Вентильный электропривод

 

Изобрете ше относится к электротехнике и представляет собой вентильный электропривод. Цель изобретения - повьппение надежности и . точности управления электроприводом. Статорные обмотки синхронного двигателя (СД)1 электропривода соединены с питающей сетью через последовательно соединенные первую группу токоограничивающих реакторов 2, инвертор 7, управляемый выпрямитель 4 со сглаживающим дросселем 5 и датчиком тока 6 в силовой цепи и вторую группу токоограничивающих реакторов 25. Обмотка возбуждения СД1 соединена с задатчиком интенсивности I 1 через датчик тока возбуждения 8, систему управления (СУ)19 возбудителем, регулятор тока возбуждения 18, функ (О (Л 1C 00 со 4; u.t

СОКИ СОВЕТСКИХ

СО(.1ИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

4940 A 1 (19) (И) f

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, 3

H А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

9ваи4

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3702653/24-07 (22) 08.12.83 (46) 30.05.86. Бюл. Р 20 (71) Уральский ордена Трудового

Красного Знамени политехнический институт им. С.М. Кирова (72) В.В. Белошабский, А.M. Вейнгер, И.M. Серый, А.В. Тихонов, Н.В. Бояринцев, А.С. Гусев,С.В. Никулин, Н.С. Павленко, В.С. Третьяков, В.М. В1игин и А.И. Малкин (53) 621.316.717(088.8) (56) Патент США У 4309647, кл. 318/721, кл. Н 02 Р 5/40, 1982.

Анександровский Б.С., Эпштейн И.И„

Эттингер Е.Л. и др, Перспективы внедрения вентильных двигателей.—

Электротехническая промышленность.

Сер. Электропривод, 1976, Ф 4, с. 4-6. (gg 4 H 02 Р 7/42; Н 02 К 29/00 (54) ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД (57) Изобретение относится к электротехнике и представляет собой вентильный электропривод. Цель изобретения — повышение надежности и точности управления электроприводом.

Статорные обмотки синхронного дви" гателя (СД)1 электропривода соединены с питающей сетью через последовательно соединенные первую группу токоограничивающих реакторов 2, инвертор 7, управляемый выпрямитель 4 со сглаживающим дросселем 5 и датчиком тока 6 в силовой цепи и вторую группу токоограничивающих реакторов

25. Обмотка возбуждения СДI соединена с задатчиком интенсивности 11 через датчик тока возбуждения 8, систему управления (CY)19 возбудителем, регулятор тока возбуждения IS функ1234940 цйональный преобразователь 17 с характеристикой типа сухого трения, нелинейный элемент 36 и бесконтактный ключ 35. Выпрямитель 4 и инвертор 7 снабжены CY 16, 20. Входы СУ 20 и преобразователя числа фаз (ПЧФ)21 соединены с выходом блока 26 измерения фазных потокосцеплений СД1 ° Входы блока 26 через трансформаторы напряжений 24, 2? соединены со статорными обмотками СД 1. Вход СУ 16 соединен с выходом ПЧФ 21 через регуляторы тока 15 и скорости 14, измеритель скорости 23 и векторный анализатор 22. Введение блока 26, Изобретение относится к электро,технике, в частности к вентильным электроприводам с синхронными двигателями и зависимыми инверторами тока, и может быть использовано в системах автоматического управления вентильными электродвигателями, например, в нефтяной, горнорудной, металлургической и др. отраслях промышленности.

Целью изобретения является повышение надежности и точности управления вентильным электроприводом.

На фиг. 1 представлена функциональная схема вентильного электропривода, на фиг. 2 — функциональная схема блока измерения фезных потокосцеплений синхронного двигателя.

