Статический преобразователь частоты для синхронного электропривода

 

СТАТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ДЛЯ СИНХРЬННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА , содержащий последовательно включенные управляемый выпрямитель , реактивный накопитель и инвертор тока, выход которого предназначен для подключения синхронного двигателя, систему управления преобразователем, включающую. узел рекуперативного торможения, первым управляющим выходом соединенный с входом регулятора выходного тока выпрямит.еля, вторым управляющим выходом подключенный к одному входу генератора управляющих импульсов инвертора, другими входа ми соединенного свыходом датчика напряжения противо-ЭДС инвертора и выходом задатчика пусковой частоты, третий управляющий выход узла рекуперативного торможения соединен с одним управляющим входом y3Jia отключения преобразователя, и узел блокирования импульсов управления отличающийинвертором , с,я тем, что, с целью повышения надежности остановки синхронного двигателя без свободного выбега, в систему управления преобразователем .введены первый и второй логические элементы И-НЕ и первый и второй узлы задержки, а генератор управллюцих импульсов снабжен входом (Л блокирования, причем вход первого . логического элемента И-НЕ подключен к третьему управляющему выходу узла рекуперативного торможения, вход второго логического элемента соединен с выходом генератора управляющих импульсов инвертора, выходы логических элементов И-НЕ объединены и подключены к входу первого узла заО ) держки, выходом соединенного с вхо4ib 00 4 дом узла блокирования импульсов управления инвертором, входом блокирования генератора управляющих импульсов инвертора и входом второго узла задержки, выходом подключенного к другому управляющему .входу узла отключения преобразователя.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСЯУБЛИК (19) (И) 4((1 H 02 P 3/22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

13,.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 ) 3632856/ 24-07 (22) 12.08 .83 (46) 30.06.85. Вюл. 1(24 (72) А.M. Колоколкин, А.А.Легу, А. П.Мотыль и В . B .Сергеев (71) Производственное объединение

"Таллинский электротехнический завод им. M.È.Êàëèíèíà" (53) 62"83:621.313.333(088 .8) (56) 1. Патент США Ф 3906315, кл . 318-212, Н 02 Р 3/20.

2. Статический преобразователь частоты типа СПЧС-10000/700 Шкаф управления (контролер). Технические описания и. инструкция по эксплуатации ТВ6 . 388 .376 ТО, Таллин, ПО Т33 им, М.И .Калинина, 1981, с. 4, рис. 1.1 (прототип). (54)(57) СТАТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ДЛЯ СИНХРдННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА, содержащий последовательно включенные управляемый выпрямитель, реактивный накопитель и инвертор тока, выход которого предназначен для подключения синхронного двигателя, систему управления преобразователем, включающую. узел рекуперативного торможения, первым управляющим выходом соединенный с входом регулятора выходного тока выпрямителя, вторым управляющим выходом подключенный к одному входу генератора управляющих импульсов инвертора, другими входами соединенного с выходом датчика напряжения противо-ЭДС инвертора и .выходом эадатчика пусковой частоты, третий управляющий выход узла рекуперативного торможения соединен с одним управляющим входом узла отключения преобразователя, и узел блокирования импульсов управления инвертором, о т л и ч а ю щ и йс,я тем, что, с целью повышения надежности остановки синхронного. двигателя без свободного выбега, в систему управления преобразова- телем,введены первый и второй логические элементы И-HE и первый и второй узлы задержки, а генератор управляющих импульсов снабжен входом блокирования, причем вход первого логического элемента И-НЕ подключен к третьему управляющему выходу узла рекуперативного торможения, вход второго логического элемента соединен с выходом генератора управляющих импульсов инвертора, выходы логических элементов И-НЕ объединены и подключены к входу первого узла задержки, выходом соединенного с входом узла блокирования импульсов управления инвертором, входом блокирования генератора управляющих импульсов инвертора и входом второго узла задержки, выходом подключенного к другому управляющему .входу. узлв отключения преобразователя.

