Реверсивный тиристорный электропривод постоянного тока

 

(>i 951 614

Союз Советски к

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

=9 (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву(22)3a»eJ>eHo l2 12.80 (21) 3216425/24-0) с присоединением заявки,% (23) Приоритет (5l )M. К.>т.

Н 02 P 5/06

3Ъеударствеииь>й комитет по делам изобретений и открытий

Опубликовано 15.08. 82. Ь>оллетень _#_- 30 (53) УДK, 621 16 .718.5(088.8) Дата опубликования описания 15.08 82 (72) Автор изобретения

A. Е. Алехин

1 (1

М (71) Заявитель (54) РЕВЕРСИВНЫЙ ТИРИСТОРНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД

ПОСТОЯННОГО ТОКА

Изобретение относится к электротехнике, а именно к автоматизированному электропри воду постоянного тока, и может быть использовано в электроприводах подач металлоре>кущих станков.

Известен реверсивный тиристорный электропривод постоянного тока, содержащий последовательно соединенные задатчик скорости, блок сравнения, интегральный усилитель, два канала управления, каждый из которых содержит нереверсивный полупроводниковый усилитель, систему импульсно4азового управления, выпрямитель в цепи обратной связи по току и регулятор уравнительного тока, силовой управляемый выпрямитель с согласованным управлением катодной и анодной групп тиристоров, подключенный ео к источнику питания с повышенной частотой напряжения, на выходе силового управляемого выпрямителя включены два ограничивающих уравнительный ток дросселя, между точкой соединения которых и нулем силового управляемого выпрямителя включен электродвигатель с тахогенератором t 1).

В таком реверсивном тиристорном электроприводе постоянного тока для повышения быстродействия используется сеть повышенной чэстоты. Преобразование промышленной энергии в энергию повышенной частоты связано с определенными трудностями и сни>кением в целом технико-экономических, показателей, а также значительным увеличением массогабаритных показателей. Кроме того, при максимальных по модулю значениях управляющего напряжения невозможно получить выходной сигнал без амплитудных искажений при частоте, превышающей частоту сетевого напряжения. При частоте входного сигнала (при максимальной амплитуде), превышающей частоту сетевого напряжения, возрастает величина динамического уравз 9516 нительного тока, что приводит к значительной потере энергии, к снижению коэффициента полезного действия реверсивного тиристорного электропривода постоянного тока в целом. 5

Возникновение динамического уравнительного тока загружает тиристоры преобразователя и может возникнуть аварийный режим, что приводит к отключению от сети переменного тока ре- 10 версивного тиристорного электропривода постоянного тока.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является реверсивный тиристорный электропри- t5 вод постоянного тока, содержащий электродвигатель с тахогенератором, подключ ен ный через основную обмот ку дросселя к анодной и катодной группам тиристорного преобразователя, вход которого через блок импульсно-фазового управления соединен с выходом интегрального усилителя, вход которого соединен с выходом блока сравнения, один вход которого соединен с задатчиком скорости, а второй - с тахогенератором, дополнительная обмотка дросселя через блок коммутации соединена с двумя формирователями P).

Однако в данном реверсивном тиристорном электроприводе постоянного тока используются фиксированные неизменяемые параметры настроек (блок зоны нечувствительности), что приводит к значительным погрешностям в

35 у пра влении и снижению быст родей ст вия, а также к увеличению вероятности возникновения аварийного режима.

Цель изобретения - повышение надежности и точности регулирования е частоты вращения электропривода.

Поставленная цель достигается тем, что в .реверсивный тиристорный электропривод постоянного тока дополнит еп ьно введены шест ь дат чи ков тока фазы, шесть блоков модуля с зоной нечувствительности, пять схем совпадения, сумматор, инвертор, два диода, нуль-орган, вход которого соединен с выходом интегрального усилителя, а выход через один согласно включенный диод соединен с одним входом первой схемы совпадения, а через второй встречно включенный диод и инвертор - с одним входом второй схемы совпадения, выходы первой и второй схем совпадения соединенй с входами формирователей, вторые входы первой

Ч1 4 и второй схем совпадения соединены с выходом сумматора, входы которого соединены с выходами третьей, четвертой и пятой схем совпадения, входы которых через блоки модулей с зоной нечувствительности соединены с датчиками тока фаз.