Вентильный электропривод содержит синхронный двигатель 1, статорные обмотки которого через первую группу токоограничивающих реакторов 2 подключены к выходам преобразователя

3 частоты, снабженного последовательно соединенными управляемым выпрямителем 4, сглаживающим реактором

5, датчиком 6 тока силовой цепи и иивертором ?, а обмотка возбуждения . синхронного двигателя 1 через датчик

8 тока возбуждения подключена к выхо ду регулируемого возбудителя 9, последовательно соединенные задатчик

1О скорости, задатчик ll интенсивтрансформатора 27, резисторов 33, 34, включенных последовательно с первичными обмотками трансформаторов

24 » бесконтактного ключа 35 и нелинейного элемента 36 обеспечивает работу СУ электроприводом от сигналов фазных потокосцеплений СД 1, погрешность в измерении которых от высокочастотных помех невелика, исключает нетиповые переходные процессы в СУ, уменьшает удары в механической передаче и рабочей машине, вызванные пульсациями момента и скорости СД 1 в зоне малых скоростей.

2 з..п ° ф-лы, 2 ил. ности, снабженный релейным элементом

12 и интегратором 13, охваченными

3 отрицательной обратной связью, регулятор 14 скорости, регулятор 15 тока силовой цепи и систему 16 управления выпрямителем, последовательно соединенные функциональный преобразователь 17 с характеристикой типа сухого трения, регулятор 18 тока

1О возбуждения и систему 19 управления возбудителем, выход которой подключен к входу регулируемого возбудителя 9, систему 20 управления инвертором, последовательно соединен15 ные преобразователь 21 числа фаз, векторный анализатор 22 и измеритель

23 скорости, выход которого подключен к входу обратной связи регулятора 14 скорости, первый трансформатор

20 24 напряжений„ подключенный первичными обмотками к статорным обмоткам синхронного двигателя 1 и связанный вторичными обмотками с входами системы 20 управления инвертором и

5 входами преобразователя 21 числа фаз, при этом выход датчика 6 тока силовой цепи подключен к входу об ратной связи регулятора 15 тока сило. вой цепи, выход регулятора 14 ско30 рости подключен к входу функционального преобразователя 17 с характеристикой типа сухого трения, выход датчика 8 тока возбуждения подключен к входу обратной связи регулятора 18

1234940 тока возбуждения, а входы управляемого выпрямителя 4 подключены к выходам втор и группы токоограки .ивающих реакторов 25, снабженных леммами для подключения питающей сети. 5

В вектилькый электропривод введены блок 26 измерения фазных потокосцеплений двигателя и второй трансформатор 27 напряжений, подключенный первичными сбмотками к выходам ьн- 10 вертера 7,а .зторичными обмотками к пе вс . группе фазных входов блока

-26 измерения фазных потокоспеп; экий двигателя, вторая группа фазных входов которого подключена к вторичным обмоткам первого трансформатора. 24 напряжений. При этом выходы блока 26 измерения фазных потокосцеплений двигателя подключены к пофазко объединенным между собой входам системы д;

20 управления инвертором и преобразователя 21 числа фаз.

Блок 26 измерения фазкь..х;отокосцеплений двигателя снабжен сумматором 28 (фиг. 2), а в каждой фазе — 25 последовательно соединенными первым и вторым интеграторами 2; и 30, каждый из котсрьо-; охвачен обрат;-ой связью через соответствующий фильтр

3l или 32. Первые и вторые вхо первых интеграторов 29 образ лет соответственно первую и вторую группы фазных вхопов блока 26 измерения фазкых патокосцеплекий двигателя, третьи входы первых интеграторов 29 объединены между собой и подключены к выходу сумматора 28, входы которого пофазно объединены с выходами вторых интеграторов 30 и образуют выходы блока 26 измерения фазных потокосцеплений двигателя.

В вентильный электропривод могут быть введены две группы резисторов

33 к 34 (фиг. 1), каждая из которых 45 состоит из трех резисторов, включенных последовательно с первичными обмотками первого 24 и второго 27 трансформаторов напряжений.

