Вентильный электропривод

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для высококачественного управления частотой вращения мощного синхронного двигателя. Цель изобретения - повышение быстродействия в переходных режимах и надежности. Электропривод содержит синхронную машину 1, датчик частоты вращения 2, тиристорный преобразователь 3, соединенные последовательно первый суммирующий элемент 4, переключатель 5 полярности, регулятор 6 частоты вращения, второй суммирующий элемент 7, регулятор 8 тока, переключатель 9, выходом подключенный к управляющему входу преобразователя 3 по частоте питающей сети, датчик 10 тока, узел 11 задания частоты вращения, пороговый элемент 12, переключатель 13, два логических элемента НЕ 14,20, два логических элемента 2И 15,17, два элемента задержки 16,18, переключатели 19,21,22, узел 23 ограничения сигнала управления по выходной частоте, инвертирующие элементы 24,26, узел 25 ограничения сигнала управления по частоте питающей сети, измеритель 27 углов запаса, регулятор 28 мощности и узлы 29,30 ограничения скорости разгона и торможения электропривода. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОЕЕТСКИХ.

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 Н 02 Р 6/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPblTHHM

ПРИ П.1НТ СССР

К ABTOPGKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4337691/24-07 (22) 07.12.87 (46) 15. 10.89. Вюл. и 38 (71) Ленинградское производственное электромашиностроительное объединение "Электросила" им. С.И.Кирова (72) А.Н.Звездин и В.И.Эпштейн (53) 62-83:621.313.13.382 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

542318, кл. Н 02 P 7/00, 1977.

Авторское свидетельство СССР

1023610, кл. Н 02 P 6/00, 1983. (54} ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для высококачественного управления частотой вращения мощного синхронного двигателя. Цель изобретения — повышение быстродействия в переходных режимах и надежности. Электропривод содержит синхронную машину 1, датчик

„„SU„„1515317 А 1

2 частоты вращения 2, тиристорный преобразователь 3, соединенные последовательно первый суммирующий элемент

7, регулятор 8 тока, переключатель

9, выходом подключенный к управляющему входу преобразователя 3 по частоте питающей сети, датчик 10 тока, узел 11 задания частоты вращения, пороговый элемент 12, переключатель 13, два логических элемента НЕ 14, 20, два логических элемента 2И 15, 17, два элемента задержки 16,18, переключатели I9, 21, 22, узел 23 ограниче«ия сигнала управления по выходной частоте, инвертирующие элементы 24, 26, узел 25 ограничения сигнала управления по частоте питающей сети, измеритель 27 углов запаса, регулятор 28 мощности и узлы 29, 30 ограничения скорости разгона и торможения электропривода. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

151531

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для высококачественного управления частотой вращения мощного синхрон5 ного двигателя.

Целью изобретения является повышение быстродействия в переходных режимах и надежности.

На фиг.1 представлена функциональ- 1р ная схема вентильного электропривода; на фиг.2 показаны временные диаграммы процессов взаимодействия его элементов.

Электропривод содержит синхронную машину 1 (фиг.1), связанный с ней датчик 2 частоты вращения, тиристорный преобразователь 3, соединенные последовательно первый суммирующий элемент 4, переключатель 5 полярнос- 20 ти, регулятор 6 частоты вращения, второй суммирующий элемент 7, регулятор

8 тока, выход которого подключен к второму информационному входу первого переключателя 9, соединенного сво- 25 им выходом с управляющим входом тиристорного преобразователя 3 по час,тоте питающей сети, датчик 10 тока, соединенный с вторым входом второго суммирующего элемента 7, узел 11 за- 3р дания частоты вращения, выход которого соединен с первыми входами первого суммирующего элемента 4 и порогового элемента 12 выход которого подключен к управляющим входам переключателя 5 полярности и третьелз переключателя 13, к входу первого логического элемента 14 И-НЕ, к первому входу второго логического элемента 2И

15, через элемент 16 задержки среза 4р импульса к управляющему входу первого переключателя 9 и к первому входу первого логического элемента 2И 17, а через элемент 18 задержки фронта импульса к управляющему входу второго 45 переключателя 19 и входу второго логического элемента И-HE 20, причем

его выход подключен к второму входу логического элемента 2И 15, связанного своим выходом с управляющим вхо- 50 дом четвертого переключателя 21, а выход первого логического элемента

И-НЕ 14 подключен к второму входу первого логического элемента 2И 17, связанного своим выходом с управляющим входом пятого переключателя 22.

