Статический преобразователь частоты для синхронного электропривода Советский патент 1985 года по МПК H02P3/22 

Изобретение относится к электротехнике и преобразовательной технике, в частности к тиристорным преобразователям частоты для пуска, синхрониза ции, с сетью и рекуперативного торможения мощных синхронных двигателей в приводах компрессоров, воздуходувок, обратимых агрегатов гидроаккуму лирующих станций. Известен статический преобразователь частоты для синхронного электропривода, который содержит включенные последовательно управляемый выпрямитель, звено постоянного тока и инвертор, регулятор частоты, регулятор тока и пороговый элемент ll . В известном преобразователе динамическое торможение двигателя осуществляется за счет подачи постоянного тока в какие-либо две фазы статорной обмотки. . Недостатком известного преобразов теля является то, что для синхронного двигателя при данном возбуждении кроме тормозного динамического момен та, значителен знакопеременный синхронный момелт, определяемый током возбуждения и ст атора, что приводит к недопустимым динамическим электромеханическим воздействиям на элек троприводной агрегат. Наиболее близким к изобретению является статический преобразователь частоты для синхронного электропривода, содержащий последовательно вкл1оченные управляемый выпрямитель, реактивный накопитель и инвертор тока, выход которого предназначен для подключения синхронного двигателя, систему управления преобразователем, включающую узел рекуперативного торможения , первым управляющим выходом соединенньй с входом регулятора выходного тока выпрямителя, вторым управляющим выходом подключенный к одному входу генератора управляющих импульсов инвертора, другими входами соединенного с выходом датчика напряжения противо-ЭДС инвертора и выходом задатчика пусковой частоты, третий управляющий выход уэла рекуперативного торможения Соединен с однимуправляющим входом узла отключения преобразователя, а также узел блокирования импульсов управления инвертором pj, Однако известный преобразователь не обеспечивает надежной остановки синхронного двигателя без свободного выбега, так. как отключение преобразователя после рекуперативного торможения осуществляется из режима непрерывного тока статора с возможным неконтролируемым переходом на режим динамического торможения . Цель изобретения - повышение надежности остановки синхронного двигателя без свободного выбега. Поставленная цель достигается тем, что в статический преобразователь частоты для синхронного электропривода, содержа1Щ1й последовательно включенные управляемый выпрямитель, -реактивный -накопитель и инвертор тока, выход кото- рого предназначен для подключения синхронного двигателя , систему управления преобразователем, включающую узел рекуперативного торможения, первым управляющим выходом соединенный с входом регулятора выходного тока выпрямителя, вторым управляющим выходом подключенный к одному входу генератора управляющих импульсов инвертора, другими входами соединенного с йыходом датчика напряжения противо-ЭДС л нвертора и выходом задатчика пусковой частоты, третий управляющий выход узла рекуперативного торможения соединен с одним управляюпщм входом узла отключения преобразователя, а также узел блокирования импульсов управления инвертором, в систему управления преобразователем введены первый и второй логические элементы И-НЕ и первый и второй узлы задержки , а генератор управляющих импульсов снабжен входом блокирования, причем вход первого логического элемента И-НЕ подключен к третьему управляющему выходу узла рекуперативного тбрможения, вход второго логического элемента соедижен с выходом генератора управляющих импульсов инвертора, выходы логических элементов И-НЕ объединены и подключены к входу первого узла задержки, выходом соединенного с входом узла блокирования импульсов управления