Вентильный электропривод
Иллюстрации
Реферат
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИ ИТИЛЬСТВУ (61) Дополммтельмое к авт. сам4-ву(22) Заявлено 2Ы279 (21) 2857074/24-07 с прмсоедмм ммем заявки Й9 - (23) Г3рмормтетОпублмковамо 071181. бюллетень Й9 41
Дата опублмковаммя опмсаммя 07,11.81
Союз Соеетсиии
Социалистических
Ресаубйик
{n>879722 (51)М. Кл.з
Н 02 P 5/16
Н 02 P 13/16
ГасуяярствемныЯ коммтет
СССР аа ялам ар Я я еткрмтяЯ (53) УДК 621. 316. .71(088.8) (72) Авторы изобретения
Д.И. Родькин и Ю.Б. Филипп
i:„
Криворожский ордена Трудового Красиоотб-Вма4 ни горнорудный институт (71) Заявитель (54) ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в регулируемом электроприводе.
Известен вентилъный электропривод 1, содержащий тиристорный преобразователь по двухмостовой схеме с питанием мостов от трансформаторных обмоток с различными группами соединения обмоток, напримерЛ/d и
Ь/д. Электропривод позволяет улучшить гармонический состав переменного . тока толъко вентильного преобразователя, но не обеспечивает компенсацию гармоники тока параллельно подключенного источника гармоники тока.: 1э
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является вентилъный электропривод Г21, содержащий электродвигатель, подключенный к питающей сети с параллельныве,20 источниками гармоник тока через двухмостовой реверсивный тиристорный преобразователь, две систеват ynpaSления преобразователем, датчики потока возбуждения, тока и скорости вра-, щения электродвигателя, .выходы которых соединены с входами соответствующих регуляторов, блок деления, вход делимого которого соединен с выходом регулятора скорости, а вход делителя 30 присоединен к выходу датчика потока возбуждения, и элемент ограничения, вход которого соединен с выходом блока деления. 11
Недостатком известного вентилъного электропривода является то, что в случае наличия дополнительного источника канонической гармоники тока вентильный электропривод не компенсирует эту гармонику тока и для улучшения гармонического состава тока необходимо устанавливать дополнительные устройства, например Филътрокомленсирующие устройства. Полного подавления гармоники тока при этом достичь невозможно, и при некоторых неблагоприятных соотношениях параметров индуктивных и емкостных элементов сети на частоте гармоники тока могут возникать резонансы токов, привсдящие к недопустимюм повыаениям напряжения сети и уменьшению надежности электропривода в целой.
Целью изобретения является повышение надежности электропривода за счет компенсации источника гармоники тока.
Цель достигается тем,что в известный вертикалъный электропривод введены датчики мгновенных значений гармо879722 ник тока тиристорного преобразователя и источника гармоники тока, датчики среднеквадратичных значений гармоники тока тиристорного преобразователя и источника гармоники тока, датчик фазы гармоник тока, два пропорциональных усилителя с тремя входа@ и, регулятор Фазы гармоники тока тиристорного преобразователя, три элемента сравнения, диодный элемент, пропорциональный усилитель с зоной нечувствительности и ограничением, дополнительный блок деления, дополнительный элемент ограничения и два источника опорного напряжения, причем выходы первого и второго нропорциональных усилителей с тремя входами подключены к входам первой и второй систем управления, а также к суммирую Ф щему и вычитающему входам первого элемента сравнения, выход которого через пропорциональный усилитель с зоной нечувствительности и ограничением подключен к вычитающему входу второго элемента сравнения, соединенного суммирующим входом с выходом первого источника опорного напряжения, а выходом - с вычитающим входом регулятора потока возбуждения, выходы датчиков мгновенных значений гармоник токов тиристорного преобразователя и источника гармоники тока подключены к входам датчика фазы гармоник тока, выходы датчиков среднеквадратичных значений гармоник токов тиристорного преобразователя и источника гармоники тока подключены соответственно к суммирующему и вычитаицему входам третьего элемента сравнения, выход которого через диодный элемент соединен с первыми входами первого и второго пропорционального усилителей с тремя входами, к вторым входам которых подключен выход регулятора фазы гармоники тока тирсторного преобразователя, а к третьим входам - выход регулятора тока, выход датчика фазы гармоник тока соединен с вычитающим входом регулятора фазы гармоники тока тиристорного.преобразователя, к суммирующему входу которого подключен выход второго источника опорного напряжения, выход элемента ограничения подключеи к входу делимого дополнительного блока деления, выход которого через дополчительный элемент ограничения соединен с входом регулятора тока, а вход делителя - с выходом датчика потока возбуждения.