Выход второго переключателя 19 соединен с управляющим входом тиристорного преобразователя 3 по выходной

7 4 частоте, причем второй информационный вход второго переключателя 19 подключен к выходу узла 23 ограничения сигнала управления по выходной частоте, а через второй инвертирующий элемент 24 к информационному входу пятого переключателя 22, выход которого соединен с входом установки начальных условий регулятора 8 тока. Первый информационный вход второго переключателя 19 соединен с выходом регулятора 8 тока и вторым информационным входом первого переключателя 9, первый информационный вход которого подключен к узлу 25 ограничения сигнала управления по частоте питающей сети, а через первый инвертирующий элемент 26 к информационному входу четвертого переключателя 21, выход которого соединен с входом установки начальных условий регулятора 8 тока.

Датчик 2 частоты вращения соединен своим выходом с вторыми входами первого суммирующего элемента 4 и порогового элемента 12. Измеритель 27 углов запаса подключен своими входами к выходам тиристорного преобразователя 3 по выходной частоте, а выходом соединен с первым входом узла 23 ограничения сигнала управления по выходной частоте, второй вход которого подключен к выходу датчика 10 тока.

Регулятор 28 мощности соединен своими входами с шинами питающей сети, а выходами — с узлом 25 ограничения сигнала управления по частоте питающей сети, с узлом 29 ограничения скорости разгона и с узлом 30 ограничения скорости торможения, причем входы узлов 29 и 30 соединены с информационными входами третьего переключателя 13, выход которого подключен к входу ограничения выходного сигнала регулятора 6 частоты вращения.

Электропривод работает следующим образом.

При подаче на вход сигнала задания частоты вращения U „ (фиг.2), зчв соответствующего заданйому направлению вращения электрической машины 1 в двигательном режиме, тиристорный преобразователь 3 по отношению к цепи питания работает в выпрямительном режиме, а по отношению к электрической машине 1 — в инверторном. На управляющем входе тиристорного преобразователя 3 по частоте питающей сети формируется сигнал, соответству-.

15153 ющий некоторому углу отпирания вентилей в выпрямительном режиме, а на управляющем входе тиристорного преобразователя 3 по выходной частоте — .

5 сигнал, соответствующий углу опережения в инверторном режиме ° С выхода узла 11 задания частоты вращения на вход первого суммирующего элемента

4 поступает сигнал задания частоты 1р вращения U О. Этот сигнал сравниЗчв вается с сигналом обратной связи по частоте вращения (Б„„ ) с выхода датчика 2 частоты вращения. Оба этих сигнала подаются также на входы поро- 15 гового элемента 12. При величине рассогласования укаэанных сигналов больнуля ь т ° е ° при Uç÷â 1 осчь О, переключатель 5 полярности находится в положении, обеспечивающем прохожде- 20 ние сигнала рассогласования U „„ на вход регулятора 6 частоты вращения без инверсии. Сигнал задания тока

U на выходе регулятора 6 частоты вращения сравнивается во втором сум- 25 мирующем элементе 7 с сигналом обратной связи по току с выхода датчика (10 тока. Первый переключатель 9 находится в положении, в котором сигнал с выхода регулятора 8 тока поступает иа управляющий вход тиристорного преобразователя 3 по частоте питающей сети. Сигнал L1 (фиг.2), уровень "1", на выходе порогового элемента 12 обеспечивает указанное положение переключателя 5 полярности, первого переключателя 9, четвертого переключателя

21 и второго переключателя 19, при котором на вход преобразователя 3 по выходной частоте поступает сигнал с 4р выхода узла 23 ограничения сигнала управления по выходной частоте, соответствующий углу опережения в инверторном режиме, причем оптимальный с точки зрения наибольшего КПД и обеспечения надежного запирания вентилей угол опережения определяется узлом

23 ограничения сигнала управления по выходной частоте исходя иэ информации, поступающей от измерителя 27 угла запаса и датчика 1О тока. Так, например, при уменьшении тока двигателя и, как следствие, уменьшении угла коммутации, узлом 23 вырабатывается сигнал, соответствующий меньшему углу опережения. Таким образом, узел

23 вырабатывает сигнал, соответствующий минимально возможному в каждом режиме углу опережения, что и оэна17 6 чает работу с максимально возможным

КПД е

Ограничение выходного сигнала регулятора 6 частоты вращения по условиям допустимой для двигателя перегрузки по току и по текущей загрузке питающей сети осуществляется узлом

29 ограничения скорости разгона, вход которого связан с регулятором 28 мощности °

При уменьшении сигнала задания частоты вращения (момент времени t ), соответствующего переводу на пониженную-,скорость, на выходе порогового элемента 12 формируется сигнал "О" (L1), под воздействием которого переключатель 5 полярности и переключатели 13, 9 и 21 мгновенно переводятся в противоположное положение. При этом сигнал U, на управляющем входе тиристорного переобраэователя 3 по часто" те питающей сети скачком изменяет полярность и тиристорный преобразователь 3 с максимальным быстродействием переводится в инверторный режим по отношению к питающей сети Ud причем ограничение регулятора 6 частоты вращения определяется выходом узла

