Пристрій для керування частотою обертання трьохфазного асинхронного електродвигуна

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для частотного управления электроприводами асинхронными электродвигателями. Целью изобретения является упрощение и уменьшение массогабаритных показателей. Устройство содержит трехфазный инвертор 1, логический блок 3 управления, выпрямительный мост 4, блок 5 контроля отсутствия тока, элементы 6, 7 задержки, счетчик 8 и блок 9 анализа напряжения сети. Блок 3 управления в зависимости от сигналов на входах Х7-Х(п + 7) формирует импульсы управления тиристорами выпрямителя 4 и инвертора 1, обеспечивая питание электродвигателя 2 напряжением различной частоты, а также режим реверса При небольшом количестве коммутирующих элементов и достаточно простом блоке управления устройство реализует широкий диапазон изменения скорости с верхним пределом 1:1,5. 4 ил. С* о* о ЇО ю Фиг / 1650122 Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для частотного управления электроприводами и асинхронными электродвигателями. Цель изобретения - упрощение и уменьшение массогабаритных показателей. На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для управления частотой вращения электродвигателя; на фиг. 2 - временные диаграммы работы устройства при 10 частоте вращения электродвигателя 1=£Он/3 И 15 (0\ — О)н/б . Устройство для управления частотой вращения трехфазного асинхронного электродвигателя содержит трехфазный тиристорный инвертор 1 на тиристорах 1і-1є, 20 выходы которого предназначены для подключения к фазам 2.1-2.3 статорной обмотки электродвигателя, логический блок 3 управления, однофазный выпрямительный типисторный мост 4 на тиристорах 4і-44„ 25 блок 5 контроля отсутствия тока, первый и второй элементы Є и 7 зздержки, счетчик 8 импульсов и блок 9 анализа напряжения сети. Входы однофазного выпрямительного тиристорного моста 4 и входы блока 9 ана- 30 лиза напряжения сети объединены и соединены с зажимами для подключения к однофазной сети переменного тока. Один выход выпрямительного тиристорного моста 4 непосредственно, а другой его выход 35 через блок 5 контроля отсутствия тока соединены соответственно с одним и другим входами трехфазного тиристорного инвертора 1. Выход блока 5 контроля отсутствия тока через второй элемент 7 задержки соединен с первым входом блока 3 управления. Первый и второй выходы Олска 9 анализа напряжения сети соединены соответственно 00 счетным вхолом счетчика 8 импульс&в и с вторым входом логического блока 3 управления, третий, четвертые, пятый и шестой вхо^ы которого соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым выходами счетчика 8 импульсов, вход сбрось которого соединен с допелнигельным выходом логического блока 3 50 управления, седьмой вход которого через первый элемент 6 задержки соедикеь с входом разрешения счетчика 8 импульсов и подключен к шине 10 для подави сигнала разрешения. (п + 7)-е входы логического блока 3 управление предназначены для подачи сигнала задания часто гь* вращения электродвигателя. Выходы логического блока 3 уп равления соединены с управляющими цепями тиристоров трехфазного инвертора 1 и тиристоров однофазного выпрямительного моста 4. Логический блок 3 управления выполнен с возможностью реализации функции Y3=Xl х Х7 х Fk1 х F31 (X і , X 2 , X4, X8,...); Y4 = XI х Х7 х Fk' х F41 (X і , X2, X4, Х 8 ,.