На фиг. 1 показана функциональная схема вентильного электропривода на фиг. 2 - диаграмма компенсации гармоник тока.
Вентильный электропривод подключен к питающей сети параллельно источнику 1 гармоник тока и содержит двухмостовой реверсивный тиристорный преобразователь 2 с двумя системами управления 3, 4; электродвигатель 5; возбудитель 6; датчики 7, 8, 9 и регуляторы 10, 11, 12 тока, скорости вращения и потока возбуждения электродвигателя соответственно; блок 13 деления; элемент 14 ограничения;
5 датчик 15 мгновенного значения гар- моники тока тиристорного преобразователя; датчик 16 мгновенного значения гармоники тока источника гармоники тока; датчик 17 среднеквадратичного значения гармоники тока тиристорного преобразователя; датчик 18 среднеквадратичного значения гармоники тока источника гармоники тока; датчик
19 фазы гармоник тока; два пропорциональных усилителя 20, 21 с тремя входами каждый; регулятор 22 фазы гармоники тока тиристорного преобразователя; три элемента 23, 24, 25 сравнения; диодный элемент 26; пропорциональный .усилитель 27 с зоной
20 нечувствительности и ограничением; дополнительные блок 28 деления; элемент ограничения 29 и два источника
30, 31 опорного напряжения. Входы регуляторов 10, 11, 12 тока, скорости вращения и потока возбуждения электродвигателя 5 соединены с выходами соответствующих датчиков 7,8,9.
Последовательно соединенная цепь из блоков 13 деления, элемента 14 ограничения, блока 28 деления и элемента
29 ограничения включена между выходом регулятора 11 и входом регулятора 10, причем входы делителя блоков
13, 28 деления соединены с выходом датчика 9 потока возбуждения электродвигателя. Выходы первого и второго усилителей 20, 21 с тремя входами подключены к входам систем управле— ния 3, 4 тиристорным преобразователем
2, а также к суммирующему и вычитают щему входам элемента 23 сравнения, выход которого через усилитель 27 соединен с вычитающим входом второго элемента сравнения 24, на другой вход которого подключен выход первого источника 30 опорного напряжения, а выход соединен с вычитающим входом регулятора 12.
Выходы датчиков 15, 16 мгновенных значений гармоник токов тиристорного
gg преобразователя 2 и источника 1 гармоники тока лодкл чоны к входам датчика 19 фазы гармоник тока, выходы датчиков 17, 18 среднеквадратичных значений гармоник токов тиристорного преобразователя 2 и источника 1 гармоники тока подключены соответственно к суммирующему и вычитающему входам элемента 25 сравнения, выход коTopoFo через диодный элемент 26 соединен о первыми входами усилителей
20, 21 к вторым входам которых подключен выход регулятора 22 фазы, а к третьим вхоцам - выход регулятора
10 тока электродвигателя. Выход датчика 19 фазы гармоник тока соединен с вычитающим входом регулятора 22, 879722 к суммирующему входу кото ого по ключен выход вто ого и тока тиристорного преобразоват р сточнкка 31 и источника гармоники тока. еля опорного напряжения.
Венти Я ентильный электроп иво
В тех случаях, когда действующее следующим образом. га р д работает значение гармоники тока источник 1 а
Как е ак следует из некто ной иа гармоники тока возрастает и становитьы, показанной на фиг. 2, для достир диаграм- 5 ся равным действу чцему значении г аржения компенсации гармоник тока ти- вателя 2 на моники тока тиристорного преобразователя, на выходе третьего элемен« прес разователя 1и вп та сравнения 25 будет нулевое знаи источника гармоники тока
I необходимо, чтобы соответстн ю и (иг) чение выходного сигнала. При дальс нующие, нейшем возрастании действующего эна«. некто ы имели р равные модули, Ho HBxo- чения гармоники тока источника га дились В л Отиноб р иво4азе. Вектор тока моники тока и появлении отрицательноP (вп) п и это и р ом образуется как ре- го сигнала на выходе третьего элемензультирулаий токов работы двух мостов ти и т Ъ
„(вп) и Iq (нп) от та сравнения 25 на первых входах образователя с отклонениями в тиристорногЪ пре- пропорциональных усилителей 20 21 ениями h У„ и а Vg будет нулевой сигнал, поскольку диНа т еть фазы. одный элемент 26 не пропускает отриа третьи входы первого и второго цательный сигнал рассогласования. пропорциональных усилителей 20, 21 Это выполнено с той целью, чтобы при поступает сигнал с выхода регулятора отрицательном рассогласования не набтока 10 и, изменяя одновременно о6а 2© людалось отрицательное отклонение угла управления двух систем управле- фазы векторов гармоники тока двух ния 3, 4 тиристорного преобразовате- мостов от суммарного вектора гармоля, поддерживает заданное значение ники тока тиристорного преобраэоватока электродвигателя 5. Выходные сиг- теля, поскольку зависимость средненалы датчиков 17, 18 среднекнадратич- Я квадратичного значения гармоники ных значений гармоники тока тиристор- тока тиристорного преобразователя ного преобразователя и источника от разности фаз векторов гармэники гармоники тока поступают на суммиру- тока двух мостов является четной и ющий и вычитающий входы третьего при изменении знака отклонения фаз элемента сравнения 25. С выхода треть-ЗО векторов гармоники тока двух мостов его элемента сравнения ?5 сигнал меняется характер обратной связи, с рассогласования поступает через отрицательной становится положительдиодный элемент на .