Устройство для управления машинной коммутацией вентильного двигателя

Устройство для управления машинной коммутацией вентильного двигателя

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Сова Соаатсних

Сациалистичесних " 708472

Реслублии (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено07.06.76 (2I) 237081 9/24-0 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет (43) Опубликовано 05,01.80, Бюллетень ¹1 (45) Дата опубликования описания 05.О1.8О, (51) М. Кл.

Н 02 К 29/04

Н 02 P 7/62

Гасударстееннмй комитат

СССР ла делам изобретений и открытий (53) УДК 621,313.13.

014 2 621 382

{ 088.8) В П, Кондрашов, Н. Н. Горин, В. А, Кучумов и В А, Сенаторов (72) Авторы изобретения

Всесоюзный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ МАШИННОЙ КОММУТАЦИЕЙ

ВЕНТИЛ1зНОгО ДВИгАТЕЛЯ

Изобретение относится к области элект.

J ротехники и может быть использовано при разработке схем управления электрическими силовыми преобразователчми частоты и числа фаз вентильных двигателей.

Известны устройства дпя управления машинной коммутацией вентильного двигателя, содержащие датчики фазы ЭДС и регулятор угла опережения открытия вентилей преобразователя, регулирующие угол опережения в функции фазы ЭДС двигателя (lj.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности является устройство для управления машинной коммутацией, ре,гулирующее угол опережения в функции регулируемой величины, в именно среднего значения угла запаса инверторной {ма- шинной) коммутации преобразователя. В этом устройстве имеются датчик фазы 3QC двигателя, подключенный к преобразователю частоты в напряжение, и датчик угле запаса.

Для того, чтобы регулировать угол one- режения во всем диапазоне частот враще-ьия двигателя,,управляющий сигнал на регулчтор угла опережения поступает с множительнат о устройства, на вход которого подключены выходы преобразователя частоты в напряжение и сумматора, выделяюmего разницу между заданным и истинным средними значениями углов запаса. При питании вентильного двигателя от выпрямителя выпрямленный ток двигателя пульсиl0 рует, Так как момент начала коммутации преобразователя может соответствовать произвольной фазе пульсации выпрямленного тока, длительности углов запаса изменяются как в сторону уменьшения, так и

I G увеличения относительно среднего значения этого угла, поддерживаемого регулятором неизменным 2).

При таких условиях необходимо поддерживать среднее значение углов погасания

2О завышенным, чтобы мгновенные минимальные величины этих углов не стали бы меньше допустимых. Работа же с увеличенным средним значением углов запаса ухудшает энергетические показатели двигателя, сни

26 жает вращающий момент.

1)елью изобретения Является повышение энергетических показателей вентидьного двигателя при питании его От выпрямитедя за счет поддержания как среднего, так и мгновенных значений углов запаса HB ми- 5 нимально допустимом уровне, Это достигается тем, что предложенный регулятор снабжен дополнительным управляющим входом, к которому подключен датчик пульсаций выпрямленного тока, Выход второго сумматора может быть подключен к входу множашего устройства через сумматор, на другой вход которого подкл1очен через фильтр выход датчика ут Ф лов запаса, Может быть использован TBK- же датчик углов опереже пш, подключенный своим выходом к входу третьего суммаТср9 выход НОтОО ОГО ПОдключен через второй блок умно)кени к входу нуль=-орга:- )л на), выход к ОтОр ОГО подключен к в ходу указаннОГО QñèëèTeëüHOKÎMì ÒHÿ Iojllel o

Ус тР Ойс TBQ, HQ в тОР ОЙ B хОД TPetbeIО СУм- матОра подключен через косинусн1яй преоб=разователь выход второго сумматора, вы=ход второго задятчика постоянного напряжения подключен через четвертый сумма= тор, к другому входу которого подключен выход второго сумматора„. к входу первого блоки умножения, выход которого под--" ключен на вход пятого сумматора, выход которого подкл1очен через сипусный пресб=разовятель и шестой сумматор к входу масштабирууя: "=Го блокав Выход последнего

ЧЕ1!) .", - >HЬK„,1й суммятор1 He gpу

ГОН )1;.Од 1 .OTnpol o подключен третий задят чик пос."- т.. ЯПОГО напряжепия подключеп к

BхОДу втОрОГО блока умножения) выход указанпог0 преобразователя частоты в ПЯпряжение подключен через блок деления,,1П ня другой вход которого включен четвертый

1 задятчик постоянного напряжения, к вхо-:дам первого и третьего блоков умножения, Развертыва1он1ий преобразователь, к входам оТор 0T 0 llogKIIIQ I e Hbl выходы у кя занны х 4К датчика фЯзы ДС H преобразователЯ ча» стОты B напряжение, подклк)чен через BTO рой косипусный преобразователт и восьмой сумматор к входу указанного нуль-органа.

