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

О5

4 Изобретение относится к электротехнике, в частности к регулируемому вентильному электроприводу, и может найти применение в электроприводах металлорежущих станков, и других механизмов. По основному авт. св.№ 1001415 (известно, что устройство для управ: ления реверсивным вентильным электро двигателем, содержит выпрямительноинверторный преобразователь частоты, блок управления выпрямителем, один из выходов которого подключен к Вход нуль-органа, датчик тока выпрямителя блок управления инвертором, входы которого связаны через блок переключения режимов работы инвертора с выходами задатчика углов управления инвертором в двигательном режиме и задатчик углов управления инвертором в тормозном режиме, блок выбора коммутации, связанный с выходом датчика положения ротора Cl. Устройство содержит также датчик нуля тока выпрямителя, блок формирования углов управления инвертором в режиме переключения, логическую схем совпсщения и логический блок бестоно вого переключения режимов работы, первый вход которого подключен к дат чику 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 сов падения, вторым входом подключенной к выходу блока выбора коммутации, а выходом - через блок формирования углов управления инвертором в режиме переключения к первому входу задатчи ка углов управления инвертором в дви гательном режиме, второй вход которо го подключен к выходу датчика тока выпрямителя. Задатчик углов управления инвертором в тормозном режиме снабжен двумя дополнительными входами, един из которых подключен к выхо ду задатчика углов управления инвертором в двигательном режиме, а другой - к выходу датчика тока выпрямителя . Недостатком известного устройства является тОд.что из-за наличия пульсаций напряжения на выходе инвертора и возможных бросков тока при переключении режимов работы в процессе отработки рассогласования частоты вращения нельзя убрать люфт и согласовать характеристики-системы автома тического регулирования, что понижает быстродействие устройства и ухудшает его динамические характеристик Цель изобретения - повышение быстродействия и улучшение динами ческих характеристик. Поставленная цель достигаемся тем, что в устройство для управления реверсивным вентильным Электродвигателем введены ключ и инерционное звено,а блок управления выпрямителем Снабжен корректирукнцим входом, который соединен с выходом введецного инерционного звена, входом соединенного через введенный ключ с источником напряжения смещения, причем вход этого ключа подключен к выходу блока выбора коммута11ии. Благодаря выше указанному подключению вновь введенных элементов в нижнем диапазоне регулирования скорости, где малые входные сигналы управления, характеристики системы автоматического регулирования в двигательном и тормозном режимахсогласованы, люфты отсутствуют и предлагаемое устройство имеет предельное лля данной структуры быстродействие. Броски тока в силовой цепи из-за пульсаций напряжений на вьзходе выпрямителя и инвертора в вид5г малой величины последних отсутствуют. в верхнем диапазоне регулирования скорости, где уровень входных сигналов возрастает, характеристики системы автоматического регулирования в двигательном и тормозном режимах раздвинуты и переключения из одного режима в другой происходят плавно, что исключает броски тока в силовой цепи из-за неравенства мгновенных значений напряжений на выходах выпрямителя и инвертора. На чертеже представлена схема пред лагаемого устройства. Устройство-содержит выпрямительноинверторный преобразователь 1, блок 2 управления выпрямителем, .один из выходов которого подключен к входу нуль-органа 3, датчик 4 тока выпрям13теля, блок 5 управления ливертсром, входы которого связаны lepes блок 6 переключения режимов работы инвертора с выходами задатчика .J7. углов управления инвертором в двигательном режиме Зсщатчик 8 углов управления инвертором в тормозном режиме, блок 9 выбора коммутации, связанный с выходом датчика 10 положении Ротора, датчик 11 нуля тока выпрямителя, блок 12 формирования углов управления инвертором в режиме переключения, логическую схему 13 совпадения, логический блок 14 бесктокового 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 выбора коммутации 9, а выходом - через блок 12 формирования углов управления инверотором в -режи1 1е переключения к первому входу эещатчика 7 углов управления инвертором в двигательном режиме,. второй вход которого подключен к вьрсоду датчика 4 тока выпрямителя, Задатчик 8 углов управления инвер тором в тормозном режиме имеет два дополнительных входа, один из которь подключен к выходу задатчйка 7 углов управления инвертором в двигательном режиме, а другой - к выходу датчика 4 тока выпрямителя. Якорные обмотки синхронной машины 15 подключены к выходу выпрямительно инверторного преобразователя Г, вход блока 16 управления искусственной коммутацией, подключен к датчику 10 положения ротора, а выход - к входу 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 равботы инв-ертора связан с блоком 5 управлеНИН инвертором. Выпрямительно-инверторный преобра зователь 1 содержит выпрймитель 19, сглаживающий дроссель 20 и инвертор 21 . Блок 2 управления выпрямителем имеет корректирующий вход 22 и состоит из регулятора 23 скорости, регу лятора 24 тока, один из входов которого подключен через ключи 25 к датчику 4 тока выпрямителя. Выход регулятора 24 тока подключен через вьтря митель на ключах 26 и усилителе 27 и управляющий орган 28 к блоку 29 фазо вого управления выпрямителем. Тиристоры выпрямителя управляются от блока 30 импульсного управления выпрямителя, вход которого через бло 31 сдвоения импульсов подключён к выходу блока 29 фазового управления выпрямителем. БЛОК 5 управления инвертором соде жит блок 32 импульсного управления, блок 33 фазового управления и ключи 34, включенные между выходом блока 33 фазового управления и один из входов блока 32 импульсного управления. : Блок б 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 напра:вления вращения; имеются также управляемые ключи 37 - 39, включенные между зада1:чиками 18,7 и 8 углов управления инвертором и блоком 33 фазового управления инвертором, а также логические схемы И-НЕ 40 - 42. Выход логической схемы 42 подключен на вход ключа 38, первый ее вход - к выходу блока 9 вьзбора коммутации, а второй вход на выход блока 35 определения режимов работы; выход логическо 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 определения режимов работьп. Блок 12 формирования углов управления инвертором в режиме переключения состоит из R-C-цепочки 43, один зажим конденсатора которой подключен к общей схемы, а второй к входу задатчйка 7 Углов управления инвертором в двигательном режиме, управляемого ключа 44, включенного выходными зажимами к выводам конденсатора; вход ключа 44 через логическую схему И-НЕ 45 связан с выходом схемы 13 совпадения. Кроме того, регулятор 24 тока может быть Соединен с ключами 26 через нелинейное звено 46, второй вход которого через функциональный преобразователь 47 электродвижущей силы подключен к выходу датчика 17 скорости. Устройство содержит также веденные ключ 48 и инерционное звено 49, выход которого соединен с корректирующим входом 22 блока.управления выпрямителем, а вход - через введенный ключ 48 соединен с источником Напряжения смещения U.. Вход введенного ключа 48 подключен к выходублока 9 выбора коммутации. Устройство для управления реверсивным вентильным электродвигателем работает следующим образом.. В исходном состоянии задающее; напряжение Uj 0. На выходе регулятора 23 скорости, регуляторр.24 тока, нелинейного звена 46, нуль-органа 3 - нулевые сигналы и логический блок 14 бестокового переключения режимов работы находится в состоянии, соответствующем нулевому сигналу с нуль-органа 3, н апример вперед. При этом 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 неподвижном состоянии, поскольку углы управления тиристоров выпрямителя 19 максимальным и близки к 150 эл.град. (задающее напряжение UjO) . При подаче Uj, соответствующего направлению вперед, на выходе регулятора 23 скорости, регулято эа 24 тока и урравляющего органа 28 появится сигнал, который уменьшает углы управления тиристорами выпрямителя и переводит его в вьтрямительный режим. По двум фазам двигателя 15 начинает протекать ток, уютор 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 -| и вьшрямительп переходит В:инверторный режим. Ток} ранее работавших фаз двигателя спадает до нуля и тлристоры.инвертора закрываются. После спадания тока до нуля сигнал на управлякхдем органе 28 вновь принимает прежнее значение и ток в фазах.двигателя, но уже в других, соответствующих новому положению датчика 10 положения ротора., нарастает до прежнего значения. Ротор двигателя вновь повора чиваетдя на 60 эл.град. до прихода следующего импульса с датчика 10 положения ротора.

