Статический преобразователь частоты для синхронного электропривода

 

ОП

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (iii 599625

Респубпми

/— (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22)Заявлено 01 07 77 (21) 2502081/24-07 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 25, 11. 79. Бюллетень ¹ 43

Дата опубликования опнсання28 11 79 (51)М. Кл.

Н 02 М 5/297

Госудврствеииый комитет (53) УДК621.3 14.. 27(088. 8) по делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения

А. В. Наталкин, А. М. Копокопкин и Ю. Г. Толстов (7I) Заявитель Государственный научно-исспедоватепьский энергетический институт имени Г. М. Кржижановского (54) СТАТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ

ДЛЯ СИНХРОННОГО ЗЛЕКТРОПРИВОДА

Изобретение относится к эпектротехнике и электротехнической промышпенности и может бьтгь использовано дпя стабипизапии и регулирования оборотов синxpoHHbIx двигателей в разпичных системах э привода, например, двигатель-генераторов гидроаккумупируюших станций, и синхронных приводов мошных и сверхмошных компрессоров.

Известен прсобразоватепь частоты, 10 содержаший управляемый выпрямитель, питаемый от сети переменного тока, выход которого через сгпаживаюший реактор и инвертор токе с отсекаюшими диодами подкпючен к синхронной машине (11.

Частота выходного напряжения преобразоватепя определяется частотой импупьсов управления инвертором, которые в стационарных режимах могут задаваться независимо, так как коммутапионная устойчивость инвертора обеспечивается включением в его сиповую схему спепиапьных коммутируюших конденсаторов.

Мошность этих конденсаторов значитепьна и может составпять до 30% мошности двигатепя, что увеличивает габариты, вес и стоимость преобразователя, успож няет его силовую схему.

Перечиспенттые недостатки ограничивают область применения подобных преобразовате пей.

Известен также статический преобразоватепь частоты дпя синхронного эпектропривода, который содержит управляемый выпрямитель, питаемый от сети переменного тока, выход которого через сгпаживаюший реактор подкпючеч к входным шинам инвертора тока, систему управления выпрямителем, систему управления инвертором, датчик тока в силовой пати преобразоватепя и первый сумматор, выход которого соединен со входом системы управления выпрямитепем(21.

В известном преобразователе на один вход сумматора подается сигнал задания по частоте, à на другой вход — сигнал, пропорпионапьный выходной частоте пре6996 образователя, причем на вход системы управления инвертором поступают импульсы с выхода датчика положения ротора, . закрепленного на валу синхронной машины. Коммутация тиристоров инвертора осуществляется с помощью противо — ЭЙС синхронной машины, что предопределяет простоту силовой схемы инвертора (отсут ствуют отсекающие диоды и коммутирую» шие конденсаторы).

Недостатком известного устройства является то, что оно не обеспечивает точной стабилизации частоты выходного напряжения преобразователя, а следо вательно, не может быть использовано для синхронизации частоты выходного напряжения преобразователя с частотой источника опорной частоты или питающей преобщзователь сети переменного тока.

Целью изобретения шляется стабилизация частоты выходного напряжения преобразователя при сохранении коммутационной устойчивости инвертора в стационарных режимах.

Для этого в статический преобразователь частоты для синхронного электропривода, содержащий управляющий выпрямитель, питаемый от сети переменного тока, выход которого через сглаживающий реактор подключен к входным шинам инвертора тока, систему управления выпрямителем, систему управления инвер- тором, датчик тока в силовой цепи преобразователя и первый сумматор, выход которого соединен со входом системы управления выпрямителем, дополнительно введены источник опорной частоты, второй сумматор и фазочастотный дискри. минатор, причем один вход фазочастотно40 го дискриминатора подключен к выходу преобразователя, другой — к выходу источника опорной частоты, выход — к одному из входов второго сумматора, другой вход которого соединен со входом

45 инвертора, выход второго сумматора соединен со входом системы управления инвертором, один вход первого сумматора подключен к.выходу датчика тока, а на другой вход подключен выход задатчика

50 тока в силовой цепи преобразователя.

Такая организация системы регулирования позволяет стабилизировать частоту выходного напряжения преобразователя и синхронизировать ее с частотой источника опорной частоты или с частотой сети переменного тока, в частности, с сетью, питающей преобразователь. При этом коммутация тиристоров силовой

4 схемы инвертора обеспечивается противоЭЙС синхронной машины, поэтому не требуется установка коммутирующих емкостейй.