„); Y5 = XI х Х7 х Fk' х F51 (X і , X2, X 4 , X 8 ...); Y6 = XI х Х7 х Fk1 х Fe1 (X і . X2. X4, X8,...); Y7 - XI х Х7 х Fk1 x F7' (X1, X2, X4, X8....): Y8 - XI х Х7 х Fk' x Fe1 (X1. X2, X4, X8,...); Y9 = X7 I-X7 x Fk' x F91 (X1, X 2 , X4, X8,...). где Fk' = Fiti/X8 X(n + 7); \' 1,5, 3; 6 - индекс закона формирования минимальной скорости 1:1,5; 1:3, 1:6 соответственно; Fk' - функция для определяющей числом к скорости с законом формирования I; X1, X2, X , X .... - логические уровни выходов разрядов счетчика импульсов 8, соответствующих указанным индексам; к = 1,2,3...; H mi- 3 k 2k 1660122 2, 5 Зк О ) ™ [ ! 2 к' 1 то о > ; V - знак логического сложения. Устройство работает следующим обра- 10 зом. Однофазное напряжение сети выпрямляется поочередно тиристорами выпрямительного моста 4. Двухполупериодное выпрямленное напряжение сети поступает 15 на трехфазный тиристорный инвертор 1. Контроль отсутствия тока в цепи двухполупериодного выпрямленного напряжения обеспечивается блоком 5 контроля отсутствия тока. 20 При подаче единичного логического уровня на шину 10 на вход разрешения счета счетчика 8 импульсов поступает логическая единица Первый элемент б задержки обеспечивает задержку логической едини- 25 цы на отключение, поэтому при поступлении на его вход с шины 10 логической единицы на его выходе сразу появляется логическая единица, поступающая на один из входов логического блока 3 управления и 30 разрешающая формирование на его выходах логических уровней, необходимых для включения требуемых тиристоров трехфазного инвертора 1 и выпрямительного моста 4 Счетчик 8 импульсов обеспечивает пере- 35 счет импульсов нулевого логического уровня, формируемых блоком 9 анализа напряжения сети при переходе напряжения сети через нуль Логический блок 3 формирует единичные логические импульсы вклю- 40 чения тиристоров инвертора 1 в соответствии с содержимым счетчика 8 импульсов, т.е в соответствии с логическими уровнями на его выходах, при наличии логической единицы на выходе второго элемен- 45 та 7 задержки, свидетельствующей об отсутствии тока через тиристоры и, следовательно, о закрытом состоянии этих тиристо.ров Второй 7 элемент задержки необходим для гарантированного контроля закрытого50 состояния тиристоров 1і~1б. 4і-44. так как блок 5 контроля отсутствия тока срабатывает при определенном пороговом уровне тока. Время задержки второго элемента 7 задержки устанавливают достаточным для 55 полного исчезновения тока через тиристоры 1 t-i6-4t-44 после появления единичного логического уровня на выходе блока 5 контроля отсутствия тока при величине контролируемого тока ниже контролируемого порогового значения На девятом выходе логического блока 3 формируется единичный логический уровень, поступающий на шину сброса счетчика 8 импульсов после окончания формируемого требуемого полного периода тска фаз 2 і~2з двигателя. Кроме того, логический блок 3 формирует на седьмом и восьмом выходах единичные логические импульсы включения тиристоров 4і, 4г и 4з, 44 в соответствии с логическим уровнем на втором выходе блока 9 анализа напряжения сети. При наличии логической единицы на этом выходе, свидетельствующей о положительном напряжении сети, логический блок 3 формирует единичный логический импульс на включение тиристоров 4і, 4г. а при наличии логического нуля, свидетельствующем об отрицательном напряжении сети - на включение тиристоров 4з. 44 Таким образом, при подаче единичного логического уровня на шину 10 включаются требуемые из тиристоров 1і-1б для подключения фаз 2і~2з в определенной комбинации и требуемые тиристоры 4і, 4г или4з, 44 Через подключенные фазы проходит ток в требуемых направлениях. При прохождении синусоидального напряжения сети через нуль на счетный