Вентильный двигатель

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в вентильных преобразователях частоты, предназначенных для частотного пуска высоковольтных синхронных машин, номинальное напряжение которых в 3...10 раз превышает номинальное напряжение преобразователя частоты. Целью изобретения является конструктивное упрощение. Указанная цель достигается тем, что формирователь 12 развертывающего напряжения выполнен с нуль-органом 15 и интегратором 16с входом для установки нулевых начальных условий, а задатчик 13 сигнала управления дополнительно снабжен ждущим генератором 17, схемами 18, 20 выборки-хранения и интегратором 19 с входом для установки начальных данных. При этом обеспечивается постоянство угла выключения вентилей зависимого инвертора 2 при изменениях потокосцепления и тока статора синхронной машины 1 и высокая надежность при более простой конструкции в сравнении с известным решением. 2 ил. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4730537/07 (22) 18.08.89 (46) 23.11.91. Бюл. № 43 (71) Всесоюзн ый научно-исследо вател ьский институт электроэнергетики (72) P.Ä.Àáðàìîâè÷ и А.П.Сытин (53) 621.316,717(088.8) (56) Абрамович Р,Д., Бояршинова А.Е., Сытин А.П. Система управления и регулирования тиристорного пускового устройства. В сб.: Исследования, разработка, испытания и опыт эксплуатации высоковольтных тиристорных преобразователей для энергетики. — Л.: Знергоатомиздат, 1986, с,32...39.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1594658, кл. Н 02 К 29/00, 1988. (54) ВЕНТИЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в вентильных преобразователях частоты, предназначенИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано в вентильных преобразователях частоты, предназначенных для частотного пуска высоковольтных синхронных машин, номинальное напряжение которых в 3„,10 раз превышает номинальное выходное напряжение преобразователя частоты.

Целью изобретения является конструктивное упрощение.

На фиг. 1 представлена функциональная схема вентильного двигателя; на фиг. 2 — временные диаграммы его работы.

Вентильный двигатель содержит синхронную машину 1 с тиристорным зависимым инвертором 2 в цепи статора и

„„. Ж„„1693695 Al (я)ю Н 02 К 29/00, Н 02 Р 5/408 ных для частотного пуска высоковольтных синхронных машин, номинальное напряжение которых в 3...10 раз превышает номинальное напряжение преобразователя частоты. Целью изобретения является конструктивное упрощение. Укаэанная цель достигается тем, что формирователь 12 развертывающего напряжения выполнен с нуль-органом 15 и интегратором 16 с входом для установки нулевых начальных условий, а эадатчик 13 сигнала управления дополнительно снабжен ждущим генератором 17, схемами 18, 20 выборки-хранения и интегратором 19 с входом для установки начальных данных. При этом обеспечивается постоянство угла выключения вентилей зависимого инвертора 2 при изменениях потокосцепления и тока статора синхронной машины 1 и высокая надежность при более простой конструкции в сравнении с известным решением. 2 ил. возбудителем 3 в цепи ротора, трансформаторный датчик напряжения 4, вход которого подключен к выходу переменного тока зависимого инвертора, а выходы, образованные шестью соединенными в шестилучевую звезду выходными обмотками трансформаторов датчика, соединены с входами шестиканальных коммутаторов 5 и 6, выполнен.ных на управляемых электронных ключах, выходы которых через узлы 7 и 8 ограничения предельных углов управления соединены с входами разрешения предельных углов формирователя 9 тактовых импульсов, выход которого соединен с входом распределителя импульсов 10, выходы распределителя импульсов 10 соединены с соотве 693695 тствующими управг яющими электродамЙ тиристоров зависимого инвертора,. и с соответствующими управг яющими вх.-дами ключей шестиканальных коммутатс ,ров 5, 6, Узел 11 формирования рабоче О угла управления выполнен с формирователем 12 развертывающего напря;кения, задатчиком l3 сигналов управления, и компаратором 14 с двумя входами, первый из KoTopblx соединен с выходом задатчика