На фиг. 1 представлен предлагаемый преобразователь, принципиальная электрическая блок-схеМа; на фиг. 2 — диаграммы напряжений в различных точках схемы, поясняющие ее работу.

Статический преобразователь с инхронного электропривода содержит управляемый выпрямитель 1, питаемый от сети 2 переменного тока. На входе преобразователя включен датчик 3 тока в силовой цши преобразователя, выходной сигнал которого поступает на один из входов первого сумматора 4, на другие входы которого подаются сигнал положительной обратной связи по напряжению на входных шинах инвертора 5 тока, который снимается с делителя 6 и сигнал 7 задания по току в силовой цепи преобразователя. Выпрямитель 1 соединен с инвертором 5 через сглаживающий реактор 8, Регулирование выходного напряжения выпрямителя 1 осуществляется системой 9 управления выпрямителем.

На вход системы 10 управления инвертором поступает сигнал с выхода второго сумматора 11, который определяет частоту выходного напряжения преобразователя, нагруженного на синхронную машину 12. На входы сумматора 11 поступают сигналы положительной обратной связи по напряжению на входиых шинах инвертора 5 тока и сигнал с выхода фазочастотного дискриминатора 13, один из входов которого подключен к источнику 14 опорной частоты.

Источник 14 опорной частоты может состоять, например, из задающего генеpampa 15 и кольцевого распределителя 16, с выходов которого поступает сигнал на управляемые ключи 17 фазочастотного дискриминатора 13, питаемо го через трансформатор 18 выходным напряжением преобразователя. Блок 19 ограничения диапазона изменения угла управления инвертором также питается через трансформатор 18, а синхронизируется системой 10 управления инвертором.

Преобразователь работает следующим образом.

На выходе сумматора 4 формируется сигнал, обеспечивающий работу выпрямителя 1 в режиме токоограничения, т.е. в - режиме стабилизации выходного тока

6996

30 выпрямителя, а следовательно, и входного тока инвертора 5 (фиг. 2,ж).

При отсутствии сигнала с выхода фазочастотного дискриминатора 13 (фиг.2,в) частота выходного напряжения преобразователя определяется коэффициентом обратной связи по напряжению на входных шинах инвертора (фиг. 2,б), который выбирается таким образом, что в заданном диапазоне изменения нагрузки, например, 10 момента сопротивления на валу синхронной машины, угол инвертирования Ч (угол между первыми гармониками выходного тока и напряжения преобразователя) всегда больше некоторого минимально допустимого угла инвертирования, что и обеспечивает коммутационную устойчивость инвертора.

На выходе фазочастотного дискримиpampa 13 (фиг. 2,в) формируется сигнал, пропорциональный интецзалу от разности частоты напряжения на выходе преобразователя и частоты импульсов на выходе источника 14 опорной частоты (фиг. 2,г), 25

При отклонении частоты выходного напряжения преобразователя от частоты на выходе источника опорной частоты сигнал с фазочастотного дискриминатора изменяет угол инвертирования Ч таким образом, что, например, при умень-шении частоты выходного напряжения преобразователя, угол инвертирования также уменьшается, при этом подводимая к нагрузке мощность (Ig U>> < соВ Ч ) увеличивается, что приводит, например, к увеличению электромагнитного момента на валу синхронной машины и ее скорости, т.е. к увеличению частоты выход40 ного напряжения преобразователя.

Таким образом, при постоянстве частоты на выходе источника опорной частоты частота напряжения на выходе преобразователя также будет постоянной и равной.

45 ему, причем при изменениях момента нагрузки на валу синхронной машины будут изменяться как сигнал с выхода фазочастотного дискриминатора 13, так и сигнал положительной обратной связи по напряжению на входных шинах инвертора, однако среднее значение сигнала на выходе сумматора 11 будет оставаться постоянным.

Частота пульсаций выходного напряжения фазочастотного дискриминатора равна (или кратна) частоте пульсаций напряжения на входных шинах. инвертора тока (в данном случае частота пуль25

6 саций равна шестикратной частоте выходного напряжения преобразователя) . йиапазон изменения выходного сигнала фазочастотного дискриминатора 13 выбирается таким образом, чтобы диапазон изменения угла инвертирования f находился в пределах, обеспечивающих коммутационную устойчивость инвертора в сташюнарных режимах.

