Устройство для управления реверсивным вентильным электродвигателем Советский патент 1983 года по МПК H02P6/00 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к регулируемому электроприводу переменного тока, и может найти применение в электроприводах, металлорежущих станков и других механизмов,

Известен нереверсивный двухзонный вентильный электродвигатель, содержащий синхронную машину, секций якорной обмоткикоторой подключены через регулируемые инвертор и выпрямитель к сети переменного.тока ij

В данном вентильном электродви- ; гателе в качестве задатчика угла управления тиристоров инвертора используется суммирукмций усилитель, один из выходов которого подключен к датчику тока нагрузки двигателя. При этом с ростом тока на грузки углы опережения открывания тиристоров инвертора растут и перегрузочная способность вентильного двигателя увеличивается, одновременно появляется возможность снизить на- чальнЬе значение угла опережения i рткрывания тиристоров инвертора, .что уменьшает сдвиг фазы меаду током и ЭДС, повышает коэффициент мощности |И КПД и позволяет ,снизить массу и . габариты двигателя.

Недостатком данного устройства является то, что при применении его в,реверсивном электроприводе не удается существенно снизить начальный :угол регулирования тиристоров инвертора, поскольку в момент переключения углов управления инвертором с :тормозного режима на двигательный, который должен происходить Вобес10токовую паузу, угол управления не :ссютветствует нагрузке двигателя, что может привести к прорыву инвертора из-за роста тока фаз после переключения. Аналогичное явление блюдаетсяИ при переходе с принудительной коммутации на низких скоростях, например, за счет перевода углов управления тиристоров выпрямителя в инверторный режим и обратно,

20 на ксллйутацию тока тиристоров инвертора за счет ЭДС фаз двигателя на высоких скоростях. Практически в обоих случаях без принятия специальных мер приходится держать угол

