Частотно-регулируемый электропривод с широтно-импульсной модуляцией

Частотно-регулируемый электропривод с широтно-импульсной модуляцией

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

7 А1

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) (51)4 Н 02 P 7/42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3516293/24-07 (22) 26.11.82 (46) 15.05.87. Бюл. Р 18 (72) А.Н.Попов, В.В.Кириленко, Г.В.Бурденко, А.С.Сторожук и Т.А.Зорихина (53) 62-83:621.313.033.077:621 ° 314.

572(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

1Ф 767928, кл. Н 02 P 7/42, 1980.

Авторское свидетельство СССР

Р 783940, кл. H 02 P 7/42, 1980. (54)(57) ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД С ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ, содержащий электродвигатель, подключенный к преобразователю, управляющие входы которого соединены с выходами блока модуляции, состоящего из группы однотипных ячеек по две ячейки на каждую фазу электродвигателя и содержащего по два элемента И в каждой ячейке, первые входы которых соединены с соответствующими выходами распределителя импульсов, задающий генератор, соединенный через делитель частоты, двоичный счетчик с распределителем импульсов, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повьппения равномерности вращения электродвигателя, введены реверсивный счетчик, преобразователь кода в длительность импульса с прямым и инверсным выходами, а каждая ячейка блока модуляции дополнена элементом ИЛИ, причем первый вход реверсивного счетчика соединен с выходом задающего генератора, а второй вход — с выходом первого разряда двоичного. счетчика, выходы разрядов реверсивного счетчика соединены с входами преобразователя кода в длительность импульса, прямой выход которого соединен с вторыми входами первых элементов и всех ячеек блока модуляции, а инверсный выход — с вторыми входами вторых элементов И всех ячеек блока модуляции, выходы элементов И каждой ячейки попарно подключены к- входам соответствующих элементов ИЛИ, выходы которых являются выходами блока модуляции.

1 131098

Изобретение относится к электротехнике, в частности к частотно-регулируемым электроприводам с применением статических преобразователей переменного тока с широтно-импульсной модуляцией фазных напряжений и может быть использовано в электроприводах с цифровым управлением частоты вращения, особенно в диапазоне низких частот.

Известен частотно-регулируемый электропривод с цифровым управлением частотой вращения асинхронного электродвигателя путем регулирования скважности управляющего сигнала, содержащий последовательно соединенные между собой формирователь импульсов, синхронизатор, преобразователь с управляемой задержкой, управляемый узел задержки, триггер тактовой частоты, модулятор управляющего сигнала, усилитель постоянного тока и асинхронный электродвигатель.

Электропривод обеспечивает регули25 рование частоты вращения однофазных а электродвигателей. Однако для управления трехфазными электродвигателями электропривод не предназначен. Кроме того, выходное напряжение преобразователя этого электропривода отличается от синусоиды и содержит большое количество гармоник, что приводит к неравномерности вращения электродвигателя, Наиболее близким по технической З5 сущности и достигаемому эффекту к изобретению является частотно-регулируемый электропривод с широтно-импульсной модуляцией, содержащий элект. родвигатель, подключенный к преобразователю, управляющие входы которого соединены с выходами блока модуляции, состоящего из группы однотипных ячеек по две ячейки на каждую фазу двигателя и содержащего по два элемента

И в. каждой ячейке, первые входы которых соединены с соответствующими выходами распределителя импульсов, задающий генератор, соединенный через делитель частоты, двоичный счетчик с распределителем импульсов. Кроме того, схема управления содержит трехфазныи и опорный генераторы, делитель частоты из двух ступеней, формирователь коротких импульсов, ключ, интегратор и компаратор.

Этот электропривод имеет два существенных недостатка. Во-первых, 7 2 для работы электропривода необходимы два задающих генератора, разница частот которых определяет выходную частоту электропривода. На низких частотах вращения разница частот задающих генераторов должна быть мала, а абсолютная частота каждого из них— высокой (для большего заполнения периода синусоиды формирующими импульсами}. Эти условия накладывают высокие требования к стабильности частоты задающих генераторов, При доступной стабильности частоты задающих генераторов выходная частота преобразователя и частота вращения электродвигателя нестабильны. Нестабильность выходной частоты определяется отношением суммы нестабильности частот задающих генераторов к разности частот этих генераторов.

