PL163825B1 - Układ sterowania falownikiem napięcia z modulacją szerokości Impulsów zasilającym silnik klatkowy - Google Patents

Abstract

Układ sterowania falownikiem napięcia z modulacją szerokości impulsów zasilającym silnik klatkowy zawierający zadajnik prędkości, blok wartości bezwzględnej, węzły sumacyjne, zadajnik liniowy obrotów, układ ograniczenia prądu, układ ograniczenia napięcia obwodu pośredniczącego, układ korekty częstotliwości i napięcia, generator funkcji, generatory pomocnicze oraz modulatorszerokości impulsów którego wyjścia podłączone są do układu sterowania prądami bez tranzystorów falownika, znamienny tym, że wyjście zadajnika prędkości (ZP) połączone jest z pierwszym wejściem bloku wartości bezwzględnej (BWB), którego wyjście połączone jest z pierwszym wejściem pierwszego węzła sumacyjnego (WS1) zadajnika liniowego (ZL), zaś do trzeciego wejścia pierwszego węzła sumacyjnego (WS1) doprowadzonyjestsygnał korekty (S) z układu częstotliwości i napięcia (UKCZiN) oraz do drugiego wejścia pierwszego węzła sumacyjnego (WS1) doprowadzony jest sygnał wyjściowy (fs*) z wyjścia zadajnika liniowego (ZL), natomiast wyjście pierwszego

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ sterowania falownikiem napięcia z modulacją szerokości impulsów zasilającym silnik klatkowy, zwłaszcza zbudowany w oparciu o tzw. trójfazowy modulator sinusoidalny - PWM-IC firmy Valvo-Philips.

Znany z katalogów firmy Valvo-Philips Integrierte Scholtungen 1988 układ tzw. scalonego trójfazowego modulatora sinusoidalnego -PWM-IC przedstawiony został w tych katalogach wraz z uproszczonym schematem blokowym układu regulacji prędkości obrotowej silnika klatkowego. W opisie tym układ' PWM-IC sterowany jest sygnałami wyjściowymi dwóch generatorów przestrajanych napięciowo (VCO) nazwanych: FCT-Frequency Clock Trigger, VCT-Voltage Clock Trigger. Do wejść układu PWM-IC dołączone są również generatory nieprzestrajane OCT i RCT. Dodatkowe sygnały wejściowe układu PWM-IC określają między innymi: L-start/stop, CW-wybór kierunku wirowania. Wyjścia układu PWM-IC połączone są z elementami półprzewodnikowymi mocy (tyrystorami lub tranzystorami) poprzez układy sterowania prądem bazy lub prądem bramki. Opis analogicznego Opis analogicznego układu wielkiej skali integracji wraz z układem sterowania falownikiem opisany jest w Frequenzumrichter mit sinusbewerteter Pulsdauermolatotion fur die Steuerung 3 phasiger Asynchronomotoren 0...200 Hz, Von H.W.Lutjens·, Feinwerktechnik & Messtechnik, 1980/4, i w polskim zgłoszeniu wynalazku P.277085 p.t. Układ sterowania silnika klatkowego. Przedstawione w tych publikacjach schematy blokowe różnią się stopniem szczegółowości od schematu z katalogu firmy Valvo-Philips. W zgłoszeniu P.277085 przedstawiono dodatkowo przykład rozwiązania i blokową strukturę układu sterującego określanego w katalogu firmy Valvo-Philips jako Analogue Control, a w publikacji Freguenzumrichter mit sinusbewerteter ... jako Analog teil.

