Электропривод переменного тока

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

1бд 4 Н 02 Р 7/36 1: V !

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 4013160/24-07 (22) 23.12.85 (46) 23,12.87. Бюл, № 47 (71) Московский энергетический институт и Всесоюзный электротехнический институт (72) В.Н.Тарасов, С,В.Прудников, В.А.Иванов, Ф.К.Реут и С.А.Баранов (53) 6?-83 (088.8) (56) Делекторский Б.А., Тарасов В,Н, Управляемый гистерезисный привод.

M.: Энергоатомиздат, 1983.

Авторское свидетельство СССР № 1241390, кл . Н 02 Р 7/74, 1984.

Авторское свидетельство СССР

N- 1241339, кл . Н 02 P 7/74, 1984. (54)(57) ЭЛЕКТРОПРИВОД ПЕРЕМЕННОГО

ТОКА, содержащий группу гистерезисных электродвигателей, две фазы каждого из которых подключены к двум шинам источника питания, блок импульсного перевозбуждения, включенный между третьими фазами гистереэисных электродвигателей и третьей шиной источника питания, снабженный разделительным ключом, составленным из двух параллельно соединенных полупроводниковых вентилей, один из которых выполнен управляемым, цепью, составленной из последовательно соединенных между собой конденсатора и разрядного тиристора, подключенной параллельно разделительному ключу, зарядным блоком, параллельно подключенным к конденсатору, блок формирования параметров намагничивающих импульсов, составленный из последовательно соединенных между собой узла задания частоты и фазы, вход которого образует вход блока формирования параметров намаг„„SU„, 1361698 А1 ничивающих импульсов, и блока формирования длительности намагничивающих импульсов, блок синхронизации, вход которого соединен с шинами источника питания, а выход — с входом блока формирования параметров намагничивающих импульсов, выход которого подключен к управляющей цепи разрядного тиристора, отличающийся тем, что, с целью повышения энергетических характеристик и перегрузочной способности за счет сохранения предельной намагниченности и уменьшения импульсного тормозного момента в режиме периодического импульсного намагничивания, второй полупроводниковый вентиль выЮ полнен управляемым . и введен второй блок синхронизации, вход которого подключен к шинам источника питания, а выход к управляющей цепи второго управляемого полупроводникового вентиля, блок формирования параметров намагничивающих импульсов, снабжен ва логической схемой 2ИЛИ, узлом за- 1,ф

T «Ь держки с временем, с —, а блок формирования длительности намагничивающих импульсов выполнен в виде C) узла задержки с временем . и, <. причем выход узла задержки с временем Т подключен к входу узла задания частоты и. фазы, а выход — к одному входу логической схемы 2ИЛИ, второй вход которой соединен с выходом блока формирования длительности намагничивающих импульсов, выход логической схемы 2ИЛИ образует выход блока формирования параметров намаг-. ничивающих импульсов, снабженного вторым входом, образованным выходом узла задания частоты и фазы, подклю1361698 ченным к управляющей цепи первого тиля, где Т вЂ” период частоты напряжеуправляемого полупроводникового вен- ния источника питания, I.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в многодвигательном электроприводе технологических линий электрохимической промышленности.

Цель изобретения — повышение энергетических характеристик и перегрузочной способности за счет сохранения предельной намагниченности ротора и уменьшения импульсного тормозного момента в режиме периодического импульсного намагничивания.

На фиг.1 представлена структурная схема многодвигательного электропривода, на фиг.2 — структурная схема блока формирования параметров намагничивающих импульсов; на фиг.3 — временные диаграммы, поясняющие работу силовой части электропривода; на фиг.4 — временные диаграммы, поясняющие работу электропривода при выполнении блока формирования параметров намагничивающих импульсов согласно фиг.2; на фиг.5 — структурная схема блока формирования параметров намагничивающих импульсов, вариант, на фиг.6 — временные диаграммы, поясняющие работу электропривода при выполнении блока формирования параметров намагничивающих импульсов согласно фиг.5, Злектропривод переменного тока содержит группу гистерезисных электродвигателей 1, две фазы каждого. из которых подключены к двум шинам

2 источника 3 питания, блок 4 импульсного перевозбуждения, включенный между третьими фазами электродвигателей и третьей шиной 2 источника 3 питания,. Блок 4 питания составлен из разделительного ключа 5, выполненного в виде двух параллельно соединенных управляемых вентилей (тиристоров) 6 и 7, цепи, составленной иэ последовательно соединенных конденсатора 8 и разрядного тиристора

9, подключенной параллельно разделительному. ключу 5, зарядного блока

10,подключенного параллельно конденсатору 8. Электропривод содержит также блок 11 формирования параметров

В намагничивающих импульсов и блок 12 синхронизации, вход которого соединен с шинами 2 источника 3 питания, а выход — с входом блока 11, выход которого подключен к управляющей цепи разрядного тиристора 9. В электропри° вод введен второй блок 13 синхронизации, вход которого подключен к шинам 2 источника питания, а выход— через блок 14 — к управляющей цепи второго управляемого вентиля 7 разделительного ключа 5, К шинам 2 источника питания может быть подключена группа компенсирующих конденсаторов 15.