При этом на выходе блока 35 определения режима работы электропривода - 1 что соответствует двигатрльному режиму работы, на выходе блока 9 выбора коммутации - О, что соответствует низкой скорости и принудительной коммутации выие описанным способом тока тиристоров инвертора.

Нулевым сигналом с логической схемы И-НЕ 41 ключ 37- включен, а единичным сигналом с блока 35 определения режима работы электропривод да и единичным сигналом с логической схемы И-НЕ 42 ключи 39 и 38 отключены и инвертор работает с углами опережения открывания тиристоров ; 0 задаваемых задатчиком 18..

При достижении двигателем; заданной скорости, когда становится возможной естественнаякоммутация, на выходе блока 9 выбора коммутации появится , ключ 38 закрывается а ключ 37 открывается. При этом при наличии 1 на третьем выходе логического блока 14 бестокового переключения режимов работы на выходе логической схемы И-НЕ совпадения 13 появится О и конденсатор на выходе блока 12 формирования углов управления инвертора в режиме пере-; ключения начинает заряжаться и по мере его заряда результирующий на входе задатчика 7 углов управления инвертора в двигательном режиме уменьшается. Ук}еньшаются и углы управления тиристорами инверто ра с максимальных, соответствукяцих моменту переключения (равных ориентировочно 60 эл.грещ.) до соответствующих работе с естественной коммутацией тиристоров инвертора за счет электродвижущей силы фаз двигателя (равных ориентировочно 30-40 эл.).