30 ограничения скорости торможения, / а в регулятор 8 тока вводятся такие начальные условия через инвертор 26 от узла 25 ограничения сигнала управления по частоте питающей сети, чтобы на момент вступления в работу регулятора

8 тока (момент времени t ) угол управления тиристорным преобразовате-. лем 3 по частоте питающей сети в инверторном режиме и угол управления тиристорным преобразователем 3 по выходной частоте в выпрямительном режиме в сумме составляли 180 эл.град., а ЭДС тиристорного преобразователя 3 по частоте питающей сети У быпа равна ЭДС тиристорного преобразователя 3 по выходной частоте U,,При

Cl (3 этом исключаются переходные процессы в регуляторе 8 тока и, как следствие, броски тока I в силовой части электропривода. По истечении времени, необходимого для перевода тиристорного преобразователя 3 в инверторный режим по входной частоте, определяемого элементом задержки 18 (сигнал L2), переключатель 21 размыкается, а переключатель 19 переводится в положение, при котором на вход тиристорного преобразователя 3 по выходной частоте приходит сигнал с ре1515317 гулятора 8 тока ° После укаэанных переключений происходит регулируемый (беэ бросков тока) переход в режим торможения с рекуперацией энергии в сеть (или в режим динамического торможения).

Таким образом, регулирование момента (тока) в режиме торможения осуществляется управлением преобразователем 3 по выходной частоте, обеспечение же устойчивости коммутации вентилей по частоте питающей сети осуществляется воздействием на вход преобразователя 3 по частоте питающей сети. Величина рекуперируемой мощности в результате воздействия на вход тиристорного преобразователя 3 по частоте питающей сети с помощью узла

25 ограничения сигнала управления по частоте питающей сети и регулятора

28 мощности устанавливается максимально возможной с точки зрения возможностей автономной питающей сети.

Регулятор 8 тока при этом воспринима- 25 ет задаваемую указанным выше способом величину противо-ЭДС питающей сети как возмущение и формирует заданный на его входе момент. Например, указанное -взаимодействие элементов в случае, когда по условиям питающей сети рекуперация невозможна, протекает следующим образом: на выходе регулятора 28 мощности формируется сигнал, устанавливающий выход узла

25 ограничения сигнала управления по частоте питающей сети в положение, соответствующее углу управления по частоте питающей сети, равному 90 (no условиям допустимой для двигате- 40 ля перегрузки по току на выходе узла

30 ограничения скорости торможения, вход которого связан с регулятором

28 мощности, формируется сигнал ограничения по току (по тормозному момен-.

45 ту) двигателя. Регулятор 8 тока устанавливает соответствующий угол управ-. ления тиристорным преобразователем 3 по выходной частоте также равным примерно 90 . В результате этого тормоо жение происходит за счет потерь в обмотках синхронной машины и цепях тиристорного преобразователя 3. Если же по условиям автономной питающей сети угол управления по частоте питающей сети может быть равен 180 (соответствующая работа регулятора

28 мощности и узла 25 ограничения сигнала управления по частоте питающей сети), выход регулятора 8 тока при этом же ограничении, задаваемом регулятором 6 частоты вращения, устанавливает угол управления по выходной о частоте близким к 0

Таким образом, торможение привода осуществляется с максимально возможной эффективностью в каждом конкретном случае состояния питающей сети ограниченной мощности, причем в отличие от известных устройств в данном электроприводе существует режим динамического торможения (при неблагоприятных условиях питающей сети). При достижении частотой вращения значения (момент времени Е.з), при котором сигнал рассогласования по частоте вращения положительный, сигналом Ь1, уровень "1", с выхода порогового элемента 12 переключатель 5 полярности и переключатели 13, 19 и 22 мгновенно переводятся в другое противоположное положение. При этом сигнал на управляющем входе тиристорного преобразователя 3 по выходной частоте скачком изменяет полярность и тиристорный преобразователь 3 с максимальным быстродействием переводится в инверторный режим по отношению к синхронной машине 1, причем в регулятор 8 тока через инвертор 24 от узла 23 вводятся такие начальные условия ограничения сигнала управления по выходной частоте, чтобы на момент вступления на работу регулятора 8 тока (момент времени t ) угол управления тиристорным преобразователем 3 по частоте питающей сети в выпрямительном режиме и угол управления тиристорным преобразователем 3 по выходной частоте в инверторном режиме в сумме опять составили 180 эл.град., а ЭДС тиристорного преобразователя 3 по частоте питающей сети Б, была равна ЭДС ти- ристорного преобразователя 3 по выходной частоте У,1 ..По истечении времени, необходимого для перевода тиристорного .преобразователя 3 в инверторный режим по отношению к синхронной машине, определяемого элементом временной задержки 16 (сигнал L3) переключатель 22 размыкается, а переключатель 9 переводится в положение, при котором на вход тиристорного преобразователя 3 по частоте питающей сети приходит сигнал с регулятора 8 тока. После укаэанных переключений

9 15153 происходит регулируемый (без бросков тока) переход в двигательный режим.

