Вентильный электропривод

 

Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является снижение потерь и увеличение КПД путем повышения коммутационной устойчивости инвертора тока статора при поддержании постоянства угла запаса тиристоров. В электропривод с асинхронным двигателем 1, обмотки фаз ротора которого подключены к выходам преобразователя 2 низкой фиксированной частоты, а обмотки фаз статора - к выходам инвертора тока 3 на тиристорах, введены блоки 29-34 выделения угла коммутации тиристоров по числу тиристоров инвертора тока и 35-40 определения длительности угла восстановления запорных свойств тиристора. В каждый из блоков 23-28 формирования сигналов управления введены трехвходовый элемент И, счетчик с входом установки в нуль, двухвходовый элемент И и элемент сравнения с двумя цифровыми входами. Блоки 29-34 выделения угла коммутации тиристоров содержат двухвходовые элементы И-НЕ и D-триггер. При этом угол запаса тиристоров инвертора тока 3 поддерживается постоянным. Работа с оптимальным углом сдвига фаз первых гармоник напряжения и тока статора определяет уменьшение тока статора, снижение потерь и повышение КПД электропривода. 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1575286 (S1)S Н 02 Р 6/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ хе

ГОСУДАРСТВЕНКЬ1Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕИИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГККТ СССР (61) 1280688 (21) 4417693/24-07 (22) 28.04.88 (46) 30.06.90. Бюп. М 24 (71) Мордовский государственньп университет им. Н.П.Огарева (72) Ю.П.Сонин, Ю.И.Прусаков и С.А.10шков (53) 62-83:621.313.333.072.9(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У !280688, кл. Н 02 Р 6/02, 1984. (54) ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД (57) Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является снижение потерь и увеличение КПД путем повышения коммутационной устойчивости инвертора тока статора при поддержании постоянства угла запаса тиристоров. В электропривод с асинхронным двигателем i обмотки фаз ротора которого подключены к выходам преобразователя 2 низкой фиксированной часто2 ты, а обмотки фаз статора — к выходам инвертора тока 3 на тиристорах,введены блоки 29-34 выделения угла коммутации тиристоров по числу тиристоров инвертора тока и блоки 35-40 определения длительности угла восстановления запирающих свойств тиристора. В каждый из блоков 23-28 формирования сигналов управления введены трехвходовый элемент И, счетчик с входом установки в "0", двухвходовый элемент И и элемент сравнения с двумя цифровыми входами. Блоки 29-34 вы" деления угла коммутации тиристоров содержат двухвходовые элементы И-HE и D-триггер. При этом угол запаса тиристоров инвертора 3 тока поддерживается постоянным. Работа с оптимальным углом сдвига фаз первых гармоник на пряжения и тока статора определяет уменьшение тока статора, снижение потерь и повышение КПД электропривода. 5 ил.

1575286

Изобретение относится к электротехнике, а именно к вентильным электроприводам с электронным датчиком положения поля, и является усовершенствованием изобретения по авт.св.

Э

9 1280688.

Цель изобретения — снижение потерь и увеличение КПД путем повьппения коммутационной устойчивости инвертора тока статора при поддержании постоянства угла запаса тиристоров.

На фиг.1 представлена функциональная схема вентильного электропривода; на фиг.2 — схема блока. формирования сигналов управления, на фиг.3 — схема блока выделения угла коммутации тиристора, на фиг,4 и 5 — диаграммы, поясняющие работу вентильного электропривода. 20

Вентильный электропривод содержит асинхронный двигатель 1 (фиг.lj обмотки фаз ротора которого подключены к выходам преобразователя 2 низкой фиксированной частоты, а обмотки фаз 25 статора — к выходам инвертора 3 тока на тиристорах с соответствующими уп" равляющими цепями 4-9, входами подключенными к выходам соответствующих формирователей 10-15 импульсов управ- 30 ления, датчики 16-18 фазных напряжений статора и,цатчик положения ротора, состоящий из задающего генератора 19 с двумя выходами высокой и кратной ей низкой частоты, формирователей 20-22 синхронных импульсов по числу фаз обмотки статора и блоков 23-28 формирования сигналов управления по числу тиристоров инвертора 3 тока.

В вентильный электропривод введе- 40 ны блоки 29-34 выделения угла коммутации тиристора по числу тиристоров инвертора 3 тока и блоки 35-,40 определения длительности угла восстановления запирающчх свойств тиристора.