первые входы пер- нои, что может привести к неустойвого и второго пропорциональных уси- чивости. лителей 20, 21 с т емя нхо а При возрастании .среднеквадратичпричем на первом пропорциональном ного значения гармоники тока источусилителе 20 этот сигнал вычитается, ника гармоники тока уменьшается сига на втором пропорциональном усили- нал, поступающий на первые входы протеле 21 суммируется с остальными .вход- порциональных усилителей 20 21 и
t В ными сигналами. Если среднеквадра- соотнетственно, уменыаается разность тичное значение гармоники тока тирис- 40 между сигналами управления двух систорного преобразователя больше сред- тем 3, 4 управления; В этом случае неквадратичного значения гармоники происхоцит уменьшение выходного сигтока источника гармоники тока, то нала перного элемента сравнения 23, на выходе третьего элеиента сравне- что приводит к выходу из эоны ограниния 25 будет положительный сигнал, 45 чения выходного сигнала пропорциокоторый уменьшает выходной сигнал игольного усилителя 27 с зоной нечувпервого пропорционального усилителя ствительности и ограничением и умень20 и увеличивает выходной сигнал шению сигнала, поступающего на вычивторого пропорционального усилите- тающий вход второго элемента сравнеля 21. Это принодит к увеличению уг- яр ния 24. Поскольку опорное напряжение ла управления первой системы управ- источника 30, подаваемое на суммируюления 3 и уменьшению угла управле- щий вход второго элемента сравнения ния второй системы управления 4. со- .24, выбирается таким, чтобы при сигответственно происходит отклонение нале с выхода пропорционального усипо фазе векторон гармоники тока двух лителя с зоной нечувствительности мостов от суммарного вектора гармо- н ограничением, равном сигналу ограИ ники тока тиристорного преобразова- ничения, на выходе второго элемента теля, а зто вызывает уменьшение моду- сравнения 24 было нулевое значение. ля суммарного вектора гармоники сигнала, то при уменьшенни сигнала, тока, т.е. уменьшение среднехвлдра-., поступающего на вычитающий вход втотичного значения гармоники тока ти- 40 рого элемента сравнения 24, будет ристорного преобразователя. Измене-, появляться возрастающий положительнием коэффициентов усиления пропор-. ный сигнал. Этот сигнал, поступающий циональных усилителей можно добиться на вычитающий вход регулятора 12 требуемой точности .поддержания ра- потока возбуждения, будет вызывать венства действующих значений гармоник 65 уменьшение потока возбуждения, 879722
Блок 13 деления и элемент 14 ограничения обеспечивают изменение коэффициента усиления регулятора 11 ско- рости вращения при изменениях потока возбуждения и ограничение задающего сигнала на ток двигателя. Для поддержания момента электродвигателя при . изменениях потока возбуждения электродвигателя и ограничения задающего сигнала на ток электродвигателя на уровне максимального введены дополнительный блок 28 деления и дополнитель- о ный элемент 29 ограничения.
При уменьшении потока возбуждения будет возрастать задающий сигнал На ток для регулятора 10 тока и, соответственно, будет возрастать ток
15 электродвигателя, а это приводит к увеличению среднеквардратичного значения гармоники тока тиристорного преобразователя. Поскольку при изме-, нении потока возбуждения происходит 20 обратно пропорциональное изменение тока электродвигателя, величина момента остается неизменной и частота вращения при этом не меняется.
Сигналы с датчиков 15, 16 мгновен- g5 ного значения гармоники тока вентильного преобразователя и источника гармоники тока поступают на входы датчика фазы гармоники тока вентильного преобразователя по отношению gg к гармонике тока источника гармоники тока. Сигнал, пропорциональный фазовому сдвигу гармоники тока вентильного преобразователя по отношению к гармонике тока источника гармоники тока, поступает на первый (вычитающиЮ вход регулятора 22 фазы гармоники тока вентильного преобразователя.