Блок 11 формирования параметров намагничивающнх импульсов содержит узел 16 задания частоты и фазы намагничивающих импульсов, узел 17 заТ

25 держки с временем c « — блок 18

4 формирования длительности намагничивающих импульсов, выполненный в виде узла, регулируемой задержки с временем Г рис а Г у логический элемент д0 ИЛИ 19. Вход узла 16, образующий вход блока 11, соединен с входом узла 17, выход которого подключен к одному входу логического элемента

ИЛИ 19. Второй. вход логического элемента ИЛИ 19 соединен с выходом блока

18, а выход логической схемы ИЛИ 19 через блок 20 включения образует первыи выход блока 11. Выход узла 16 соединен с входом блока 18 и через блок

40 21 включения образует второй выход (выход синхронизации) блока 11 для подключения к первому управляющему вентилю 6 разделительного ключа 5.

Под параметром Т понимается период

45 частоты питающего напряжения, Для эффективного перевозбуждения гистерезисных электродвигателей 1 параметры намагничивающих импульсов должны составлять: амплитуда напряже13616

45 н я тания в импульсе ирис = ?Цно„ где 11„, — амплитуда номинального напряжения; длительность намагничивающего импульса к „, = (0,05-0,15) Т, 5 где Т вЂ” период напряжения питания; частота следования импульсов f.

= (10-15) f. где f. — средняя частота собственных колебаний группы электродвигателей. Поскольку степень намагниченности ротора определяется амплитудой импульса н, с, статора, а следовательно, амплитудой импульса тока статора, то фазу его включения целесообразно синхронизировать при- 15 мерно с максимумом тока фазы, в которую включен блок 4 импульсного перевозбуждения.

Электропривод работает следующим образом. 20

В интервале времени между намагничивающими импульсами сигналы с выхода синхронизации блока 11 формирования параметров намагничивающих импульсов, с выхода блока 14 включения второго тиристора, поступающие на управляющие электроды соответственно первого тиристора 6 и второго.тиристора 7, обеспечивают постоянное открытое состояние разделитель- 30 ного вентильного ключа 5. В момент времени е, (фиг.3) сигнал с второго выхода блока 11 формирования параметров намагничивающих импульсов подается на упРавляющий электРод разрядного тиристора 9. Последний отпирается, и напряжение конденсатора 8, предварительно заряженного от зарядного блока 10 до напряжения Uc, полярность которого показана на фиг,1 без 40 скобок, суммируется с фазным напряжением Пд. Ток.электродвигателя начинает возрастать (на фиг.3 показано изменение только тока Тд1. Одновременно снижается напряжение конденсатора вследствие его разряда.

В момент t включения разрядного тиристора 9, второй тиристор 7 запирается напряжением обратной полярности U c.

В момент времени г. ток в фазе А 50 возрастает до требуемой величины

I p„= 27. о„ где Т<„c ток пульсе; I „о А, — амплитуда ноьынального тока. Включение блока 4 импульсного перевозбуждения осуществляется путем формирования по выходу синхронизации блока 11 формирования параметров намагничивающих импульсов дополнительного сигнала на управляю98

4 щий электрод первого тиристора 6.

После отпирания первого тиристора 6 конденсатор 8 с малой постоянной времени (по сравнению с электромагнитной постоянной гистерезисного электродвч-гателя) разряжается до нуля. Этим заканчивается первая фаза перевозбужде-; ния — формирование амплитуды намагничивающей силы статора.

На второй фазе процесса импульс- . ного перевозбуждения необходимо обеспечить быстрое спадание тока статора электродвигателя до номинальной величины.

После разряда конденсатора 8 разрядный тиристор 9 поддерживается в открытом состоянии фазным током 1д поскольку второй тиристор 7 закрыт.

Спадающий импульсный ток, определяемый ЭДС самоиндукции статора, в сумме с фазным током Тд перезаряжает конденсатор 8. Напряжение Uc конденсатора 8 меняет знак (полярность в скобках на фиг,1) и в сумме с фазным напряжением П увеличивает отрицательную производную изменения тока электродвигателя. Спадение тока происходит за время меньше полупериода частоты питания, что исключает размагничивание ротора и уменьшает импульсный тормозной момент. Это повышает энергетические показатели и перегрузочную способность гистерезисного электродвигателя в режиме импульсного перевозбуждения.