25 опережения открывания тиристоров инвертора максимальным из условия обесЬечения коммутации-максимального тока Ьерегрузки, что увеличивает массу и габариты вентильного двига30й-еля. Наиболее близким к предлагаемому Является устройство для управления реверсивным вентильным электродвигателем, содержащее выпрямительнойнверторный преобразователь частоты, Ьлок управления выпрямителем, один Из рыходов которого подклю-чен к вход нуль-органа датчик тока выпрямителя блок управления инверторому входы koTdporo связаны через блок переключения режимов работы инвертора с вы содами задатчика угла управления инвертором в двигательном режиме и задатчика углов в управления инвертора в тормозном режиме, блок выбора коммутации , связанный с выходом датчика положения ротора . Недостатком известного устройства является то, что, как в двигательном так и в тормозном режимах углы управления тиристоров инвертора не зависят от тока нагрузки. Независимость углов управления тиристоров инвертора от тока нагрузки в двигательном режиме приводит к ухудшению коэффициента мощности, увеличению потребляемого тока, потерь и увеличению его массы и габаритов . . Цель изобретения --снижение массы и габаритов вентильного электродвигателя за счет поддержания минимальных углов управления ключей инвертора . Поставленная цель достигается тем, что в устройство для управлени реверсивным вентильным электродвига телем, содержащее выпрямитель но-инверторный преобразователь частоты, блок управления выпрямителем, один из выходов которого подключен ко нуль-органа, датчик тока выпрямителя, блок управления инвертором, вхо которого связаны через блок переклю чения режимов работы инвертора с вы ходами задатчика углов управления инвертором в двигательном режиме и задатчика углов управления инвертором в тормозном режиме, блок выбора коммутации, связанный с выходом дат чика положения ротора/ дополнительн введены датчик нуля тока выпрямител блок формирования углов управления инвертором в режиме переключения, логическая схема совпадения и логический блок бестокового переключения режимов работы, первый вход которого подключен к датчику Нуля тока выпрямителя, второй вход - к выходу нуль-органа, первый выход - к блоку управления инвертором, второй выход - к блоку управления выпрямителем, а третий выход - к первому входу логической схемы совпадения, вторым входом подключенной к выходу блока выбора коммутации, а выходом чррез блок формирования углов управ /ления инвертором в режиме переключе НИН к первому входу задатчика углов управления инвертором в двигательном режиме, второй вход которого подключен к выходу датчика тока выпрямителя . Кроме того, задатчик углов управления инвертором в тормозном режиме снабжен двумя дополнительными входами, один из которых подключен к выходу задатчика углов управления инвертора в двигательном режиме, а другой - к выходу датчика тока выпрямителя. Благодаря такому подключению вновь введенных элементов при переключении логического блока бестокового переключения режимов работы на низкой скорости при принудительной коммутации тиристоров инвертора на выходе блока формирования углов управления инвертором в режиме переключения присутствует сигнал, при котором на выходе задатчика углов управления тиристоров инвертора в двигательном режиме на высокой скорости напряжения соответствует углам опережения открывания тиристоров инвертора при максимальном токе двигателя. После переключения или после перехода на естественную коммутацию сигнал на выходе блока формирования углов управления инвертором в режиме переключения изменяется таким обра-.зом, чтобы углы управления тиристо,рами инвертора установились в соответствии с током нагрузки двигателя. На чертеже представлена схема предлагаемого устройства, Устройство содержит выпрямительно-инверторный преобразователь 1, блок 2 управления выпрямителем,один из выходов которого подключен к входу нуль-органа 3, датчик 4 тока выпрямителя, блок 5 управления инвер- тором, входы которого связаны через блок б переключения режимов работы инвертора с выходами задатчика 7 уг-, лов управления инвертором в двигательном режиме и задатчика 8 углов управления инвертором в тормозном режиме, блок 9 выбора коммутации, связанный с выходом датчика 10 положения ротора, датчик 11 нуля тока выпрямителя, блок 12 формирования |углов управления инвертором в режиме переключения, логическую схему 13 совпадения, логический блок 14 бестокового переключения режимов работы, первый вход которого подключен к датчику 11 нуля тока выпрямителя,второй - к выходу нуль-органа 3, первый выход - к блоку 5 управления инвертором, второй - к блоку 2 управления выпрямителем, а третий - к первому входу логической схемы 13 совпадения, вторым входом подключенной к выходу блока 9 выбора коммутации, а выходом через блок 12 формирования углов управления инвертором в режиме переключения к первому входу эадатчика 7 углрв управления инвертором в двига тельном режиме, второй вход которог подключен к выходу датчика 4 тока выпрямителя. Задатчик 8 углов управления инвертором в тормозном режиме имеет два дополнительных входа, один из которых подключен к выходу задатчик 7 углов управления инвертором в дви гательном режиме, а другой - к выхо датчика 4-тока выпрямителя. Якорные обмотки синхронной машин 15 подключены к выходу выпрямительно-инверторного преобразователя 1, вход блока- 16 управления искусствен ной коквиутацией подключен к датчику 10 положения ротора, а выход - к вх ду блока 2 управления выпрямителем. Датчик 17 скорости подключен к входу блока 2 управления выпрямителем. Задатчик 18 углов управления инвертором в двигательном и тормозном режимах на низкой скорости через блок б переключения режимов рабо ты инвертора связан с блоком 5 управления инвертором. Выпрямительно-инверторный преобразователь 1 содержит выпрямитель 19, сглаживающий дроссель 20, инвертор 21. Блок 5 управления выпрямителем состоит.из регулятора скорости 22, регулятора 23 тока, вход. 24 которого подключен через ключи 25 к датчику 4 тока выпрямителя и на вход регулятора скорости 23. Реверсивный выход регулятора тока 24 подключен через выпрямитель на ключах 26 и усилителе 27 и управляющий орган 28 к блоку 29 фазового управления выпрямителем Управление тиристорами выпрямителя осуществляется от блока 30 имп .. пульсного управления выпрямителя, вход которого через блок 31 сдвоения импульсов подключен к выходу блока 29 фазового управления выпрямителем Блок 5 управления инвертором содержит блок 32 импульсного-управлени блок 33 фазового управления и ключи 34, включенные между выходом блока 33 фазового управления и одним из входов блока 32 импульсного управления . . Блок 6 переключения режимов работ инвертора имеет блок 35 определения режимов работы, первый и второй. входы которого подключены на первый и второй выходы логического блока 14 бестокового переключения режимов работы, а третий вход - .к выходу блока 36 определения направления вращения имеются также управляемые ключи 37 - 39, включенные между задатчиками 18,7 и 8 углов управления инвертором и блоком 33 фазового уп равления инвертором, и логические схемы 40-42 И-НЕ. Выход логической схемы 42 подключен на вход ключа 38, первый ее вход - к выходу блока 9 выбора коммутаций, а второй вход на выход блока 35 определения режимов работы выход логической схемы 41 подключен к входу ключа 37, первый ее вход соединен через логическую схему И-НЕ 40 с выходом блока 9 выбора коммутации, а второй - с выходом блока 35 рпредет ления режимов работы. Блок 12 формирования углов управления инвертором в режиме переклют чения состоит из R-C цепочки 43, один зажим конденсатора которой подключен к общей точке , а вто-: рой - к входу задатчика 7 углов управления инвертором в двигательном режиме, управляемого ключа 44, включенного выходными зажимами к выводам конденсатора,, вход ключа через |логическу1б схему 45 И-НЕ связан с ВЫХОДОМ схемы 13 совпадения. : Схема работает следукнцим обра- . . зом. Б исходном состоянии задающее на:пряжение U, « О на выходе регулятора 23 скорости, регуляторе 24 тока, нуль-органе 3 - нулевые сигналы и логический блок 14 находится в состоянии, соответствунвдем нулевому сигналу с нуль-органа 3, например, Вперед При включены ключи 34, соответствующие направлению Вперед,и на два тиристора инвертора 21 подаются управляющие .импульсы. Однако ток в силовой цепи не протекает и двигатель находится в неподвижнетл состоянии поскольку углы управления тиристоров выпрямителя 19 близки к 150 эл. гргщ. {задающее напряжение Ua, О). При подаче напряжения U-j соответствующего направлению Вперед, на выходе регулятора 23 скорости, регулятора 24 тока и управляющего органа 28 появится сигнал, который переводит углы управления тиристорами выпрямителя в выпрямительный режим. Пб двум фазам синхронной машины 15 протекает ток, ротор поворачивается на определенный угол. При поступлении импульса на переключение фаз двигателя с датчика 10 положения ротора сигналом с блока 16 управления искусственной коммутацией управляющий орган 28 переводится в состояние, соответствующее углу управления тиристоров выпрямителя 19 |В 150 эл. град., и выпрямитель переходит в инверторный режим. Ток, ранее работавших фаз двигателя, спадает до нуля и тиристоры инвертора 21 закрываются. После спадания тока до нуля сигнал на управляющем органе BjiOBb принимает прежнее значение и

