Устройство раздельного управления вентильными группами преобразователя частоты для асинхронного электропривода

Устройство раздельного управления вентильными группами преобразователя частоты для асинхронного электропривода

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к управлению непосредственными преобразователями частоты, питающими асинхронные электроприводы. Цель изобретения - повышение энергетических показателей электроподвода за счет снижения колебания тока и момента асинхронного двигателя в пусковых режимах частичной нагрузки близкой к холостому ходу. RS-триггер 3 запускается сигналами от элементов задержки 11, 12, запускаемых через элементы И-НЕ 4, 5 по сигналам датчика 6 состояние вентилей. Выходные сигналы элементы 1 и 2 задержки, проходя через переключающий элемент 13, обеспечивают работу преобразователя частоты в "следящем" режиме работы в соответствии с состоянием вентильных групп. В пусковых режимах переключают управление преобразователя на программный режим работы с фиксированными углами управления, которые задаются комбинационной схемой на элементах НЕ 23 - 28, И-НЕ 29 - 36 и НЕ 18 - 20. Выбор угла управления осуществляется по сигналу датчика 14 активного тока нагрузки, пороговыми элементами 15 - 17, а синхронизация осуществляется от задающего генератора 21 и сдвигового регистра 22. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 02 М 5/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЦТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4419216/24-07 (22) 04.05 ° 88 (46) 23.02.90, Вюл. 11 - 7 (71) Научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт силовой полупроводниковой техники (72) .Г.И.Громов и В.Ф.Граилин (53) 621.316.727(088.8)

{56) Бизиков В,А., Обухов С.Г.,Чаплыгин Е.Е. Управление непота .редственными преобразователями частоты. — N.

Энергоатомиздат, 1985, с. 95-96.

Авторское свидетельство СССР

N - 1339816, кл. Н 02 N 5/22, 1986.

„„80„„15453О5 А1

2 (54) УСТРОЙСТВО РАЗДЕЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЬНЬ111И ГРУППАИИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ ДЛЯ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА (57) Изобретение относится к электротехнике, а именно к управлению непосредственными преобразователями частоты, питающими асинхронные электроприводы. Цель изобретения - повышение энергетических, показателей электроподвода за счет снижения колебания тока и момента асинхронного двигателя в пусковых режимах частичной нагрузки, близкой к холостому ходу. RS-триггер

3 запускается сигналами от элементов

3 1545305 4 задержки 11 12, запускаемых через элементы И-HE 4, 5 по сигналам датчика 6 состояние вентилей. Выходные сигналы элементов 1 и 2 задержки, 5 проходя через переключающий элемент

13, обеспечивают работу преобразователя частоты в следящем режиме работы в соответствии с состоянием вентильных групп. В пусковых режимах. переключают управление преобразоваИзобретение относится к электротехнике, а именно к управлению непосредственными преобразователями частоты, питающими асинхронные электроприводы. 20

Цель изобретения — повышение э не р" гетнческих показ ателей электропривода за счет снижения колебания тока и момента асинхронного двигателя в пусковых режимах и режимах частичной 25 нагрузки, близкой к холостому ходу.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 и 3 - временные диаграммы, поясняющие его работу, ЗО

Функциональная схема устройства раздельного управления вентильными группами преобразователя частоты для асинхронного электропривода (фиг. 1) содержит первый и второй элементы .и 2 задержки фронта импульса, входы которых соединены с прямым и инверсным выходами соответственно RS-триггера 3, первый и второй элементы И-НЕ

4 и 5, первый вход первого элемента 40

И-НЕ 4 предназначен для подключения к источнику сигнала, разрешающего формирование положительного U полупериода выходного напряжения, первый вход второго элемента И-НЕ 5 предназ- 45 начен для подключения к источнику сигнала, разрешающего формирование отрицательного Uz полупериода выходного напряжения, вторые входы первого и второго элементов И-НЕ 5 и 4 соеди- >0 иены между собой и подключены к выходу элемента ИЛИ 6, входы которого предназначены для подключения к датчикам состояния вентилей фазы преобразователя ° Выход первого элемента И

7 подключен к S-входу RS-.òðèããåðà 3.

