Устройство для управления реверсивным вентильным электродвигателем

Устройство для управления реверсивным вентильным электродвигателем

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

— Союз Советскик

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (щ1001415

Р 1М К,.1 з

Н 02 P 6/00 (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 2Ц04 81 (21) 3278607/24 07 с присоединением заявки ¹ —Государствеиинй комитет

СССР по делам изобретеиий и открытий (23) Приоритет—

Опубликовано 280283. Бюллетень ¹ 8

Р ) УДК 621. 313. . 292-83 (088. ф ) Дата опубликования описания 28. 02. 83 * "В .:.ч, 4

В.Ф.Шепелин, т

@@@ФР . -.

Всесоюзный ордена Трудового ИО ВЫамени:- научноисследовательский, проектно-констру ф, : и технологический институт релестроения (72) Ав.тор-:" изобретения (71) Заявитель (54 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ РЕВЕРСИВНЫМ

ВЕНТИЛЬНЫМ .ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ

Изобретение относится к электротехнике, в частности к регулируемому электроприводу переменного тока, и может найти-применение в электроприводах,металлорежущих станков и других механизмов.

Известен нереверсивный двухзонный вентильный электродвигатель, содержащий синхронную машину, секции якорной обмотки:которой подключены

-через регулируемые инвертор и.выпрямитель к сети переменного, тока 11);

В данном вентильном электродвигателе в качестве задатчика угла управления тиристоров инвертора используется суммирующий усилитель, один из выходов которого подключен к датчику тока нагрузки двигателя.

При этом с ростом тока нагрузки углы опережения открывания тиристоров инвертора растут и перегрузочная способность вентильного двига- теля увеличивается, одновременно появляется возможность снизить начальное значение. угла опережения открывания тиристоров инвертора, что уменьшает сдвиг фазы между током и

ЭДС, повышает коэффициент мощности

jH КПД и позволяет снизить массу.и ,. габариты двигателя.

Недостатком данного устройства . является.то, что при применении его в,реверсивном электроприводе не удается существенно снизить начальный

:угол регулирования тиристоров инвертора, поскольку в момент переключения. углов управления инвертором с

:тормозного режима на двигательный, Ф > который должен происходить ве бестоковую паузу, угол управления не .соответствует нагрузке двигателя, что может привести к прорыву инвер тора из-за роста тока фаз после переключения. Аналогичное явление на— блюдается и при переходе с принудительной коммутации на низких скоростях, например, за счет перевода углов управления тиристоров выпрями:теля в инверторный режим и обратно, на коммутацию тока тиристоров инвертора за счет ЭДС фаз двигателя . на.высоких скоростях. Практически в обоих случаях без принятия специальных мер приходится держать угол опережения открывания тиристоров инВертора максимальным из условия обес1течения коммутации-максимального тока

Перегрузки, что увеличивает массу и габариты вентильного двига30 геля.

1001415

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для управления реверсивным вентильным электродвигателем, содержащее выпрямительноИнверторный преобразователь частоты, блок управления выпрямителем, один 5 з выходов которого подключен к входу нуль-органа датчик тока выпрямителя, блок управления инвертором входы

Моторого связаны через блок переключения режимов работы инвертора с вы- 10

Модами эадатчика угла управления инвертором в двигательном режиме и задатчика углов в управления инвертора в тормозном режиме, блок выбора коммутации, связанный с выходом датчика положения ротора 2 .

Недостатком известного устройства является то, что, как в двигательном так и в тормозном режимах углы упФ равления тиристоров инвертора не

20 зависят от тока нагрузки.

Независимость углов управления тиристоров инвертора от тока нагрузки в двигательном режиме приводит к ухудшению коэффициента мощности, увеличению потребляемого тока, потерь и увеличению его массы и габаритов.

Цель изобретения — снижение массы и габаритов вентильного электродвигателя эа счет поддержания минимальных углов управления ключей инвертора.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для управления реверсивным вентильным электродвига- 35 телем, содержащее выпрямительно-инверторный преобразователь частоты, блок управления выпрямителем, один из выходов которого подключен ковхОду нуль-органа, датчик тока выпрямите- 40 ля, блок управления инвертором, входы которого связаны через блок переключения режимов работы инвертора с выходами эадатчика углов управления инвертором в двигательном режиме и 45 задатчика углов управления инвертором в тормозном режиме, блок выбора коммутации, связанный с выходом датчика положения ротора, дополнительно введены датчик нуля тока выпрямителя, О блок формирования углов управления инвертором в режиме переключения, логическая схема совпадения и логический блок бестокового переключе: ния режимов работы, первый вход которого подключен к датчику нуля тока выпрямителя, второй вход - к выходу нуль-органа, первый выход — к блоку управления инвертором, второй выход - к блоку управления выпрямителем, а третий выход — к первому 60 входу логической схемы совпадения,. вторым входом подключенной к выходу блока выбора коммутации, а выходом— через блок формирования углов управ/ления инвертором в режиме переключе- g5 ния к первому входу эадатчика углов управления инвертором в двигательном режиме, второй вход которого подключен к выходу датчика тока выпрямителя.