Во-вторых, синусоидальный выходной сигнал формируется с участием аналогового интегратора, преобразующего амплитуду синусоидального входного сигнала в длительность импульса.

На участках, соответствующих малому уровню выходного сигнала (в зонах перехода через нуль), преобразование амплитуды в длительность производится с большой погрешностью. В результате форма выходного напряжения в зонах перехода через нуль наиболее сильно влияющих на равномерность вращения двигателя существенно отличается от синусоиды.

Целью изобретения является повышение равномерности вращения электродвигателя.

Поставленная цель достигается тем, что в частотно-регулируемый электропривод с широтно-импульсной модуляцией, содержащий электродвигатель, подключенный к преобразователю, управляющие входы которого соединены с выходами блока модуляции, состоящего из группы однотипных ячеек по две ячейки на каждую фазу электродвигателя и содержащего по два элемента И в каждой ячейке, первые входы которых соединены с соответствующими выходами распределителя импульсов, задающий генератор, соединенный через делитель частоты, двоичный счетчик с распределителем импульсов, введены реверсивный счетчик, преобразователь кода в длительность импульса с прямым и инверсным выходами, а каждая ячейка блока модуляции дополнена элеменпричем первый выход распределителя 9 импульсов соединен с первым входом первого элемента И 4 первой ячейки блока 3 модуляции и с первым входом второго элемента И 4 шестой ячейки блока 3 модуляции, второй выход распный выход — с вторыми входами вторых элементов И 4 всех ячеек блока 3 мония которого соединен с инверсным входом триггера 18. С прямым входом триггера 18 соединен выход переполнения неуправляемого делителя 17 часратора 6 (диаграмма 20 на фиг.2) посреверсивного счетчика 12 периодически

3 1310987 4 том ИЛИ, причем первый вход реверсив- ичного счетчика 8 соединен с вторым ного счетчика соединен с выходом за- входом 19 реверсивного счетчика 12. дающего генератора, а второй вход— Выходы дешифратора 10 объединены пос выходом первого разряда двоичного парно при помощи элементов ИЛИ 11 счетчика, выходы разрядов реверсив- 5 являются выходами распределителя 9 ного счетчика соединены с входами импульсов и соединены с первыми вхопреобразователя кода в длительность дами элементов И 4 блока 3 модуляции, импульса, прямой выход которого соединен с вторыми входами первых элементов И всех ячеек блока модуляции, !О а инверсный выход — с вторыми входами вторых элементов И всех ячеек блока модуляции, выходы элементов И каждой ячейки попарно подключены к входам ределителя 9 импульсов соединен с соответствующих элементов ИЛИ, выходы 15 первым входом второго элемента И 4 которых являются выходами блока мо- первой ячейки и с первым входом пердуляции. вого элемента И 4 второй ячейки блоНа фиг.l,приведен пример структур- ка 3 модуляции и т.д. Прямой выход ной схемы частотно-регулируемого триггера 18 соединен с вторыми вхоэлектропривода с широтно-импульсной 20 дами первых элементов И 4, а инверсмодуляцией; на фиг.2 — диаграммы напряжений и кода в различных точках схемы согласно нумерации точек по дуляции.

I фиг.l. Первый вход реверсивного счетчика

Частотно-регулируемый электропри- 5 12 соединен с выходом задающего гевод содержит трехфазный электродвига- нератора 6, а выходы разрядов ревертель l переменного тока,,преобразова- сивного счетчика 12 соединены с вхотель 2 в виде трехфазного мостового дами соответствующих разрядов управинвертора, блок 3 модуляции, содержа- ляемого делителя 16, выход переполне1 щий шесть однотипных ячеек, в каждую из которых входит по два элемента И 4 и один элемент ИЛИ 5, задающий генератор 6, делитель 7 частоты, двоичный счетчик 8, распределитель 9 импульсов, тоты. Вход последнего непосредственсодержащий дешифратор 10 и шесть эле-35 но, а вход управляемого делителя 16 ментов ИЛИ 11, реверсивный счетчик, частоты через ключ 15 соединены с преобразователь 13 кода в длительность выходом вспомогательного генератора .импульса, содержащий вспомогательный 14. Управляющий вход ключа 15 соедигенератор 14 (частота которого не ме- нен с прямым выходом триггера 18. нее, чем в К раз больше частоты за- Устройство работает следующим обдающего генератора 6), ключ 15, управ- разом. ляемый 16 и неуправляемый 17 делители Выходные импульсы задающего генечастоты, триггер 18 с прямым и инверсным выходами, являющимися выходами ле деления их частоты делителем 7 преобразователя кода в длительность 5 поступают на счетный вход двоичного импульсов. Коэффициент деления дели- счетчика 8. Выход первого разряда теля 17 выбирается равным К. двоичного счетчика 8 (диаграмма 21)