В момент времени t разрядный тиристор 9 запирается нулем тока после прекращения заряда конденсатора

8. После этого конденсатор 8 начинает перезаряжаться от зарядного блока 10 и блок 4 импульсного перевозбуждения подготавливается к новому циклу работы.

Первый блок 12 синхронизации, второй блок 13 синхронизации, блок

14 включения второго тири ора и блок 11 формирования параметров намагничивающих импульсов согласно фиг.2 и 4 работают следующим образом, Поскольку гистерезисные электродвигатели в указанной области применения для уменьшения числа подводящих проводов выполняются, как правило, с изолированной нейтралью, то цикл работы блока 4 импульсного перевозбуждения удобно синхронизировать с линейным напряжением питания, например Идщ. Для исключения влияния тока двигателя и соответственно эффективность его перевозбуждения. Таким образом, на управляющий сигнал второго тиристора 7 накладываются следующие ограничения по длительности

90 (. c р

На входы узла 16 задания частоты и фазы намагничивающих импульсов и узла 17 задержки поступает сигнал с выхода первого блока 12 синхронизации (фиг 4 r П8ыу <2.) совпадающий по фазе с моментом изменения знака Uzi с положительного на отрицательный.

Узел 16 задания частоты и фазы намагничивающих импульсов представляет собой последовательно соединенные делитель частоты и одновибратор с регулируемой задержкой, В соответствии с определенными заранее параметрами намагничивающих импульсов (+pic I

f рд, ) с выхода узла 16 задания частоты и фазы намагничивающих импульсов через блок 21 включения (фиг.4,U „,ÄI ) сигнал подается на управляющий электрод разрядного тиристора 9, В момент включения разрядного тиристора 9 и на время нарастания импульсного тока (ь pIIc ) сигнал на управляющем электроде с первого тиристора 6 должен отсутствовать для исключения короткого замыкания конденсатора 8 через открытые разрядный тиристор 9 и первый тиристор 6, Для этой цели блок

20 включения первого тиристора соединен с выходом первого блока 12 синхронизации через блок 17 задержки с временем с ., Время задержки определяется фазой ь ри,, длительностью

Г „ и временем спадания импульсного риc тока, Длительность задержки не прео вышает 90, поскольку к началу отрицательной полуволны тока все динамические процессы изменения тока завершаются, Сигнал с выхода блока 17 задержки поступает на вход блока 20 включения первого тиристора (фиг.4, U,„, ) через логический элемент

2ИЛИ 19, второй вход которого соединен с выходом блока 18 регулируемой задержки. При нарастании тока статора до требуемой величины IpÄ,, что происходит за известное врем. ар„, с выхода блока 18 регулируемой задержки через логический элемент

2ИЛИ 19 и блок 20 включения первого тиристора (фиг,4, Unbar zo) сигнал подается на управляющии электрод пер5

1361698 изменения амплитуды и фазы выбранного напряжения синхронизации в процессе импульсного перевозбуждения гистерезисных электродвигателей 1 входы первого блока 12 синхронизации и второго блока 13 синхронизации необходимо подключать к шинам 2 источника 3 питания до места включения блока 4 импульсного перевозбуждения. 10

В интервале между двумя последующими намагничивающими импульсами разделительный вентильный ключ 5 должен быть постоянно открыт. Для этой цели первый блок 12 синхронизации 15 и второй блок 13 синхронизации по- . нижают напряжение питания сети до уровня, приемлемого для элементов микросхемотехники, выделяют момент перехода напряжения U» через нуль, 20 причем в первом блоке 12 синхронизации изменение знака напряжения с положительного на отрицательный, а во втором блоке 13 синхронизации—

1 наоборот, и формируют выходные сиг- 25 налы требуемой длительности. Эти сигналы через блок 20 включения и блок 14 выключения, представляющие собой усилители мощности, подаются соответственно на управляющие электро-30 ды первого.тиристора 6 и второго тиристора 7.

Поскольку гистерезисный электродвигатель является нагрузкой с низcosgp To фазный TQK Хд отстает от линейного напряжения Uzд на угол о

90,, Это означает, что при совпадении фазы сигнала, подаваемого на управляющий электрод соответствующего тиристора, с моментом перехода ли- 40 нейного напряжения Uz через нуль, его длительность должна быть — 90

Одновременное выполнение разделительным вентильным ключом 5 задачи импульсного перевозбуждения гистерезис- 45 ных электродвигателей 1 накладывает следующие ограничения на длительность управляющего сигнала первого тиристора 6 и второго тиристора 7.

При длительности сигнала на управ- 50 ляющем электроде второго тиристора

7 6 Р с р„,, где м. р„с — фаз а включения намагничивающего импульса относительно начала положительной полуволны линейного напряжения Пд, после включения разрядного тиристора 9 через второй тиристор 7 протекает существенный по величине инверсный ток.

