входу автономного інвертора з'єднано відповідно з двома затискачами джерела 5 77829 6 напруги і позитивного затискача конденсатора, струму, входи зворотного зв'язку яких з'єднані з негативний затискач якого з'єднаний з емітером виходом давача струму джерела постійної напрутранзистора і з першим входом давача струму ги, виходи релейних регуляторів струму з'єднані з джерела постійної напруги, при цьому другий вхід першим і другим входами вузла блокування імпудавача струму джерела постійної напруги з'єднальсів, третій вхід якого з'єднаний з виходом даваний з негативним затискачем джерела постійної ча вхідного струм у автономного інвертора напруги, напруги, виводи трифазного асинхронного двигуна входи якого з'єднані відповідно з емітером першопідключені до відповідних вихідних затискачів авго транзистора і другим силовим входом автономтономного інвертора напруги. ного інвертора напруги, при цьому перший і другий У винаході поставлене завдання поліпшення виходи вузла блокування імпульсів з'єднані відпоенергетичних показників електроприводу. Це досявідно з входами першого і другого формувачів гається шляхом: імпульсів, вихід др угого формувача імпульсів з'єд- забезпечення рекуперації енергії в джерело в наний з входом керування другого транзистора, генераторному режимі роботи. емітер якого з'єднаний з анодом першого діода, а - обмеження амплітуди пульсацій струму джеколектор - з його катодом, анод другого діода з'єдрела з тим, щоб звести до мінімуму витрати на наний з емітером першого транзистора, а катод з його нагрів. колектором першого транзистора. - за рахунок зменшення вищих гармонійних Введенням в схему імпульсного перетворюваскладових у вихідній напрузі при її амплітудному ча, що підвищує вхідну напругу, др угого транзискеруванні на частотах нижчих за номінальну, а тора, і другого діода зустрічно-паралельно відпотакож за рахунок можливості регулювання частоти відно першому діоду і транзистору, а також обертання двигуна вище за номінальну при повведенням у коло керування першого і другого стійному електромагнітному моменті на валу двитранзисторів пристрою блокування імпульсів - загуна. безпечується можливість двонаправленого потоку Поставлене завдання розв'язується за рахунок енергії між асинхронним двигуном і джерелом потого, що асинхронний привід з перетворювачем стійної напруги. Перший транзистор працює в схечастоти включає автономний інвертор напруги, що мі імпульсного перетворювача, що підвищує вхідну має два входи керування частотою і амплітудою напругу, у режимі двигуна, забезпечуючи прямий вихідної напруги, два силові входи і три вихідних напрямок енергії від джерела до двигуна. Тоді як, затискачі, трифазний асинхронний двигун, джередругий транзистор працює в схемі імпульсного ло постійної напруги, давач струм у джерела поперетворювача, що знижує напругу на конденсастійної напруги, що має два входи і один вихід, торі, який працює в генераторному режимі зі звоімпульсний перетворювач, що підвищує значення ротним напрямом передачі енергії до джерела. А вхідної напруги, який складається з транзистора, вузол блокування імпульсів визначає порядок формувача імпульсів, діода, конденсатора і дровключення першого і другого транзисторів, залежселя, один вивід якого підключається до позитивно від середнього значення вхідного струму автоного затискача джерела, а другий до анода діода і номного інвертора напруги, за допомогою давача до колектора транзистора, вхід керування якого, вхідного стр уму інвертора. з'єднаний з виходом формувача імпульсів, катод Введенням системи автоматичного регулюдіода підключений до першого силового входу вання напруги на конденсаторі, яка є достатньою автономного інвертора напруги і позитивного заумовою створення частотно-регульованого електтискача конденсатора, негативний затискач якого роприводу, - забезпечується можливість регулюз'єднаний з емітером транзистора і з першим вховання і стабілізації напруги на вході автономного дом давача струму джерела постійної напруги, при інвертора напруги незалежно від режиму роботи цьому другий вхід давача струму джерела постійелектроприводу. Вона виконана з двох ідентичних ної напруги з'єднаний з негативним затискачем