На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого реверсивного тиристорного электропривода постоянного тока; на фиг. 2 - идеализированные временные диаграммы его работы.

Реверсивный тиристорный электропривод постоянного тока {фиг. 1) содержит электродвигатель 1 с тахогенератором 2, подключенный через ос новную обмотку дросселя 3 к анодной

4 и катодной 5 группам тиристоров тиристорного преобразователя 6, вход которого через блок 7 импульсно-фазового управления соединен с вьходом интегрального усилителя 8, вход которого соединен с выходом блока сравнения, один вход которого соединен с задатчиком l0 скорости, а второй — с тахогенератором 2, дополнительная обмотка дросселя 3 через блок

11 коммутации соединена с двумя формирователями 12 и 13, шесть датчиков

14-19 тока фаз, шесть блоков 20-25 модуля с зоной нечувствительности, пять схем 26-30 совпадения, сумматор

31, инвертор 32, два диода 33 и

34, нуль-орган 35, вход которого соединен с выходом интегрального уси8, a abixop через о оН согласно включенный диод 33 соединен с одним входом схемы 2 совпадения, а через встречно включенный диод 34 и инвертор 32 - с одним входом схемы

27 совпадения, выходы схем 26 и 27 соединены со входами формирователей

12 и 13, вторые входы схем 26 и 27 соединены с выходом сумматора 31, входы которого соединены с выходами схем

28-30 совпадения, входы которых через блоки 20-25 соединены с датчиками 14-19 токов фаз.

Реверсивный тиристорный электропривод постоянного тока работает следующим образом.

Электропривод имеет три:,характерные режима работы.

Первый режим характеризует работу силового управляемого преобразователя при малой амплитуде входного сигнала управления, когда реверсивный тиристорный электропривод

95! 614 полярности выпрямленного напряжени;, протекает ток якорной цепи электро" двигателя. С валом электродвигателя

1 жестко связан вал тахогенератора

2, выходной сигнал которого сравнивается с заданным сигналом задатчика 10 в блоке 9 сравнения, чем обеспечивается автоматическое отслеживание заданной частоты вращения, При подаче задатчиком 10 скорости сигнала управления с большой амплитудой (второй режим), но со скоростью изменения, равной частоте сети, реверсивный тиристорный электропривод постоянного тока работает по ранее описанной схеме, а выпрямленное напряжение реверсируется по отрезку синусоиды напряжения, прикладываемого к цепи нагрузки, подклю енной последней фазой питающего напряжения. Осциллограмма реверса выпрямленного напряжения при этом пои осПри скорости измененйя упрз вляющего сигнала U с большой амплитудой (фиг. Z для U p>u „д, ) в третьем режиме работы, прегыш-;:ãùå.:I крит;— ческую скорость изменения управля!s-щего сигнала, опреде.1яемо о по выражению (? ), вступают дополнительно в работу датчики 14-19 тока фаз, под-. соединенные к ним олоки 20-25 модулей с зонами нечувствительное ей на входах, причем сигналы с выходов блоков 20-25 попарно противоположных фаз поступают на входы схем 28-30 совп адения.

На временной диаграмме (фиг. 2) изображены выходные импульсы схе"

28 (29 и) 30 (на входы котсрых II;:" ступают сигналы с датчиков 14-I9 то-, ков фаз и бпоков 20-25 модулей с зонами нечувствительностей на входах) штриховой линией для пояснения работы указанных блоков (когда блок 11 коммутации отключен) . Выходные сигналы схем 28-30 совпадения поступают далее на сумматор 31. Выходной сигнал интегрального усилителя 8 поступает на вход нуль-органа 35, выходной сигнал которого на положительную полярность поступает через первый диод 33, включенный в проводящем направлении, на первь:й вход схемы 26 совпадения. Выходной сигнал нуль-органа 35 на отрицательную полярность поступает через обратно включенный диод 3ч и инвертор 32 на постоянного тока с малоинерционным электродвигателем может пропускать частоту входного сигнала вплоть до граничной частоты, определяемой по теореме Котельникова 5

Д 111 о (,1) гр

Г где N- фазность преобразователя.