Таким образом, в данном устройстве обеспечиваются регулируемые пере- . ходы из двигательного режима в тор5 мозной и наоборот, повышается надежность инвертирования при изменении параметров коммутирующих источников, причем одновременно обеспечивается более эффективное использование последних. формула изобретения

1.Вентильный электропривод,содержащий синхронный двигатель, тиристорный преобразователь с управляющими входами по частоте питающей сети и выходной частоте, датчики тока и частоты вращения двигателя, узел задания частоты вращения, элемент задерж- 20 ки фронта импульса, пороговый элемент, входы которого подключены к выходам узла задания и датчика частоты вращения, первый суммирующий элемент, входы которого подключены к выходу 25 датчика частоты вращения и узла задания частоты вращения, переключатель полярности, управляющий вход которого подключен к выходу порогового элс:— мента, соединенному с входом элемен- gp та задержки фронта импульса, регулятор частоты вращения, второй суммирующий элемент, второй вход которого соединен с выходом датчика тока, и регулятор тока, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения быст35 родействия в переходных режимах и надежности, в него введены первый — пятЫй переключатели, первый и второй инвертирующие элементы, узел ограни- 4О чения сигнала управления по частоте питающей сети, узел ограничения сигнала управления по выходной частоте, узлы ограничения скоростей разгона и торможения, первый и второй логические элементы

И-НЕ, первый и второй логические элементы 2И, элемент задержки среза импульса, а регулятор частоты вращения снабжен входом для ограничения выходного сигнала, регулятор тока снабжен входом для установки начальных условий, информационные выходы первого и второго переключателей подключены к управляющим входам тиристорного преобразователя по частоте питающеи сети и выходной частоте соот55 ветственно, первый информационный вход первого переключателя подключен к выходу узла ограничения сигнала управления по частоте питающей сети и к входу первого инвертирующего элемента, выход которого подключен к информационному входу четвертого переключателя, второй информационный вход первого переключателя подключен к выходу регулятора тока и к первому информационному входу второго переключателя, управляющий вход первого переключателя подключен к первому входу первого логического элемента

И и выходу элемента задержки среза импульса, второй информационный вход второго переключателя соединен с выходом узла ограничения сигнала управления по гыходной частоте и входом второго инвертирующего элемента, а управляющий вход второго переключателя соединен с выходом элемента задержки фронта импульса и входом второго логического элемента И-НЕ, информационные входы третьего переключателя подключены к узлам ограничения скоростей разгона и торможения, управляющий вход третьего переключателя соединен с выходом порогового элемента, информационный выход — с входом для ограничения выходного сигнала регулятора частоты вращения, информационный выходы четвертого и пятого переключателей объединены и подключены к входу для установки начальных условий регулятора тока, основной вход которого подключен к выходу второго.сумматора, первый вход которого соединен с выходом регулятора частоты вращения, входные зажимы которого подключены к информационным выходам переключателя поляриости, информационный вход которого подключен к выходу первого сумматора, информационный вход пятого переключателя соединен с выходом второго.инвертирующего э.г гмснта, а управляющий вход — с выходом первого логического элемента И, второй вход которого подключен к «ыходу первого логического элемента Й-НЕ, rxor которого и вход элемента задержки среза импульса объединены и подключены к выходу порогового элемента, управляющий вход четвертого переключателя подключен к выходу второго логического элемента 2И, входы которого с единены с выходами порогового элемента и второго логического элемента И-НЕ соответственно.

2. Электропривод по п.1, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью

ll 1515317 l2 повышения КПД, узел ограничения сиг- 3. Электропривод по п.1, о т л и— нала управления по выходной частоте ч а ю шийся тем, что, с целью выполнен с двумя входами и введен из- улучшения качества регулирования при меритель углов запаса на восстановле- изменениях состояния автономной пи5 ние вентильной прочности тиристОров тающей сети, он дополнительно снаб после коммутаций с выходной частотой, жен регулятором мощности с входами входами подключенный к выходам тиристор- для подключения к питающей сети и ного преобразователя,а выходом соеди- выходами для подключения к узлам огненный с одним из входов узла ограниче- lð раничения скорости разгона, скорости ния сигнала управления по выходной торможения и сигнала управления частот., второй вход которого подклю- по частоте питающей сети соответстчен к выходу датчика тока. венно. осч

Ирчв

Составитель В.Тарасов

Техред А.Кравчук Корректор M.Âàñèëüåâà

Редактор П.Веселовская

Заказ 6291/54

Тираж 551

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Ужгород, ул. Гагарина, 101