Кроме того, в вентильный элек- 50 тропривод могут быть введены бесконтактный ключ 35 (фиг. 1) и нелинейный элемент 36 с характеристикой типа

"Зоны нечувствительности", вход которого подключен к выходу регулято- 55 ра 14 скорости, а выход †к входу бесконтактного ключа 35 соединенного выходом с дополнительно введенным входом интегратора 13 задатчика 11 интенсивности.

Вектильный электроприв . д работа"= следующим образом.

Обмотка статора синхронного двигателя I использ.ется в качестве тактового датчика синхронизации. ТрансФорматоры 24 и 27 напряжений подключекы к зажимам синхронного двигателя l и инвертора 3, напряжения на которых

3 - Р з { l, где Ь вЂ” индук-HBHocTb токоограничивающих реакторов 2;

D — символ производной по времени; — ток статора двигателя.

Эквивалентные фаэкые ЭДС синхронного двигателя 1, определяющие условия коммутации инвертора 7, определяются выражением

e„=L.,--I- D, 1 I -

< где - — эквивалентная реактивность двигателя, и могут быть найдены по сооть<ошению е,=(1+ -- ) О,— -,- - 1., (3)

L —, I, е - е

С целью повышения надежности, исключения насыщения трансформаторов напряжений во всем диапазоне рабочих частот к напряжений, исключения влияния изменения активных сопротивлений первичкых обмоток трансформаторов напряжений при изменении температуры ка погрешность измерения потокосцеплений подключение трансформаторов 24 и 27 напряжений осуществляют через стабильные (проволочные) резисторы 33 и 34. Передаточные функции трансформаторов напряжений в этом случае имеют вид: где К,р — коэффициент трансформации;

Ь +L, ("1

L,, L — индуктивкости рассеяния и взаимоиндукции первичной обмотки трансформаторов 24 и 27 напряжений;

R„ — активное сопротивление цепи первичной обмотки трансформаторов 24 и 27 напряжений (с учетом резисторов

33 и 34).

После суммирования на входах интеграторов 29 формируется сигнал е =ee M,„ (ð). . (5)

Далее этот сигнал подается на кн теграторы 30. При идеальных переда1234940 гочных функциях интеграторов 29 и

30 (р)= †-, W (р)=- — (6)

1+7 2 1 т„, " тр на выходе ингеграторов 30 формируется сигнал V эквивалентного потоко= е сцепления фазных обмоток статора синхронного двигателя 1.

Дрейф нуля аналоговых интеграторов 29 и 30 и погрешность входных элементов обусловливают применение неидеального интегрирования, при ко— тором каждый из интеграторов 29 и 30 охвачен слабой отрицательной обратной связью через соответствующий апериодический фильтр 31 или 32,,включение которого позволяет существенно снизить фазовую погрешность неидеального интегрирования в рабочем

20 диапазоне скорости вентильного электропривода. При этом передаточные функции интеграторов имеют вид: (1+т )(1т, )

"- "= гк .-,г, (--;тт "

11 (р)=К () (8)

KT, p (Нт р +j

Амплитудные и фазовые частотные характеристики реальных интеграторов 29 и 30 в широкой области час1 тот (о1>- ) близки к характеристикам

1 идеальных инте грат оров, а в области низких частот (1(Чкт„) близки к характеристикам инерционного звена с коэффициентом усиления К и постоянной времени К Т „. Коэффициент усиления К устанавливается максимально возможным из условия обеспечения

40 работоспособности интЕграторов. Постоянная времени фильтров 31 и 32

К Т„

Т =—

Дополнительным средством повьппения точности измерения фаэных потокосцеплений двигателя является обратная связь по составляющей нулевой последовательности эквивалентного потокосцепления «1 ео р ВВОДимОи C пОмОЩью

50 сумматора 28. В результате обеспечивается удовлетворительная точность сигналов фазных потокосцеплений двигателя Ч „,Ч,Ч на выходах блока г4 1В Ес

26 измерейия фаэных потокосцеплений двигателя.