Выход второго элемента И 8 подключен к R-входу RS-триггера, к выходам которого подключены входы элементов теля на программный режим работы с фиксированными углами управления, которые зацаютсся ко,1бинационной схемой на элементах HE 23-28, И-НЕ 2936 и НЕ 18-20, Выбор угла управления осуществляется по сигналу датчика 14 активного тока нагрузки, пороговыми элементами 15-17, а синхронизация осуществляется от задающего генератора 21 и сдвигового регистра 22, 3 ил.

И-НЕ 9 и 10, выход первого элемента

И-HE 4 подключен к входу первого элемента 11 задержки спада импульса и второму входу элемента И-НЕ 10, а выход второго элемента И-HE 5 подключен к входу элемента 12 задержки спада импульса и второму входу элемента И-НЕ 9. Первые входы элементов

И 7 и 8, подключены соответственнс к выходам элементов И-НЕ 9 и 10 а вторые входы — к выходам первого v, второго элементов задержки спада импульса 11 и 12.

Устройство дополнительно снабжено переключающим элементом 13, датчиком

14 активного тока нагрузки, первым

15, вторым 16, третьим 17 пороговыми элементами, первым 18, вторым 19, третьим 20 элементами НЕ, задающим генератором 21, регистром 22 сдвига, третьим 23, четвертым 24, пятым 25, шестым 26. седьмым 27 и восьмым 28 элементами задержки фронта импульса, пятым 29, шестым 30, седьмым 31, восьмым 32, девятым 33, десятым 34, одиннадцатым 35 и двенадцатым 36 элементами И-НЕ, причем выход датчика

14 активного тока подключен к входам первого 15, второго 16, третьего 17 пороговых элементов, выход первого порогового .элемента 15 подключен к входу первого элемента НЕ 18 и вторым входам пятого 29 и шестого 30 элементов И-НЕ, выход второго порога. вого элемента 16 подключен к входу второго элемента НЕ 19 и вторым входам седьмого 31 и восьмого 32 элеменTos И-НЕ, выход третьего порогового элемента 17 подключен к входу третьего элемента НЕ 20 и управляющему входу переключающего элемента 13, выход первого элемента HE 18 подключен к первым входам девятого 33 и десятого

34 элементов И-НЕ, выход второго

5 254 элемента HE 19 подключен к первым входам пятого 29 и шестого 30 элемен. тов И-НЕ, выход третьего элемента HE

20 подключен к первым входам седьмого 31 и восьмого 32 элементов И-НЕ, выходы пятого 29, седьмого 31 и девятого 33 элементов И-НЕ подключены соответственно к второму, третьему и первому входам одиннадцатого элемента И-НЕ 35, выходы шестого 30, восьмого 32 и десятого 34 элементов И-HE подключены соответственно к второму, третьему и первому входам двенадцатого элемента И-НЕ 36, выход одиннадцатого элемента И-НЕ 35 подключен к первому входу (Вl) переключающего элемента 13, второй (В2) вход переключающего элемента 13 подключен к выходу первого элемента 1 задержки фронта импульса, третий вход (ВЗ) переключающего элемента 13 подключен к выходу двенадцатого элемента И-НЕ

36, четвертый вход (В4) переключающего элемента 13 подключен к выходу второго элемента задержки фронта импульса 2, выход задающего генератора 21 подключен к входу сдвигающего регистра 22, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестсГи выходы регистра 22 сдвига подключены соответственно к входам третьего 23, четвертого 24, пятого 25, шестого 26, седьмого 27 и восьмого 28 элементов задержки фронта импульса, выход третьего элемента 23 задержки фронта им пульса подключен к второму входу девятого элемента И-НЕ 33, выход четвертого элемента 24 задержки фронта импульса подключен к третьему входу пятого элемента И-НЕ 29, выход пятого элемента 25 задержки фронта импульса .подключен к третьему входу седьмого элемента -HE 31 выход шестого элемента 26 задержки фронта импульса подключен к второму входу десятого элемента И-HE 34, выход седьмого элемента 27 задержки фронта импульса подключен к третьеиу входу шестого элемента И-НЕ 30, выход .восьмого элемента 28 задержки фронта импульса подключен к третьему входу восьмого элемента И-НЕ 32.

