ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ТРЕХФАЗНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Полезная модель относится к преобразовательной технике и может быть использована для частотного управления электроприводом в различных областях техники.
Известны преобразователи, в схемах которых использованы тиристоры и большое количество управляющих ключей, что усложняет конструкцию преобразователя, ограничивает область применения и повышает себестоимость.
Известен, например, трехфазно-трехфазный непосредственный преобразователь частоты, содержащий три основных трехфазных моста на полностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью, а также систему управления, включающую в себя последовательно связанных между собой задающий генератор и блок распределения импульсов, выполненный, например, на основе последовательно включенных шестиразрядного кольцевого регистра и логического узла на шести двухвходовых логических элементах или на шести двухвходовых логических элементах 2И (А.с. СССР №1292138, опубл. 23.02.87 г.).
Наиболее близким, принятым за прототип, является интеллектуальный IGBT силовой модуль Mitsubishi Electric (Воронин П.А. "Силовые полупроводниковые ключи: семейства, характеристики и применение", Москва, издательский дом "Додэка-ХХI" 2001 г.) для компактного высоконадежного и экономичного регулируемого привода электродвигателей промышленного (380 В) и бытового (220 В) назначения, в котором использована схема подключения трехфазных двигателей по типу "треугольник" без общего привода, что усложняет построение и архитектуру силовых модулей, кроме того, ограничивает область их применения.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является расширение функциональных возможностей преобразователя частоты вращения трехфазных двигателей.
Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей преобразователя за счет построения его опорного напряжения по типу цифро-аналогового преобразователя синуса, в котором сдвиг 120° между блоками осуществляется также цифровыми методами.
Технический результат достигается тем, что преобразователь частоты вращения трехфазных двигателей, включающий источник питания, источник опорного напряжения, преобразователь напряжения в частоту, генератор, делитель дешифратор, согласно полезной модели, дополнительно содержит три блока однофазных преобразователей, каждый из которых состоит из двух ключей положительной и отрицательной части формирования и одного импульсного стабилизатора, который работает от генератора на 100 кГц на обе части синуса +180° и -180° за счет блокировок управляющих ключей при переходе с положительной части синуса на отрицательную, при этом подключение преобразователя к трехфазному двигателю производится одним общим приводом по типу "звезда".
Между отличительными признаками и достигаемым техническим результатом существует следующая причинно-следственная связь.
Построение опорного напряжения на цифро-аналоговом преобразовании синуса, за счет включения в схему трех блоков однофазных преобразователей, расширяет функциональные возможности преобразователя из-за возможности управлять им как в цифровой так и в аналоговой форме, что позволяет производить замену механических приводов в легковых автомобилях на трехфазный электропривод, применять его в приводе электромобилей, станков ЧПУ и т.д.
Заявляемый преобразователь иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 представлена блок-схема преобразователя, на фиг.2 - принципиальная схема, на фиг.3 - диаграммы значений напряжений, на фиг.4 - структурная схема блока однофазного преобразователя.
Преобразователь частоты вращения трехфазных двигателей состоит из источника питания 1 (фиг.1) электрической схемы +15В -15В, источника опорного напряжения 2, преобразователя напряжения в частоту 3, генератора 4 на 100 кГц,
делителя дешифратора 5, трех блоков однофазных преобразователей 6, 7, 8, каждый из которых состоит из двух ключей положительной и отрицательной части формирования и одного импульсного стабилизатора, который работает на обе части синуса +180° и -180° за счет блокировок управляющих ключей при переходе с положительной части синуса на отрицательную. Регулировка выходного напряжения преобразователя блоков 6, 7, 8 (фиг.1) выполнена синхронно.
Взаимодействие элементов показано на блок-схеме (фиг.1) и принципиальной схеме (фиг.2).
Источник питания 1 электрической схемы +15В -15В подключен к шинам +15В -15В питания электронной схемы, далее от шин к элементам аналоговым, на обозначении которых есть выводы +U и -U, из этого следует, что напряжение идет на +15В и на -15В (С; 15) (фиг.2).
Для цифровых микросхем вывод общий -8 +U и -16 (для ИС в корпусе 238.16-1);
Общий -7, +U -14 (для ИС в корпусе 201.14-1). Сам же трансформатор подключается к одной из фаз нулевым проводом (фиг.2).
Выход источника опорного напряжения 2 с эмиттера КТ 315Г идет на переменный делитель напряжения с ручным управлением (фиг.2) соответственно эмиттер (А; 08) на делитель напряжения (В; 12).
Преобразователь напряжения в частоту 3 (фиг.1) с регулировкой входного напряжения своим выходом, на котором сформирована частота соответственно выставленного значения напряжения на входе, имеет форму меандра, осциллограмма 1 (фиг.3), далее поступает на вход делителя-дешифратора 5 (фиг.1) он также взаимодействует и с блоками 6, 7, 8 (фиг.1), в каждом блоке, ко входам микросхем КР 561 ИЕ 8 (L; 03); (R; 03); (L; 11) (фиг.2).
Генератор 4 (фиг.1) на 100 кГц своим выходом (D; 08) (фиг.2) с выходным значением в форме меандра 100 кГц поступает на блоки 6,7,8 (фиг.1), в каждом из этих блоков подключается ко входам микросхем триггера ТМ2 по входу с (G; 23) (фиг.2) и двум входам ЛА 7 (Н; 19) и (К; 19) (фиг.2).