Задающий генератор 6 через преоб- подается на второй вход управления разователь 2 и блок 3 модуляции со- реверсом реверсивного счетчика 12 и единен с электродвигателем 1 двумя 5О периодически меняет направление счепараллельными цепями, одна из которых та (сложение или вычитание) этого состоит из последовательно включенных счетчика. В результате выходной код делителя 7 частоты, двоичного счетчика 8 и распределителя 9 импульсов, а вторая — из последовательно включенных реверсивного счетчика 12 и преобразователя 13 кода в длительность импульса, Выход первого разряда дво

1310987 равляемого делителя 16 и периодически меняет его коэффициент деления от нуля до величины, равной полной емкости управляемого делителя частоты 16 (для конкретности примем ее равной 5 десяти). На вход управляемого делителя 16 частоты поступают импульсы вспомогательного генератора 14 через ключ 15. Ключ 15 открывается каждым импульсом переполнения неуправляемого 10 делителя 17 частоты, коэффициент деления которого постоянен и для конкретности принят равным десяти, устанавливающим триггер 18 в единичное состояние, и закрывается импульсом переполнения управляемого делителя

16 частоты, устанавливающим триггер

18 в нулевое состояние. Каждым импульсом переполнения делителя !7 частоты (в нашем случае через каждые де- 20 сять импульсов вспомогательного генератора 14) триггер 18 устанавливается в единичное состояние и записывается код в управляемый делитель 16 частоты. В зависимости от записанного числа меняется количество импульсов, переполняющих этот делитель. Так, например, если в управляемый делитель

16 записано число, равное единице, то первый же входной импульс приведет к переполнению делителя, выработает импульс переполнения на его выходе и возвратит триггер 18 в нулевое состояние, заперев одновременно ключ

15. В результате время нахождения 35 триггера 18 в единичном состоянии составит десятую долю периода. Если в управляемый делитель 16 записано число, равное двум, то делитель переполнится после прихода двух входных импульсов и относительная длительность выходного импульса триггера 18 будет составлять 0,2, По мере изменения кода на выходе реверсивного счетчика 12 будет менять45 ся длительность импульса на прямом выходе триггера 18 от нуля до длительности, равной периоду, когда реверсивный счетчик 12 работает в режиме сложения, и от полной длительности до нуля, когда реверсивный счетчик 12 работает в режиме вычитания (диаграмма 23). На инверсном выходе триггера

18 длительность импульса меняется по обратному закону (диаграмма 24).

Напряжение с прямого вьгхода триггера 18 поступает на вторые входы первых элементов И 4 всех ячеек блока

3 модуляции, напряжение с инверсного выхода триггера 18 поступает на вторые входы вторых элементов И 4 всех ячеек блока 3 модуляции.

На первые входы элементов И 4 блока 3 модуляции поступают напряжения с выхода распределителя 9 импульсов, причем первое выходное напряжение распределителя импульсов (диаграмма

25), получившееся в результате объединения первым элементом ИЛИ Il напряжений с первого и второго выходов дешифратора 10„ подаются одновременно на первый вход первого элемента

И 4 первой ячейки блока 3 модуляции и на первый вход второго элемента И 4 шестой ячейки блока 3 модуляции. Второе выходное напряжение распределителя импульсов (диаграмма 26), получившееся в результате объединения вторым элементом ИЛИ 11 напряжений с второго и третьего выходов дешифратора 10, подается одновременно на первый вход второго элемента И 4 первой ячейки блока модуляции и на первый вход первого элемента И 4 второй ячейки блока модуляции и т.д,. Выходные напряжения первых и вторых элементов И 4 каждой ячейки объединены при помощи элементов ИЛИ 5 и являются выходными напряжениями блока модуляции.

Рассмотрим процесс формирования выходного напряжения одной из ячеек (например первой) блока 3 модуляции, остальные ячейки работают аналогично.

