Вентильный электропривод

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (50 4 Н 02 P 6 02

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

/pe г . „, .)

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 1ц

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ф) i с

„„ и

6 (61) 987770 (2.1) 3833307/24-07 (22) 30.12.84

{46) 07.10.86. Вюл. И 37 (71) Всесоюзный ордена Трудового

Красного Знамени научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт релестроения (72) В.Ф. Шепелин (53) 62-83:621.313.392(088 ° 8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 987770, кл. Н 02 P 29/04, опублик.

1983,, (54) ВЕНТИЛЬНЫИ ЭЛЕКТРОПРИВОД (57) Изобретение относится к электротехнике и является усовершенствованием авт,св. 9 987770. Целью изобретения является повышение надежности работы вентильного электропривода в зон -малых скоростей вращения и при реверсе.

Вентильный электропривод содержит

-Ф

„,SU„„1262679 д 2 синхронную машину (СМ) с якорной обмоткой 1, подключенной к.сети через преобразователь 2 частоты с последовательно соединенными между собой выпрямителем (В) 8, дросселем 45 и зависимым инвертором (ЗИ) 3. Между выходными выводами В8 и нулевой точкой якорной обмотки 1 включены вспомогательные тиристоры {T) 4,5, В8 управляется от блока 9 управления, Т 4, 5 — от блока 13 управления, а

ЗИ 3 — от блока 14 управления. На валу CM установлены датчик 15 положения ротора и датчик 16 скорости вращения ° Датчик 15 соединен с первым входом блока 14, первыми входами узлов 32, 33 формирования зон разрешения управления Т4, 5, с входом блока

29 определения вращения, с входом блока 46 дифференцирующих цепочек.

Второй вход блока 14 подключен через

1262679 ключ 27 к первому выходу блока 25 бестокового переключения режимов работы. Один вход блока 25 через нуЛьорган подключен к выходу регулятора скорости, а другой — к датчику 26 нуля тока выпрямителя и к вторым входам узлов 32, 33. Выходы узлов 32, 33 через логическую схему ИЛИ подключены к первому входу узла 39 регулирования длительности шунтирования, Второй вход узла 39 связан с одним входом блока 9, а третий вход через третий дополнительный. ключ 10 — с другим входом блока 9, с BTopbM выходом блока 25. Третий выход блока 25 соединен с одним входом блока 28 определения истинности режима работы, другой вход которого подключен к выходу блока 29 и к первому входу блока 19 определения заданного режима работы. Второй вход блока 19 соединен с первым входом блока 25, третий вход которого соединен с выходом датчика 23 нуля тока, выходом соединенногр через второй дополнительный клю 1

24 с управляющим входом основногоклю-

Изобретение относится к электротехнике, и в частности к регулируемым и реверсивным электроприводам с вентильными электродвигателями н является усовершенствованием изобретения по авт.св. СССР У 987770, Целью изобретения является повышение надежности работы вентильного электропривода в зоне малых скоростей вращения и при реверсе. 10

На чертеже представлена схема вентищ-ного электропривода.

Вентильный электропривод содержит синхронную машину, якорная обмотка 1

15 которой подключена к выходу выпрямительно-инверторного преобразователя

2 частоты с зависимым инвертором 3„ вспомогательные тиристоры 4 и 5, включенные между выходными выводами

2О

6 и 7 выпрямителя 8 и нулевым выводом якорной обмотки 1, блок 9 управления выпрямителем, вход которого через третий дополнительный ключ 10 связан с выходом регулятора 11 скорости.. шунтича 12 ° Последний шунтирует регулятор ,скорости. Датчик 20 тока Т 4, 5 связан через первый дополнительный ключ

21 и нелинейный элемент 22 с третьим входом блока 9. Выход блока 46,через статический триггер 47 соединен с входом инвертирующей логической схемы 50, выход которой подключен к первым входам схем И 30, 31, Вторые входы схем И 30, 31 объединены и подключены к выходу узла 39, Третий вход схемы И 30 соединен с первым входом схемы ИЛИ 38, а третий вход схемы И