Делитель дешифратор 5 (фиг.1) с 6° до 60° на 10 и с 60° до 360° на 6 на выходе имеет значения напряжений согласно осциллограммам 3, 4, 5, 6, 7, 8 (фиг.3) своими выходами подключается к блокам 6, 7, 8 (фиг.1) к элементам принципиальной схемы ЛЕ 10 и ЛЕ 5 (фиг.2) соответственно (G; 03) и (Н; 03) (N; 03) и (Н; 11). В каждом блоке 6, 7, 8 (фиг.1) через поле подключения этих блоков, в которых задан сдвиг каждого блока и между блоками на 120°, поле подключения находится в квадрате (Е; 01), (Е; 25) и (F; 01), (F; 25) (фиг.2).
На структурной схеме блока 6 (7, 8) (фиг.4) однофазного преобразователя на импульсном стабилизаторе с цифро-аналоговым преобразователем источника опорного напряжения и системой блокировок при переходе значения синуса через 0: 6,01 - разрешение счетчика 6,03 считать начальные 60° как при +180° и -180°; 6,02 - инвертор, первые 6° выхода счетчика 6,03 из +180° и -180°; 6,04 - это разрешение счетчика 6,06 считать после 60° до 120° как при +180° и - 180°; 6,05 - инвертор, первые 6° выхода счетчика 6,06 после 60° до 120° как при +180° и -180°; 6,07 - разрешение счетчика 6,10 считать последние 120° до 180° из +180° и -180°; 6,08 - инвертор, первые 6° выхода счетчика 6,10 в пределе +180° и -180° в последних 120° до 180°; 6,11 - диодно-резистивная матрица из 30 диодов и 15 резисторов в делителе относительно одного резистора, эти 15 резисторов работают 2 раза в +180° и -180° по возрастающей значения синуса и убывающей по 90°; 6,12 - усилитель по току на повторителе напряжения и выходной регулировки. Далее показаны связи после повторителя с регулировкой выходного напряжения 6,12, которые идут на два компаратора +180° 6,15 и -180° 6,14, сравнивают значения напряжения обратной связи через делитель и ограничитель 6,21 и инвертированное значение обратной связи 6,19 для компаратора -180° в импульсном стабилизаторе. Далее выходы компараторов идут на цифровой повторитель 6,16, выход его зависит также от значения защиты 6,17 с задержкой по включению со входом от блока защиты и связан с генератором 4 на 100 кГц (фиг 1) и подключен для работы повторителя цифрового и цифрового ключа соответственно 6,16 и 6,18. Далее связи идут после цифрового ключа на разрешение +180° -180° 6,20 и блокировок 6,22. 6,22 - схема блокировок
выходных ключей +180° -180° от одновременного их закрывания и открывания, сформированные в части схемы поз.6,13, входы 6,03; 6,06; 6,10 подключаются к выходу преобразователя напряжения в частоту 3 (фиг.1), а входы 6,01; 6,04; 6,07 к выходам делителя-дешифратора 5 (фиг.1).
В цепи эмиттера выходных ключей могут быть установлены шунты для блока защиты (не показаны).
На диаграмме 1 (фиг.3) - выходное значение преобразователя напряжения в частоту 3 (фиг.1) имеет форму меандра 500×10×6 (В; 19) (фиг.2) от 0 до 30 кГц. Диаграмма 2 - делитель-дешифратор 5 на 10, то есть 6° до 60° на его выходе (В;21) (фиг.2). Диаграммы 3, 4, 5, 6, 7, 8 показывают состояние выходного значения делителя-дешифратора 5 с 6° до 60° в цикле 360° шаг 60° (А; В; С; 24) (фиг.2). Диаграммы 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 показывают работу делителя-дешифратора 5 на 10 ИЕ 8 на его десяти выходах в блоках 6, 7, 8 (фиг.1). В каждом из этих блоков находится три таких ИЕ 8 (L; 0,5) (R; 0,5) (L; 13) (фиг.2), таким образом поступают их значения на диоды.
Если рассмотреть работу сразу трех блоков, то это выглядит следующим образом: 30 выходов из трех ИЕ 8 на каждом по десять выходов и значение во времени 6° появляется по очереди от первого до последнего. Через 180° повторяется диаграмма на первые десять выходов ИЕ 8. Следующие две ИЕ 8 подобные только в пределе 180° сдвиг на 60° и третья ИЕ 8 на 120°. Диаграммы 19, 20, 21, 22, 23, 24 (фиг.3) показывают работу в каждом блоке 6, 7, 8 (фиг.1) схемы сложения (G; 03) ЛЕ 10 (фиг.2) и для блокировки +180° и -180° выходных ключей при переходе синуса от положительного значения к отрицательному со сдвигом 120° показаны для всех трех блоков 6, 7, 8. Диаграммы 25, 26, 27 показывают выход опорного значения цифро-аналогового преобразователя на повторителе аналоговом О12 (фиг.2). На диаграммах 28, 29, 30 соответственно для трех блоков 6, 7, 8 показаны их выходные значения синуса, которые идут на нагрузку, то есть на трехфазный двигатель и конденсаторы для каждого блока импульсного стабилизатора параллельные нагрузке.
Подключение преобразователя к трехфазному двигателю производится одним общим приводом по типу "звезда".
Предлагаемый преобразователь позволяет расширить область его применения за счет обеспечения возможности частотного управления электроприводами от 0 до 500 Герц без изменения формы синуса и регулировки выходного напряжения от 24В до 270В в диапазоне работы трехфазных двигателей.