вход счетчика 8 импульсов поступает нулевой логический импульс с первого выхода блока 9 анализа напряжения сети Счетчик 8 импульсов изменяет свое содержимое на единицу После отсутствия тока в цепи трехфазного тиристорного инвертора 1 с выхода второго элемента 7 задержки поступает единичный логический уровень на вход логического блока 3, который подключает через соответствующие тиристоры инвертора 1 фазы 2і-2з в определенной комбинации и включает два тиристора Ai, 4г или 4з, 44. соответствующие полярности напряжения сети. Через подключенные фазы 2і-2з проходят токи в требуемых направлениях В дальнейшем при прохождении напряжения сети через нуль на счетный вход счетчика 8 импульсов поступает нулевой импульс, который изменяет его содержимое на единицу, и а дальнейшем при отсутствии тока через трехфазный тиристорный инвертор 1 подключаются фазы 2-|~2з а очередной комбинации и т.д. Если сформирован полный требуемый период токов в фазах2і~2з, то на девятом выходе логического блока 3 формируется единичный логический уровень, который сбрасывает счетчик 8 импульсов s нулевое состояние, и происходит формирование следующего периода токов и фаз 2г2з аналогично предыдущему. При 1660122 требуемой частоте токов в фазах 2 і-2з, в 1,5 раза іреньше частоты напряжения сети, сброс счетчика 8 импульсов осуществляется при его содержимом, равном 3. На фиг. 2 приведены временные диаг- 5 раммы работы устройства с формированием частоты токов фаз2і~2з, в 1,5 раза меньшей частоты питающей сети. При поступлении уровня логического нуля на шину 10 на выходе первого элемен- 10 та 6 задержки установленное в нем время удерживается логическая единица. При этом содержимое счетчика 8 импульсов не изменяется при поступлении импульсов на его счетный вход, так как на его входе раз- 15 решения счета присутствует уровень логического нуля. Следовательно, алгоритм работы тиристоров инвертора 1 не изменяется, т.е. будут включаться одни и те же тиристоры, а тиристоры 4і, 4г и 4з, 44 выпря- 20 мительного моста 4 будут включаться поочередно. Таким образом, обеспечивается фиксированное магнитное поле статора двигателя, что, в свою очередь, обеспечивает торможение его ротора.После исчезнове- 25 ния логической единицы на выходе первого элемента 6 задерхки все тиристоры закрываются м с девятого выхода логического бло- ка 3 управления поступает логическая единица на сброс счетчика 8 і.мпульсоз. ЗО Кроме того логический блок 3 может _ формировать закон переключения тиристоров инвертора 1 не только с измерением на единицу содержимого счетчика 8 импульсов. Например, если необходимо умень- 35 шить частоту тока фаз 2і-2з в 4,5 раза по отношению к частоте напряжения сети, то переключение фаз должно осуществляться кратно числу 3 содержимого счетчика 8 импульсов при последовательности 40 переключения фаз 21~2з согласно фиг. 2, т.е. включение первых двух фаз-на 0,1,2; включение других двух фаз - на 3,4 5; включение третьих двух фаз - на 6, 7,8; на 9 - сброс счетчика 8 импульсов. При этом обеспечива- 45 ется последовательность переключения фаз 2і~2з, указанная на фиг. 2. Таким образом, каждые из двух фаз будут подключены на три полупериода напряжения сети и, следовательно, на фазах 21~2з будет сформирова- 50 нэ трехфазнэя система напряжения с частотой, в 4,5 раза меньшей частоты напряжения сети. Выбор требуемой выходной частоты вращения обеспечивают подачей единичных логических уровней сигнале 55 задания частоты вращения в комбинации, соответствующей этой частоте. Кроме того, длительностью времени задержки второго элемента 7 задержки устанавливают -ребуемое напряжение для конкретной скорости 8 вращения, т.