Кроме того, задатчик углов управления инвертором в тормозном режиме снабжен двумя дополнительными входами, один иэ которых подключен к выходу задатчика углов управления инвертора в двигательном режиме, а другой — к выходу датчика тока выпрямителя.

Благодаря такому подключению вновь введенных элементов при переключении логического блока бестокового переключения режимов работы на низкой скорости при принудительной коммутации тиристоров инвертора на выходе блока формирования углов управления инвертором в режиме переключения присутствует сигнал, при котором на выходе эадатчика углов управления тиристоров инвертора в двигательном режиме на высокой скорости напряжения соответствует углам опережения открывания тиристоров инвертора при максимальном токе двигателя.

После переключения или после перехода на естественную коммутацию сигнал на выходе блока формирования углов управления инвертором в режиме переключения изменяется таким образом, чтобы углы управления тиристорами инвертора установились в соответствии с током нагрузки двигателя.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит выпрямительно-инверторный преобразователь 1, блок 2 управления выпрямителем, один иэ выходов которого подключен к входу нуль-органа 3, датчик 4 тока выпрямителя, блок 5 управления инвер-тором, входы которого связаны через блок б переключения режимов работы инвертора с выходами эадатчика 7 уг-. лов управления инвертором в двигательном режиме и задатчика 8 углов управления инвертором в тормозном ,режиме, блок 9 выбора коммутации, связанный с выходом датчика 10 положения ротора, датчик 11 нуля тока выпрямителя, блок 12 формирования углов управления инвертором в режиме переключения, логическую схему 13 совпадения, логический блок 14 бестокового переключения режимов работы, первый вход которого подключен к датчику 11 нуля тока выпрямителя,второй — к выходу нуль-органа 3, первый выход — к блоку 5 управления инвертором, второй — к блоку 2 управления выпрямителем, а третий — к первому входу логической схемы 13 совпадения, вторым входом подключенной к выходу блока 9 выбора коммутации, а выходомчереэ блок 12 формирования углов управления инвертором в режиме переклю1001415

Пб двум. фазам синхронной машины . 15 протекает ток, ротор поворачивается на определенный угол. При поступлении импульса на переключение фаэ двигателя с датчика 10 положения ро-! тора сигналом с блока 16 управления .искусственной коммутацией управляющий орган 28 переводится в состояние, соответствующее углу управления тиристоров выпрямителя 19 ф 150 эл. град., и выпрямитель переходит в инверторный режим. Ток, ранее работавших фаз двигателя, спадает до нуля и тиристоры инвертора 21 закрываются. После спадания тока до нуля сигнал на управляющем органе вновь принимает прежнее значение и чения к первому входу задатчика 7 углрв управления инвертором в двигательном режиме, второй вход которого подключен к выходу датчика 4 тока выпрямителя.

Задатчик 8 углов-управления инвертором -в: тормозном режиме имеет два дополнительных входа, один иэ которых подключен к выходу задатчика

7 углов управления инвертором в двигательном режиме, а другой — к выходу 1О датчика 4 тока выпрямителя.

Якорные обмотки синхронной машины . 15 подключены к выходу выпрямитель-. но-инверторного преобразователя 1, вход блока- 16 управления искусствен- 15 ной коммутацией подключен.к датчику

10 положения ротора, а выход — к входу блока 2 управления выпрямителем.

Датчик 17 скорости подключен к входу блока 2 управления выпрями- 2О телем. Задатчик 18 углов управления инвертором в двигательном и тормозном режимах на низкой скорости через блок 6 переключения режимов работы инвертора связан с блоком 5 уп- 25 равления инвертором.

Выпрямительно-инверторный преобразователь 1 содержит выпрямитель

19, сглаживающий дроссель 20, инвертор 21. 30

Блок 5 управления выпрямителем . состоит из регулятора скорости 22, регулятора 23 тока, вход. 24 которого подключен через ключи 25 к датчику

4 тока выпрямителя и на вход регуля- 35 тора скорости 23. Реверсивный выход регулятора тока 24 подключен через выпрямитель на ключах 26 и усилителе

27 и управляющий орган 28 к блоку

29 фазового управления выпрямителем. 4О

Управление тиристорами выпрямителя осуществляется от блока 30 им пульсного управления выпрямителя, вход которого через блок 31 сдвоения импульсов подключен к выходу блока

29 фазового управления выпрямителем.