Каждый из блоков 23-28 формирования сигналов управления содержит ре версивный счетчик 41 (фиг.2) с входами прямого и обратного счета и входом установки в "0", RS-триггер 42, а так- . же двухвходовый и трехвходовый элементы И-НЕ 43 и 44 соответственно. В указанные блоки дополнительно введены трехвходовый элемент И 45, счетчик

46 с входом установки в "0", двухвходовый элемент И 47 и элемент 48 срав55 нещяя с двумя цифровыми входами.

Каждый из блоков 29-34 выделения угла коммутации тиристора содержит двухвходовые элементы И-НЕ 49 и 50 (фиг.3) и D-триггер 51 Выходы элементов И-НЕ 43 и 44 подключены соответственно к входам прямого и обратного счета реверсивного счетчика 41, вход установки в "0" которого соединен с выходом соответствующего формирователя (10-15) импульсов управления и с К-входом RS-триггера 42.

Входы формирователей 20-22 синхронных импульсов соединены с выходами соответствующих датчиков 16-18 фаэных напряжений статора. Один из выходов каждого из формирователей 20—

22 синхронных импульсов соединен с вторым входом элемента И-HE 43 и Sвходом RS-триггера 42 в одном из блоков формирования сигналов управления, а также с вторым входом элемента

И-HE 44 смежного блока формирования сигналов управления.

Другой выход каждого из формирователей 20-22 синхронных импульсов соединен с вторым входом элемента И-НЕ

44 в одном из блоков формирования сигналов управления, а также с вторым входом элемента И-НЕ 43 и S-входом

RS-триггера 42 смежного блока формирования сигналов управления.

Выход RS-триггера 42 в каждом иэ блоков 23-28 формирования сигналов управления соединен с третьим входом элемента И-НЕ 44.

Входы блоков 35-40 определения длительности угла восстановления запирающих свойств тиристора (угла запаса I) подключены к выводам соответствующих тиристоров инвертора 3 тока, а выходы укаэанных блоков соединены с вторым входом элемента И-НЕ

49 (фиг.3) и с синхронизирующим входом D-триггера 51 соответствующего из блоков 29-34 выделения угла коммутации тнристоров.

В каждом из блоков 29-34 первые входы элементов И-HE 49 и 50 объединены между собой и подключены к выходу соответствующего формирователя (10-15) импульсов управления.

Выход элемента И-HE 49 подключен к R-входу D-триггера 51 и к второму входу элемента И-НЕ 50, соединенного выходом с S-входом D-триггера 51, инверсный выход которого соединен с

D-входом, а выход 0-триггера 51 подключен к первому входу элемента И 45 соответствующего блока (23-28) формирования сигналов управления, s кото5 1575286 6 ром второй и третий входы элемента И Величина начального угла управле45 подключены соответственно к выходу ния р задается не меньше угла запавысокой частоты задающего генератора са d данного типа тиристоров: о

19 и к первому выходу соответствую- Сигналы К8 и Х9 с выходов задающего формирователя (20-22) синхронных 5 щего генератора 19 поступают через импульсов. Выход элемента И 45 подклю- двухвходовый и трехвходовый элементы чен к счетному входу счетчика 46, И-НЕ 43 и 44 на реверсивный счетчик

-вход установки в "0" которого соеди- 41, причем с двухвходового элемента нен с выходом соответствующего форми- И-НЕ 43 сигнал Х12 поступает на прярователя (10-15) импульсов управлеf0 мой вход реверсивного счетчика 41 в ния о течение первого полупериода частоты

Выход счетчика 46 подключен к пер- напряжения статора электродвигателя, вому цифровому входу элемента 48 срав- 1. С выхода трехвходового элемента кения, выход которого и второй выход И-НЕ 44 сигнал Х 14 в течение второго

15 соответствующего формирователя (20— полупериода поступает на вход обрат22) синхронных импульсов подключены ного счета реверсивного счетчика 47. к входам элемента И 47. Двоичный код с выхода рев ер сивно го

Второй цифровой вход элемента счетчика 41 поступает на один из вхосравнения и выход элемента И 47 вклю- 0 дов элемента 48 сравнения. чены между выходом реверсивного счет- Сигнал Х 2 с соответствукнцего ти- . чика 41 и входом соответствующего ристора инвертора 3 тока поступает формирователя (10-15) импульсов уп- на вход соответствующего блока (35равления. 40) определения длительности угла заВентильный электропривод работает ъ5 паса . В начальный момент времени, следующим образом. когда тиристоры инвертора тока не