На отрезке времени .й- б (фиг.2) реверсивный счетчик 12 работает в режиме сложения, его выходной код и длительность импульса на прямом выходе триггера 18 равномерно увеличиваются (диаграммы 22, 23). На первый вход первого элемента И 4 первой ячейки блока 3 модуляции в это время подается единичное напряжение (диаграмма 25), которое разрешает прохождение через этот элемент И 4 импульсов с прямого выхода триггера 18.

Fa первый вход второго элемента И 4 первой ячейки блока модуляции в это время разрешающее напряжение не подается (диаграмма 26), поэтому на отрезке времени ы — 6 на выход первой ячейки блока модуляции проходят импульсы только с прямого выхода триггера 18, длительность которых увеличивается, В результате на выходе пер0987 8

7 131 вой ячейки блока модуляции на отрезке времени > — 6 формируется восходящая часть трапеции (диаграмма 27), длительность импульсов на этом участке.

7 меняется от нуля до длительности, равной периоду, На отрезке времени b e единичное разрешающее напряжение подается одновременно на первые входы первого и второго элементов И 4 первой ячейки блока (диаграммы 25 и 26). Через первую ячейку разрешается прохождение импульсов с прямого выхода триггера

18, длительность которых в это время уменьшается, а через вторую — с инверсного выхода триггера 18, длительность которых увеличивается. В это время на выходе первой ячейки вырабатывается постоянное напряжение, величина которого равна полной амплитуде импульса, так как в любой момент времени одно из входных напряжений (на первой входе первого или второго элемента И 4) равно единице. В резуль тате на выходе первой ячейки на отрезке времени б — а формируется плоская часть трапеции в виде постоянного напряжения (диаграмма 27).

На отрезке времени В- ъ на первый вход первого элемента И 4 первой ячейки блока модуляции разрешающее напряжение не подается (диаграмма 25) и на выход первой ячейки проходят импульсы только с инверсного выхода триггера 18, длительность которых на этом отрезке уменьшается (диаграмма

24). В результате на выходе первой ячейки на отрезке времени Ь вЂ” z Аормируется спадающая. часть трапеции (диаграмма 27), длительность импульсов на этом участке меняется от величины, равной периоду, до нуля.

В оставшуюся часть периода на участках г- д — e — а разрешающие напряжения на первых входах первого и второго элементов И 4 равны нулю (диаграммы 25, 2б), выходное напря1 жение первой ячейки блока модуляции./

50 на этой части периода также равно нулю (диаграмма 27), Аналогично формируются напряжения на выходах остальных ячеек блока 3 модуляции. На выходе второй ячейки вырабатывается напряжение (диаграмма

28), фаза которого сдвинута на 180 относительно выходного напряжения первой ячейки. На выходах третьей и четвертой ячеек вырабатываются два противофазных напряжения (диаграммы

29, 30), сдвинутых относительно первой пары напряжений на )20 . На выходах пятой и шестой ячеек вырабатываются два противофазных напряжения (диаграммы 31, 32), сдвинутых относительно первой пары напряжений на 240 .

После усиления по мощности мостовым инвертором преобразователя 2 трехфазное напряжение в виде импульсных последовательностей с коэффициентом заполнения, меняющимся по трапецеидальному закону, поступает на фазные обмотки двигателя. В результате усреднения импульсного напряжения индуктивным сопротивлением через обмотки каждой фазы двигателя протекает ток, средняя величина которого меняется по трапецеидальному закону пропорционально изменению коэффициента заполнения входного импульсного напряжения.

Выполнение частотно-регулируемого электропривода согласно изобретению обеспечивает формирование многофаэного трапецеидального напряжения, форма которого в зонах перехода через нуль соответствует синосуидальному напряжению, а нестабильность частоты равна нестабильности частоты задающего генератора. Кроме того, в предложенном электроприводе используются только импульсные и цифровые элементы без применения цифроаналоговых преобразователей и аналоговой техники.

Кроме упрощения конструкции, повышения ее надежности и точности, такое построение электропривода обеспечивает простое сочленение с цифровыми управляющими устройствами.

1310987

Редактор Y..Êåëåìåø

Заказ 1900/54 Тираж 061 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий!

13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

ГО

Г1

Р5

Составитель В.Тарасов

Техред И.Попович Корректор А.Обручар