1164847

Изобретение относится к электротехнике и преобразовательной технике, в частности к тиристорным преобразователям частоты для пуска, синхронизации. с сетью и рекуперативного тор- 5 можения мощных синхронных двигателей в приводах компрессоров, воздуходувок, обратимых агрегатов гидроаккумулирующих станций, Известен статический преобразова- 10 тель частоты для синхронного электропривода, который содержит включенные последовательно управляемый выпрямитель, звено постоянного тока и инвертор, регулятор частоты, регуля- 15 тор тока и пороговый элемент (I) .

В известном преобразователе динамическое торможение двигателя осуществляется за счет подачи постоянного тока в какие-либо две фазы ста- 20 торной обмотки.

Недостатком известного преобразователя является то, что для синхронного двигателя при данном возбуждении, кроме тормозного динамического момен-25 та, значителен знакопеременный синхронный момент, определяемый током возбуждения и статора, что приводит к недопустимым динамическим электромеханическим воздействиям на элек-30 троприводной агрегат.

Наиболее близким к изобретению является статический преобразователь частоты для синхронного электропривода, содержащий последовательно включенные управляемый выпрямитель, реактивный накопитель и инвертор тока, выход которого предназначен для подключения синхронного двигателя, систему управления преобразователем, 4 включающую узел рекуперативного торможения, первым управляющим выходом соединенный с входом регулятора выходного тока выпрямителя, вторым управляющим выходом подключенный к одному входу генератора управляюI щих импульсов инвертора, другими входами соединенного с выходом датчика напряжения противо-ЭДС инвертора и выходом задатчика пусковой частоты, третий управляющий выход узла рекуперативного торможения

Соединен с одним .управляющим входом узла отключения преобразователя, а также узел блокирования импульсов управления инвертором j2$ .

Однако известный преобразователь не обеспечивает надежной остановки синхронного двигателя без свободного выбега, так. как отключение преобразователя после рекуперативного торможения осуществляется иэ режима непрерывного тока статора с возможным неконтролируемым переходом на режим динамического торможения.

Цель изобретения — повышение надежности остановки синхронного двигателя без свободного выбега.

Поставленная цель достигается тем, что в статический преобразователь частоты для синхронного электропривода, содержащий последовательно включенные управляемый выпрямитель, реактивный накопитель и инвертор тока, выход которого предназначен для подключения синхронного двигателя, систему управления преобразователем, включающую узел рекуперативного торможения, первым управляющим выходом соединенный с входом регулятора выходного тока выпрямителя, вторым управляющим выходом подключенный к одному входу генератора управляющих импульсов инвертора, другими входами соединенного с Выходом датчика напряжения противо-ЭДС .инвертора и выходом задатчика пусковой частоты, третий управляющий выход узла рекуперативного торможения соединен с одним управляющим входом узла отключения преобразователя, а также узел блокирования импульсов управления инвертором, в систему управления преобразователем введены первый и второй логические элементы И-НЕ и первый и второй узлы задержки, а генератор управляющих импульсов снабжен входом блокирования, причем вход первого логического элемента

И-НЕ подключен к третьему управляющему выходу узла рекуперативного тбрможения, вход второго логического элемента соедикен с выходом генератора управляющих импульсов инвертора, выходы логических элементов И-НЕ объединены и подключены к azopy первого узла задержки, выходом соединенного с входом узла блокирования импульсов управления инвертором, входом блокирования генератора управляющих импульсов инвертора и входом второго узла задержки, выход подключенного к дру1164847!

Распределение импульсов по венти- 55 лям выпрямителя и инвертора осуществляется соответствующими системами управления 26. Подключение преобраэогому управляющему входу узла отключения преобразователя.

На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема предлагаемого преобразователя; на фиг. 2 диаграммы работы преобразователя в режиме рекуперативного торможения и остановки синхронного двигателя.

Статический преобразователь частоты для синхронного электропривода содержит последовательно включенные управляемый выпрямитель I, реактивный накопитель 2,и инвертор тока 3, выход 4 которого предназначен для подключения синхронного двигателя 5, систему управления 6 преобразователем, включающую узел ? рекуперативного торможения, первым управляющим выходом 8 соединенный с входом регулятора выходного тока 9 20 выпрямителя 1, вторым управляющим выходом 10 подключенный к одному входу генератора 11 управляющих импульсоВ инвертора 3, другими входами соединенного с выходом датчика 12 напря- 25 жения противо-ЭДС инвертора и выход дом задатчика пусковой частоты 13.