На второй суммирующий вход регулятора 22 фазы гармоники тока тиристорного преобразователя поступает сиг- 40 нал .от источника 31 опорного напряже.ния, пропорциональный Фазовому сдви" гу гармоники тока тиристорного преобразователя по отношению к гармонике тока источника гармоники тока на 45 угол, равный 180О. Таким образом, задающим сигналом для регулятора 22.
Фазы гармоники тока тиристорного преобразователя является сигнал, пропорциональный такому фазовому сдвигу gg ,вектора гармоники тока тиристорнога преобразователя, при котором он будет находиться в противофазе с векором гармоники тока источника гармоники тока. Сигналом обратной связи является сигнал, пропорциональный фазовому сдвигу вектора гармоники тока тиристорного преобразователя по отношению к вектору гармоники тока источника гармоники тока. Регулятор 22 фазы гармоники тока тирис- е0 торного преобразователя, воздействуя одновременно на обе системы 3, 4 управления, обеспечивает постоянство сдвига вектора гармоники тока тиристорного преобразователя по отношению, ф5 к вектору гармоники тока источника гармоники тока на угол, равный 180О .
Таким образом, компенсация гармоники тока источника гармоники тока осуществляется с помощью вентильного преобразователя и отпадает необходимость в установке активных фильтрокомпенсирующих устройств, что, кроме повышения надежности электропривода в целом, приводит к уменьшению его массогабаритных показателей.
Формула изобретения
Вентильный электропривод, содержащий электродвигатель, якорная цепь кокоторого снабжена выводами для подключения к питающей сети с параллельным источником гармоники тока через двухмостовой реверсивный тиристорный преобразователь, две системз управления преобразователем, датчики потока возбуждения, тока и .скорости вращения электродвигателя, выходы которых соединены с входами соответствующих регуляторов, блок деления, вход делимого которого соединен с выходом регулятора скорости, а вход делителя присоединен к выходу датчика потока возбуждения, и элемент ограничения, вход которого соединен с выходом блока деления, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения надежности за счет компенсации высших составляющих гармоник источника тока, в вентильный электропривод введены датчики мгновенных значений гармоник тока тиристорного преобразователя и источника гармоники тока, датчики среднеквадратичных значений гармоники тока тиристорного преобразователя и источника гармоники тока, датчик Фазы гармоник тока, два пропорциональных усилителя с тремя входами, регулятор фазы гармоники тока тиристорного преобразователя, три элемента сравнения, диодный элемент, пропорциональный усилитель с зоной нечувствительности и ограничением, дополнительный блок деления, дополнительный элемент ограничения и два источника опорного напряжения, причем выходы первого и второго пропорциональных усилителей с тремя входами подключены к входам первой и второй системы управления, к суммирующему и вычитающему входам первого элемента сравнения, выход которого через пропорциональный усилитель с зоной нечувствительности и ограничением подключен к вычитающему входу второго элемента сравнения, соединенного суммирующим входом с выходом гервого источника опорного напряжения, а выходом — с вычитающим входом регулятора потока возбуждения, выходы датчиков мгновенных значений гармоники токов тиристорного преобра 9
879722
1О зователя и источника гармоники тока подключены к входам датчика фазы, гармоники тока, выходы датчиков среднеквадратичных значений гармоник токоВ тиристорного преобразователя и источника гармоники тока подключен соответственно к суьечирующему и вычитающему входам третьего элемента. сравнения, выход которого через диодный элемент соединен с первыми входа.ми первого и второго пропорциональных усилителей с тремя входамн, к вторым входам которых подключен вы ход регулятора фазы гармоники тока тиристорного преобразователя, а к третьим входам - выход регулятора тока, восход датчика фазы гармоник тока соединен с вычитакщим входом регулятора фазы гармоники тока тиристорного преобразователя, к суммнруищему входу которого подключен выход второго источника опорного напрявения, выход элемента ограничения подключен к входу делимого дополнительного блока деления, выход которого через дополнительный элемент ограни чения соединен с входом регулятора тока, а вход делителя - с выходом датчика потока возбухдения.
Источники информации, lO принятые во внимание при экспертизе
1. Полупроводниковые выпрямители.
Под ред. Ковалева Ф.И. и Иостиковой Г.Пю И., "Энергия", 1978, с. 107-112.
1$ 2 Дкус Н И управление двухнюстовым выпряжтелем с компенсацией гармоники тока сети. "Промааленная энергетика", 1979, В 2, с. 43- 44.
В79722
Ie/уг/
Мм
Мщ7
Составитель В. Самохин
Редактор Т. Загребельная Техред I.Кастелевич Корректор Ю. Макаренко
Заказ 9205/34 ТиРаж 733 Подписное
ВНИИПИ Государственного,:комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, москва, X-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4