инвертором, входом блокирования генератора управляющих импульсов инвертора и входом второго узла задержки, выход подключенного к друтому управляющему входу узла отключения преобразователя . На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема предлагаемого преобразователя; на фиг. 2 диаграммы работы преобразователя В режиме рекуперативного торможения и остановки синхронного двигателя. Статический преобразователь частоты для синхронного электропривода содержит последовательно включенные управляе Ф1{5 выпрямитель I, реактивный накопитель 2,и инвертор тока 3, выход 4 которого предназначен для подключения синхронного дви гателя 5, систему управления 6 преобразователем, включающую узел 7 ре куперативного торможения, первым управляющим выходом 8 соединенньй с входом регулятора выходного тока 9 выпрямителя 1, вторым управляющим выходом 10 подключенный к одному вх ду генератора 11 управляющих импуль сов инвертора 3, другими входами со диненного с выходом датчика 12 напр женин противо-ЭДС инвертора и выходом задатчика пусковой частоты 13. Третий управляющий выход 14 -узла ре куперативного торможения 7 соединен с одним управляющим входом 15 узла отключения 16 преобразователя., а та же узел 17блокирования импульсов управления инвертором 3.В систему управления 6 преобразователем введе ны первый 18 и второй 19 логические элементы И-НЕ и первый 20 и второй 21 узлы задержки. Вход первого логи ческого элемента И-НЕ подключен к третьему управляющему выходу 14 узла рекуперативного торможения, вход второго логического элемента соединен с выходом 22 генератора 11 управляющих импульсов инвертора, выхо логических элементов И-НЕ объединены и подключены к входу первого узла задержки, выходом 23 соединенн го с входом узла 17 блокирования импульсов управления инвертором, входом 24 блокирования генератора 11 управляюпщх импульсов инвертора и входом второго узла задержки, вых дом 25 подключенного к другому управляющему входу узла отключения преобразователя. Распределение импульсов по венти лям выпрямителя и инвертора осущест вляется соответствующими системами управления 26. Подключение преобраз 474 вателя к сети и синхронному двигателю осуществляется выключателями 27 и 28. Узлы задержки могут состоять из интегрирующей НС-цепочки 29 и порогового элемента 30. На фиг. 2 приняты следуюпще обозначения : 31- сигнал на входе первого логического элемента.И-НЕ; 32- сигнал на выходе 10 узла 7 рекуперативного торможения; 33- сигнал на входе второго логического элемента 19; 34- сигнал на входе первого узлшл. задержки 20; 35- сигнал на входе порогового элемента 30 первого узла задержки 20, 36- сигнал на выходе первого 20 узла задержки; 37- сигнал на входе порогового элемента 30 второго узла задержки 21 ; 38- сигнал на выходе второго узла задержки 21; 39- положение выключателя 28; 40- положение выключателя 27; 41- ток двух фазных обмоток электроприводного агрегата; 42- сигнал на выходе 8 узла рекуперативного торможения 7; 43- ток в звене реактивного накопителя; 44- обороты злектроприводного агрегата. Статический преобразователь частоты для синхронного электропривода работает следующим образом. В исходном состоянии, когда синхронный двигатель питается от сети или идет процесс его разгона или регулирования оборотов от преобразователя частоты, управлякяцие сигналы на выходах узла рекуперативного торможения и первого и второго узлов задержки отсутствуют. При подаче на вход узла 7 рекуперативного торможения команды Торможение на его выходах 8 и 10 формируются управляющие сигналы, обеспечивающие перевод инвертора 3 в вьтрямительный режим, например, эа счет подачи на вход генератора I1 сигнала, пропорционального выходному напряжению преобразователя (диаграмма 32), и работу выпрямителя в режиме стабилизации тока, причем изменением величины тока можно осуществлять регулирование или