Устройство работает следующим образом, В момент пуска преобразователя, который может осуществляться, напри мер, снятием блокировки с выходных усилителей системы управления, пере5305 6 ключающий элемент 13 находится в

1 состоянии, когда его выходы (В 5 и В 6) подключены к входам (Вl и ВЗ) (фиг. 1). В этот момент времени отсутствует сигнал с выхода датчика 14 тока и на выходах пороговых элементов

15 — 17 присутствует сигнал логического нуля.

Обычно начальное значение угла фа зового сдвига основных гармоник напряжения и тока определяют по вектор2 ой диаграмме асинхронного двигателя при неподвижном роторе. Для большин15 ства машин нормального исполнения этот угол составит 50-65 эл. град. С повышением частоты вращения увеличивается активная мощность на валу двигателя и соответственно уменьшается сдвиг между основными гармониками напряжения и тока. Передний фронт сигнала на включение вентильной группы (сигнала раздельного управления) смещают относительно переднего фронта модулирующей функции напряжения уп-. равления и на величину сдвига основных гармоник напряжения и тока, кроме тоro, передний фронт сигнала раздельного управления задерживают на время, необходимое для затухания тока в работающей вентильной группе и восстановления запирающих свойств приборов. В момент включения привода задают фиксированное значение сдвига переднего фронта сигнапа раздельного управления относительно переднего фронта модулирующей функции напряжения управления преобразователя частоты, равное углу фазового сдвига основных гармоник напряжения и тока асинхронного двигателя при неподвижном роторе (в нашем случае равную

60 эл. град.). Фиксированные значения угла фазового сдвига задают пропорционально величине мощности нагрузки, пороговыми элементами 15 - 17, В рассматриваемом случае задается три фиксированных значения угла сдвига, равные 60, 45 и 30 эл. град. для катодной и анодной групп вентилей.

Следует отметить, что задающий генератор 21 жестко синхронизирован с генератором модулирующей функции напряжения управления (ГФИ), На первом, втором и третьем выходах регистра 22 сдвига присутствуют сигналы раздельного управления для катодной группы вентилей, передний фронт которых сдвинут относительно переднего фронта

1545305 модулирующей функции напряжения управления соответственно на 60, 45 и 30 эл. грцц. (фиг. 2), На четвертом, пятом, шестом выходах элемента

22 присутствуют сигналы раздельного управления анодной группой вентилей, передний фронт которых сдвинут соответственно на 60, 45 и 30 эл. град, относительно фронта модулирующей 10 функции напряжения управления (фиг,2).

Элементы 23-27 обеспечивают задержку переднего фронта сигналов раздельного управления катодной и анодной вентильпых групп преобразователя (фиг.2) 15

«а время, необходимое для восстанов ления запирающих свойств, например, для тиристоров массовых серий оно составляет 150-200 мкс, Таким образом, в момент пуска 20 электропривода, когда отсутствует сигнал с датчика тока на входы (Âl и ВЗ) элемента 13 поступают сигналы с начальным сдвигом сигнала раздель" ного управления относительно переднего фронта сигнала модулирующей функции напряжения управления, равным 60 эл. град. (с первого и четвертого выходов элемента 22). Прохождение этих сигналов через элементы 33 30 .и 34 осуществляется при наличии сигнала "Логическая единица", поступающего с выхода элемента HE 18. Уровень порогов срабатывания элементов 15-17 определяет дискретное изменение значения угла фазового сдвига (60, 45 и 30 эл.град.) в зависимости от нагрузочной характеристики электропривода, При срабатывании первого порогово- 40 го элемента 15 (на его выходе появляется сигнал логической единицы) снимается блокировка с вторых входов элементов. 29 и 30, а через элемент