31 — с вторым входом схемы ИЛИ 38. В электроприводе обеспечиваются режимы движения "Вперед", "Назад", режим реверса из положения "Вперед" и положение "Назад", В случае необходимости обеспечивается режим рекуперативного торможения, причем при работе электропривода в пределах зоны нечувствительности блока 29 работа Т4, 5 в тормозном режиме запрещена. Тем самым устраняется возможность появления .неуправляемых бросков тормозного то-. ка. 1 ил. рованным управляемым ключом 12, блок

13 управления вспомогательными тиристорами и блок 14 управления инвертором, подключенные к выходу датчика 15 положения ротора, датчик 16 скорости, выполненный в виде тахогенератора, и задатчик 17 скорости, соединенные с соответствукнцими входами регулятора

11 скорости, выход которого связан через нуль-орган 18 с блоками 19 определения заданного режима работы, дат-. чик 20 тока вспомогательных тиристоров, связанный через первый дополнительный ключ 21 и нелинейный элемент 22 с блоком 9 управления выпрямителем, датчик 23 нуля тока вспомогательных тнристоров, выход которого соединен с управлящнм входом основного ключа 12 через второй дополнительный ключ 24 и с первым входом блока 25 бестокового переключения режимов работы, второй вход которого подключен к датчику 26 нуля тока выпрямителя, третий вход — к выходу

1262679 нуль-органа 13, первый выход — к блоку 14 управления инвертором через ключи 27, второй выход — к входу топоча О, а третий выход вЂ, к первому входу блока 28 определения истиннос- 5 ти режима работы, выходом подключенного к блоку 13 управления вспомогательными тиристорами, а вторым входом - к выходу блока 29 определения вращения, соединенного с вторым вхо- 10 дом блока 19 определения заданного режима работы, выход которого подключен к управляющим входам ключей 21 и 24.

Блок 13 управления вспомогатель- 15 ными тиристорами содержит схемы 30 и

31 совпадения, узлы 32 и 33 формирования зон разрешения управления вспомогательными тиристорами, состоящие из статических триггеров 34 и 35, 20 один из входов каждого из которых подключен к датчику 26 нуля тока вып- рямителя, а второй через RC-цепочки

36 и 37 — K датчику !5 положения ротора, логическую схему ИЛИ 38 и узел 25

39 регулиров.".ния длительности шунтированйя, состоящий из логической схемы И-НЕ 40 и статического триггеры 41.

В инверторе 3 имеются тиристоры

42 — 44. В звено постоянного тока преобразователя 2 частоты включен сглаживающий дроссель 45, в качестве которого может быть использована компенсационная обмотка синхронной маши-З кыа

Имеются также блок дифференцирующих цепочек 46 и статический триггер

47, состоящий из логических схем И-ИЕ

48 и 49, первый вход которого подклю-40 чен к выходу блока 28 определения истинного режима работы, второй вход через введенный блок 46 дифференци--. рующих цепочек связан с выходами датчика поло:кения ротора, а выход через 45 инвертирующую логическую схему 50 — с блокирующим входом блока 13 управления вспомогательными тиристорами.

Сигнал с выхода тахогенератора пропорционален скорости вращения и на 50 малых скоростях вращения (порядка 12 об/мик и ниже), его величина составляет меньше 10 мВ, что соизмеримо с уровнем помехи. Использовать такой

„ игнал в логических схемах управления55 яе представляется возможным. Поэтому сигнал с тахогенератора используется лишь в системе регулирования скорости - где имеются инерционные регуляторы, реагирующие на среднее значение, а для определения направления вращения используется датчик направления вращения, акализирующий последовательность чередования импульсов с трех каналов управления, Ключи 12, 21 и 24 выполнены на по" лупроводниковых элементах (транзисторах), времена переключения которых составляют несколько микросекунд, чтс на несколько порядков меньше длительности перехолных процессов в системе электропривода и они не вносят эапаз дывания в его работу, В вектильном электродвигателе дополнительно введены триггер и блок дифференцирования фронтов сигналов с датчика положения ротора, благодаря которым ка время запаздывания сигнала на выходе датчика направлейия вращения вводится блокировка на включение вспомогательных тиристоров, критичных к режиму работы двигателя, что повышает надежность работы известного вентильного электропривода s зоне малых скоростей вращения.

Начальное состояние всех триггеров-схемы устанавливается специаль» кым блоком в момент подачи напряжения питания.