При подаче напряжения питания на проводят ток, сигнал ХЗ на выходе преобразователь 2 низкой фиксирован-. этого блока равен логическому нулю. ной частоты по обмотке ротора асин- После того, как тиристоры инвертора хронного двигателя 1 с фаэным рота- 0 начинают проводить ток, сигнал Х3 на ром начинает протекать переменный низ- выходе блока опРеДелениЯ длительноскочастотный ток, создающий вра аю ти Угла запаса Х имеет УРовень логиеся магнитное поле, наводящее в фаческого нуля при положительном напрязах статора ЗДС даже при неподвижном женин, приложенном к тиристору, и

Роторе Затем подаеTCR HanpHReHHe nu yPOBeHb логической ециниЦы ПРи OTPH т ния на все блоки системы управле- 35 Цательном напРЯжении на THPHcToPe . ния и одновременно осуществляется приВ начальный момент времени, когда дит ьная установка логического тиристоры инвертора не проводят токе нуля на прямом выходе D-триггера 51 сигнал Х 3 с выхода блока определения блока выд ения угла коммутации тирис длительности Угла за"аса имеет торов инвертора (фиг.3). Сигнал X) УРовень логического нУлЯ. Сигнап Х 4

40 (фиг.4 и 5) с выхода датчика 16 (17 с выхода соответствующего формирова18) фазных напряжений статора посту- теля (10-15) импульсов управления пает на вход соответствующего формитакже равен нулю, Сигналы Х 5 и Х 6 с рователя 20 (21, 22) синхронных имвыходов двухвходовых элементов И-HE льсов, на вы одах которого получают 9 и 50 имеют уровень логической еди45 4 гн ы,Х 1O,Õ 11, сдвину е ме у - ницы. Выходной сигнал Х 7 Р-тРиггеРа собой по фазе íà 180 и синхронизиро- 51 Равен логическомУ нУлю, так как ванные с напряжением статора. при подаче питания на блоки системы управления D-триггеры принудительно

Задцй генератор 19- формирует И У"ана "ив "тсЯ в "Улевое состоЯние.

Сигнал Х 7 с выхода D-триггера 51 ичем от отношения этих частот зави- . поступает на вход трехвходового элемента И 4 тиристор инвертора 3 тока по тоРого тоже Равен нУлю. ПРи отсУтстследующему закону: вии импульсов на счетном входе счетчика 46 на всех его выходах сигнал

fl Н х равен логическому нулю. С выхода счетр=-,--,гдеК=— чика 46 двоичный код поступает на другой вход элемента 48 сравнения.

1575286

Когда двоичные коды на входах элемента 48 сравнения равны между собой, на его выходе присутствует логическая единица. Когда двоичные коды на входах различны, на выходе устанавливается логический нуль.

В момент нулевого состояния реверсивного счетчика 41 на выходе элемента 48 сравнения появляется одиноч- 10 ный импульс, так как двоичные коды на обоих входах равны между собой, Импульс с выхода элемента 48 сравнения поступает на первый вход двухвходового элемента И 47, .на второй вход которого подается сигнал Х 11 с выхода соответствующего формирователя (20 — 22) синхронных импульсов. С выхода двухвходового элемента И 47 импульс Х 15 поступает на вход соответствующего формирователя (10-15) импульсов управления. Двухвходовый элемент И 47 необходим для исключения появления ложного импульса управления. На выходе формирователя импуль- 25 сов управления формируется импульс управления необходимой длительности

Х 16, который окончательно формируется в управляющих цепях 4-9 тиристоров инвертора и поступает на соответствукицие тиристоры инвертора 3, Одновременно сигнал Х 16 поступает и иа сброс реверсивного счетчика 41 и счетчика 46, возвращая их в исходное состояние, а также обеспечивает логику работы RS-триггера 42.