Это снижает величину импульсного

1361698

25 ложение логической "1" по выходу.

Это приводит к тому, что сигнал с выхода первого блока 12 синхронизации подается через блок 20 включения на управляющий электрод первого тиристора 6. Подобная схема работоо способна приор„, 180 . Исследова-. 40 ния показывают, что наивысшие энергетические характеристики достигают †. о о ся при 150 с о рис ñ 1 70

50

55 ля. вого тиристора 6. Это приводит к быстрому разряду до нуля конденсатора 8, что эквивалентно отключению импульсного источника питания. После этого до момента включения первого тиристора 6 происходит перезаряд конденсатора и быстрое спадание тока статора до номинального значения.

Однако введение задержки на включение первого тиристора 6 необходимо лишь на том периоде изменения основного напряжения питания, на котором происходит включение импульсного источника питания. Этот недостаток устраняется при выполнении блока 11 формирования параметров намагничивающих импульсов, согласно фиг.5.

Блок 11 формирования параметров намагничивающих импульсов также содержит узел 16 задания частоты и фазы намагничивающих импульсов относительно фазы напряжения питания, блок

18 формирования длительности намагничивающих импульсов, выполненный в виде узла регулируемой задержки, и блоки

20 и 21 включения. Дополнительно в блок 11 введены RS-триггер 22, логический элемент 2И 23. При этом вход узла 16 задания частоты и фазы намагничивающих импульсов и первый вход логического элемента 2И 23, являющиеся входом блока 11 формирования параметров намагничивающих импульсов, соединены с выходом первого блока 12 синхронизации, Первый вход

RS-триггера 22 непосредственно, а второй — через узел 18 регулируемой задержки подключены к выходу узла

16 задания частоты и фазы намагничивающих импульсов. Выход RS — триггера

22 подключен к второму входу логического элемента 2И 23, выход которого подключен к входу блока 20 включения, образуя второй выход блока 11 для включения первого тиристора 6.

Выход узла 16 задания частоты и фазы намагничивающих импульсов подключен к входу блока 21 включения, обра". зуя первый выход блока 11 для включения разрядного тиристора.

При выполнении блока 11 согласно фиг.5 электропривод работает следую-.. щим образом, Сигналы на управляющие электроды тиристора 7 формируются как и для схемы, представленной на фиг.2. В интервале между двумя последующими намагничивающими импульсами выходнои сигнал RS-триггерва 22 равен логической "1" (фиг.6, 11, ). Это означает, что на управляющий электрод первого тиристора 6 через логический элемент 2И 23 и блок 20 включения подается сигнал (фиг.6,11 ы„гэ), начальная фаза которого совпадает с фазой выходного сигнала первого блока 12

10 синхронизации (фиг,6, Палых г ) длительность не превышает 180 . Для исключения короткого замыкания конденсатора 8 после открытия разрядного тиристора 9 до момента нарастания тока статора до величины ?,и, с выхода узла 16 задания частоты и фазы намагничивающих импульсов сигналы одновременно подаются на вход блока 18 регулируемой задержки, первый вход RS-триггера 22 и вход блока

21 включения разрядного тиристора.

RS-триггер 22 переключается по выходу в пеложение логического "0", что при. нудительно переключает логический элемент 2И 23 в положение логическо-. го "0" по выходу незайисимо от сигнала на его первом входе, соединенном с выходом первого блока 12 синхронизации. Через интервал времени

Зр С,, определяемый блоком 18 регулируемой задержки, сигнал с его выхода переключает RS-триггер 22 в пс—

Таким образом, для гистерезисных электродвигателей повышенной частоты вращения с большим индуктивным и малым активным сопротивлением за счет решения задачи гашения поля в режиме периодического импульсного намагпичивания уменьшается потребляемый ток не менее, чем на 33Х снижаются потери в меди статоров, сети и источнике питания. Тормозной импульсный момент уменьшается с 35 до 47 по отношению к максимальному синхронному, что позволяет его практически не учитывать при опенке лерегрузоч— ной способности электродвигате9 1361698 1О

Достигаемый эффект позволяет умень- ключить дополнительные группы электнить установленную мощность источни- родвигателей, ка питания, а при ее сохранении подФиг.!

Фиг. 2! 361698 a a>> 6OEE yz иьин +

Цй/Х1к

84/Ууу

00ыхта к,о

1361 698

U Рых /Рыка

Фиг. Е

Редактор Н.Тупица Техред M,äèäûK

Корректор А.Обручар

Заказ 6302/56

Производственно-полиграфическое предприятие, г,ужгород, ул.Проектная,4 йиц /АЛЫХ

Тираж 659 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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