13 сигнала управления, э второй — C. выходом формирователя 12 развертыва ощего напряжения. Причем выход компаратора

14 соединен с входом )азрешения рабочего угла формирователя импульсов 9., Формирователь 12 развертыва ощего напряжения содержит нуль-Орган 15 и инте:-ратор 16 с входом для установки нулевых начальных условий. который г1одклю1 чен к выходу нуль-органа 15, Вход последнего соединен с выходом шестиканального коммутатор" 6, а вход интегратора 16 связан с выходом шестиканального коммутатора 5. Выход интегоатора 16 образующий выхоД формирователя 12, соеДинан с BTGрым входом компаратора l4. Эадатчик 13 сигнала управления содержит ждущий генератор 17 с двумя выходами, причем вход его подключен к выходу нуль-органа 15, первую схему 18 Bl!6opK! -;,pal-ения ". вхсдом для управления выборкОЙ, второй интегратор 19 с входом ус.ановки нулевых начальных условий, втору с с.:

ВЕнтильный двигатель раба"ает сладующим образом.

Ток Стэтора синхронной машины 1 фср" мируется зависимым инвертором 2 путем преобраЗОвания постоя нного входного тока инвертора )d в пеоеменньлj -Оy )г)нвертор является источником активной мощности

10 l 5, 0

3!э

55 для синхронной машины, а последняя является источником реактивной мощности. необходимой для коммутации тока вентилями инвертора. Для надежной работы зависимого инвертора напряжения на вентиле инвертора (фиг, 2, кривая 1) должно характеризоваться углом выключения д не меньшим, чем минимально допустимое значение д ин.

В то же время активная мощность на выходе зависимого инвертора пропорциональна косинусу угла выключения. Следовательно, максимум активной мощности при сохранении надежности достигается при постоянстве угла выключения и его равенстве ди,я независимо от текущих значений тока статора и потокосцепления синхронной машины, В предлагаемом устройстве равенство д = д достигается следующим образом, Напряжения с обмотки статора синхронной машины через трансформаторный датчик 4 поступают на аналоговые входы шестиканальных коммутаторов 5, 6. Сигналы на этих входах (фиг. ", кривые 2,:.7) совпадают по фазе с линейными напряжениями статора синхронной машины. Одновременно на управляющие входы коммутаторов 5, 6 поступают сигналы с выходов распределителя импульсов 10. При этом взаимная фазировка входных напряжений коммутаторов и сигналов управления такова, что выходной сигнал первого шестиканального коммутатора (фиг. 2, кривая 8) на каждом такте пропорционален напряжению на вентиле инвертора, которыЙ будет включен следующим, а выходной сигнал второго шестиканального коммутатора (фиг. 2, кривая 9)

Отстает от него на каждом такте на 120

ЭЛ.ГОЭД, Узлы ограничения предельных углов (минимального 7 и максимального 8) путем сравнения выходных сигналов шестиканальных коммутаторов 5 и 6 формируют последовательности импульсов ограничения углов, обеспечивающие в блоке формирователя тактовых импульсов 9 ограничение рабочего угла управления а> в диапазоне

a M! : йр =. «<, А узел 11 формирования рабочего угла управления путем сравнения выходного сигнала формирователя 12 разверть!ва ощего напряжения и выходного сигнала задатчика 13 сигнала управления формирует последовательность импульсов управления с углом ср обеспечивая постоянство угла выключения д, При переходе сигнала (фиг. 2, кривая 2) на выходе шестиканального коммутатора 6 через нуль срабатывает нул -орган 15 (фиг, 2, кривая 10) и ждущий генератор 17 формирует два следу1693695

X6f — Кдт 1д =0

55 ющих один за другим узких импульса. В течение первого из них схемы выборки-хранения 18 и 20 производят выборку своих входных сигналов. Сигнал на входе первой из них (фиг. 2, кривая 8) равен в этот момент (/Зб2 ) 2 V Ктр, где V — текущее действующее значение напряжения статора, а

Ктр — коэффициент трансформации датчика

4 напряжения. Следовательно, в результате выборки на выходе схемы выборки-хранения 18 получаем сигнал, пропорциональный текущему значению напряжения статора.