Таким образом, импульсы управления силовыми тирнсторами инвертора 3 тока поступают в начальный момент времени с заданным углом р, опереже- 40 ния включения их открытия. При поступлении импульсов управления на тиристоры инвертора тока через них начинает протекать ток. Сигнал с второго тиристора Х.2 поступает на вход блока 35 опредепения длительности угла запаса с, на выходе которого получают сигнал Х 3 длительностью, равной длительности угла запаса J . Сигналы с других тиристоров поступают на входы соответствующих блоков 36-40 определения длительности угла запаса

Сигнал Х 3 поступает на вход соответствующего блока (29-34) выделения угла коммутации т тиристоров. На дру55 гой вход этого блока подается сигнал

Х 4 с выхода формирователя импульсов управления. Порядок поступления сигналов с блоком 35-40 определения длительности угла запаса d н формирователей 10-15 импульсов управления на входы блоков 29-34 выделения угла коммутации тиристоров соответствует логике работы тиристоров ннвертора Для формирования импульса управления первым тиристором необходимо на вход соответствующего блока 23 формирования сигналов управления подать сигнал Х 7 с выхода блока 29 выделения угла коммутации тиристора, на входы которого подаются сигнал Х 3, сформированный из сигнала Х 2 с второго тиристора, и сигнал Х 4, представляющий собой импульс управления четвертым тнристором, Это обусловлено следующим. В момент, когда начинается обратный счет реверсивного счетчика 41, на выходе счетчика 46 необходимо иметь двоичный код, пропорциональный величине угла коммутации у. Поэтому счетчик 46 должен производить счет импульсов в течение интервала времени, когда происходит прямой счет реверсивного счетчика 41. Это можно обеспечить только в том случае, когда информация о длительности угла у снимается с второго тиристора, что следует из логики работы инвертора.

Для формирования сигнала управ ния вторым тиристором необходима информация о работе третьего тиристора и импульс управления пятым тиристором и тодо

В логике работы блоков 29-34 выделения угла коммутации тиристора возможны два случая: когда длительность угла коммутации р меньше длительности импульса управления (фиг.4) и когда длительность угла коммутации у больше длительности импульса управления (фиг 5). В первом случае при появлении логической единицы на первом входе двухвходового элемента

И-НЕ 50 (сигнал Х 4) на его выходе устанавливается уровень логического нуля, так как íà его втором входе также присутствует уровень логической единицы. Логический нуль на S-входе

D-триггера 51 .(сигнал Х 6) устанавливает íà его выходе уровень логичес" кой единицы, При появлении логической единицы на втором входе двухвходового элемента И-НЕ 49 (сигнал Х 3), на его выходе устанавливается уровень логического нуля, а на выходе двухвходового элемента И-НЕ 50 — уровень логической единицы Логический нуль на

9 157

R-входе D-триггера 51 (сигнал Х 5) устанавливает на его выходе уровень логического нуля. Из фнг.4 видно, что длительность единичного сигнала Х 7 на выходе D-триггера 51 точно соответствует длительности угла коммутации

В случае, когда величина угла больше длительности импульса управления, с приходом импульса управления

Х 4 на выходе D-триггера 51 (сигнал

Х 7) устанавливается уровень логической единицы (фиг.5). Так как в любой момент времени на одном иэ входов двухвходового элемента И-НЕ 49 (сигналы Х 3 и Х 4} присутствует уровень логического нуля, то на его выходе (сигнал Х 5) пос гоянно присутствует уровень логической единицы, Поэтому переключение D-триггера 5! в нулевое состояние происходит только с приходом положительного фронта (сигнал Х 3 на его С-вход. Таким образом, и .в данном случае длительность единичного сигнала Х 7 на выходе D-триггера 51 равна углу коммутации

Сигнал Х 7 поступает на вход трехвходового элемента И 45, на другие входы которого подаются сигналы Х 8 с выхода высокой частоты задающего генератора !9 и сигнал Х 10 с первого выхода соответствующего формирователя (20-22! синхронных импульсов.

Выходной сигнал Х 13 трехвходового элемента И 45 подается на счетный

-вход счетчика 46, причем количество поступающих импульсов пропорционально длительности угла коммутации г °

Двоичный код на выходе счетчика 4Ь также пропорционален длительности угла коммутации т.

Двоичные коды с выходов реверсивного счетчика 41 и счетчика 46 поступают на входы элемента 48 сравнения, на выходе которого в момент равенст.ва кодов появляется короткий импульс

Х 15 длительность которого определяется частотой задающего генератора

l9.

С выходов формирователей 10-15 импульсов управления сформированный импульс Х 16 поступает на управляющие цепи 4-9 тиристоров инвертора

3 тока, а также на входы установки в нулевое состояние обоих счетчиков и

RS-триггера.