163 825

Układ według wynalazku wyróżnia się tym, że wyjście z zadajnika prędkości połączone jest z wejściem bloku wartości bezwzględnej, którego wyjście przyłączone jest do pierwszego wejścia pierwszego węzła sumacyjnego. Wyjście pierwszego węzła sumacyjnego przyłączone jest do wejścia członu proporcjonalnego, którego wyjście przyłączone jest do pierwszego wejścia drugiego węzła sumacyjnego. Wyjście drugiego węzła sumacyjnego przyłączone jest do wejścia członu całkującego, którego wyjście przyłączone jest do drugiego wejścia pierwszego węzła sumacyjnego oraz do wejścia pierwszego generatora przestrajanego napięciem. Wyjście pierwszego generatora przestrajanego napięciem przyłączone jest do pierwszego wejścia układu modulatora szerokości impulsów. Wyjście członu całkującego połączone jest jednocześnie z pierwszym wejściem generatora funkcji, którego wyjście połączone jest z wejściem drugiego przestrajanego napięciowo generatora, którego wyjście przyłączone jest do drugiego wejścia układu modulatora szerokości impulsów. Do trzeciego wejścia pierwszego węzła sumacyjnego przyłączone jest ponadto wyjście z układu korekty częstotliwości i napięcia. Oo drugiego wejścia drugiego węzła sumacyjnego doprowadzony jest sygnał wyjściowy z układu ograniczenia napięcia obwodu pośredniczącego a do trzeciego wejścia tego węzła sumacyjnego z układu ograniczenia prądu. Oo układu ograniczenia napięcia obwodu pośredniczącego doprowadzony jest sygnał, proporcjonalny do napięcia w obwodzie pośredniczącym oraz sygnał z zadajnika maksymalnego napięcia w tym obwodzie. Sygnał proporcjonalny do chwilowej wartości prądu w obwodzie pośredniczącym doprowadzony jest do pierwszego wejścia układu ograniczenia prądu, na którego drugie wejście doprowadzony jest sygnał z zadajnika prądu maksymalnego przy pracy generatorowej, a na trzecie wejście tego układu doprowadzony jest sygnał z zadajnika prądu maksymalnego przy pracy silnikowej. Układ korekty częstotliwości i napięcia posiada dwa wejścia, przy czym, pierwsze wejście przyłączone jest do pierwszego wyjścia układu ograniczenia prądu a drugie wejście przyłączone jest do drugiego wyjścia układu ograniczenia prądu Wyjście układu korekty częstotliwości i napięcia podłączone jest do trzeciego wejścia pierwszego węzła sumującego oraz do drugiego wejścia generatora funkcji. Oo trzeciego wejścia układu modulatora szerokości impulsów dołączone jest pierwsze wyjście układu zmiany kierunku obrotów, który posiada pierwsze wejście przyłączone do wyjścia zadajnika prędkości oraz drugie wejście przyłączone do wyjścia zadajnika liniowego. Orugie wyjście z układu zmiany kierunku obrotów doprowadzone jest do wejścia zerującego bloku wartości bezwzględnej. Czwarte wejście układu modulatora szerokości impulsów połączone jest do wyjścia układu logiczno-czasowego kontrolującego wartości wybranych parametrów układu, (np. stan napięć w sieci, w obwodzie pośredniczącym, temperatury elementów itp).

Zgodnie z wynalazkiem uzyskano prosty obwód sterowania silnikiem, zapewniający płynną zmianę częstotliwości i amplitudy pierwszej harmonicznej napięcia wyjściowego falownika. Kształt prądu silnika zbliżony jest do sinusoidalnego a strumień w stojanie, niezależnie od częstotliwości napięcia wyjściowego falownika jest w przybliżeniu stały. Zmiana kierunku obrotów dokonywana jest na drodze elektronicznej. Układ sterowania zapewnia kontrolę maksymalnego prądu silnika a także momentu w stanie pracy silnikowej i generatorowej. Kontrolowana i ograniczana jest wartość napięcia obwodu pośredniczącego. Korekcja napięcia i częstotliwości umożliwia uzyskanie sztywnych charakterystyk mechanicznych bez stosowania sprzężenia zwrotnego prędkościowego. Przedstawiony układ sterowania, wraz z układem logiczno-czasowym gwarantuje pewną pracę układu napędowego, a w szczególności odporność na przeciążenie przy pracy silnikowej oraz generatorowej i na niewłaściwe wartości napięcia obwodu pośredniczącego.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, który przedstawia schemat blokowy układu.