При работе двигателя на низких скоростях ключ (введенный) 48 нудзв. 5 вым сигналом с блока 9 выбора коммутации закрыт, вход инерционного звена 49 шунтирован, на его выходе сигнал отсутствует и начальные углы управления тиристорами выпрямителя,

0 cooтвeтcтвs oщиe , близки к 120 эл.град (что соответствует границе появления положи; гельного напряжения на выходе выпрямителя 19, а значит и тока в звене постоянного тока

5 преобразователя частоты). Люфт в системе автоматическогорегулирования отсутствует и быстродействие электропривода максимальное.

При работе на низких скоростях

0 двигателя с углами управления тиристорами инвертора (ЬЛ колебание напряжения на выходе инвертора 21 в двигательном и тормозном режимгис незначительны; и переключения режи5 мов работы выпрямителя 19 при отработке сигналов рассогласования в режиме поддержания заданной скорости не приводят к появлению бросков тока в обмотках якоря двигателя.

После возрастания скорости двигателя и переходе на естественную коммутацию тока тиристоров инвертора 21 за счет -электродвижущей силы.фаз двигателя на выходе блока 9 выбора .. коммутации появляется i и ключ

48 размыкается. При этом напряжение с источника смещения через введенное инерционное звено 49 поступает на корректирующий вход 22 блока, управления выпрямителем и соответственно

0 на вход управляющего органа 28,

увеличивая его начальные углы управлении до 130-135 эл.град., причем не мгновенно, а по мере заряда конденсатора введенного инерционного ,

5 звена 49, постоянная времени заряда, которого выбрана таким образом, чтобы система автомаагического регулиро. вания могла отработать дополнительное возмущение и исключить возможное

0 колебание скоростидвигателя.

Дополнительно к этому на вход управляющего органа 28 подается сигнал с третьего выхода логического блока 14 бестокового переключения режимов работы, длительностью примерно равной 0,001 с, который появляется в момент его переключения. Данным сигналом управляющий орган 28 кратковременно переводится в сос0 тояние, соответствунвдее максимальным углам управления тиристоров выпрямителя, которые после завериения переключения логического блока 14 уменьшаются до значений, соответствующих

5 заданнрй скорости вращения.

Благодаря этому исключаются не правляемые броски тока в быстродейЬтву щих электроприводах.

При переключениях режимов работы двигателя при холостом ходе имеется лишь одна временная задержка, длитель ность которой ввиду ее малой величины недостаточна ;1дл я исключения бросков тока. Увеличение же ее приводит к затягиванию процессов переключения режимов работы под нагрузкой и ухудщает динамические характеристики электропривода.

Обратное изменение начальных углов управления тиристоров выпрямителя , 120 элсград. происходит при снижении скорости двигателя в момент появления О на выходе блок 9.выбора ксмчмутации и может „осуществляться скачком, поскольку электропривод нгисодится в режиме торможения, и

идет интенсивное уменьшение скорости

Таким образом, при переключении режимов работы устройства на высоких скоростях углы управления тиристорами выпрямителя вначале увеличиваются до большого значения, что требуется для установившегося режима работы, а затем плавво уменьшаются до нужных

значений. Благодаря этому выпрямленное напряжение на выходе выпрямителя также возрастает плавно, регулятор тока успевает отработать плавно изменякяциеся сигналы и исключить броски тока в силовой цепи преобразователя частоты.

В области низких скоростей вргицения, где входные сигналы малы, быстродействие устройства остаетс5 предельно возможным для данной структуры, системы автоматического регулирования, что повышает точность останова двигателя при позиционировании в металлорежущих станках, 4 также улучшает.чистоту обработки детали при силовом резании в зоне малых скоростей вргицения двигателя, где отработка возмущающих сигналов происходит медленно.

Таким обрашрм, изобретение позволяет повысить быстродействие и улучшить динамические характеристики электропривода и может быть иcпp fЬзpвано в быстродействующих вентильных электроприводах с асинхронным двигателем и преобразователем частоты со звеном постоянного тока.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ РЕВЕРСИВНЫМ ВЕНТИЛЬНЬМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ ПО авт. св. 1001415, о т л ичаю.щеес я тем, что, с целью повышения быстродействия и улучшения динамических характеристик, в него введены ключ и инерционное звено, а блок управления выпрямителем снабжен корректирующим входом, который соединен с выхсэдом введенного инерционного звена, входом соединенного через введенный ключ с источником напряжения смещения, причем вход этого ключа подключен к выходу блока выбора -коммутации.