Так, например, триггер 47 должен быть установлен в такое начальное положение, когда на его выходе сигнал равен логической единице и работа вспомогательных тиристоров блокируется, При этом зона запаздывания блока определения направления вращения в начальный момент пуска не оказывает влияния на работу электропривода.

Вентильный электропривод работает следующим образом, В исходном состоянии задающее напряжение Ц.,„„ равно нулю, углы регулирования тиристоров выпрямителя o( близки к 160 эл. град, ток в обмотке

1 синхронной машины отсутствует и ее ротор неподвижен, на выходе узлов 32 и 33 формирования зон разрешения управления вспомогательными тиристорами и узла 39 регулирования длительности шуктирования " кулевые сигналы. Сигналы на выходах схем 30 и 31 совйадения отсутствуют и вспомогательные

/ тиристоры 4 и 5 закрыты, на выходах датчиков 20 и 23 тока и нуля тока нулевые сигналы и они не влияют на работу схемы управления, 5

При подаче задающего напряжения

И„„ полярности соответствующей направлению "Вперед", на выходе регулятора 11 скорости появится сигнал, например положительной полярности

В который проходит через нуль-орган 18 на вход блока 25 бестокового переключения режимов работы, который переключается в соответствующее положение, переключая одновременно ключи !О и 27 10 в состояние, соответствующее направлению "Вперед".

1262

Углы управления тиристоров выпрямителя 8 и инвертора 3 принимают значения, соответствующие двигательному режиму в направлении "Вперед", на выходе выпрямителя 8 появляется напряжение, и по двум фазам синхронной машины через тиристоры, например 42 и

43, начинает протекать ток, создавая вращающий момент. Ротор поворачивается на угол 60 зл,град. При поступлении сигнала с датчика 15 положения ротора на переключение тока секций синхронной машины (на выключение тиристора 43 и включение тиристора

44) на выходе узла 32 формирования зоны разрешения управления вспомогательным тиристором 4 появится единич30 ный сигнал, который поступает на вход схемы 30 совпадения, Одновременно сигнал с узла 32 через логическую схему ИЛИ 38 поступит на вход узла 39 регулирования длительности шунтирования и на вход блока 9 управления вып-З5 рямителем, переводя его в инверторный режим. Но сигнал на выходе узла 39 появится только при наличии на его втором входе сигнала о переходе выпрямленным напряжением нуля (когда создаются условия для открытия вспомогательных тиристоров и снижения тока тиристоров 6). После появления на выходе узла 39, а значит, и на выходе схемы 30 совпадения логической едини- 5 цы при двигательном режиме работы

1 ° вентильного двигателя (на выходе блока 28 определения режима работы — логическая единица, на выходе статического триггера 47 " логический нуль, а на выходе инвертирующей логической схемы 50 — логическая единица), когда на третьем входе схемы 30 совпадения так же логическая единица, открывается тиристор 4 и ток секции синхронной 5 машины, остающейся в работе, пропускается через него в обмотку дросселя .45. а ток секции, выходя@ей иэ рабо679 ты, начинает интенсивно спадать под действием встречной ЭДС выпрямителя

8, работающего в инверторном режиме, Одновременно. с появление тока Во вспомогательном тиристоре 4 на выходе датчика 23 нуля тока появляется сигнал. Но если задан двигательный режим работы, то сигнал на выходе блока 19 определения заданного режима работы запрещает включение ключей 21 и 24, ключ 12 разомкнут и не влияет на работу системы регулирования, Одновременно сигнал с датчика 23 нуля тока поступает на вход блока 25 бестокового переключения режимов работы, запрещая его переключение и смену режима работы двигателя при наличии то" ка во вспомогательных тиристорах.

После снижения до нуля тока секции синхронной машины, выходящей из работы, тиристор 43 закрывается, датчик

23 нуля тока выдает сигнал об отсутствии тока выпрямителя, на выходах бло" ка 19 и узлов 32 и 39 сигнал исчезает и на входе блока 9 управления выпрямиI телем остается лишь положительный сиг-нал с регулятора 11 скорости, который переводит выпрямитель 8 в выпрямительный режим с углами управления, определяемыми заданной скоростью и током о двигателя. После появления положительного напряжения на выходе выпрямителя .