ток в фазах двигателя, но уже других, соответствующих новому положению датчика 10 положения ротора, нарастает до прежнего значения. Ротор двигателя вновь поворачивается на 60 эл..град, до прихода следующего импульсас того же датчика.

При этом на выходе блока 35 определения режима работы появится 1, что соответствует двигательному режиму работы вентильного электродвигателя, на выходе блока 9 выбора коммутации - О, что соответствует низкой скорости и принудительной коммутации вышеописа/нным способом тока тиристоров инвертора.

Нулевым сигналом с логической схемы И-НЕ 41 ключ 37 включен, а единичным сигналом с блока 35 определения режима работы и логической схемы И-НЕ

42 ключи 38 и 39 отключены и инветор работает с углами опережения открывания тиристоров P)s О , задаваемых задатчиком 18.

Нулевым сигналом с логической схемы И-НЕ 45 ключ 44 включен и конденсатор R-C цепочки 43 закорочен. При этом напряжение на выходе задатчика 7 углов управления инвертором в двигательном режиме определяется напряжением смещения U и соответствует углам управления 60 эл.град., необходимых для коммутации максимального тока двигателя.

Схема подготовлена для перехода на.естественную коммутацию.

При достижении скорости двигателем заданного значения, когда становится возможной естественная коммутация, на выходе блока 9 выбора коммутации появится и при наличии 1 на третьем выходе логического блока 14 бестокового переключения режимов работы на выходе логической схемы 13 совпадения появится О, а на выходе схемы И-НЕ 45 - 1, Ключ 44 закрывается и конденсатор R-C цепочки 44 начинает заряжаться. Одновременно ключ 37 открывается а ключ 38 закрывается и углы управления тиристоров инвертора 21 будут определяться задатчиком 7 углов управления инвертором в двигательном . режиме и в первый момент максимальны и равны 60 эл.град. По мере заряда конденсатора .R-C цепочки углы управ.ления уменьшаются и после его полног заряда будут определяться разницей сигналов, от источника смещения и и Ц и сигналом с датчика 4 тока, выпрямителя, являясь минимально возможным из условий коммутации тока нагрузки. ч