При необходимости точно фиксировать частоту выходного напряжения преобразователя, задающий генератор 15 может быть стабилизирован кварцем.

Блок 12 ограничения диапазона изменения угла управления инвертором вырабатывает широким импульсом (60 эл,град.), которые в случае выхода угла инвертирования Ч за пределы, обеспечивающие естественную коммутацию тиристоров силовой схемы.инвертора, поступают на вход системы управления инверторсм и синхронизируют ее работу. Положение этих импульсов для одного линейного напряжения на выходе инвертора (фиг. 2,д) показано на фиг. 2,е.

На фиг. 2, а показано напряжение на выходе управляемого выпрямителя. Hps изменении момента нагрузки, например, на валу синхронной машины, величина этого напряжения также изменяется, а ток на выходе выпрямителя остается постоянным.

Уставка 7 по току в силовой цепи преобразователя выбирается из условия работы с номинальной нагрузкой, например, синхронной машины, при номинальной частоте и может корректироваться в зависимости от угла.

Таким образом, в данном преобразователе обеспечивается точное поддержание частоты выходного напряжения при сохранении коммутационной и статической устойчивости инвертора. В прототипе такая стабилизация частоты в принципе невозможна, так как в качестве регулируюшего воздействия используется именной сигнал разности напряжения пропорциональный опорной частоте и напряжения и выходной частоте преобразователя.

Частота выходного напряжения предлагаемого преобразователя однозначно связана с частотой выходных импульсов задаюшего генератора 15, т.е. может задаваться независимо, что позволяет объединить в данном преобразователе достоинства преобразователей с искусственной коммутацией (независимое задание частоты) и преобразователей c ec6996

7 тественной коммутацией с помошью проти-3flC синхронной и (прта силовой схемы, надежность).

Формула изобретения

1. Статический преобразователь частоты для синхронного электропривода, содержащий управляемый выпрямитель, питаемый от сети переменного тока, выход1 которого через сглаживаюший реактор подключен к входным шинам инвертора тока, систему управления выпрямителем, систему управления инвертором, датчик тока в силовой пепи преобразователя, первый сумматор, выход которого соединен со входом системы управления выпрямителем и задатчик тока в силовой цепи преобразователя, о т.л и ч а ю щ и йс я .тем, что,. с целью стабилизации час- о тоты выходного напряжения преобразователя при сохранении коммутационной устойчивости инвертора в стационарных режимах, в преобразователь дополнительно введены источник опорной частоты, второй

25 сумматор и фазочастотный дискриминатор, причем один вход фазочастотного дискриминатора подключен к выходу преобразователя, другой — к выходу источника опорной частоты, выход - к одному из зо входов второго сумматора, другой вход которого соединен со входом инвертора, выход второго сумматора соединен со входом системы управления инвертором, 25

8 один вход первого сумматора подключен к выходу датчика тока в силовой цепи преобразователя, а на другой вход подключен выход задатчика тока в силовой испи преобразователя. 2. Преобразователь по и. l, о т л и- чаюшийс я тем, что, с целью улучшения динамических характеристик преобразователя, дополнительный вход первого сумматора соединен с выходом инвертора.

3. Преобразователь по и. 1, о т— л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью сохранения коммутационной устойчивости инвертора в переходных режимах, он дополнительно снабжен блоком ограничения диапазона изменения угла управления инвертором, один вход которого подключен к выходу преобразователя, другой - к выходу системы управления инвертором, а выход - к одному из входов второго сумматора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

l. Экспресс-информация " Автоматизированный электропривод, электротехнология и электроснабжение промышленных предприятий, М., ВИНИТИ, 1974„М 25, с. 14-19.

2. Экспресс-информация "Автоматизированный электропривод, электротехнология и электроснабжение промышленных предприятий, К., ВИНИТИ, 1972, No 27, с. 6-15.

72 б99625

Ьых фФ3

Бых

Составитель Ю. Андреев

Редактор Ю. Челюкина Техред, . Чижик Корректор М. Селехман

Заказ 7430/5 8 Тираж 857 Подл исное

11НИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретении и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 415

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород,- ул. Проектная, 4