ВтОрОй задатчик пОстОЯннОГО напрЯжениЯ кд подключен через девятый сумматор, ня другой вход которого подключен выход ра=.=вертывяющего преобразователя, к входу третьего блока умножения, выход которого подключен через десятый сумматор и BTО- д рой синусный преобразователь к вхоту восьмого сумматора, я выход указанного датчика фазы пульсаций тока подключен к входам пятого и десятого сумматоров.

Для повышения точности в работе к уп- 60 равдяюшему входу масштабируюшего преобразователя подключен выход датчика отношения амплитуды пульсаций выпрямленного тока к его среднему значению.

На фиг. 1, приведена структурная схема предложенного устройства; на фиг. 2— схема устройства с регулятором угла опережения, К секциям вентильного двигателя подключен датчик 2 фазы ЭДС двигателя, вход преобразователя 3 частоты в напряжение и вход регулятора 4 угла опережения. Датчик 5 углов запаса, подключенный к ви1тилы1ому двигателю 1, подключен свои ми выходными зажимами к. входам сумматора 6 и интегрирующего уильтра 7. К второму входу сумматора 6 подключен задатчик 8 постоянного напряжения, Выходы сумматора 6 и фильтра 7 подключены к входам второго сумматора 9, выход которого подключен к входу множительного устройства 10. Датчик 11 фазы пульсаций выпрямленного тока подключен между вентильным двигателем 1 и входом регулятора угла опережения 4„Выход регулятора угла опережения 4 подключен к вентильному двигателю 1 через усилительно-комму» тируюшее устройство 1 2. Вентильный двигатель состоит из собственно алектриче)ской машины 13, ведомого двигателем преобразователя 14, питающего трансформатора 15, выпрямителя 16 и сглаживающего реакторе 17.

« Устройство снабжено датчиком 18 углов опережения, подключенным к входу третьего сумматора 1 9, вы ход которого подкл1очен через второй блок умножения

20 к входу нуль-органа 21, выход которого подключен к входу усилительно»коммутирующего устройства 12. К второму входу третьего сумматора 19 подключен через косинусный преобразователь 22 выход второго сумматора 9. Выход второго задатчика 23 постоянного напряжения подключен через четвертый сумматор 24, к другому входу которого подключен выход ьторого сумматора 9, к входу первого блока умножения 10, выход которого подключен на вход пятого сумматора 25. Выход последнего подключен через синусный преобразователь 26 и шестой сумматор 27 к входу мясштабирующего блока

28, выход которого через седьмой сумматор 29, на другой вход которого подключен третий задатчик 30 постоянного напряжения. подключен к входу второго блока умножения 20. Выход преобразова» теля 3 частоты в напряжение подключен через блок деле11ия 31, на другой вход з

7О84 которого подк,лючен четвертый эадатчик

32 постоянного иапряжения, к входам первого и третьего блоков умножения (блоки

10 и 33 соответственно), Развертывающий преобразователь 34, к входам которого подключены выходы датчика 2 фазы ЭДС и преобразователя частоты в напряжение

3, подключен через второй косинусный преобразователь 35 и восьмой сумматор

36 к входу нуль-оргайа 21. Второй эадатчик 23 постоянного напряжения подключен через девятый сумматор 37, на другой вход. которого подключен выход развертывающего преобразователя 34, к входу третьего блока умножения

33, выход которого подключен через десятый сумматор, 38 и второй синусный преобразователь 39 к входу шестого сумматора 27. Датчик 40 отношения

26 амплитуды пульсаций выпрямленного тока к его среднему значению подключен между выходом выпрямителя 16 и входом масштабирующего блока 28.

Устройство работает следующим образом.