Третий управляющий выход 14 узла рекуперативного торможения 7 соединен с одним управляющим входом 15 узла отключения 16 преобразователя., а также узел 17 блокирования импульсов

° управления инвертором З.-В систему управления 6 преобразователем введены первый 18 и второй 19 логические элементы И-НЕ и первый 20 и второй

21 узлы задержки. Вход первого логического элемента И-НЕ подключен к третьему управляющему выходу 14 узла рекуперативного торможения, вход

40 второго логического элемента соединен с выходом 22 генератора 11 управляющих импульсов инвертора, выходы логических элементов И-НЕ объединены и подключены к входу первого узла задержки, выходом 23 соединенно45 го с входом узла 17 блокирования импульсов управления инвертором, входом 24 блокирования генератора

ll управляющих импульсов инвертора и входом второго узла задержки, выхо50 дом 25 подключенного к другому управляющему входу узла отключения преобразователя. вателя к питающей сети и синхронному двигателю осуществляется выключателями 27 и 28. Узлы задержки могут состоять иэ интегрирующей RC-цепочки

29 и порогового элемента 30 .

На фиг. 2 приняты следующие обозначения:

31 — сигнал на входе первого логического элемента.И-НЕ;

32 — сигнал на выходе 10 узла 7 рекуперативного торможения;

33 — сигнал на входе второго логического элемента 19;

34 — сигнал на входе первого узла-. задержки 20;

35 — сигнал на входе порогового элемента 30 первого узла задержки 20;

36 — сигнал на выходе первого 20 узла задержки;

37 — сигнал на входе . порогового элемента 30 второго узла задержки 21;

38 — сигнал на выходе второго узла задержки 21;

39 — положение выключателя 28;

40 — положение выключателя 27;

4! — ток двух фазных обмоток электроприводного агрегата;

42 — сигнал на выходе 8 узла рекуперативного торможения 7;

43 — ток в звене реактивного накопителя;

44 — обороты электроприводного агрегата.

Статический преобразователь частоты для синхронного электропривода работает следукчцим образом.

В исходном состоянии, когда синхронный двигатель питается от сети или идет процесс его разгона или регулирования оборотов от преобразователя частоты, управляющие сигналы на выходах узла рекуперативного торможения и первого и второго узлов задержки отсутствуют.

При подаче на вход узла 7 рекуперативного торможения команды "Торможение" íà его выходах 8 и IO формируются управляющие сигналы, обеспечивающие перевод инвертора 3 в выпрямительный режим, например, эа счет подачи на вход генератора 11 сигнала, пропорционального выходному напряжению преобразователя (диаграмма 32), и работу выпрямителя в режиме стабилизации тока, причем изменением величины тока можно осуществлять регулирование или

1164847!

20

При уменьшении, оборотов двигате- 5О ля до величины, не допускающей работы инвертора в режиме естественной:коммутации, а также в случае, опрокидывания инвертора на выходе

8 узла рекуперативного торможения 55 дОявляется сигнал,. обеспечивающий работу выпрямителя в режиме искусственной, коммутации его выходного тока по статорным обмоткам двигатестабилизацию темпа торможения синхронного двигателя.

После подключения синхронного двигателя и преобразователю если он питался от сети, начинается йроцесс рекуперативного торможения, причем коммутация тока по статорным обмоткам двигателя осуществляется за счет напряжения на статорных обмотках, величина которого определяется током возбуждения синхронного двигателя и его оборотами. В таком режиме рекуперативного торможения ток реактивного накопителя непрерывен, а величина синхронного тормозного момента постоянна и зависит от угла управления инвертором, напряжения на синхронном двигателе и его статорногр тока. При этом частота, импульсов на выходе 22 генератора 11 управляющих импульсов инвертора 3 синхронизирована с частотой вращения синхронного двигателя за счет напряжения противо-ЭДС инвертора поступающего на вход генератора 11 с выхода датчика.12..