Увеличение угла коммутации у вызывает соответствукицее увеличение двоичl0 тропривода и повышается коммутационная устойчивость инвертора тока ста35 тора за счет поддержания постоянной величины угла запаса с тиристоров.

При этом осуществляется работа с оптимальным углом ц, сдвига фаэ первых гармоник напряжения и тока статора, что приводит к уменьшению реактивной составляющей тока статора и, соответственно, к уменьшению полного тока статора. Уменьшение тока статора

5 обусловливает снижение потерь в меди обмотки статора и повышение КПД электропривода.

Формула и з обретения

Вентнльный электропривод по авт. св. В 1280688 о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью снижения потерь и увеличения КПД путем повышения коммутационной устойчивости инвертора тока статора при поддержании постоянства угла запаса тиристоров, введены блоки выделения угла коммутации тиристора по числу тиристоров ин5286 ного кода на выходе счетчика 46. В результате равенство кодов на входах элемента 48 сравнения с ростом угла

5

1 наступает в более ранние моменты времени, т.е. происходит увеличение угла р опережения включения тиристоров: 3= p + у д + у. Величина угла запаса d при изменении угла ком" мутации у тиристоров остается неиз.— менной.

В момент включения в работу тиристоров инвертора 3 тока по обмотке статора асинхронного двигателя 1 с фазным ротором начинает протекать ток и создается вращающееся магнитное поле, которое при вращении в одном направлении и с одинаковой скоростью с магнитным полем ротора взаимодействует

2Î с ним, создавая вращающий момент. Когда последний превышает момент нагрузки на валу, ротор двигателя приходит во вращение.

С изменением частоты угол запаса

25 тиристоров инвертора остается неизменным и зависящим только от соотношения частот сигналов Х 8 и Х 9 задающего генер атора 19, Таким образом, в рассмотренной системе управления асинхронизированным вентильным двигателем в сравнении с известным решением улучшаются энергетические показатели вентильного элекll 157 вертора тока, каждый из которых снаб" жен первым и вторым двухвходовыми элементами И-HE u D-триггером, блоки определения длительности угла восстановления запирающих свойств тиристора по числу тиристоров инвертора тока, а каждый из блоков формирования сигналов управления снабжен трехвходовым элементом И, двухвходовым элементом И, счетчиком с входом установки в "О" и элементом сравнения,при этом входы каждого из блоков определения длительности угла восстановления запирающих свойств тиристора подключены к силовым выводам соответствующих тиристоров инвертора тока, а выход каждого из указанных блоков соединен с одним иэ входов блока выделения угла коммутации, образованным объединенными между собой вторым входом его первого двухвходового элемента И-HE и синхронизирующим входом

D-триггера, в каждом блоке выделения угла коммутации первые входы двухвходовых элементов И-HE объединены между собой и образуют другой вход данного блока, подключенный к выходу соответствующего формирователя импульсов управления, выход первого. двухвходового элемента И-HE этого блока подключен к R-входу Ь-триггера

3286 !2 и к второму входу второго двухвходового элемента И-HE соединенного выходом с S-входом D-триггера, инверсный выход которого соединен с D-входом, а прямой выход D-триггера образует выход блока выделения угла коммутации, подключенный к первому входу трехвходового элемента И соответствующего блока формирования сигналов управления, в каждом из которых второй и третий входы трехвходового элемента И подключены соответственно к выходу высокой частоты задающего генератора и к первому выходу соответствующего формирователя синхронных импульсов, выход трехвходового элемента И подключен к счетному входу введенного счетчика, вход установки в 9 "О" которого соединен с выходом соответствующего. формирователя импульсов управления, выход указанного счетчика подключен к первому входу элемента сравнения, выход которого и второй

25 выход соответствующего формирователя синхронных импульсов подключены к входам двухвходового элемента И, а элемент сравнения по второму входу и двухвходовый элемент И по выходу включены между выходом реверсивного счетчика и входом соответствующего формирователя импульсов управления.

1575286

l 575286

Составитель А.Жипин

Техред M.Дидык .Корректор Л.Патай

Редактор А.Orap

Заказ !790 Тираж 451 Подписное

BHHHIIH Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СЧСР

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

« °

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, f p f

И

ХФ

И

Х7

Хд

И

ХВ

Х11

Х12

Х13

Х14

Х5

Хб

xs

И

xs Х6

xz хе

Х9 иа кп кя

NJ

xre

xrs

ХФ