е. при увеличении времени задержки второго элемента 7 задержки увеличивается задержка от исчезновения тока'в цепи трехфазного тиристорного инвертора 1 до момента включения тиристоров выпрямительного моста 4, и следовательно, до подачи напряжения на фазы 2і~2з. Для формирования трехфазной системы токов с частотой, в 1,5 раза меньшей частоты напряжения сети, на выходах блока логического 3 управления реализуются следующие функции: Yi = X7xX1xX2; Y2 = X7xX1 xX2; Уз = Х8 х Х7 х Х1 х ХЗ х Х4 х Х5 х Х6; Y* = Х8 х Х7 х Х1 х ХЗ х Х4 х Х5 х Х6; Y5 = Х8 х Х7 х XI х ХЗ х Х4 х Х5 х Хб; . Y6 - Х8 х Х7 х Х1 х ХЗ х Х4 х Х5 х Х6; Yy = Х8 х Х7 х Х1 х ХЗ х Х4 х Х5 х Х6; Y8 = Х-8 х Х7 х X1 х ХЗ х Х4 х Х5 х Х6; Yg - Х7 х ХЗ х Х4 (Х8 + Х9) + Х7. Кроме того, по входам задания логического блока 3 управления можно обеспечить реверсивное вращение поля статора асинхронного двигателя. Для реверса с трехфазной системой токов с частотой, Б 1,5 раза меньшей частоты напряжения сети, для включения тиристоров инвертора 1 логическим блоком 3 управления реализуются следующие функции дополнительно к указанным функциям Уі.Уг, Yg Уз = Х 9 х Х 7 х Х 1 x X 3 x X 4 x X 5 x X 6 : Y4 = Х9 х Х7 х Х1 х ХЗ х Х4 х Х5 х Х6; Y5 = Х9 х Х7 х Х1 х ХЗ х Х4 х Х5 х Х6; YS - Х9 х Х7 х Х1 х ХЗ х Х4 х Х5 х Кб; ' Y7 = Х9 х XT х Х1 х ХЗ х Х4 х~Х5 х Х6; Y8 = Х9 х Х7 х Х1 х ХЗ х Х4 х Х5 х Х6. Временные диаграммы включения тиристорон 1г-1бинвертора1 для скорости 1:3 с двухступенчатым формированием токов в фазах 2і-2з приведены на фиг. 3. При этом поочередно подключают все три фазы 2 і-2з с изменением комбинаций их ПОДКЛЮЧИ 9 • 1660122 * 10 ния. В этом случае меньшая ступень тока Режим реверса для скоростей 1:3, 1:6 будет в фазах, подключенных параллельно, обеспечивается включением тиристоров а большая ступень тока - г фазе, последова= 11—1 б с изменением последовательности их тельно соединенной с параллельно соедивключенияаналогичноуказаннойдляскороненными двумя другими фазами. При з і ом 5 сти 1.1,5, заключающейся в замене функций логический блок 3 управления на выходах включения равноценных тиристоров двух включения тиристоров 11—1 б и девятом выфаз, т.е. подключение двух фаз меняют меходе сброса счетчика 8 импупьсов реализует стами, следующие функции: Таким образом, при небольшом количе10 стве коммутирующих элементов (10 тириУз = Х10 х Х7 х Х1 (ХЗ х Х4+Х4 х Х5 х Хб); сторов) и простоте логического блока управления предлагаемое устройство реаY4 = Х10 х Х7 х Х1 (ХЗ х Х4 ^Хб); лизует широкий диапазон изменения скорости вращения асинхронного двигателя с Y5 = X 1 0 x X 7 x X 1 ( X 3 x X 4 x X 5 + X3xX4); 15 верхним пределом 1:1,5. По сравнению с ___ известными предлагаемое устройство проYe = Х10 х Х7 х XI (Х4 хХЗ х Х4 х Х5); ще и имеет меньшие массогабаритные . показатели Y7 - Х10 х Х7 х X? (Х4+ХЗ х Х4 х Х5); __ 20 Формула изобретения Ye = Х10 ж Х7 х Х1 (ХЗ х Х4 + ХЗ х Х4 х Х5): Устройство для управления частотой Yg = Х10 х Х7 х ХЗ х Х4 х Х5 + Х7. вращения трехфазного асинхронного электродвигателя, содержащее трехфазный тириВременные диаграммы включения ти- 25 с т о р н ы й и н в е р т о р , выходы к о т о р о г о ристоров 1і-1бинвертора 1 дляскорости 1*6 предназначены для подключения к фазам с трехступенчатым формированием токов в обмотки электродвигателя, выпрямительфазах 2і~2з приведены на фиг. 4. При этом ный тиристорный мост, один выход которопоочередно подключают по две и по три го соединен с одним входом трехфазного фазы 2і~2з