Второй режим характеризует работу силового управляемого преобра- О зователя при большой амплитуде по модулю входного сигнала, управления, но со скоростью его изменения, не превышающей критическую, равную частоте сети и определяемую по выра- t5 жению с1 Оу а Кр ™о, < ) где О - сигнал управления на входе преобразователя. 20

Третий режим характеризует работу силового управляемого выпрямителя при большой амплитуде входного сигнала управления по модулю, когда реверсивный тиристорный.электроприд вод постоянного тока пропускает частоту входного сигнала, превышающую частоту сети с выполнением неравенства 1

Й 1 О.

ЗО Ъ1О Х

При подаче задатчиком 10 скорости сигнала управления с малой амплитудой (первый режим) происходит сравнение его в блоке 9 сравнения с сигналом отрицател ьной обратной связи, снимаемого с тахогенератора 2. Сиг. нал ошибки, снима емый с блока 9 сра внения, усиливается интегральным усилителем 8 и поступает на блок 7 им- д пульсно-,фазового управления. С выхода блока в зависимости от полярности сигнала управления, снижаемого с интегрального усилителя 8, поступают импульсы управления на включение силового управляемого преобразователя тела 6 на положительную или отрицательную полярность выпрямленного напряжения (фиг ° 2) для первого режима, когда U -"!3„„о. При работе силового управляемого преоб" разователя 6 на его выходе появляется уравнительный ток, протекающий через основную обмотку со средней точкой дросселя 3 и имеющий направ55 ление от катодной группы 5 к анодной группе ч тиристоррв, при этом через одну из половин основной обмотки дросселя 3 (в зависимости от

951614 первый вход другой схемы совпадения 27. На вторые входы схем 26 и 27 совпадения поступает сигнал с выхода сумматора 31. В зависимости от полярности сигнала управления, сни- 5 маемого с интегрального усилителя

8, одна иэ схем 26 или 27 совпадения пропускает сигнал через соответствующие формирователи импульсов 12 и 13,на входы нереверсивного Ьлока

11 коммутации, который вырабатывает мощный импульс в дополнительную об мотку дросселя 3. Нощный импульс иэ дополнительной обмотки трансформируется в основную обмотку дросселя

3 и кратковременно обеспечивает преобразователь 6, чем Л осуществляется отключение отработавшей группы тиристоров от сетевого напряжения.

Дроссель 3 выполнен таким, образом, 20 что намагничивающий ток нагрузки„ протекающий по одной иэ половин основной обмотки дросселя 3, имеет всегда одно направление (например с начала на конец полуоб- 25 моток основной обмотки ) и позволяет блок 11 коммутации выполнить нереверсивным. Блоки 20-25 модулей выполнены с зонами нечувствительностей на входах для того, чтобы сиг- эв налы не проходили на выход при работе преобразователя 6 в статическом режиме, т.е. когда не нарушается условие работы преобразователя 6 с естественной коммутацией вентилей, определяемое по выражению (2 ). Идеализированные временные диаграммы работы преобразователя б, интегрального усилителя 8 (сигнал U>), выходные сигналы схем 28-30 совпадения уравнительной ЭДС противоположных фаз АД, BE, CF вырабатываются датчиками 14-19, соединенными с блоками 20-25 модулей, и схемами 28-30 совпадения токов в противоположных фазах нуль-органом 35, сумматором

31 и формирователями импульсов 12 и 13.

Рассмотрим работу тиристорного преобразователя 6, когда одна из групп тиристоров, например катодная 5, работает в выпрямительном, а анодная 4 в инверторном режимах. 8 этом случае выпрямленный ток якорной цепи электродвигателя 1 протекает по цепи вторичная обмотка силового транс

55 форматора - катодная группа 5 тиристоров - дроссель 3 - якорная цепь электродвигателя 1 - ноль трансформатора. При реверсе (изменении знака) сигнала управления большой амплитуды с производной, превышающей критическую (фиг. 2 третий режим), вступают дополнительно в работу датчики

14-19 тока фаз, блоки 20-25 моду— ля с зоной нечувствительности на входах, сигналы с выходов которых попарно противоположных фаз посту" пают на входы схем 28-30 совпадения