Блок 5. управления инвертором содержит блок 32 импульсного управления, блок 33 фазового управления и ключи

34, включенные между выходом блока

33 фазового управления и одним из -5О входов блока 32 импульсного управления.

Блок 6 переключения режимов работы инвертора имеет блок 35 определения режимов работы, первый и второй. 55 входы которого подключены на первый и второй выходы логического блока 14 бестокового переключения режимов работы, а третий вход — .к выходу блока 36 определения направления вра- Щ щения, имеются также управляемые ключи 37 — 39, включенные между за-, датчиками 18,7 и 8 углов управления инвертором и блоком 33 фазового уп.= равления инвертором, и логические 65 схемы 40-42 H-НЕ. Выход логической схемы 42 подключен на вход ключа

38, первый ее вход — к выходу блока 9 выбора коммутации,. а второй вход на выход блока 35 определения режимов работы, выход логической схемы 41 подключен к входу ключа 37, первый ее вход соединен через логическую схему И-НЕ 40 с выходом блока 9 выбора коммутации, а второй - с выходом блока 35 опреде-, ления режимов работы.

Блок 12 формирования углов управления инвертором в режиме переклю-. чения состоит из Й-С цепочки 43, один зажим конденсатора которой подключен к общей точке с-емы, а вто-рой — к входу задатчика 7 углов управления инвертором в двигательном режиме, управляемого ключа 44, вклю:ченного выходными зажимами к выводам конденсатора,. вход ключа через логическую схему 45 И-НЕ связан с выходом схемы 13 совпадения.

Схема работает следующим обра- . зом.

В исходном состоянии задающее на» пряжение Ы " 0 на выходе регулятора

23 скорости, регуляторе 24 тока, нуль-органе 3 - нулевые сигналы. и логический блок 14 находится в состоянии, соответствующем нулевому сигналу с нуль-органа 3, например, "Вперед". При этом включены ключи

34, соответствующие направлению

"Вперед", и на два тиристора инвертора 21-подаются управляющие,импуль" сы. Однако ток в силовой цепи не протекает и двигатель находится в неподвижном состоянии;поскольку углы управления тиристоров выпрямителя

19 .близки к 150 эл. град. (задающее напряжение U О).

При подаче напряжения U соответ ствующего направлению "Вперед", на выходе регулятора 23 скорости, регулятора 24 тока и управляющего органа

28 появится сигнал, который переводит углы управления тиристорами выпрямителя в выпрямительный режим.

1001415

Нулевым сигналом с логической схе-. мы И-НЕ 45 ключ 44 включен и конденсатор 8. — С цепочки 43 закорочен. При этом напряжение на выходе эадатчика

7 углов управления инвертором в двигательном режиме определяется напряжением смещения U и соответствует ЗО углам управления 60 эл.град., необходимых для коммутации максимального тока двигателя.

Схема подготовлена для перехода на .естественную коммутацию. 35

При достижении скорости двигателем заданного значения, когда становится возможной естественная коммутация, на выходе блока 9 выбора коммутации появится "1" и при нали- 40 чии "1" на третьем выходе логического блока 14 бестокового переключения режимов работы на выходе логической схемы 13 совпадения появится

"0",а на выходе схемы И-НЕ 45 — "1"

Ключ 44 закрывается и конденсатор р.-С цепочки 44 начинает заряжаться. Одновременно ключ 37 открывается, а ключ 38 закрывается и углы управления тиристоров инвертора 21 будут определяться задатчиком 7 углов управления инвертором в двигательном режиме и в первый момент максимальны и равны 60 эл.град. По мере Заряда конденсатора.Й-С цепочки углы управления уменьшаются и после его полного55 заряда будут определяться разницей сигналов от источника смещения 0 и 0а и сигналом с датчика 4 тока, выпрямителя, являясь минимально возможным -из условий коммутации тока 60 нагрузки.

Аналогичным образом работает схема и при переключении режимов работы двигателя на высокой скорости с той ,лишь разницей, что на выходе блока 9 65

45 ток в фазах двигателя, но уже других, соответствующих новому положению датчика 10 положения ротора, нарастает до прежнего значения. Ротор двигателя вновь поворачивается на

60 эл.град. до прихода следующего 5 импульса с того же датчика.

