Вентильный электропривод постоянного тока

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено08.04.81 (21) 3270871/24-07 .(511 М. КП. с присоединением заявки ¹(23) Приоритет

Н 02 P 5/16

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (53) УДК 621.313, . 223-83

" (088.8) Опубликовано 301082. Бюллетень ¹ 40

Дата опубликования описания 30.10.82

Д.И. Родькин и Ю.Б. Филипп г() () у д

1 и

uATFN )I0-

ТЕХН) т) Е (Криворожский ордена Трудового Красного Зна ни горнорудный институт (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) BEHTHJIbHbIA ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА

Изобретение относится к электротехнике, в частности к регулируемому электроприводу постоянного тока.

Известен вентильный электропривод постоянного тока, содержащий двига- 5 тель постоянного тока, два управляемых выпрямителя с принудительной коммутацией,. выходы которых соединены последовательно с якорной обмоткой двигателя постоянного тока, дат- 10 чик частоты вращения и системы управления выпрямителями.

Регулирование частоты вращения и реактивной мощности при постоянном моменте осуществляется путем регулирования суммы напряжений с выходов управляемых выпрямителей, при этом их алгебраическая сумма соответствует требуемому режиму работы электропривода по частоте вращения и моменту, а геометрическая сумма определяет долю потребляемой реактивной мощности вентильными преобразователями управляемыми выпрямителями (1}.

Недостаток такого электропривода заключается в значительной сложности из-за наличия двух вентильных преобразователей с принудительной коммутацией.

Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности вентильный. электропривод постоянного тока, содержащий вен тильный преобразователь с естественной коммутацией, двигатель постоянного тока, датчик частоты вращения, систему автоматического регулирования частоты вращения, элемент ограничения, систему автоматического регулирования возбуждения, элемент сравнения, два пропорциональных усилителя с зоной нечувствительности, логический элемент И, ключевой элемент,с помощью которого можно обеспечивать двухзонное регулирование частоты вращения двигателя путеМ независимого управления якорным напряжением и потоком возбуждения двигателя (2).

Недостатком указанного устройства является отсутствие возможности независимого регулирования частоты вращения и реактивной мощности для одновременного управления как технологическим режимом, так и качеством электроэнергии. Желательно осуществить регулирование частоты вращения и реактивной мощности без использования дополнительных регулируемых компенсирующих устройств, при этом загрузка вентильного преобразователя не должна выходить за допустимую.

970б19

Цель изобретения — повышение качества электроэнергии питающей сети путем регулирования реактивной мощности в пределах допустимой загрузки вентильного преобразователя.

Поставленная цель достигается 5 тем, что в электропривод постоянного тока, содержащий вентильный преобразователь, выход которого соединен с якорной обмоткой электродвигателя, а вход — с выходом системы автоматического регулирования частоты вращения, первый вход которой соединен с выходом датчика частоты вращения электродвигателя и входами первого пропорционального усилителя с зоной нечувствительности и первого элемента сравнения, а второй входчерез первый элемент ограничения с выходом задатчика частоты вращения и входами первого элемента сравнения 20 и второго пропорционального усилителя с зоной нечувствительности, систему автоматического регулирования возбуждения, выход которой соединен с обмоткой возбуждения электродви- 25 гателя, а вход — через первый ключевой элемент с выходом первого элемента сравнения, и логический элемент И, входы которого соединены с выходами первого и второго пропорциональных усилителей с зоной нечувствительности, а выход — с управляющим входом первого ключевого элемента, введены .датчик реактивной мощности сети, второй элемент сравнения, третий . пропорциональный усилитель с зоной нечувствительности, второй элемент ограничения, второй ключевой элемент с двумя выходами, датчик активной мощности вентильного электропривода, датчик реактивной мощности вентиль- 40 ного электропривода, функциональный преобразователь и третий элемент сравнения, при этом выход датчика реактивной мощности сети соединен .через второй элемент сравнения и 45 третий пропорциональный усилитель с зоной нечувствительности с первым входом второго элемента ограничения, второй вход которого соединен с выходом третьего элемента сравнения, один из входов которого соединен с выходом датчика реактивной мощности вентильного электропривода, а другой вход — через функциональный преобразователь с выходом датчика активной мощности вентильного электропривода, причем выход второго элемента ограничения соединен с вычитающими входами систем автоматического регулирования частоты вращения и возбуждения электродвигателя через второй 60 ключевой элемент с двумя выходами, управляющий вход которого соединен с выходом логического элемента И.

На фиг. 1 изображена функциональ. ная .схема вентильного электропривода 65 постоянного токау на фиг. 2 — диаграмма изменения частоты вращения двигателя и реактивной мощности.

Вентильный электропривод постоян-, ного тока содержит вентильный преобразователь 1 (фиг. 1), выход которого соединен с якорной обмоткой электродвигателя 2, а вход — с вы,ходом системы 3 автоматического регулирования частоты вращения, первый вход которой соединен с выходом датчика 4 частоты вращения электродвигателя и входами первого пропорционального усилителя 5 с зоной нечувствительности и первого элемента б сравнения, а второй вход - через первый элемент ограничения 7 с выходом 8 задатчика частоты вращения и входами первого элемента сравнения и второго пропорционального усилителя 9 с зоной нечувствительности, систему 10 автоматического,регулиро-.

I вания возбуждения, выход которой соединен с обмоткой возбуждения электродвигателя, а вход — через первый ключевой элемент 11 с выходом первого элемента сравнения, логический элемент И 12, входы которого соединены с выходами первого и второго пропорциональных усилителей с зоной нечувствительности, а выход — с управляющим входом первого ключевого элемента, датчик 13,реактивной мощности сети, выход которого соединен через второй элемент 14 сравнения и третий пропорциональный усилитель 15 с зоной нечувствительности с первым входом второго элемента 16 ограничения, второй вход которого соединен с выходом третьего элемента 17 сравнения, один из входов которого соединен с выходом датчика 18 реактивной мощности вентильного электропривода, а второй вход — через функциональный преобразователь 19 с выходом датчика 20 активной мощности вентильного электропривода, и второй ключевой элемент 21 с двумя выходами, которые соединены с вычитающими входами систем автоматического регулирования частоты вращения и возбужце-. ния.электродвигателя, при этом основной вход соединен с вйходом второго элемента ограничения, а управляющий вход — с выходом логического элемента И . К питающей сети подключена группа электроприемников 22 °

На фиг. 2 приняты следующие обозначения: ю — частота вращения двигаt теля; Q> — потребляемая реактивная мощность вентильного электропривода постоянного тока (по прототипу) 1

Q.- — реактивная мощность группы

1э электроприемников; Q < — реактивная мощность, потребляемая из сети;

Я„;о„с и О ми„— максимальный и минимальйый уровень потребляемой из сети реактивной мощности; Q „- уровень

970619 мента и частоты вращения, вентильно му электроприводу постоянного тока вследствие наличия венти-ьного преобразователя характерны изменения потребляемой реактивной мощности..

Наличие двух каналов управления (выпрямленное напряжение вентильного преобразователя и возбуждение двигателя) обусловливает возможность независимого регулирования частоты

О вращения и потребляемой реактивной мощности. Вследствие двухзонного регулирования частоты вращения (в пер-. вой зоне — выпрямленньм напряжением вентильного преобразователя, à Во

5 второй — возбуждением двигателя для регулирования потребляемой реактив- ной мощности) в качестве дополнительного контура используется контур по реактивной мощности, воздействующий

2() в первой зоне на систему автоматического регулирования возбуждения, а во второй зоне на систему автоматического регулирования частоты вращения, т.е. на систему, управляющую

25 изменением выпрямленного напряжения вентильного преобразователя.

Задающий сигнал реактивной мощности сети сравнивается во втором элементе 14 сравнения с сигналом датчика 13 реактивной мощности сети, пропорциональным величине реактивной мощности группы электроприемников 22 и вентильного электропривода постоянного тока. Выходной сигнал второго элемента 14 сравнения через третий пропорциональный усилитель 15 с зоной нечувствительности и второй элемент 16 ограничения с помощью .второго ключевого элемента 21 с двумя выходами поступает на вычитающий

40 вход либо системы 10 автоматическо-го регулирования возбуждения, либо системы 3 автоматического регулирования частоты вращения. При увеличении реактивной мощности, потребляф5 емой из сети, вследствие увеличения потребления реактивной мощности группой электроприемников происходит увеличение выходного сигнала датчика 13 реактивной мощности сети. Выходной сигнал второго элемента 14 сравнения .становится отрицательным и по достижении границы зоны нечувствительности поступает через второй элемент 16 ограниченйя, второй ключевой элемент 21 с двумя выходами или в систему 10 автоматического регулирования возбуждения, или в систему 3 автоматического регулирования частоты вращения, приводя к увеличению или выпрямленного напряжения вентильного преобразователя 1, или возбуждения двигателя в зависимости от того, в какой зоне работает привод в данный момент. Второй ключевой элемент 21 с двумя выходами управляреактивной мощности, который компенсируется с помощью нерегулируемых компенсирующих устройств;д Qd- дополни-.. тельная реактивная мощность,на величину которой увеличивается или уменьшается собственное потребление реактивной мощности вентильного элей 1ропривода постоянного тока при регулировании реактивной мощности по отношению к случаю без.регулирования;

О . скорректированная величина 1 реактивной мощности, потребляемой вентильным электроприводом постоянного тока.

Реактивная мощность сети для известного устройства определяется выражением!

С d 23) для предлагаемого устройства выражением (С = О +Ог =(+ ()Д+О - (2) Вентильный электропривод постоянного тока работает следующим образом.

На вход первого элемента 7 ограничения и далее с его выхода на вход, системы З,автоматического регулирова ния частоты вращения поступает сигнал, задающий характер изменения частоты вращения двигателя 2. Кроме этого, входной сигнал задания частоты вращения поступает на пропорциональный усилитель 9 с зоной нечувствительности. Величины напряжения ограничения первого элемента 7 ограничения и зоны нечувствительности пропорциональных усилителей 5 и 9 выбираются таким образом, что при регулировании частоты вращения в полном диапазоне, т.е. до и свыше номинального значения, осчществляется разделение режимов: сначала управление по каналу выпрямленного напряжения вентильного преобразователя 1 при постоянном возбуждении двигателя 2, а потом управление по каналу возбуждения при постоянном выпрямленном напряжении. При возрастании задающего сигнала частоты вращения с нуля по мере его роста ограни- чение первого элемента 7 ограничения прекращает дальнейшее увеличение выпрямленного напряжения вентильного преобразователя 1 и пропорциональные усилители 5 и 9 с зоной нечувствительности и логический элемент

И 12, воздействуя на первый ключевой элемент 11, подключают управляющий сигнал по частоте вращения на вход системы 10 автоматического регулирования возбуждения. Дальнейшее возрастание задающего сигнала частоты вращения приводит и уменьшению возбуждения и увеличению частоты вращения.

Помимо потребления активной мощности, определяемой изменениями моется от логического элемента И. Уве970619 ср„ . ула:" зс личение указанных параметров приводит к уменьшению потребляемой реактивной мощности вентильного электропривода постоянного тока, величина которой определяется выражением

Лналсгично могут быть рассмотрены процессы при уменьшении реактивной мощности, потребляемой из сети, только н этом случае происходит увеличение потребляемой реактивной мощности нентильногс электропривода постоянного тока за счет уменьшения либо выпрямленного напряжения вентильного преобразователя, либо возбуждения двигателя.

При возникающих возмущениях, обус ловленных наличием дополнительного контура по реактивной мсщностй, ос.новной контур, регулирующий частоту .нращения, путем воздействия в первом ,диапазоне на систему автоматического регулирования частоты вращения и во втором диапазоне на систему автоматического регулирования возбуждения обеспечивает подцержание заданн значений частоты вращения.

Наличие зоны нечувствительности в третьем пропорциональном усилителе 15.позволяет отключать контур регулирования. реактивной мощности в том случае, когда в определенном диапазоне не требуется регулирование реактивной мощности, например, когда изменения напряжения сети лежат в допустимом диапазоне, регламентиру- емом соответствующими нормативными документами.

Таким образом, предлагаемый вентильный злектропривод постоянного тока в соответствии с задающим сигналом частоты вращения на входах первого элемента ? ограничения, первого элемента б сравнения, пропорционального усилителя 9 с зоной нечувствительности и задающим сигналом реактивной мощности на входе второго элемента 14 сравнения осуществляет . независимо друг от друга регулирование частоты вращения и реактивной мощности.

С помощью датчиков 18 и 20 активной и. реактивной мощности-вентильного. электропривода, а также функ, ционального преобразователя 19 и третьего элемента 17 сравнения в сооТ ветствии с выражением

Ьаа доя дАоп а а!

-Р -9, (4) определяется допустимая величина дополнительной реактивной мощности, исходя из величины допустимой загруз ки вентильного преобразователя и согласно этой величине производится управление ограничением второго элемента ограничения, т.е. ограничением дополнительного уйравляющегс сигнала, подаваемого на вход либо системы автоматического регулирования,возбуж- дения, либо системы автоматического регулирования частоты вращения.

Таким образом в нентильном электрспривсд=:iocTO IeeoI"o ). ока достигает=си 1) Н» !iñ)«м., )е регули j". H —; нне, «,, тсты

)3п= .щебня;!. -,: ьг.".ктявнс" ......з,;= ":с х э i Gc делах г: пу тимой зах з.. неятнль--!

I(iso I !.::;. бра зова Iii)I I .:.,.".. j;. звонят ) пень)си ".. ь к ачacTBс зл к трсэ не агин н сс ти эл - кто " наб.ц16: -. ; НОГС тоха „. Содаржащий Ная Ii«..яьищй

Щжсбра зон ат ="ль . .:i сд кс: I I«i). с

ДНИГЙT =:IR i о. У" д .. В. :. х:,Ь ..м

МЫ ан томатИЧЕСКС Г u J- ЕГ у)!" ров i! I »

25 частоты вращения, .первый:,-.хв,: к то- . рой соединен с выхсдсм да .:-:ика ч=-с;.ты вращения электроднн): т=..ля и. "-.одами первого пропсрциснальнсгс усилителя с зоной нечувствительности и первого элемента сравнения, а второй

ЗО нхсд — через первый элемент сграниче = ния с выходом задатчика частсты вра. щения и входами первого элемента сравнения и второго пропорционального усилителя с зоной нечувствитель35 ности, систему автоматического регулирования возбуждения,. выход которой соединен с обмоткой возбуждения электродвигателя, а вход — через первый ключевой элемент с выходом перного

40 элемента сравнения,, и логический элемент И, .:=:õoäû которого соединены с выходами первого и второго пропорциональных усилителей с зоной нечувствительности . а ныхсц — с управляющим входом пернсгс кнючевсгс элемента, стличающнйся тем,что,с целью повышения качества электроэнергии питающей сети путам регулирования реактивной мощности питающей сети н пределах допустимой загрузки вентильного преобразователя, вен, тильный электропривод постоянного тока снабжен датчиком реактивной мощности сети, вторым элементом сравнения, третьим пропорциональным усилителем с зоной нечувствительности, HToðûì элементом ограничения, вторым ключевым элементом с двумя выходами, датчиком активной мощности вентильного электропривода, датчиком реактивной мощности нентильного электропривода, функциснальньм преобразователем и третьим злементс. сравнения,. при этом выход датчика реактивной мощности сети соединен через второй элемент сравнения и третий пропорци970619 иг. ональный усилитель.с зоной нечувст" вительности с первым входом второго элемента ограничения, второй. вход которого соединен с выходом третьего . элемента сравнения, один из входов которого соединен с выходом датчика реактивной мощности.вентильного элек. тропривода, а другой вход — через функциональный преобразователь с выходом датчика активной мощности вентильного электропривода, причем выход вторбго элемента ограничения соединен с вычитающими входами систем автоматического регулирования частоты вращения электродвигателя и его возбуждения через второй ключевой элемент с двумя выходами, управляющий вход которого соединен с выходом логического элемента И.

Нсточники информации, принятые во внимание при экспертйзе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 312352, кл. Н 02 М 7/12, 1967..

2. Динкель A.Ä. и др. Тиристорный электропривод рудничного подъема.

М., Недра, 1977, с. 203-207.

970619

Риа.2

Составитель М. Сон

Редактор Л. Пчелинская Техред C.Ìèãóíoâà Корректор я Ференц

Закаэ 8418/72 Тираж 721 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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

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