Выходные сигналы блока 26 измерения фазных потокосцеплений двигателя синхронизируют систему 20 управления инвертором, а также используются для измерения скорости вентильного электропривода. Для этого выходные сигналы блока 26 измерения фазных потокосцеплений через преобразователь

21 числа фаз.и векторный анализатор

22 подаются на вход измерителя 23 ск орос ти.

Векторный анализатор 22 из сигналов V Ч, получаемых с помощью

) У преобразователя 21 числа фаз, формирует сигналы модуля вектора потокосцепления статора Ч, гармонические функции его аргумента sin g, cos g .

Измеритель 23 скорости по сигналам векторного анализатора, несущим информацию о скорости, формирует сигнал, пропорциональный мгновенному значению скорости вентильного привода в соответствии, например, с соотношением

D (cos Y) (9)

Регулирующая часть системы автоматического регулирования вентильного электропривода, выполненная по принципу систем подчиненного регулирования, содержит контур регулирования скорости с подчиненными контурами регулирования тока силовой цепи. и тока возбуждения синхронного двигателя.

Сигнал задания скорости с выхода эадатчика 10 скорости поступает через эадатчик 11 интенсивности на вход регулятора 14 скорости, где сравнивается с сигналом действительного значения скорости, поступающим от измерителя 23 скорости. Выходной сигнал регулятора 14 скорости определяет заданные значения тока силовой цепи и тока возбуждения и поступает на вход регулятора 15 тока силовой цепи и через функциональный преобразователь !7 с характеристикой типа сухого трения на вход регулятора 18 тока возбуждения, где они сравниваются с сигналами действительных значений тока силовой цепи и тока возбуждения синхронного двигателя, подаваемыми с выходов датчика 6 тока силовой цепи и датчика

8 тока возбуждения, Выходной сигнал функционального преобразователя 17 при нулевом сигнале на его входе определяет сигнал задания тока возбуждения на холостом ходу вентиль1234940 ного. электропривода, с ростом сигнала задания тока силовой цепи сигнал задания тока возбуждения синхронного двигателя возрастает, формируя требуемые характеристики вентильного электропривода.

Коммутация тиристоров инвертора

7 в зоне малых частот — искусственная путем перевода управляемого выпрямителя 4 в зону прерывистых токов.10

С целью исключения нетиповых переходных процессов в системе автомати.ческого регулирования введение ограничения тока силовой цепи осуществляется воздействием на задание регулятора 14 скорости через интегратор

13 задатчика 11 интенсивности. При подаче команды на коммутацию инвертора 7 в зоне малых частот замыкается бесконтактный ключ 35, которым на интегратор 13 эадатчика интенсивности вводится сильная отрицательная обратная связь по заданию тока силовой цепи через нелинейный элемент

36 с характеристикой типа "Зоны д5 нечувствительности".

Эта связь обеспечивает ограничение задания тока силовой цепи на уровне, определяемом зоной нечувствительности нелинейного элемента

36, Ток силовой цепи под действием регулятора 15 тока силовой цепи спадает до заданного значения. Обеспечивается коммутация тиригторов инвертора 7. После определенной паузы восстанавливается исходная структура системы автоматического регулирования.

При таком способе коммутации тиристоров инвертора 7 достигается по- 40 вьппение частоты и снижение амплитуды пульсаций вращающего момента и скорости синхронного двигателя 1.

Таким образом, введение в вентильный электропривод блока измерения фаэных потокосцеплений двигателя, второго трансформатора напряжений, резисторов, включенных последователь. но с первичными обмотками трансформаторов напряжений, бесконтактного ключа и нелинейного элемента типа зоны нечувствительности позволяет реализовать работу системы управления вентильным электроприводом от сигналов фазных потокосцеплений 55 двигателя, погрешность в измерении которых от влияния пульсаций напряжений иа зажимах синхронного двигателя и инвертора высокочастотных помех невелика вследствие использования интеграторов и практического постоянства амплитуды сигналов в широком диапазоне частот, исключить нетиповые переходные процессы в системе управления вентильным электроприводом, уменьшить удары в механической передаче и рабочей машине, вызванные пульсациями момента и .корости синхронного двигателя в зоне малых скоростей и повысить за счет этого надежность и точность работы вентильного электропривода.