НЕ 18 производится блокировка сигна- 45 лов логического нуля элементов 33 и 34. С выходов элементов 29 и 30 через элементы 35 и 36 íà (Вl и ВЗ) входы элемента 13 подаются сигналы раздельного управления с фазовым уг- 50 лом сдвига равным 45 эл.град. В дальнейшем при достижении выходного сигнала с датчика 14 активного тока значения порога срабатывания элемента 16 происходит его переключение (на его выходе появляется сигнал логической единицы). Сигнал логического нуля с выхода элемента НЕ 19 блокирует первые входы элементов 29 и 30, в то же время снимается блокировка с первых входов элементов 31 .и 32 и на входы (Вl и В3) элеь ента 13 подаю. ся сигналы раздельного управления с фазовым углом сдвига, равным 30 эл. град, При достижении выходного сигнала с датчика 14 активного тока порога срабатывания элемента 17 происхоцит его переключение (на выходе элемента

17 появляется сигнал логической единицы). Сигнал логической единицы переключает элемент 13 по управляющему входу в состояние, когда его выходы (55 и Вб) подкпючены к входам (В2, и (В4), Сигнал логического нуля с выхода элемента НЕ 20 блокирует эле-менты 31 и 32 по первым входам. Таким образом, при срабатывании эпемента 17 происходит переключение устройства в "следящий" режим работы, который осуществляется с помощью информации о состоянии вентильных групп, снимаемой с датчиков состояния вентилей, поступающей на входы элемента

ИЛИ 6.

Пусть в момент времени t напряжение на выходе элемента ИЛИ 6 равно логическому нулю (кривая С .„ц,, фиг.3), т.е. датски состояния вентилей фиксируют проводящее состояние вентиля в какой-либо фазе преобразователя.

При этом на первом входе третьего элемента -HE 9 присутствует сигнал логической единицы, разрешающий формирование положительного полупериода выходного напряжения преобразователя (кривая Up, фиг, 3), а на первом входе четвертого элемента И-НЕ 10 присутствует сигнал логического нуля, RS-триггер 3 находится в состоянии, когда на прямом выходе присутствует сигнал логического нуля, а на инверсном — единицы (кривые 30 и 3(7, фиг, 3), на выходе элемента l сигнал

"Логический нуль", а на выходе элемента 2 — "Логическая единица", т.е. разрешается формирование отрицательного полупериода выходного напряжения пр еоб р аз ов ателя .

Пусть в момент t ток на выходе преобразователя (кривая 1 „„„фиг. 3) станет равным нулю, тогда на выходе элемента ИЛИ б напряжение равно логической единице, а на выходе элемента И-HE 4 - логическому нулю.

Напряжение с выхода элемента И-HE

4 поступает на вход элемента ll и:на второй вход элемента 10, Элемент 11

15453 прои водит задержку спада импульса с выхода элемента 4 на время tjgq = (кривая 11,„, фиг ° 3) . В момент времени t> происходит переключение RS-триггера 3 по входу спадом импульса с выхода элемента И 7, при этом 1Ю-триггер 3 устанавливается в состояние, когда S=O, R=l 0=1 Q=O

После переключения RS-триггера 3 на выходе элемента И-НЕ 9 образуется сигнал логического нуля, который, поступая на вход элемента 7, вызывает в свою очередь появление на выходе последнего,также сиги ал логическо го нуля, который, поступая на Б-вход триггера 3, блокирует сигнал помехи, Сигнал логического нуля с прямого выхоца триггера 3 поступает на вход элемента 1, который производит за- 20 держку импульса на время t>,A = 4-t (кривая 1 ц„, фиг. 3) . В момент времени „на выходе элемента 1 образуется сигнал логической единицы, разрешающий формирование положительно го 25 полупериода выходного напряжения преобразователя. В результате на выходе преобразователя появляется ток и логический сигнал с выхода элемента

ИЛИ 6 приобретает нулевое значение. 30

В момент t снимается блокировка с элемента 7, так как на выходе элемента 9 образуется сигнал логической единицы.