8 ток через тиристор 44 во вновь вступающей в работу секции синхронной машины нарастает, а во вспомогательном тиристоре 4 спадает до нуля, Дальнейшая работы выпрямителя до следующей коммутации происходит с углами, определенными сигналом с выхода регулятора ll скорости.

При поступлении сигнала на реверс или подтормаживание двигателя сигнал на выходе регулятора 11 скорости меняет знак, например, с плюса на минус, а на выходе нуль-органа 18 с логической единицы на логический нуль. Но блок 25 бестокового переключения при наличии сигнала с датчика 26 нуля тока не переключается, ключи 10 и 27 остаются в прежнем состоянии, и под действием отрицательного напряжения с выхода регулятора 11 скорости выпрямитель 8 переходит в инверторный режим, и его ток начинает уменьшаться.

После его снижения до нуля блок 25 бестокового переключенияпереключается, ключи 27 и 10 также переключаются, фаза управления тиристоров инвертора

679 8

Одновременно с переключением блока

25 бестокового переключения меняются и сигналы на выходе блока 28 опреде10 ления истинного режима работы — с логической единицы на логический нуль, на вьмоде статического триггера 47 с логиче"кого нуля на логическую единицу. На выходе инвертирующей логической схемы 50 появляется логический l5 нуль, блокируя в тормозном режиме работу схем 30 и 31 совпадения, запрещая тем самым включение вспомогательных тиристоров 4 и 5, Если сигнал с регулятора 11 ско20 рости на реверс или подтормаживание поступит при наличии тока во вспомогательных тиристорах, то несмотря на наличие сигнала с нуль-органа 18 на переключение блока 25 бестокового переключения из-за наличия блокирующего сигнала на третьем входе с датчика

23 нуля тока вспомогательных тиристоров, он остается в прежнем состоянии, соответствующем заданному направлению

30 вращения, например "Вперед", и может переключиться в состояние, соответствующее направлению "Назад", лишь после закрытия вспомогательных тиристоров 4 и 5. 35

Снижение тока вспомогательных тиристоров 4 и 5 до нуля происходит под действием двух факторов: встречной направлению тока ЭДС фазы двигателя и напряжения на выходе выпрямителя 8;40 который должен работать в это время в выпрямительном режиме несмотря на стремление сигнала с выхода регулятора 11 скорости перевести его в инверторный режим.

Осуществляется это следующим образом: сигналом с блока 19 определения заданного режима работы, который соответствует тормозному режиму, включаются ключи 21 и 24 и напряжение50 с вьмода датчика 20 тока вспомогатель. ных тиристоров поступает через нелиseAmaN элемент 22 на.вход блока 9 управления выпрямителя, стремясь перевести его в выпрямительный режим, Од-55 новременно сигналом с датчика 23 нуля, тока вспомогательных тиристоров включается ключ 12 (при включенном клю7 1262 меняется на 180 эл.град (он переходит в выпрямительный режим) и начинается интенсивное рекуперативное торможение, ток в процессе которого ограничивается, например, токовой отсечкой. че 24 ) и шунтирует выход р е гул я то ра

11 скорости, запрещая прохождение сигнала с его выхода на вход блока 9 управления выпрямителем.

Таким образом, в начальный момент коммутации тока фаэ двигателя, когда ток течет по фазе двигателя, выходящей из работы, и через вспомогательный тиристор на вход блока 9 управления выпрямителя поступают два сигнала: сигнал с логической схемы ИЛИ

38, стремящийся перевести выпрями( тель 8 в инверторный режим, и сигнал с выхода датчика 20 тока вспомогательных тиристоров, стремящийся перевести выпрямитель 8 в выпрямительный режим. Действие сигнала с логической схемы ИЛИ 38 преобладает и выпрямитель 8 находится в инверторном режиме. Ток фазы двигателя, выходящей из работы, интенсивно спадает. После его снижения до нуля сигналом с датчика

26 нуля тока узлы 32 и 33 формирования эон разрешения возвращаются в исходное состояние и сигнал на выходе логической схемы ИЛИ 38 исчезает. На входе блока 9 управления выпрямителем остается лишь один сигнал с датчика 23 тока вспомогательных тиристоров, который переводит выпрямитель