И

Информация о фазе и частоте ЭДС вентильного двигателя вводится с датчика

2 фазы ЭДС двигателя в преобразователь

3 частоты в напряжение и регулятор 4 угла опережения. Информация о мгновенной величине углов 8 запаса машинной комизм мутации вводится с датчика 5 углов запаса на первый сумматор 6 и фильтр 7. Фильтр

7 усредияет это напряжение, вследствие чего на его выходе напряжение пропориионацьпо средней величине углов запаса

Я Первый сумматор В выделяет снап на1 рассогласования между заданным и истинным значениями углов погасания зад, изм, 40

Задатчиком величины 5" служат зад. первый задатчик 8 постоянного напряжения.

На выходе второго сумматора 9 образуется сигнал g = ) + +, рявный алгебр ср раической сумме среднего значения угла запаса и сигнала рассогласования, Информация о фазе пульсации выпрямленного тока вентильного двигателя в регулятор угла опережения поступает с датчика 11 фазы пульсации выпрямленного тока.

Выходной сигнал регулятора угла опережения поступает не управляющие электроды преобразователя вентильного двигателя через коммутирующе-усилительное устройство 12.

Задавать угол опережения в функции фазы пульсации выпрямленного тока можно, например, в соотвец:твин с уравнени60

72 6

1 нием со следующим уравнением: щ 5-д®,= где ),Я вЂ” срщние величины углов ср ср запаса и опережения;

Tg — амплитуда сетевой пульсации тока,. — среднее значение выпрямленного

4 тока;

/С= Ы/4) — отношение частоты сетевой пульсации к частоте вращения

1 двигателя 1а

- фаза сетевой пульсации тока в мо1 мент, соответствующий началу инверторной коммутации (в эл. град. сети).

На фиг. 2 показана схема устройства с регулятором угла опережения, поддерживающим угол запаса неизменным в соот ветстиии с приведенным уравнением.

Питание tta иептильный двигатель 13 подается с трансформатора 15 через выпрямитель 16, реактор 17 и ведомый двигателем преобразователь 1 4.

Исходная информация в устройство вводится с четырех измерительных датчиков."

11 — фазы пульсаций иь прямлЪнного тока двигателя, 5 — углов запаса, 2 — фазы ЭДС двигателя и 18 — углов опережения. Qa чик 2 фазы ЭДС двигателя представляет собой блок порог 0sl)lx элементов, Выходной сигнал этого датчика, т. е. последовательHocTb импульсов, совпадающих по фазе с переходами через нуль ЭДС двигателя, подается через преобразователь 3 частоты в напряжение на блок деления 31 и развертывающий преобразователь 34, представляющий собой устройство типа интеграт ра. Период работы преобразователя равен интервалу между началами смежных коммутаций, запуск его осуществляется от датчика 2 фазы ЭДС двигателя, Напряжение на выходе блока деления 31 пропорционально частному К = Й) / (, от деления с частоты сетевых пульсаций тока g на с частоту вращения двигателя ы) . Напряжение, пропорциональное частоте сетевых пульсаций, формируется четвертым эадатчиком 32 постоянного напряжения, Величина напряжения на выходе развертывающего преобразователя 34 пропорциональна фазе ЭДС двигателя (df; и используется устройством управления как текущее значение угла опережения 8

Импульс управления формируется в момент, когда эначениевудовлетворяет приведенному уравнению.

7О8472

Вы ходное цапряжение преобразователя

34 подается на второй косинусный преобразователь 35 и девятый сумматор 37.

Выходное напряжение сумматора 37 проIIDpltllOHQllblID рванине (J -Я . ) меж- 5

6 ду постоянной величиной А (соответ

6 ствуюц«ее напряжение формируется BTopblM задатчиком постоянного напряже«п«я 23) и. текущим значением угла опережения .>Ь =43 . Выходное сигнал второго сумматора 9, пропорциональный Д =. A +, р Р используется устройством в качестве значений углов g и Я согласно приведенср ному уравнению. Косинусный преобразователь 22 формирует из этого сигнала напряжение, пропорциональное величине СЯД

Выходное напряжение даГ «ика углов опережения пропорционально величине СО5Б; .