Начиная с момента tq RS-триггер 3 находится в режиме хранения информации (Б=Е=1) и подготовлен к переключению по R-входу.

В момент времени te RS-триггер 3 по R-входу переключается спадом импульсов с выхода элемента 8 во второе устойчивое состояние, когда Б=l, R=0, Q=0, 0=1. После переключения RS-триггера 3 сигнал логического нуля с выхода элемента 10, поступая на вход элемента 8, блокирует сигнал помехи ло R-входу, Сигнал логической единицы с инверсного выхода RS-триггера 3 (кривая 2,„, фиг. 3) поступает на вход элемента 2, который производит задержку импульса на время ь °

3 момент времени t на выходе элемента 2 появляется сигнал логической единицы разрешающий формирование от- рицательного полупериода выходного напряжения преобразователя.

В дальнейшем работа устройства в

"следящем" режиме протекает аналогич05 l0 но рассмотренному. блокировка выходных сигналов триггера 3 во время установки его в каждое из двух устойчивых состояний исключает ложные срабатывания RS-триггера 3 в момент времени t — t, что в сочетании с примененной ьременной селекцией входных импульсов элементами 1 1 и 12 задержки спада импульса обеспечивает высокую помехозащищенность устройства в следящем" режиме.

Применение предлагаемого устройства, обеспечивающего комбинацию программного и "следящего" режимов работы, наиболее рационально в электроприводах с вентиляторной характеристикой, например, насосных агрегатов, В таких приводах, где на низких и средних частотах вращения имеется нагрузка, близкая к холостому ходу (существенный фазовый угол сдвига между основными гармониками напряжения и тока), целесообразно использовать предложенное устройство в программном режиме с фиксированным значением угла сдви. га и последующим переключением его е максимального значения при пуске

,(60 эл, град.) на меньшие значения дискретно с шагом, например, 15 или

20 эл.град, При увеличении мощности на валу двигателя, например 0,5

0,6 Р„о„ осуществляют перевод устройства в "следящем" режиме работы, при котором обеспечивается работа преобразователя с минимальным значением бестоковой паузы между вентильными группами. Таким образом, применение предлагаемого устройства раздельного управления вентильными группами преобразователя частоты для асинхронного электропривода позволяет повысить энергетические показатели электропривода за счет снижения колебания тока и момента асинхронного двигателя в пусковых режимах и режимах частичной нагрузки, близкой к холостому ходу.

Формула изобретения

Ф

Устройство раздельного управления вентильными группами преобразователя частоты для асинхронного электропривода, содержащее первый и второй элементы задержки фронта импульса, входы которых соединены с прямым и инверсным выходами RS-триггера соответственно, первый и второй элементы -HE первый вход первого элемента И-НЕ

1545305

12 предназначен для подключения к источ- HE и вторым входам пятого и шестого нику сигнала, разрешающего формирова- элементов И-НЕ, выход второго лоро -оние положительного полупериода выход- вого элемента подключен к входу втоного напряжения, первый вход второго рого элемента HE и вторым входам седь5 элемента И-HE предназначен для под- мого и восьмого элементов И-НЕ, выход ключения к источнику сигнала, разре- третьего порогового элемента подклюшающего формирование отрицательного чен к входу третьего элемента HE u полупернода выходного напряжения, управляющему входу переключающего

Вторые входы пеРвого и второго зле- 1{) элемента, выход первого элемента HE

Ментов И-НЕ соединены между собой и подключен к первым входам девятого

Подключены к выходу элемента ИЛИ, и десятого элементов И-НЕ, выход втоВходы котоРого нредназначены для под- рого элемента HE подключен к первым

