Устройство для управления реверсивным вентильным электродвигателем

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) i

3f5I) Н 02 Р б 00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 1001415 (21) 3573615/24-07 (22) 06.04.83 (46) 15.05.84. Вюл. )) 18 (72) В.A.Алексеев, А.А.Сушенцов и В.Ф.Шепелин (71) Всесоюзный ордена Трудового

Красного Знамени научно-исследовательский,, проектно-конструкторский и технологический институт реле- строения (53) 621.313.333 ° 072.9 (088.8) (56) 1.Авторское свидетельство СССР

9 1001415, кл. Н 02 P 1/00, 1981. (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО,((ЛИ УПРАВЛЕНИЯ РЕВЕРСИВНЫМ BEHTHJIbHbIN ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ по авт. св. 9 1001415, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения устойчивости работы вентильного электродвигателя на высоких скоростях, введен блок увеличения углов управления выпрямителем, вход которого подключен к од-. ному из выходов блока бестокового переключения. режимов работы, а выход:ко входу управляющего органа блока;г °

:Фазового управления выпрямителя.

2. Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что введен индикатор уровня скорости, а блок увеличения углов управления выпрямителем снабжен дополнительным входом, который подключен к выходу индикатора уровня скорости. Щ

1092687

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

По основному авт.св. Р 1001415 известно устройство для управления реверсивным вентиль ным электродвигателем, содержащее выпрямительноинверторный преобразователь частоты, блок фазового управления выпрямителем, один из выходов которого подключен к входу нуль-органа, датчик тока выпрямителя, блок управления инвертором, входы которого . !5 связаны через блок переключения ре жимов работы инвертора с выходами задатчика углов инвертором в двигательном режиме и задатчика углов управле* ния инвертором в тормозном режиме, блок выбора коммутации, связанный с выходом датчика положения ротора, который дополнительно содержит датчик нуля тока выпрямителя, блок формирования углов управления инвертором в режиме переключения, логическую схему совпадения и логический блок бестокового переключения режимов работы, первый вход которо го подключен к датчику нуля выпрямителя, второй вход — к выходу нульоргана, первый выход - к блоку управления инвертором, второй выход— к блоку управления выпрямителем, а третий выход - к первому входу логической схемы совпадения, вторым входом подключенной к выходу блока выбора коммутации, а выходом - через блок формирования углов управления инвертором в режиме переключения к первому входу задатчика углов управ- 40 ления инвертором в двигательном режиме, второй вход которого подключен к выходу датчика тока выпрямителя С13.

Известное устройство не обеспечи- 45 вает требуемую устойчивость электропривода при переключении режимов.

Это обусловлено тем, что при работе без нагрузки нет запрета на переключение, и блок бестокового переключения режимов работы быстродействующего реверсивного вентильного электродвигателя все время переключается практически мгновенно, отрабатывая любые возникающие отклонения скорости от заданной. Это переключение может совпасть с моментом, когда наибольшая амплитуда пульсации напряжения на выходе выпрямителя совпадает с наибольшим провалом противоЭДС инвертора и возникает неуправля- 6О емый бросок тока, определяемый разностью их мгновенных значений, который может достичь не только максимального тока двигателя, но даже и превысить установку срабатывания 65 максимально-токовой защиты. Для уменьшения величины бросков тока можно или увеличить индуктивность сглаживакщего дросселя в звене постоянного тока (при его отсутствии - величину индуктивности компенсационной обмотки, включаемой в звено постоянного тока), что приведет к увеличению массы и габаритов вентильного электродвигателя, или вводить люфт в регулировочные характеристики различных режимов работы электродвигателя, ухудшая, тем самым, быстродействие электропривода на базе реверсивного вентильного электродвигателя, что нежелательно.

Цель изобретения - повышение уотойчивости работы реверсивного вентильного электродвигателя на высоких скоростях.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для управления реверсивным вентильным электродвигателем введен блок увеличения углов управления выпрямителем, вход которого подключен к одному из выходов блока бестоковсго переключения режимов работы, а выход — на вход управляющего органа блока фазового управления выпрямителя.

Кроме того, в устройство для управления реверсивным вентильным электродвигателем введен индикатор уровня скорости, а блок увеличения углов управления выпрямителем снабжен дополнительным входом, который подключен к выходу индикатора уровня скорости.

На чертеже приведено устройство для управления реверсивным вентильным электродвигателем.