При этом на выходе блока 35 определения режима работы появится "1", что "соответствует двигательному режиму работы вентильного электродвига- 10 теля, на выходе блока 9 выбора коммутации — "0", что соответствует низкой скорости и принудительной коммутации вышеописанным способом тока тиристоров инвертора. 15

Нулевым сигналом с логи . ;еской схемы И-HE 41 ключ 37 включен, а единичным сигналом с блока 35 определения режима работы и логической схемы И-HE

42 ключи 38 и 39 отключены и инветор работает с углами опережения открывания тиристоров Ф О, задаваемых задатчиком 18. выбора коммутации в этом случае постоянно сохраняется "1" а сигнал

t на переключение ключа 44 поступает с,третьего выхода логического блока

14 бестокового переключения режимов работы (при переключении логического блока 14 бестокового переключения режимов работы на третьем его выходе кратковременно появляется "0"). В двигательном режиме при этом включен ключ 38 и значение углов управления определяется величиной напряжения на выходе задатчика 7 углов управления инвертором в двигательном режиме, а в тормозном режиме включен ключ

39 и значение углов управления тиристоров инвертора определяется величиной напряжения на выходе задатчика 8 углов управления инвертором в тормозном режиме.

Если коэффициент усиления усилителя в задатчике 8 углов управления инвертором в тормозном режиме равен единице, то при отсутствии тока нагрузки напряжение на выходе задатчи-, ков 7 и 8 углов управления тиристорами инвертора в двигательном и тормозном режимах равны, и углы управления тиристоров инвертора в двигательном и тормозном режимах равны (сС = p ). При появлении тока нагрузки углы управления тиристоров инвертора в двигательном режиме растут, а в тормозном режиме уменьшаются, компенсируя таким образом разный знак коммутационного падения напряжения в двигательном и тормозном режимах и сохраняя неизменным напряжение в звене постоянного тока преобразователя.

Сигнал на вход логической схемы

13 .совпадения взамен сигнала с треть-. его выхода логического блока 14 бестокового переключения режимов работы может быть подан также и с выхода блока 35 определения режима работы через дополнительный блок дифференцирования фронтов сигналов.

Таким образом, благодаря использованию вновь введенных элементов углы опережения открывания тиристоров инвертора в.статических режимах будут, минимально возможными из условий ком- мутации, что уменьшает угол сдвига между первыми гармониками тока и ЭДС, синхронной машины, уменьшает величину тока, необходимого для создания заданного значения момента, значит уменьшает потери в синхронной машине и снижает ее массу и габариты (ориентировочно на 5-10%) . Кроме того, поддержание равенства углов управле-! ния тиристорами инвертора в двигательном и тормозном режимах позволяет полностью использовать управляе,мый выпрямитель по напряжению, что снижает массу и габариты преобраэо

1001415

10 выпрямителя, второй вход — к выходу нуль-органа, первый выход — к блоку управления инвертором, второй выход — к блоку управления выпрямителем, а третий выход — к первому входу логической схемы совпадения, вторым входом подключенйой к выходу блока выбора коммутации, а выходом — через блок формирования углов управления инвертором в режиме переключения к первому входу задатчика углов управления инвертором в двигательном режиме, второй вход которого подключен к выходу датчика тока выпрямителя.

5 2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что,задатчик углов управления инвертором в тормозном режиме снабжен двумя дополнительными входами, один Hs которых подключен к выходу эадатчика углов управления инвертора в двигательном режиме, а другой - к выходу датчика тока выпрямителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Формула изобретения

1. Устройство для управления реверсивным вентильным электродвигателем, содержащее выпрямительноинверторный преобразователь частоты, . блок управления Выйрямителем,.одни из выходов которого подключен к входу нуль-.органа, датчик тока выпрямителя, блок управленйя инвертором, входы которого связаны через блок переключения режимов работы инвертора с выходами задатчика углов управления инвертором в двигательном режиме и задатчика углов управления инвертором в тормозном режиме, блок выбора коммутации, связанный с выходом Я датчика положения ротора, о т л ич а ю щ.е е с я тем, что, с целью снижения массы и габаритов вентильного электродвигателя за счет поддержания минимальных углов управления ключей инвертора, в него введены датчик нуля тока выпрямителя, блок формирования углов .управления инвертором .в режиме переключения, логическая схема совпадения и логичес- yg кий блок бестокового переключения режимов работы, первый вход кото. рого подключен к датчику нуля тока вателя, а, значит,. и вентильного электродвигателя в целом.

1. Авторское свидетельство СССР

9 782069, кл. Н 02 К 29/00, 1978.

2.:Gunter Goli, Peter .Qrumbrech)

und Frank Henstschell:"0ber ne Betrlebsarten der Stromrichtermachlne

synchroher. Bauart". Miss.Ber AEGTelefunken, 48(1975)4.

Составитель Л.Краснов

Редактор Н.Ковалева Техред М.Гергель Корректор И.Ватрушкина

Заказ 1441/72 Тираж 685 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4