8 в выпрямительный режим, на выходе выпрямителя 8 появляется положительное напряжение, направленное встречно направлению протекания тока вспомогательного тиристора. Последний начинает интенсивно уменьшаться, После его снижения до нуля сигнал с датчика 23 нуля вспомогательных тиристоров исчезает и ключ 12 открывается, Напряжение с выхода регулятора 11 скорости переводит выпрямитель 8 в инверторный режим, и ток двигателя и выпрямителя 8 начинает интенсивно уменьшаться, После его снижения до нуля блокирующий сигнал датчика 26 нуля тока выпрямителя снимается и ключи 10 и 27 переключаются. При этом сигнал с выхода регулятора 11 скорости благодаря клочу 10 меняет полярность, стремясь перевести выпрямитель

8 в выпрямительный режим. Одновременно ключами 27 фаза управления тиристоров инвертора 3 меняется íà 1ЦО эл. град и инвертор 3 переходит в выпрямительный режим. Ток в звене постоянного тока преобразователя 2 возрастает и двигатель начинает интенсивно тормозиться, 79 1О на выходе инвертирующей логической схемы 50 — логическая единица, не влияющая на работу схемы 30 и 31 сов падения, а значит и на раооту вспомогательных тиристоров 4 и 5.

Если до момента обновления информации на входе блока 29 определения вращения (переключения сигналов датчика 15 положения ротора) поступает сигнал на смену направления вращения, то блок бестокового переключения режимов работы переключается и на выходе блока 28 определения истинного режима работы появляется сигнал (логическая единица), соответствующий двигательному режиму работы. Но статический триггер 47 остается в прежнем положении, когда на его выходе логическая единица, а на выходе инвертирующей логической схемы 50 — логический нуль, запрещающий включение вспомогательных тиристоров.

9 12626

Согласно описанному вышее, сигнал с датчика 23 тока вспомогательных. тиристоров на вход блока 9 управления выпрямителем поступает через нелинейный элемент 22, который предназначен для согласования прямолинейной характеристики датчика 23 тока с нелинейной характеристикой выпрямителя 8, После снижения скорости до нуля начинается разгон синхронной машины 1р в другом направлении. При этом тиристоры инвертора 3 автоматически переходят в инвертсрный режим (при вращении в другом направлении фаза ЭДС синхронной машины меняется на 180 эл, 15 град ), а выпрямитель 8 переходит в выпрямительный режим (ключи 10 ранее были переключены блоком 25 бестокового переключения в положение, соответствующее данному направлению вра- 2р щения). При этом в начальный момент поворота ротора синхронной машины в пределах эоны нечувствительности блока 29 определения вра11ения сигнал на

его выходе остается соответствующим 25 прежнему направлению вращения, а сиг" нал на выходе блока 28 определения истинного режима работы равен логическому нулю, что соответствует тормозному режиму работы электропривода. щ

На выходе статического триггера 47 сохраняется логическая единица, а на выходе инвертирующей логической схе мы 50 сохраняется логический нуль, запрещающий выдачу импульсов на вспо-З могательные тиристоры 4,5, После поворота ротора в новом направлении до точки переключения сигналов датчика 15 положения ротора сигнал на выходе блока 29 определения направления вращения изменяется, Изменяется и сигнал на выходе блока 28 определения истинного режима работы (становится равным логической единице, соответствующей двигательному ре-45 жиму работы). Одновременно появляется и нулевой логический сигнал на выходе блока 46 дифференцирующих цепочек, который переключает статический триггер 47 в положение, когда на его выходе появляется логический нуль, а

Состав

Редактор В. Иванова Техред

Таким образом, при работе электропривода в пределах зоны нечувствительности блока определения вращения работа вспомогательных тиристоров 4 и 5 запрещена, что исключает их -открытие в действительном тормозном режиме, устраняет возможность появления неуправляемых бросков тормозного тока и повышает надежность работы вентильного электропривода в области малых скоростей вращения.

Формула и з о б р е т е н и я

Вентильный электропривод по авт ° св. @987770, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности в зоне малых скоростей вращения и при реверсе, в него введены блок дифференцирующих цепочек и статический триггер, первый вход которого подключен к выходу блока определения истинного режима работы, второй вход через введенный блок дифференцнрующих цепочек связан с выходами датчика положения ротора, а выход— с блокирующим входом блока управления вспомогательными тиристорами. итель М. Сон

И.Попович Корректор О. Луговая

Заказ 5443/56 Тираж 631 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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