Устройство содержит синхронную машину (двигатель ) 1, предназначенную для подключения через выпрямительно-инверторный преобразователь

2 частоты к сети переменного тока, блоки фазового управления 3 и 4 инвертором 5 и выпрямителем 6, выходы которых подключены соответственно на управляющие входы ключей инвертора 5 и выпрямителя б, а входы - на выходы блока управления 7 инвертором

5 и блока управления 8 выпрямителем б. Блок 8 управления выпрямителем содержит блок бестокового переключения режимов работы 9, функциональный преобразователь ЭДС 10 и цепь из последовательно соединенных регулятора скорости 11, регулятора тока 12, нелинейного звена 13, ключей 14 с операционным усилителем 15 и управляющего органа 16. Датчик скорости

17 соединен со входом блока определения уровня скорости 18. Дополнительно введенный блок увеличения уг» лов управления 19 выпрямителем при смене режимов работы состоит из 1092687 резисторов 20-22, подкпюченных между. источником и дополнительным входом управляющего органа 16, диода 23, подключенного параплельно резистору

21, первого и второго логических элементов И-HE 24 и 25, вход nepsoro из которых соединен с одним из выходов блока переключения режимов работы 9, вход второго - с выходом блока определения уровня скорости 18, а выходы соединены е общей точкой резисторов 21 и 22 и анода диода 23, конденсатора 26, включенного между общей точкой резисторов 20 и 21 и катода диода 23 и общей точкой схеьы.

Выпрямительно-и нверторный преобразователь 2 содержит также сглаживающий дроссель 27, датчик тока 28 и датчик нуля тока 29.

Блок фазового управления 3 инвертором содержит блок 30 импульсного управления, блок 31 фазового управления, ключи 32 для изменения углов управления на 180 эл.град. и блок 33 сдвоения управляющих импульсов, общий с блоком фазового управления 4 выпрямителем, включющим в себя также блок импульсного управления 34 выпрямителем и блок фазового управления 35 выпрямителем.

Блок управления 8 выпрямителем 6 содержит хлючи 36 для согласования нереверсивного сигнала датчика тока 28 с реверсивным сигналом регулятора скорости 11, нуль-орган 37, включенный между выходом нелинейного звена 13 и входом блока бестокового переключения режимов работы 9. Дополнительный вход 38 блока увеличения углов управления выпрямителем 19 является входом второго логического элемента И-НЕ 25.

Блок управления 7 инвертором со° держит блок управления принудительной коммутацией на низких скоростях

39, входы которого связаны с выходами датчика 40 положения ротора, блока определения уровня скорости 18 и датчика нуля тока 29, а выход подключен к входу управляющего органа 16, блок определения направления вращения 41, вход которого соединен с выходом датчика 40 положения ротора, блок определения режима работы

42 электропривода (двигательный,или тормозной), входы которого соединены с выходами блока бестокового переключения режимов работы 9 и блока определения направления вращения 41, логическую схему И-HE 43, задатчикн углов управления 44 и 45 инвертором в двигательном и тормозном режимах при высокой скорости, задатчик угла управления 46 инвертором при работе на низкой скорости с принудительной коммутацией тока, логический блок переключения углов управления 47 инвертором, блок формирования углов управления 48 инвертором в режимах переключения, вход которого соединен с выходом логической схеьи И»НЕ 43, а выход - со входом задатчика углов управления 44 инвертором.

5 Логический блок переключения углов управления 47 тиристорами инвертора содержит, в свою очередь, ключи

49-51 и логические схемы И-НЕ 52-54.

Устройство работает следующим

10 образом.

В исходном состоянии задающее иа пряжение равно нулю, на выходах регулятора скорости 11 и регулятора тока 12, нелинейного звена 13 и нульоргана 37 — нулевые сигналы, блок бестокового переключения режимов работы 9 находится в состоянии, соответствующем нулевому сигналу с нульоргана 37,например "Вперед". При этом включены ключи 32 и 36 соответствующие направлению "Вперед", и на два тиристора инвертора 5 подаются управляющие импульсы. Углы управления выпрямителя 6 имеют максимальное значение, поэтому тока в силовой цепи нет, и двигатель находится в неподвижном состоянии.

При подаче задающего напряжения, | например, соответствующего направлению "Вперед" на выходах регулятора скорости 11, регулятора тока 12 и управляющего органа 16 появляется сигнал, который переводит угол управления выпрямителя в выпрямительный режим. По двум фазам синхронной машины 1 начинает протекать ток, ее ротор поворачивается на определенный угол. При поступлении импульса на переключение фаз .синхронной машины с датчика 40 положения ротора

40 сигналом с блока управления принудительной коммутацией 39 управляющий орган 16 переводится в состояние, соответствующее максимальному углу управления, а выпрямитель переходит

45 в инверторный режим. Ток ранее работавших фаз двигателя спадает до нуля, и тиристоры инвертора. закрываются. После спадания тока до нуля управляющий орган 16 вновь переводит углы управления в выпрямительный режим и ток в фазах машины, но уже в других - соответствующих новому положению датчика 40 положения рото- ра нарастает до прежнего значения.