Napięciowy sygnał n , zadający prędkość wirowania silnika, o polaryzacji zgodnej z zadanym kierunkiem obrotów silnika, podawany jest na wejście bloku wartości bezwzględnej BWB. Wyjście z bloku BWB przyłączone jest do wejścia tzw. zadajnika liniowego ZL złożonego z węzłów sumujących WS1 i WS2, członu proporcjonalnego CP oraz członu całkującego CC. Blok ZL «

umożliwia regulację szybkości zmian sygnału napięciowego fs na jego wyjściu. W stanie ustalonym sygnał wyjściowy fs bloku ZL proporcjonalny jest do sygnału |n | na wejściu tego bloku, powiększonego o sygnał s z układu korekty częstotliwości i napięcia UKCZiN. Sygnał s proporcjonalny jest w przybliżeniu do poślizgu silnika. Proporcjonalność między sygnałem wyjściowym fs bloku ZL a sumą jego sygnałów wejściowych | n | oraz s zachowana jest tylko

163 825 wtedy, gdy sygnały ONOP (ograniczenie napięcia obwodu pośredniczącego) oraz OP (ograniczenie prądu) są równe zeru. Sygnał wyjściowy fs członu ZL steruje częstotliwością generatora GPN1. Uzyskuje się w ten sposób proporcjonalną zależność między sygnałem fs a częstotliwością harmonicznej podstawowej napięcia wyjściowego falownika. Sygnał fs podawany jest również na pierwsze wejście generatora funkcji GF, którego wyjście poprzez generator GPN2 steruje wartością napięcia wyjściowego falownika tak, aby uzyskać żądany, nieliniowy przebieg ilorazu napięcia i częstotliwości wyjściowej u/f falownika. Do drugiego wejścia generatora funkcji GF doprowadzony jest także sygnał s powodujący korektę charakterystyki u/f. W przypadku, gdy prędkość obrotowa silnika jest większa od prędkości synchronicznej (praca generatorowa), następuje przekazywanie energii od silnika do obwodu pośredniczącego i wzrost napięcia w tym obwodzie. Jeżeli wartość sygnału Ud (proporcjonalna do napięcia w obwodzie pośredniczącym) przekroczy wartość Udmax, nastawioną zadajnikiem napięcia maksymalnego ZNM, wówczas sygnał ONOP różny jest od zera. Sygnał ONOP z układu UONOP podany jest na drugie wejście węzła sumacyjnego WS2 i powoduje korektę prędkości zmian sygnału fs (lub wartości sygnału fs ) tak, by hamowanie było mniej intensywne. Wówczas napięcie w obwodzie pośredniczącym ulegnie «

obniżeniu. Prędkość zmian sygnału fs (lub jego wartość) może być korygowana także sygnałem ograniczenia prądu OP (sygnałem wyjściowym układu ograniczenia prądu UOP). Na pierwsze wejście układu UOP podawany jest sygnał id proporcjonalny do wartości chwilowej prądu w obwodzie pośredniczącym. Układ UOP identyfikuje stan pracy maszyny (silnikowa lub generatorowa) oraz wytwarza sygnał proporcjonalny do amplitudy prądu w obwodzie pośredniczącym.