ДналогичньЕМ образом работает, схема и при переключении режимов работы двигателя на высокой скорости с той ,лишь разницей, что на выходе блока 9

выбора коммутации в этом случае

а сигнал

постоянно сохраняется

на переключение ключа 44 поступает с,третьего выхода логического блока 14 бестокового переключения режимов работы (при переключении логического блока 14 бестокового переключения режимов работы на третьем его выходе кратковременно появляется 0. В двигательном режиме при этом включен ключ 38 и значение углов управления определяется величиной напряжения на выходе задатчика 7 углов управления инвертором в двигательном режиме а в тормозном режиме включен ключ 39 и значение углов управления тиристоров инвертора определяется величиной напряжения на выходе задатчика 8 углов управления инвертором в тормозном режиме.

Если коэффициент усиления усилителя в задатчике 8 углов управления инвертором в тормозном режиме равен единице, то при отсутствии тока нагрузки напряжение на выходе задатчиков 7 и 8 углов управления тиристорами инвертора в двигательном и тормозном режимах равны, и углы управления тиристоров инвертора в двигательном и тормозном режимах равны ( ci. |Ь) . При появлении тока нагрузки углы управления тиристоров инвертора в двигательном режиме растут, а в тормозном режиме уменьшаются, компенсируя таким образ.ом разный знак коммутационного падения напряжения в двигательном и тормозном режимах и сохраняя неизменным напряжение в звене постоянного тока преобразователя.

Сигнал на вход логической схемы 13 .совпадения взамен сигнала с третьего выхода логического блока 14 бестокового переключения режимов работы может быть подан также и с выхода блока 35 определения режима работы через дополнительный блок дифференцирования фронтов сигналов.

Таким образом, благодаря использованию вновь введенных.элементов углы опережения открывания тиристоров инвертора в статических режимах буду минимально возможными из условий коммутации, что уменьшает угол сдвига между первыми гармониками тока и ЭДС синхронной машины, уменьшает величин тока, необходимого для создания заданного . значения момента, значит, уменьшает потери в синхронной машине и снижает ее массу и габариты fориентировочно на 5-10% . Кроме того, поддержание равенства углов упразле1НИЯ тиристорами инвертора в двигательном и тормозном режимах позволяет полностью использовать управляе,мый выпрямитель по напряжению, что Iснижает массу и габ.ариты преобразователя, а, значит, и.вентильного электродвигателя в целом. Формул а изобретения 1. Устройство для управления реверсивным вентильным электродвигателем, содержащее выпрямительноинверторный преобразователь частоты блок управления выйрямителем,. один из выходов которого подключен к вхо ду нулъ-торгана, датчик тока выпрямя теля, блок управле| йя инвертором, в ды которого связаны через блок пере к таочения режимов работы инвертора с выходс й задатчика углов управления инвертором в двигательном режим и задатчика углов управления инвертором в тормознсэд режиме, блок выбо ра коммутации, связанный с выходом датчика положения ротора, отличающееся тем, что, с целью снижения масЬы и габаритов вентильного электродвигателя за счет подде жания минимальных углов управления ключей инвертора, в него введены датчик нуля тока выпрямителя, блок формирования углов управления инвертором .в режиме переключения, логическая схема совпадения и логичес кий блок бестокового переключения режимов работы, первый вход которого подключен к датчику нуля тока выпрямителя, второй вход - к выходу нуль-органа, первый выход - к блоку управления инвертором, второй выход - к блоку управления выпрямителем, а третийвыход - к первому входу логической схемы совпадения, вторым входом подключенной к выходу блока выбора ксвлмутации, а выходом - через блок формирования углов управления инверторе в режиме переключения к первому входу задатчика углов управления инвертором в двигательном режиме, второй вход которого подключен к выходу Датчика тока вьтрямителя. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что,задатчик углов управления инвертором в тормозном режиме снабжен двумя дополнительными входами, один из которых подключен к выходу задатчика углов управления инвертора в двига;тельном режиме, а другой - к выходу датчика тока вьтрямителя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 782069, кл. Н 02 К 29/00, 1978.. 2.Gunter Golz / Peter ,3 rumbrechf und Frank Henstsche neo Betт iebsarten der StromrIchtermachlne synchroher BaCiart. Wiss.Ber AEGTelefunken, (1975)l.