Формула изобретения

Вентильный электропривод, содержащий синхронный двигатель, статорные обмотки которого через первую группу токоограничивающих реакторов подключены к выходам преобразователя частоты, снабженного последовательно соединенными управляемьм выпрямиФ телем, сглаживающим реактором, датчиком тока силовой цепи и инвертором, а обмотка возбуждения синхронного двигателя .через датчик тока возбуждения подключена к выходу регулируемого возбудителя, последовательно соединенные эадатчик скорости, задатчик интенсивности, снабженный релейным элементом и интегратором, охваченными отрицательной обратной связью, регулятор скорости, регулятор тока силовой цепи и систему управления выпрямителем, последовательно соединенные функциональный преобразователь с характеристикой типа сухого трения, регулятор тока возбуждения и систему управления возбудителем, выход которой подключен к входу регулируемого возбудителя, систему управления инвертором, последовательно соединенные преобразователь числа фаз, векторный анализатор и измеритель скорости, выход которого подклю-. чен к входу обратной связи регулятора скорости, первый трансформатор напряжений, подключенный первичными обмотками к статорным обмоткам синхронного двигателя и связанный вторичными обмотками с входами системы управления инвертором и входами преобразователя числа фаз, при этом выход датчика тока силовой цепи подключен к входу обратной связи регулятора тока силовой цепи, выход регулятора скорости подключен к входу,1234

Риз. 2

Составитель А. Жилин

Техред В. Кадар Корректор M. Демчик м

Редактор А. Лежнина

Заказ 2989/56 Тираж 631 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

9 функционального преобразователя с характеристикой типа сухого. трения, 1 выход датчика тока возбуждения — к входу обратной связи регулятора тока возбуждения, а входы управляемого выпрямителя — к выходам второй группы токоограничнвающих реакторов, снабженных клеммами для подключения питающей сети, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью повышения надежности и точности управления, в него введены блок измерения фазных потокосцеплений двигателя и второй трансформатор напряжений, подключенный первичными обмотками к выходам инвертора, а вторичными обмотками— к первой группе фаэных входов блока измерения фазных потокосцеплений двигателя, вторая группа фазных входов которого подключена к вторичным об- 20 моткам первого трансформатора напряжений, при этом выходы блока измерения фазных потокосцеплений двигателя подключены к пофаэно объединенным между собой входам системы управле- Z5 ния инвертором и преобразователя числа фаз, причем блок измерения фазных потокосцеплений двигателя снабжен сумматором, а в каждой фаse — последовательно соединенными З0 первым и вторым интеграторами, каждый

940 1О из которых охвачен обратной связью через соответствующий фильтр, первые и вторые входы первых интеграторов образуют соответственно первую и вторую группы фазных входов блока измерения фаэкых потокосцеплений двигателя, третьи входы первых интеграторов объединены между собой и подключены к выходу сумматора,. входы которого пофазно объединены с выходами вторых интеграторов и образуют выходы блока измерения фазных потокосцеплений двигателя.

2. Электропрнвод по п. i, о т личающийся тем,что в него введены две группы резисторов, каждая иэ которых состоит иэ.трех резисторов, включенных последовательно с первичными обмотками первого и второго трансформаторов напряжений.

3. Электропривод по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что в него введены бесконтактный ключ и нелинейный элемент типа зоны нечувствительности, вход которого подключен к выходу регулятора скорости, а выход — к входу бесконтактного ключа, соединенного выходом с дополнительно введенным входом интегратора эадатчика интенсивности.