Сигнал на входе схемы выборки-хранения 20 равен выходному сигналу интегратора 19. Последний в момент срабатывания нул ь-органа 15 и ропорционален интегралу выходного сигнала схемы выборки-хранения 18 за 1/6 периода изменения напряжения статора, т.е. отношению текущего значения напряжения статора к его частоте.

Данное отношение есть потокосцепление статора, и в результате выборки на выходе схемы выборки-хранения 20 получаем и до очередного срабатывания нуль-органа 15 сохраняем сигнал, пропорциональный текущему значению потокосцепления статора.

Второй импульс ждущего генератора 17 производит обнуление интегратора 19, По окончании импульса выходной сигнал интегратора 19 (фиг, 2, кривая 11) нарастает с темпом, пропорциональным выходному сигналу выборки — хранения 18, т,е. пропорциональным текущему значению напряжения статора. Выходной сигнал задатчика 13 сигнала управления (фиг. 2, кривая 12) формируется на выходе сумматора 22 как сумма выходного сигнала схемы выборки-хранения 20, пропорционального потокосцеплению статора, и выходного сигнала датчика

21 тока статора, пропорционального текущему значению тока статора. С момента срабатывания нуль-органа 15 начинает нарастать выходной сигнал интегратора 16 (фиг. 2, кривая 13) с темпом, пропорциональным выходному сигналу шестиканального коммутатора 5 (фиг. 2, кривая 8). Когда выходной сигнал интегратора 16 достигает уровня выходного напряжения сумматора

22, срабатывает компаратор 14 (фиг, 2, кривая 14), формирователь 9 тактовых импульсов формирует очередной сигнал переключения распределителя 10. Далее процессы повторяются. В результате угол управления зависимым инвертором увеличивается при увеличении потокосцепления статора и уменьшается при увеличении тока статора. Соответствующий выбор постоянных времени интеграторов и коэффициента передачи датчика тока позволяет получить постоянство угла выключения зависимого инвертора при изменяющихся потокосцеплении и токе статора, Угол управления зависимым инвертором задается моментами срабатывания компаратора 14. Условием срабатывания является равенство выходного сигнала интегратора 16 сумме выходных сигналов схемы выборки-хранения 20 и датчика 21 тока статора. Интегратор 16 интегрирует с нулевыми начальными условиями выходной сигнал шестиканального коммутатора 5 (фиг. 2, кривая 8) от момента срабатывания компаратора 15 (фиг. 2, кривая 10).

На интервале интегрирования выходной сигнал коммутатора 5 имеет вид /2 Ч К,р sin(2л/3+2afс), где f— частота изменения напряжения статора, а с — время,. отсчитываемое от момента срабатывания нуль-органа 15, В момент срабатывания компаратора 14 имеем

2ztf t =а-2к/3, (1) где а — угол управления, с которым произведено очередное включение вентиля зависимого инвертора. Соответственно выходной сигнал интегратора 16 (фиг. 2, кривая 13) в момент срабатывания компаратора 14 равен /2 V Ктр (COS а+0,5)/2af Т,,1, ГдЕ Ти1 — постоянная времени интегратора 16. Выходной сигнал схемы выборки-хранения 20 равен интегралу сигнала, пропорционального текущему значению напряжения статора за 1/6 периода изменения напряжения, и составляет величину (/3/2) . т/2 V K»/(Т„а 6 f), где T — постоянная времени интегратора 19. Согласно изложенному условие срабатывания компаратора 14 имеет вид . 2. V Ктр (cos а + 0,5 )/2 x f T«+

+(3/2) 2 V Kp/Тьа X (2) де Кдт — коэффициент передачи датчика 21 тока статора. Заменим в (2) угол направления ауглом опережения р =к — а, умножим (2) на дробь Ти1/Ктр и получив| условие срабатывания компаратора 14 в виде — МГ V (cosP — 0,5)/2л1+

+ т/2 V (3 T«/2 Tgz )/2 zr f — (3)