Ротор синхронной машины 1 вновь поворачивается на 60 эл. град. до прихо" да следующего импульса с датчика 40.

При этом на выходе блока определения режима работы 42 электропривода логическая "1", соответствующая двига-

60 тельному режиму работы, а на выходе блока определения уровня скорости 18логический "0", что соответствует низким скоростям и принудительной коммутации тока тиристоров инвертора

65 описанным способом.

1092687

Нулевым сигналом с логической cxdмы И-НЕ 43 ключ 51 включен, а единичным. сигналом с блока определения уровня режима работы 42 электропривода и единичным сигналом с логической схемы И-НЕ 52 ключи 49 и 50 отключены, и инвертор работает с углом опережения, равным нулю, задаваемым задатчиком угла управления 46 инвертором. При достижении двигателем заданной скорости, когда становится возможным естественная коммутация, на выходе блока определения уровня скорости 18 появится логическая "1 ключ 50 запирается, а ключ 51 открывается. При этом при наличии логи- 15 ческой "1" на третьем выходе блока бестокового переключения режимов работы 9 на выходе логической схемы

И-НЕ 43 появится логический "0",и конденсатор на выходе блока формиро- 2О вания углов управления 48 инвертором в режиме переключения начинает заряжаться. По мере его заряда результирующий сигнал на входе задатчика углов управления 44 инвертором в дзига- 25 тельном режиме уменьшается. Уменьша" ются и углы управления инвертором с максимальных, соответствующих первому моменту переключения, равных ориентировочно 60 эл.град., до значений, соответствующих работе с естественной коммутацией тиристоров инвертора за счет ЭДС фаз двигателя (равных ориентировочно 30-40 эл.град

При работе на низких скоростях двигателя с углами управления инвертором р 0 колебания напряжения на выходе инвертора 5 в двигательном и тормозном режимах незначительны и перключение режимов работы выпрямите ля 6 в режиме поддержания заданной 40 скорости приводит к появлению бросков тока после возрастания скорости синхронной машины 1 и перехода на естественную коммутацию тока инвертора 5 за счет ЭДС фаз синхронной 45 машины 1.

В первый момент переключения режимов работы на выходе блока переключения режимов работы 9 появляется логический "О", который поступает 50 на вход логического элемента 24, появившаяся на выходе последнего логическая "1" непосредственно через диод 23 и резистор 20 поступает на вход управляющего органа 16. Этим сигналом управлякщий орган 16 переводит выпрямитель безынерционно .в инверторный режим, соответствующий максимальному углу управления выпрямителем, По истечении бестоковой паузы (длительностью i x 1 мс) на выходе блока бестокового переключения режимов 9 появляется логическая "1" соответственно на выходе элемента 24 логический "0", и предварительно заряженный конденсатор 26 разряжается через резистор 21. Так как разряд конденсатора 26 протекает не мгновенно, а с определенной постоянной времени, обеспечивается плавное уменьшение углов управления выпрямителем 6 до значений, соответствующих заданной скорости вращения.

Так как на низких скоростях нет особой необходимости в плавном уменьшении углов увеличения выпрямителя, введена связь введеного блока увеличения углов управления 19 с блоком определения уровня скорости 18 через логический элемент И-HE 25, благодаря которой блок увеличения углов управления 19 вступает в действие только на высоких скоростях, Использование изобретения позволяет получить в электроприводах переменного тока на базе вентильных электродвигателей быстродействие, равное быстродействию электроприводов по« стоянного тока на базе управляющих выпрямителей с естественной коммутацией — полосу пропускания отработки входного гармонического сигнала частотой 20 Гц. Большее быстродействие электроприводов на металлорежущих станках позволяет уменьшить время обработки и обеспечить большую точность обработки деталей, тем самым повысить производительность станков. Повышение устойчивости работы на более высоких скоростях позволяет использовать преимущество двигателей переменного тока по значениям максимальных скоростей и надежности.

1092687

Составитель В. Тарасов

Редактор Т.Парфенова Техред Л.Мартяжева Корректор A.Äçÿòêo

Заказ 32 73/42 Тираж 667 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4