Ф формирующих сигналы, сдидетельству ющие о возникновении динамического уравнительного тока, суммирование которых осуществляется в сумматоре

31. Кроме того, выходной сигнал интегрального усилителя 8 поступает на вход- нуль-органа 3я, выходной сигнал его на положительную полярность поступает через диод 33 включений в проводящем направлении на один из входов схемы 26 совпадения, а выходной сигнал на отрицательную полярность через обратно включенный диод 34 и инвертор 32 поступает на один из входов другой схемы 27 совпадения, причем на другие входы схем совпадения 26 и 27 поступает сигнал от сумматора 31. При совпадении сигналов на одной из схем совпадения

26 (или 27) на выходе (Фиг. 2) ее появляется сигнал, поступающий через формирователь импульсов 12 f или 13) блока 11 коммутации. При поступлении на один из входов блока 11 сигнала в нем выраЬатывается мощный импульс, который, через дополнительную обмотку трансформируется в основную обмотку дросселя 3 и кратковременно обесточивает преобразователь 6, чем и оЬеспечивается отключение его от сетевого напряжения. Такое управление преоЬраэователем 6 электропривода позволяет устранить появление длительно действующей динамической

ЭДС в уравнительном контуре, снизить потери преобразователя, а устранение паузы напряжения преобразователя, прикладываемого к якорной цепиэлектродвигателя, позволяет повысить быстродействие всего электропривода.

Напряжение преобразователя 6 в этом режиме работы приведено сплошной линией на фиг. 2 для третьего режима работы электропривода.

На Фиг. 2 изображены также временные диаграммы работы основных блоков реверсивного тиристорного электропривода постоянного тока.

951614

Формула и зоб ре т ени я

Реверсивный тиристорный электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель с тахогенератором, подключенный через основную обмотку дросселя к анодной и катодной группам тиристорного преобразователя, вход которого через блок импульснофазового управления соединен с выходом интегрального усилителя, вход которого соединен с выходом блока

ЭО

Выполнение блоков 20-25 модулей с зонами нечувствительностей на входах необходимо для исключения работы блока 11 коммутации в статических режимах когда в уравнительном конту-, ре протекает статический уравнительный ток), а зона нечувствительности настраивается на исключение прохождения сигналов от статических уравнительных ЗДС преобразователя 6.

В результате постоянного слежения за появлением динамического уравнительного тока, фактически зависящего как от частоты, так и от амплитуды входного сигнала, вырабатываемо- 15

ro интегральным усилителем 8, в замкнутом электроприводе удается увеличить точность регулирования преобразователем 6 электропривода, что очень важно как для увеличения динамики, коэффициента полезíîro действия, а также безаварийной работы всего реверсивного тиристорного электропривода, т.е. повышения его надежности. 25 сравнения, один вход которого соединен с задатчиком скорости, а второй - c тахогенератором, дополнительная обмотка дросселя через блок коммутации соединена с двумя формирователями, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения надежности и точности регулирования частоты вращения, в него дополнитель. но введены шесть датчиков тока фазы, шесть блоков модуля с зоной нечувствительности, пять схем совпадения, сумматор, инвертор, два диода, нульорган, вход которого соединен с вы.ходом интегрального усилителя, а выход через один согласно включенный ,1 диод соединен с одним входом первой схемы совпадения, а через второй встречно включенный диод и инверторс одним входом второй схемы,совпадения, выходы первой и второй схем совпадения соединены с входами формирователей, вторые входы первой и второй схем совпадения соединены с выходом сумматора, входы которого соединены с выходами третьей, четвер той и пятой схем совпадения, в.:<од.. которых через блоки модулей с з".. сй нечувствительности соедине ы с да чиками тока фаз.

Источники информации, принятые Во внимание при экспертизе

1. Труди У1 Всесоюзной конференции по автоматизированному электроприводу. H., "Энергия", 1974, с. 290, 291.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке N 2792562/24-07, кл. H 02 Р 5/06, 1979.

951614

Составитель Ю.Воробьев

Техред T.Ìàòo÷êà Корректор Е.Рошко

Редактор М. Келемеш

Заказ 59

71 Тираж 721 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная,