Устройство для управления вентильным электродвигателем с зависимым инвертором

 

<и 989728

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 28.07. 81 (21) 3325275/24-07 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 15.01.83. Бюллетень № 2

Дата опубликования описания 16. О1. 83 (51)М. Кд.

Н 02 Р 6/02

Гесударствеаый квинтет (53) УДК 621.316. ,718.5 (088. 8) No делам кзоаретеинк и еткрытий (72) Автор изобретения ф О

Г. Г. Иагазинник

1...

1 -"-:-Горьковский ордена Трудового Красного ЗнаМени" = полйтехниче ски и ин сти тут им. А. )A, Ждайова(71) Заявитель

l (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЬНЫИ

ЭЛЕКТРО ДВИ ГАТ ЕЛЕН С ЗАВИ СИ ИЫИ ИНВЕРТОРОИ

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для управления вентильными электродви гателями.

Известны вентильные преобразователи с зависимым инвертором и искусственной коммутацией, в которых инвертор выполнен в виде 2 m-фазных тири сторных мостов, подключенных входами к питающей сети, а выходами к нагрузке, причем, мосты объединяются попарно встречно-параллельно и к каждой паре подключается одна фаза нагрузки. Блок искусственной коммутации таких инверторов содержит коммутирующие конденсаторы, зарядный мост, распределительные и коммутирующие тиристоры (11и (2 j.

Наиболее близким к изобретению является устройство для управления .антил ьным эле ктродви гателем, содержащее m-фазный мостовой инвертор, который выполнен в виде 2m тиристор) ых выпрямителей, соединенных попар,но встречно-параллельно, датчики положения и датчик скорости вращения ротора электродвигателя, выходы которых соединены, соответственно, один - непосредственно, а другой5. через узел сравнения с блоком управления, выход которого соединен с входом инвертора и входом группового блока искусственной коммутации (3 ).

Недостаток описанных устройств заключается в больших потерях мощности в групповом блоке искусственной коммутации, так как этот блок работает во всем диапазоне скорости вращения электродвиг8TGJlя.

Цель изобретения - повышение энергетических показателей вентильного электродвигателя путем уменьшения потерь в групповом блоке искус о ственной коммутации, Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для управления вентильным электродвигателем, содержащее m-фазный мостовой инвер989728

Это позволяет включать блок искусственной коммутации автоматически не на весь период работы вентильного электродвигателя с зависимым инвертором, а только в двух случаях: при высоких скоростях вращения, когда естественная коммутация уже невозможна, а также при любых скоростях вращения электродвигателя, но при перегрузках (больших токах), например в случае работы в инверторном режиме, когда естественная коммутация затруднительна.

50 тор, который выполнен в виде 2в ти- ристорных выпрямителей, соединенных попарно встречно-параллельно, датчик положения и датчик скорости вращения ротора электродвигателя, выходы

5 которых соединены соответственно одиннепосредственно, а другой - через узел сравнения с блоком управления, выход которого соединен с входом инвертора и входом группового блока искусственной коммутации, дополнительно введены датчик тока инвертора, датчик: инверторного режима, два логических элемента И, два пороговых элемента, два элемента гальванической развязки и два элемента задержки вре мени, а гру ппо вой блок иску сственной коммутации выполнен в виде выпрямителя с конденсатором на выходе, двух полностью управляемых ключей и 2 m-фазного тиристорного распределительного моста, выход которого соединен с m-фазным мостовым инвертором, причем входы первого логического элемента И соединены соответственно с выходом датчика положения ротора и с выходом датчика скорости вращения ротора через первый пороговый элемент, входы второго логического элемента И соединены соответственно с выходом блока управления, с выходом датчика тока инвертора через второй пороговый элемент и с выходом датчика инверторного режима, входы которого соединены с выходами датчика скорости -и уз35 ла сравнения, при этом выходы логических элементов И соединены с входами обоих элементов гальванической развязки выходы каждого из ко1 о торых соединены с включающим входом и через элемент задержки времени с отключающим входом первого и второго полностью управляемых ключей, .соответственно.

На чертеже представлена схема устройства для управления вентильным электродвигателем, Устройство содерщит -электродвигатель 1 переменного тока, m-фазная якорная обмотка которого соединена с m-фазным мостовым инвертором 2, который выполнен в виде 2m тиристорных выпрямителей 3-8, соединенных попарно и встречно-параллельно, датчик 9 положения ротора и датчик

10 скорости, выходы которых соответственно соединены непосредственно и через узел 11 сравнения с блоком 12 управления тиристорными выпрямителями и распределительными, тиристорами 13 блока искусственной коммутации, датчик 14 тока инвертора, датчик 15 инверторного режима, два логических элемента И 16 и 17, два опорных элемента 18 и 19, два элемента 20 и 21 гальванической развязки и два элемента 22 и 23 задержки времени, а также выпрямитель

24, конденсатор 25 и два полностью управляемых ключа 26 и 27 блока искусственной коммутации. Входы первого логи че с кого элемен та И 16 соединены соответственно с выходом датчика 9 положения ротора непосредственно, а с выходом датчика 10 скорости вращения ротора — через первый опорный элемент 18, входы -второго логического элемента И 17 соединены соответственно с выходом блока 12 уп" равления непосредственно, а с выходом датчика 14 тока инвертора — через выпрямитель и второй опорный элемент

19, а также с выходом датчика 15 инверторного режима непосредственно, входы которого соединены с выходом датчика 10 скорости и узла 11 сравнения, при этом выходы каждого логического элемента И 16 и 17 соединены с входами обоих элементов 20 и

21 г ал ь вани че ской развя з ки, выходы . которых соединены непосредственно с включающим входом и через элементы

22 и 23 задержки времени с отключающим входом полностью управляемых ключей 26 и 27 соответственно.

Схема работает следующим образом.

При включении в сеть конденсатор

25 через диодный мост 24 заряжается до напряжения, несколько большего, чем амплитуда линейного напряжения сети (и э-за неи збежйого наличия и нду кти внос тей в пит ающей сети ) .

Датчик положения ротора дает в блок 12 управления сигнал включения соответствующих тиристорных выпрямителей 3-8 в зависимости от начапь ного положения ротора и полярности. сигнала задания U .Ïðè повороте рот ра на определенный угол (в зависимости от полюсности двигателя) дат-. чик 9 положения ротора- выдает импульс на вход элемента И 16. Напряжение опорного элемента 18 выбрано таким, что при частотах вращения двигателя, при которых еще возможна естественная коммутация тиристоров инвертора, напряжения датчика 10 ск рости (тахонегенератера) меньше порогового напряжения, поэтому на вто ром входе элемента И 16 и на его выходе - логический ноль. Вентильнй электродвигатель работает с естественной коммутацией тиристорных, выпрямителей 3-8. Когда частота достиг ет величины, близкой к предельной ча стоте е сте ственной комму тац ии, н а ряжение тахогенератора 10 становится больше- порогового напряжения порогового элемента 18, и на выходе л гического элемента И 16 появляются гические единицы в моменты, определяемые импульсами с датчика 9 положения ротора. Через блоки 20 и 21 развязки (в качестве которых могут быть использованы оптронные ключи) сигнал от датчика 9 включает ключи

26 и 27, одновременно подаются отпи рающие импульсы на соответствующую пару распределительных тиристоров, и осуществляется искусственная коммутация одного из выпрямителей 3-8.

Допустим, необходимо выкпючить выпрямитель 3 и включить выпрямител

4 с целью реверса тока в фазе we родви гатепя, Последовател ьност ь ко мутации при этом следующая. Отпираются ключи 26 и 27, одновременно отпирающие импульсы поступают на с ответствующие распределительные тиристоры, и напряжение конденсатора

25 прикладывается к фазе по цепи . плюсовая обкладка конденсатора -25ключ 26 - тиристор 2б - фаза - тиристор 29 - ключ 27 - минусовая обкладка конденсатора 25. Ток в выпрямителе 3 убывает до нуля, а ток кснденсатора 25 возрастает до тока . нагрузки. Конденсатор 25 частично разряжается, выпрямитель 3 запирается. Затем с выдержкой времени, д статочной для запирания выпрямите"

989728 6 ля 3, через эламенты задержки 20 и Zl поступают гасящие импульсы на ключи 26 и 27 и; одновременно отпирающие импульсы на соответствующие тиристоры выпрямителя 3 с таким о- углом, что мост отпирается в инверторном режиме (т.е. угол ot)90 эл.. град). Происходит инвертирование запасенной в фазе электромагнитной @ энергии, в результате чего ток в фазе спадает до нуля, а конденсатор

25 снова заряжается. При спаде тока фазы до нуля выпрямитель запирается естественным путем, а импульсы с бло" о- 15 ка 12 управления поступают на выпря- ютель 4 с углом ah< 90 эл. град., т.е. отпирая выпрямитель 4 в выпрямительном режиме, происходит нарастание тока в фазе в другом направлении .

zo Логика работы блока управления 12 такая,же, как в системах раздельа- ного управления реверсивным тиристорным преобразователем постоянного и- тока. Последующие этапы искусственной

25 коммутации происходят аналогично описанному с частотой, определяемой о- частотой следования импульсов с датло- чика 9 положения ротора. При снижении частоты вращения двигателя сни3Q жается напряжение тахогенератора 10, исчезает логическая единица на выходе элемента И 16, и схема автома тически снова переходит в режим естественной коммутации.

При работе устройства в инверторном режиме (т.е. при торможении двигателя) блок искусственной коммутации может включиться на любой скорости вращения двигателя фЦ при следующих условиях. Наличие инверторного режима фиксируется даткт- чиком 15 инверторного режима, на м- входе которого есть сигнал с тахогенератора, дающий информацию о нап45 равлении вращения двйгатепя (по поляро- ности сигнала) и сигнал с узда 11 сравнения, дающий информацию о разнице между заданной и фактической скоростью вращения. Совпадение полярностей этих сигналов свидетельSO ствует о двигательном режиме, несовпадение::.- об инверторном (возможны и другие-логические методы обнаружения инверторного режима). При наличии инверторного режима датчик

15 дает логическую единицу на один из выходов элемента И 17, На втоо- рой вход поступает серия отпирающих импульсов с блока 12 управления, 9897 8 8 следующих с частотой и фазой импульсов управления силовыми тиристорами выпрямителей 3-8.

На третьем входе элемента И 17 сигнал появляется в том случае, если ток нагрузки превышает определенную величину (например, номинальное значение) и выпрямленн 1й сигнал дат чика 14 тока больше порогового напряжения порогового элемента 19 (стабилитрона). 8 этом случае логическая единица на выходе элемента И 17 отпирает::. ключи 26 и 27 с частотой следования импульсов с блока 12 (с этой же частотой отпираются соответствующие распределительные тиристоры) и искусственная коммутация совершается в каждый коммутационный такт, т.е. запирание любого проводившего тиристора любого силового моста совершается принудительно, ч1о обеспечивает четкое инвертирование и при больших токах нагрузки.

Таким образом, исключается работа блока искусственной коммутации в зоне низких скоростей вращения и при отсут ст вии перегрузок, когда е сте ственн ая коммутация тири сторов за ви симого инвертора надежна, и тем самым уменьшаются потери в указанном режиме, что приводит к улучшению показателей устройства.

Формула изобретения

Устройство для управления вентильным электродвигателем, содержащее

m-фазный мостовой инвертор, который выполнен в виде 2m тиристорных выпрямителей, соединенных попарно встречно-параллельно, датчик положения и датчик скорости вращения ротора электродвигателя, выходы которых соединены, соответственно, один - непосредственноо, другой - через узел сравнения с блоком управления, выход которого соединен с входом инвертора и входом группового блока исФ

1О

zo

25 зо

45 кусственной коммутации, о т л и ч а ющ е е .с я тем, что, с целью повышения энергетических показателей путем уменьшения потерь в блоке искусственной коммутации, в него дополнительно введены датчик тока инвертора, датчим инверторного режима, два логических:. элемента И, два пороговых элемента, два .элемента гальванической развязки и два элемента задержки вре-, мени, а групповой блок искусственной коммутации выполнен в виде выпрямителя с конденсатором на выходе, двух полностью управляемых ключей и 2mфазного тиристорного распределительного моста, выход которого соединен с m-фазным мостовым инвертором, причем входы первого логического элемента И соединены соответственно с выходом датчика положения ротора и с выходом датчика скорости вращения ротора через первый пороговый элемент, входы второго логического элемента И соединены соответственно с выходом блока управления, с выходом датчика тока инвертора через второй пороговый элемент и с выходом датчика инверторного режима, входы которого соединены с выходами датчика скорости и узла сравнения, при этом выходы логических элементов И соединены с входами обоих элементов гальванической развязки, выходы каждого из которых соединены с включающим входом и через элемент задержки времени - с отключающим входом первого и второго полностью управляемых ключей, соответственно.

Источни ки информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Тиристорные преобразователи частоты в электроприводе. Под ред.

P С. Сарбатова, М., "Энергия", 1980, 272.

2. Повышение эффективности устр ой ст в превбр азов а тел ьной те хни ки .

Киев, 1972, ч. 2, с..215.

3. Авторское свидетельство СССР

1" 325671, кл. Н 02 М 5/30, 1970.