Ключения к выходам датчиков состоя- входам пятого и шестого элементов ния вентилей фазы преобразования, )y И-НЕ, выход третьего элемента НЕ подйервый и второй элементы И, третий лючен к первым входам седьмого и

И четвеРтый элементы И-НЕ и пеРвый и (восьмого элементов И-НЕ, выходы пятоВторой элементы задержки спада им- . го, седьмого и девятого элементов

Вульса, причем первый вход третьего НЕ подключены соответственчо к вто

Ьлемента И-НЕ подключен к прямому 20 ому, третьему и первому входам одинВыходу RS-триггера, а выход - к пер надцатого элемента И-НЕ, выходы шестому входу первого элемента И, втотого, восьмого и десятого элементов

Рой вход котоРого поДключен к выходу И-НЕ подключены соответственно к втоВервого элемента задержки спада имрому, третьему и первому входам две Ьульса, выход пеРвого элемента И под- 25 надцатого элемента И-НЕ, выход один- Ключен к 8-входУ RS-тРиггеРа, пеРвый надцатого элемента И-НЕ подключен к вход четвертого элемента И-НЕ rroA- первому входу переключающего элеменКлючен K ниверсному выходу RS три ге та, второй вход переключающего эле Ра, а выхоД - к первому вхоДУ второгО мента подключен к выходу первого элеЭлемента И, второй вход которого поД- ЗО мента задержки фронта импульса, треКлючен к выхоДУ втоРого элемента эа- тий вход переключающего элемента подДержки спада импульса, выхоД втоРого ключен к выходу. двенадцатого элеменэлемента И подключен к R-входу RS1 та И-НЕ четвертый вход переключаюФ триггера, выход первого элемента И-НЕ. щего элемента подключен к выходу втойодключен к входу первого элемента рого элемента задержки фронта импульзадержки спадй ймпульса и второму вхо- са, выход задающего генератора под4у четвертого элемента И-НЕ, а выход ключен к входу регистра сдвига, перВторого элемента H-НЕ подключен к Вый, второй, третий, четвертый, пятый входу второго элемента задержки спада и шестой выходы регистра сдвига подИмпульса и второму входу третьего ° 40 ключены соответственно к входам треэлемента И-НЕ, о т л и ч а ю щ е- тьего, четвертого, пятого, шестого, е с я тем, что, с целью повышения седьмого и восьмого элементов задержэнергетических показателей электро- ки фронта импульса, выход третьего привода, оно снабжено переключающим элемента задержки фронта импульса элементом, датчиком активного тока 4 подключен к второму входу девятого нагрузки первым, вторым и третьим эЯемента И-НЕ, выход четвертого элепороговыми элементами, первым, вторым мента задержки фронта подключен к

М третьим элементами НЕ, задающим третьему входу пятого элемента И-НЕ, генератором, регистром сдвига, тре- выход пятого элемента задержки фронта тьим, четвертым, пятым, шестым, седь- щ импульса подключен к третьему входу мым, BocbMhlM элементами задержки седьмого элемента И-НЕ, выход шестого фронта импульса, пятым, шестым, седь- элемента задержки фронта импульса мым, восьиим, девятым, десятым, один- подключен к второму входу десятого надуатым и двенадцатым элементами элемента И-НЕ, выход седьмого злемен l

И-НЕ> причем выход датчика активного та задержки. фронта импульса подключен тока подключен к входам первого, вто" к третьему входу шестого элемента рого и третьего пороговых элементов, И-НЕ, выход восьмого элемента задержвыход первого порогового элемента ки фронта импульса подключен к треподключен к входу первого элемента тьему входу восьмого элемента И-НЕ.! 545305

Up y

Йип. 8р.

И 3и.1 ,й 8их.Г

22йи.д

И й!л

Ми

ОЬл и яноди.ар ь

n t .å

Ела. f

ЧЬИ

Ур

Ь вайа

khan

5йл

15е М

Nsg

Ийа и

И

7йа

Ng

4@.

Оь@

: L)typal