Кдт Ти1/Ктр = 0 °

Зададимся минимально допустимым значением угла выключения омин и выберем отно1693695 шение постоянных времени Т»> и Tva равным: (3/2 ) Ти1/Ти2 = соэ дмин — 0,5, (4)

% коэффициент передачи датчика 21 тока ста тора выберем равным абдт тр/ти1 =- 2 .-, (5) где 5 — сверхпереходная реактивность синИ

xpoHkoA машины. Подставим (4) и (5) в (3) и получим условие срабатывания компаратора 14в виде (2 V/2 лf ) ) сов дыин— (6)

-(6 V/2 f))cosP ==2 L" 4, Угол выключения д определяется уравнением коммутации (6 Ч/(2 к f ) ) cos д() — (2 Ч/(2 n f ) ) . cos P == 2 i " 4, Согласно выражениям (6) и (7) действител:.ный угол выключения равен минимальному углу выключения д ин независимо от значения потокосцепления статора и тока (д, Таким образом, предложенное по изобретению построение формирователя развертывающего напряжения и задатчика сигнала управления в вентил ьном двигателе обеспечивает постоянный угол выключения вентилей зависимого инвертора при изменениях потокосцепления и тока статора синхронной машины, а следовательно, и высокую надежность при более простой конструкции в сравнении с известным решением, Формула изобретения

Вентильный двигатель, содержащий синхронную машину с тиристорным зависимым инвертором в цепи статора и возбудителем в цепи ротора, трансформаторный датчик напряжения, вход которого подключен к выходу переменного тока зависимого инвертора, à выходы, образованные шестью соединенными в шестилучевую звезду выходными обмотками трансформаторов датчйка., соединены с входами первого и второго шестиканальных коммутаторов, выполненных на управляемых электронных ключах, выходы которых через соответствующие узлы ограничения предельных углов управления тиристорами соединены с входами разрешения предельных углов управления тиристорами формирователя тактовых импульсов, выход которого соеди10

55 нен с входом распределителя импульсов, подключенного выходами к соответствующим управляющим электродам тиристоров зависимого инвертора и к соответствующим управляющим входам ключей упомянутых шестиканальных коммутаторов, узел формирования рабочего угла управления с формирователем развертывающего напряжения, задатчиком сигнала управления и компаратором с двумя входами, первый из которых соединен с выходом эадатчика сигнал- управления,,второй — с . выходом формирователя развертывающегс: напряжения, а выход компаратора соединен с входом разрешения рабочего угла формирователя тактовых импульсов, причем эадатчик сигнала управления выполнен с датчиком тока статора и двухвходовым сумматором, первый вход которого подключен к выходу датчика тока статора, а выход образует выход задатчика сигнала управления, от л и ч а ю шийся тем, что, с целью упрощения, формирователь развертывающего напряжения узла формирования рабочего угла управления выполнен с нуль-органом и интегратором, снабженным входом для установки нулевых начальных условий, а задатчик сигнала управления дополнительно снабжен ждущим генератором узких импульсов с двумя выходами, двумя схемами выборки-хранения с входами для управления выборкой и интегратором с входом для установки нулевых начальных условий, при этом вход нуль-органа соединен с выходом второго шестиканального коммутатора, вход интегратора в формирователе развертывающего напряжения соединен с выходом первого шестиканального коммутатора, вход для установки нулевых начальных условий упомянутого интегратора подключен к выходу нуль-органа, а выход интегратора образует выход формирователя развертывающего напряжения, вход ждущего генератора узких импульсов соединен с выходом нуль-органа, первый выход ждущего генератора узких импульсов соединен с входами для управления выборкой первой и второй схем выборки-хранения, вход первой схемы выборки-хранения подключен к выходу первого шестиканального коммутатора, выход первой схемы выборкихранения через интегратор задатчика сигнала управления и вторую схему выборки-хранения подключен к второму входу двухвходового сумматора, а второй выход ждущего генератора узких импульсов соединен с ходом для установки нулевых начальных условий интегратора в задатчике сигнала управления.

1693695