Указанный режим работы преобразователя продолжается до уменьшения оборотов синхронного двигателя до такой величины, при которой коммутация тока реактивного накопи-. теля за счет напряжения синхронного двигателя становится недопустимой, так как это может привести к

35 опрокидыванию инвертора и последующему протеканию постоянного тока по двум неконтролируемым статорным обмоткам двигателя. Режим протекания посто-: . янного тока создает знакопер еменный момент на вапу синхронного двигателя и тем самым затягивает процесс его, торможения, поскольку величина динамического тормозного момента при токе статора много меньше номиналь45 . ного и недостаточна для остановки электропривода с большими маховыми массами. ля за счет кратковременного уменьшения тока до нуля, Одновременно подается управляющий сигнал на вход узла отключения 16 и вход первого логического элемента

И-НЕ 18, выход которого снимает блокировку с работы первого узла задержкй 20, Однако отключение преобразователя не происходит, так как работа узла отключения блокирована выходным сигналом второго узла задержки 21, Продолжается дальнейшее торможение синхронного двигателя в условиях синхронизма, т,е. за счет синхронной составляющей электромагнитного момента, определяемой током статора и током возбуждения, но в режиме прерывистого тока статора.

При этом по мере уменьшения оборотов синхронного двигателя он переходит в режим шагового вращения (или близкий к шаговому), причем частота шагового вращения определяется в основном эадатчикам пусковой,частоты, так как сигнал .противо-ЭДС и сигнал на выходе 10 узла рекуперативного торможения 10 (он пропорционален напряжению на синхронном двигателе) уменьшаются практически до нуля.

В режиме шагового (или близкого к нему) вращения на вал синхронного двигателя действует знакопеременный синхронный мояент, который с началом каждого такта работы генератора 11 (т.е. переключения тока Ilo статорным обмоткам) ускоряет ротор, а затем тормозит его до полной остановки (или незначительного вращения). В таком ре-. жиме. с поступлением каждого тактового импульса с выхода 22 генератора 11 (диаграмма 33).на вход вто- . рого логического элемента И.-НЕ 19 на его выходе и на входе первого узла задержки 20 (диаграмма. 34) формирувтся нулевой потенциал, обеспечивающий установку первого узла задержки 20 в исходное состояние (конденсатор интегрирующей цепочки разряжен - диаграмма 35, сигнал на блокирование генератора 11 и импульсов управления инвертором с выхода 23 узла задержки 20 не поступает — диаграмма 36) .

При частоте выходных импульсов генератора 11, близкой к пусковой частоте, определяемой эадатчиком

13, длительность единичного потенци7 11648 ала на входе yýëà задержки 20 возрастает, что обеспечивает заряд конденсатора интегрирующей RC-цепочки

29 до более высокого уровня (диаграмма 35), который достигнет порога переключения порогового элемента 30 .

На выходе 23 (диаграмма 36) первого узла задержки 20 формируется нулевой потенциал, обеспечивающий подачу команды на вход узла 17 блоки-. 1О рования выходных импульсов управления инверторрм 3 и вход 24 блокирования выходных импульсов генератора 11 ° При этом обеспечивается гарантированная остановка синхронного двигателя, так как статорный ток продолжает поступать именно в те его обмотки, которые создают тормозной вращающий момент. Длительность протекания выходного тока выпрямителя по этим статорным обмоткам определяется постоянной времени второго узла задержки 21.

После срабатыван ия порогового 25, элемента.30 второго узла задержки

21 с его выхода подается команда на °, 47 8 вход узла отключения 16 и происходит отключение преобразователя (выключаются выключатели 27 и 28 либо блокируются импульсы управления преобразователем).

Такой релим работы преобразова. теля при рекуперативном торможении гарантирует надежную остановку электроприводного агрегата, так как рекуперативное .торможение электропривода продолжается и при работе пре-, образователя в режиме искусственной коммутации (диаграммы 43 и 44), когда напряжение на электроприводном агрегате недостаточно для осуществления естественной коммутации тирнсторов инвертора. Это позволяет уменьшать обороты электропривода в-режиме рекуперативного торможения до величины, соответствующей шаговому режиму вращения синхронного двигателя с последующей подачей статорного тока в те его обмотки, протекание тока по которым обеспечивает синхронный тормозной момент, что гарантирует надежную остановку электропривода без режима свободного выбега.

1164847

1164847

Составитель В.Тарасов

Редактор M.Öèòêèíà Техред Л.Микеш. Корректор И.Эрдейи

37

3В

Заказ 4196/52 Тираж 646 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