каналів керування відповідно першим і другим джерела постійної напруги, виводи трифазного транзисторами, які складаються з регулятора наасинхронного двигуна підключені до відповідних пруги ІП-типу і регулятора стр уму, який виконаний вихідних затискачів автономного інвертора напруу вигляді релейного елементу з регульованими ги, згідно до винаходу до нього додатково введені нижнім і верхнім порогами, з виходу якого сигнал другий діод, другий транзистор, другий формувач керування поступає на відповідний формувач імімпульсів, вузол блокування імпульсів, що має три пульсів через пристрій блокування імпульсів. Ревходи і два виходи, давач напруги, давач вхідного лейний елемент дозволяє підвищити швидкодію струму автономного інвертора напруги, систему контуру стр уму, а також обмежити амплітуду пульрегулювання з двох каналів, які містять регулятор сацій струму джерела на заданому рівні. напруги ІП-типу і релейний регулятор струму, які Введенням в коло керування електропривомають вхід завдання і вхід зворотного зв'язку, а дом блоку завдання, здійснюється сумісне керутакож блок завдання, що має три виходи, перший і вання імпульсним перетворювачем і автономним другий приєднано до відповідних входів керування інвертором напруги, що дає можливість регулюавтономним інвертором напруги, а третій до входів вання частотою обертання асинхронного двигуна. завдання регуляторів напруги каналів системи Два виходи блоку завдання формують сигнали регулювання, входи зворотного зв'язку регуляторів завдання на частоту основної гармоніки вихідної напруги з'єднані з виходом давача напруги, входи напруги і коефіцієнт модуляції, що поступають до якого з'єднано з затискачами конденсатора, виховідповідних входів керування інвертора напруги. ди регуляторів напруги ІП-типу у кожному каналі При цьому сигнал на третьому виході блока заз'єднані з входами завдання релейних регуляторів вдання, що поступає до входу системи автоматич 7 77829 8 ного регулювання напруги на конденсаторі, форструму першого та другого каналів системи автомується за функціональною залежністю від заматичного керування відповідно 2, 22. вдання на частоту вихідної напруги, з метою реаАсинхронний привід з перетворювачем частолізації одного із законів частотного керування ти працює таким чином. асинхронним двигуном. Таким чином, регулюванняПо команді (ПУСК/СТОП) і завданню командоамплітуди основної гармоніки напруги, якою жиапарату на швидкість обертання двигуна з пульта виться статор двигуна, здійснюється в двох зонах: керування 17, блок завдання 10 генерує три сиг1) регулювання методом ШІМ за допомогою автонали завдання, два з яких (коефіцієнт модуляції і номного інвертора напруги, за рахунок зміни коезавдання на вихідну частоту інвертора) поступафіцієнта модуляції, коли необхідна величина вихіють на входи керування автономного інвертора дної напруги перетворювача, менше значення, що напруги 8. При цьому третій сигнал завдання на визначається напругою джерела, при коефіцієнті напругу на конденсаторі поступає на вхід завдання передачі імпульсного перетворювача, що доріврегуляторів напруги 19, 20 системи автоматичного нює 1 (перший і другий транзистори вимкнені); керування 14, що складається з двох каналів регу2) регулювання за допомогою імпульсного перелювання [виділені пунктиром на фіг. 2 ]. При цьому творювача, за рахунок підвищення напруги на виодин канал регулює напругу на конденсаторі в ході останнього, коли потрібна величина вихідної режимі двигуна, а др угий - в генераторному режинапруги перетворювача, що необхідна для реалімі. Кожний з каналів має двоконтурну структур у, із зації частотного керування асинхронним двигуном, зовнішнім контуром регулювання напруги на конбільше величини, що визначається напругою джеденсаторі (оцінюється вихідний сигнал давача нарела. При цьому автономний інвертор напруги пруги 12), і внутрішнім контуром регулювання формує вихідн у напругу при коефіцієнті модуляції струму джерела постійної напруги [оцінюється близькому до 1. Це дозволяє поєднувати в привихідний сигнал давача струму джерела постійної строї амплітудне і широтно-імпульсне керування, напруги 11]. При цьому регулятори струму джерещо зменшить