Informacja o stanie pracy maszyny oraz sygnał proporcjonalny do amplitudy prądu w obwodzie pośredniczącym podawane są na wejścia układu korekcji- częstotliwości i napięcia UKCZiN. Jednocześnie układ UOP wyznacza przybliżoną wartość prądu wyjściowego falownika (prądu silnika). W przypadku, gdy wyznaczony w układzie UOP sygnał proporcjonalny do prądu silnika posiada wartość większą niż Im-ogr przy pracy silnikowej, sygnał OP jest niezerowy *

posiada taką wartość, że następuje zmniejszenie wartości sygnału fs lub prędkości nara♦ stania sygnału fs . W przypadku, gdy oszacowany w układzie UOP prąd silnika posiada wartości większe niż Ig-ogr przy pracy generatorowej, sygnał OP jest niezerowy i posiada taką wartość, że następuje zmniejszenie prędkości opadania sygnału fs lub zwiększenia wartości sygnału *

fs . Oba te przypadki prowadzą do zmniejszenia prądu silnika poniżej wartości prądów ograniczenia Im-ogr, Ig-ogr. Znak sygnału n na wyjściu układu UZKO określa zadany kierunek wirowania silnika. W przypadku gdy znak sygnału n uległ zmianie, układ UZKO zeruje sygnał |n | na wejściu bloku wartości bezwzględnej BWB. Stan ten trwa do chwili osiągnięcia przez sygnał fs wartości równej zeru. Wówczas następuje przepisanie informacji o zadanym kierunku obrotów na wejście CW układu PWM-IC.

163 825

163 825

Τ1-Τ6 | USPB

PWM-IC

CJ

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 10 000 zł

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Układ sterowania falownikiem napięcia z modulacją szerokości impulsów zasilającym silnik klatkowy zawierający zadajnik prędkości, blok wartości bezwzględnej, węzły sumacyjne, zadajnik liniowy obrotów, układ ograniczenia prądu, układ ograniczenia napięcia obwodu pośredniczącego, układ korekty częstotliwości i napięcia, generator funkcji, generatory pomocnicze oraz modulator szerokości impulsów, którego wyjścia podłączone są do układu sterowania prądami baz tranzystorów falownika, znamienny tym, Ze wyjście zadajnika prędkości (ZP) połączone jest z pierwszym wejściem bloku wartości bezwzględnej (BWB), którego wyjście połączone jest z pierwszym wejściem pierwszego węzła sumacyjnego (WS1) zadajnika liniowego (ZL), zaś do trzeciego wejścia pierwszego węzła sumacyjnego (WS1) doprowadzony jest sygnał korekty (s) z układu korekty częstotliwości i napięcia (UKCZiN) oraz do drugiego wejścia pierwszego węzła sumacyjnego (WS1) doprowadzony jest sygnał wyjściowy (fs ) z wyjścia zadajnika liniowego (ZL), natomiast wyjście pierwszego węzła sumacyjnego (WS1) połączone jest z wejściem członu proporcjonalnego (CP), którego wyjście przyłączone jest do pierwszego wejścia drugiego węzła sumacyjnego (WS2), przy czym do drugiego wejścia drugiego węzła sumacyjnego (WS2) dochodzi sygnał wyjściowy z układu ograniczenia napięcia obwodu pośredniczącego (UONOP) a do trzeciego wejścia drugiego węzła sumacyjnego (WS2) doprowadzony jest sygnał wyjściowy z układu ograniczenia prądu (UOP), zaś wyjście drugiego węzła sumacyjnego (WS2) połączone jest z wejściem członu całkującego (CC), którego sygnał wyjściowy (fs ) podawany jest na wejście generatora (GPN1) oraz na pierwsze wejście generatora funkcji (GF), na którego drugie wejście dochodzi sygnał korekty (s), a wyjście generatora funkcji (GF) połączone jest z wejściem generatora (GPN2).
2. 2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, Że do wyjścia zadajnika prędkości (ZP) przyłączone jest pierwsze wejście układu zmiany kierunku obrotów (UZKO), którego drugie wejście podłączone jest do wyjścia zadajnika liniowego (ZL), zaś wyjście układu zmiany kierunku obrotów (UZKO) przyłączone jest do dodatkowego wejścia bloku wartości bezwzględnej (8W8), zerującego sygnał (|n | ) oraz do wejścia (CW) modulatora szerokości impulsów (PWM-IC).

   * * *