Датчик 11 фазаl ««ульса««ий выпрямленного тока представляет собой трансформатор тока с режекторным фильтром, настроенным 25 на частоту пульса««««й Cd и нагруже««ным, пороговый элемент, запускающий развертыBBIo II««é преобразователь, аналогичный преобразователю 34. Разцшп«между этими преобразователями заключается в том, что в ЗО датчике Л. 1 интегрируется неизменное по величине напряжение и запуск его осу цест влиется с постояншой частотой Cd /2 (так с как фаза пульсац««и отсчитывается оТ нуля до, э60 ). Таким образом, величина пилоо обр з .,го напряже «ия на выходе блока 11 пропорциональна фазе сетевой пульсаш«и.

На выходе восьмого сумматора 36 формируется напряжение, пропорциональное ле- 4О вой части приведенного уравне«п«я, С выхода третьего сумматора 19 на вход второго блока умножения 20 подается напряжение, пропорциональное первому сомножителю приведенцого уравнения, Четвертый и пятый сумматоры (блоки 24 и 25 соответственно) и первый блок умножения 10 формируют величину К (+/6 — Я ) + « . Девятый. десятый сумматоры (блоки 37 и 38 соответст- венно) и третий блок умножения 33 форми- 5О руют величину К(Ж/6 -Я ) + /, Синусные преобразователи 26, 39 вычисляют синусы этих величин. C помощью ц«естого, седьмого сумматоров (блоки 27 и 29), третьего задатчика постоянного напряже«п«я 30 и мас- 55 штабирующего блока 28 вырабатывается напряжение на выходе сумматора 29, пропорциональное величине

Т йш(к(õ-Ф 1,5&Мк(Х Ц+Т))

„ 7 1

Отношение 7 /2 T для приме няемы х

2l7l д на электроподвижном составе конструкций реактора приблизительно постоя ннс. Если эта величина изменяется, в схему вводят показаш«ый штриховыми линиями датчик 40 отноше п«я амплитуды пульсаций выпрямленного тока к его среднему значению, регулирующий коэффициент передачи блока 28.

На входы нуль-органа 21 поступают напряжения: с восьмого сумматора 36, I«ропора«опальное левой части приведенного уравне п«я, и пропорциональные его правой части — с блока умножения 20, Когда раэ«п«иа между этими напряжениями становится меньше заданной, нуль-орган формирует управляющий сигнал для начала машинной коммутации. Этот сигнал подается на управляющие электроды вентц««ей ««реобразовител5«

14 через усилительно-коммутирующее ус « ройство 12.

Нрименение в предложенном устройстве обратной связи по углу зш«аса инвертора в комбинац««««со слежением за фазой пульсации выпрямленного тока поддерживает неиз IelllII>lv как среднее, так и мгновенное значения углов занаса. Это позволяет на установленном силовом оборудовании пол;;— чить около 1 5% прироста врац«аюц«его момента вецтильного двигателя за счет лучшего ««спользовип«я его активных материалов.

Формула изобретения

1. Устройство для управления машинной коммутацией вентильного двигателя, содержащее подключенный через усилительнокоммутирующий блок к управляющим элект родам вентилей преобразователя регулятор угла опережения открытия вентилей, к управляюц«им входам которого подключен выход датчика фазы ЭДС двигателя и через блок ум««оже«п«я — выход сумматора, иа вход которого подключены выходы задатчика величины углов запаса и датчик углов запаса, а выход датчика фазы ЭДС вращения подключен также к входу преобразователя частоты в напряжение, выход которого подкл«очен к входу множительного устройства

««к управляющему входу регулятора угла опережения, о т л и ч а ю «ц е е с я тем, что, с целью повышения энергетических показателей и увеличения вращающего мамента двигателя за счет поддержания как среднего, так и мгновенных значений углов запаса на ми«имально возможном уровне, регулятор угла опережения снабжен дополнительным управляющим входом, к которому подключен датчик пульсаций выпрямленного тока.

9 7О8472 1О

Источники информапии, принятые во вни2, Устройство по и, 1, о т л и ч а е т с я тем, мание при экспертизе. что оно снабжено вторым сумматором, вы1. Авторское свидетельство СССР

Х 307476, кл, Н 02К 7/62, 1969. множительного устройства через второй сул 2. Авторское свидетельство по заявке матор, на другой вход которого подключен

И 1891294/24-07, 1973. через фильтр выход датчика углов запаса.