с изменением комбинаций их 30 тиристорного инвертора, блока анализа наподключения. В этом случае минимальная пряжения сети и логический блок управлеступень тока будет в параллельно подклюн и я , выходы к о т о р о г о с о е д и н е н ы с ченных двух фазах, последовательно соедиуправляющими цепями тиристоров трехненных с третьей фазой, через которую фазного инвертора и тиристорами выпрямибудет проходить ток максимальной ступени 35 тельного моста, о т л и ч а ю щ е е с я тем, Ток промежуточной ступени - в двух поспечто, с целью упрощения и уменьшения масдовательно соединенных фазах при отклюсогабаритных показателей, в него введены ченной третьей фазе. При этом логический счетчик импульсов, первый и второй элеблок 3 управления на выходах включения менты задержки и блок контооля отсутствия тиристоров 12—16 и девятом выходе сброса 40 тока, блок анализа напряжения сети выполсчетчикз 8 импульсов реализует следующие нен с двумя выходами, выпрямительный тифункции: ристорный мост выполнен однофазным, а логический блок управления выполнен с возможностью реализации функции Y3 = X11 х Х 7 х Х 1 (Х5хХ6-ЬХЗхХ4хХ5): 45 __ _ Y4 = Х11 х Х7 х Х1 (Х4 х Х5+ХЗ х Х6+Х4 х Х6); Y5 - Х11 х Х7 х Х1 (Х6 +*ХЗ х Х4 х Х5 х Х6), 50 Ye_j Х11 хХ7х XI (ХЗ + Х54-Х4 х Х5 +Х4 х Х5 х х Хб): _ „ __ Y7 - Х11 х Х7 х Х1 (Х5 + ХЗ х Х4 х Х5 х Х6); 55 Y8_r X I I х Х7 х XI (Х4 х Хб + ХЗ х Х*5 х Хб + Х4 х х Х5 х Хб); Yg = Х11 х Х7 х ХЗ х Х4 х Х5 х Хб х Х7. Y3 = Х1 х Х7 х Fk' х Хз' (X і , X і , X4, X8,...); Y4 - Х1 х Х7 х Fk' x F*' (X і , X2, X 4 , X8,...); Y5 = Х1 х Х7 х Fk' x F5' (X і , X 2 , XА, X8,...); Y6 = Х1 х Х7 х Fk1 x F6f (X1, X2, X 4 , Xs,...): Y7 = Х1 х Х7 х Ft х F7' (X1, X 2 , X 4 , X8,...); Y8 = Х1 х Х7 х Fk х Fa' (X і , X2, X 4 , X8,...); __ Y9 = Х7 + Х7 х Fki x F9! (X і , X 2 , X 4 , X8,...), , 11 12 1660122 входы однофазного выпрямительного тиристорного моста и входы блока анализа напряжения сети обьединены и соединены с зажимами для подключения к однофазной питающей сети переменного тока, другой выход однофазного выпрямительного тиристорного моста через блох контроля отсутствий тока соединен с другим входом трехфазного тиристорного инвертора, выход блока контроля отсутствия тока через второй элемент задержки соединен с первым входом логического блока управления, первый и второй выходы блока анализа напряжения сети соединены соответственно со счетным входом счетчика импульсов и с вторым входом логического блока управления, третий, четвертый, пятый и шестой входы которого соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым выходами счетчика импульсов, вход сброса которого соединен с дополнительным выходом логического бпока управления, седьмой аход которого через первый элемент задержки соединен с входом разрешения счетчика импульсов и подключен к шине для подачи сигнала разрешения, (п + 7)-е входы логического блока управления предназначены для подачи сигнала задания частоты вращения электродвигателя, гдеп= 1,2,3.., к = 1,2 3, Р 5 (у х Ї ( '* ' _v(m \\ п и ^(х^х*) 10 )f. 15 8 *^ , ]-V(m 0 ]-V( k+iivng4 j-Vfm-o '.X", 20 г V[m 25 ..Xfn + 7). 30 I = 1,5; 3; 6 - индекс закона формирова• ния минимальной скорости 1 1,5, 13; 1:6 соответственно Fk!-функция для определяющей числом V скорости с законом формирования І; 35 X і , X2, X4, X8, . - логические уровни выходов разрядов счетчика импульсов, соответствующих указанным индексам )=Vfm ? 5k *X , U + Umtfik + I V - знак логического сложения. 1660122 /л \ шина 7/ ПИ ^ шина 7% ^ V/ п. II П~]. п 1 / ЧУ II 1 1 ІГ 1 п г шина S і Вых. з/іJO I Вых. /с