амплітуди вищи х гармонік у напрузі ла 21 (22) в дво х каналах регулювання виконані у статора двигуна на знижених частотах. Крім того, вигляді релейного елементу з регульованими верза рахунок підвищення напруги на двигуні вище за хнім і нижнім порогами спрацьовування. З виходу номінальне значення можна реалізувати частотне релейних регуляторів струму джерела постійної керування електроприводом з постійним моменнапруги 21,22 імпульси керування поступають на том при частотах вище за номінальну. В цьому вузол блокування імпульсів 15. Останній розподівипадку обмеження в регулюванні надають тільки ляє імпульси керування залежно від режиму робомеханічні властивості двигуна і електричні властити електроприводу за допомогою сигналу, що повості джерела. ступає від датчика вхідного струму інвертора 13. З Запропоновані ознаки дозволяють забезпечивиходу блоку 15 імпульси керування посилюються ти одночасно з узгодженням напруг низьковольтза допомогою формувачів імпульсів 16, 18, що ного джерела і двигуна, двосторонній обмін енерзабезпечують гальванічне розв'язання кіл керугією між ними, а також обмежити амплітуду вання і силових кіл, а також здійснюють керування пульсацій струму, споживаного від джерела, і потранзисторів 3, 6 імпульсного перетворювача, до ліпшити гармонійний склад вихідної напруги перескладу якого також входять дросель 2, два діоди 4, творювача. 7 і конденсатор 5. При цьому перемиканням транВідмічені ознаки складають суть винаходу, тозистора 3, що утворює схему імпульсного перему що є необхідними і достатніми для досягнення творювача, що підвищує вхідну напругу, забезпетехнічного результату - забезпечення двосторончується регулювання напруги на конденсаторі нього обміну енергією між джерелом і двигуном з вгору від значення напруги джерела 1 за завданим можливістю збільшення потужності останнього, а блоком 10 законом у режимі двигуна. У свою чергу також зменшення витрат у двигуні внаслідок того, перемикання транзистора 6 забезпечує скидання що запропонований винахід дозволяє поліпшити енергії з конденсатора 5 в джерело 1 в генераторгармонійний склад напруги, що подається на станому режимі, із збереженням функції регулювання тор асинхронного двигуна, і в джерелі, за рахунок напруги на конденсаторі при цьому. Напруга на обмеження амплітуди пульсацій його струму. конденсаторі перетворюється автономним інверСуть винаходу пояснюється схемами, що натором напруги 8 в трифазну напругу регульованої ведені на фіг. 1-2. амплітуди і частоти, що дозволяє регулювати часНа фіг. 1 представлені: джерело постійної натоту обертання асинхронного двигуна 9. пруги 1, дросель 2, перший транзистор 3, перший Особливістю асинхронного приводу з передіод 4, конденсатор 5, другий транзистор 6, другий творювачем частоти є керування асинхронним діод 7, автономний інвертор напруги 8, асинхрондвигуном за допомогою регулювання амплітуди ний двигун 9, блок завдання 10, давач струму основної гармоніки напруги, що подається на стаджерела напруги 11, давач напруги 12, давач вхідтор асинхронної машини, в першій зоні за допомоного струму автономного інвертора напруги 13, гою автономного інвертора, а в другій зоні за досистема автоматичного керування 14, вузол блопомогою імпульсного перетворювача, що підвищує кування імпульсів 15, перший формувач імпульсів вхідн у напругу, і вихідної частоти основної гармо16, пульт керування 17, другий формувач імпульніки напруги за допомогою автономного інвертора, сів 18. що можливо при поєднанні властивостей амплітуНа фіг. 2 додатково представлені: регулятор дного і широтно-імпульсного керування. напруги першого та др угого каналів системи автоПри подальшому збільшенні напруги на вході матичного керування відповідно 19, 20, регулятор інвертора вище за номінальне значення до вели 9 77829 10 чини UMAX і, відповідно, частоти на його виході до механічні здібності двигуна і електричні здібності fMAX дозволяє також реалізувати частотне регулюджерела (падіння напруги на джерелі при номінавання електроприводу з постійним моментом. В льному струмі навантаження). цьому випадку обмеження в регулюванні надають Комп’ютерна в ерстка Б.Голік Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601