стабилизацию темпа торможения синхронного двигателя.

После подключения ринхронного двигателя и преобразователю если он питалсй от сети, начинается йроцесс рекуперативного торможения, причем коммутация тока по статорным обмоткам двигателя осуществляется за счет напряжения на статорньк обмотках, величина которого определяется током возбуждения синхронного двигателя и его оборотами. В таком режиме рекуперативного торможения ток реактивного накопителя непрерывен, а величина синхронного тормозного момента постоянна и зависит от угла управления инвертором, напряжения на синхронном двигателе и его статорногр тока. При этом частота .импульсов на выходе 22 генератора 11 управляющих импульсов инвертора 3 синхронизирована с частотой вращения синхронного двигателя за счет напряжения противо-ЭДС инвертораJ Поступаннцего на вход генератора 11 с выхода датчика.12.

Указанный режим работы преобразователя продолжается. доуменьшения оборотов синхронного двигателя до такой величины, при которой коммутация тока реактивного накопителя за счет напряжений синхронного двигателя становится недопустимой, так как это может привести к опрокидыванию инвертора и последующему протеканию постоянного тока по двум неконтролируемым статорным обмокам двигателя .Режим протекания постоянного тока создает знакопеременный момент на валу сиизфонного двигателя и тем самым затягивает процесс его, торможения, поскольку в&личина динамического тормозного момента при токе статора много меньше номинального и недостаточна для остановки электропривода с большими маховыми массами.

При уменьшении, оборотов двигателя до величины, не допускающей работы инвертора в режиме естественной коммутации, и также в случае опрокидывания инвертора на выходе 8 узла рекуперативного торможения доявлйется сигнал, обеспечивающий работу выпрямителя в режиме искусственной коммутации его выходного тока по статорным обмоткам двигателя за счет кратковременного уменьшения тока до нуля.

Одновременно подается управляющий сигнал на вход узла отключения 16 и вход первого логического элемента И-НЕ 18, выход которого снимает блокировку с работы первого узла задержки 20. Однако отключение преобразо 0 вателя не происходит, так как работа узла отключения блокирована выходным сигналом второго узлазадержки 21. Продолжается дальнейшее торможение синхронного двигателя в условиях синхронизма, т,е. за счет синхронной составляющей электромагнитного момента, определяемой током статора и током возбуждения, но в режиме прерывистого тока статора.

20 При этом по мере уменьшения оборотов синхронного двигателя он переходит в режим шагового вращения (или близкий к шаговому), причем частота шагового вращения определяется

25 в основном задатчикам пусковой .частоты, так как сигнал противо-ЭДС и сигнал на выходе 10 узла рекуперативного торможения 10 (он пропорционален напряжению на синхронном

2Q двигателе) уменьшаются практически . до нуля.

В режиме шагового (или близкого к нему) вращения на вал синхронного двигателя действует знакопеременный синхронный мойент, который с началом каждого такта работы генератора 11 (т.е. переключения тока по статорным обмоткам) ускоряет ротор, а затем тормозит го до полной .остановки (или незначиЕтельяого вращения). В таком ре- жи14е с поступлением каждого тактового импульса с вьпюда 22 генератора П (диаграмма 33) на вход вто- . рого логического элемента И-НЕ 19

5 на его выходе и на входе первого

узла задержки 20 (диаграмма. 34) формируется нулевой потенциал, обеспечивающий установку узла задержки 20 в исходное состояние

0 (конденсатор интегрирующей цепочки разряжен - диаграмма 35, сигнал на блокирование генератора 11 и импульсов управл.ения-инвертором с выхода 23 узла задержки 20 не посту5 пает - диаграмма 36} .

При частоте выходных импульсов генератора 11, близкой к пусковой Частоте, определяемой задатчиком 13, длительность единичного потенци7

ала на входе узла задержки 20 возрастает, -что обеспечива:ет заряд конденсатора интегрирующей НС-цепочки 29 до более высокого уровня (диаграма 35), который достигнет порога переключения порогового злемента 30. На выходе 23 (диаграмма 36) первого узла задержки 20 формируется нулевой потенциал, обеспечивающий подачу комйнды на вход узла 17 блокирования выходных импульсов управления инверторам 3 и вход 24 блокирования выходных импульсов генератора П , При зтом обеспечивается гарантированная остановка синхронного двигателя, так как статорньй ток продолжает поступать именно в те .его обмотки, которые создают тормозной вращающий момент. Длительность протекания выходного тока вы прямителя по этим статорным обмоткам определяется постоянной времени второго узла задержки 21.

После срабатывания порогового элемента.30 второго узла задержки 21 с его выхода подается команда на

48478

вход узла отключения I6 и происходит отключение преобразователя (выключаются выключатели 27 и 28 либо блокируются импульсы управления 5 преобразователем).

Такой режим работы преобразова. теля при рекуперативном торможении гарантирует надежную остановку электроприводного агрегата, таккак рекуперативное .торможение электропривода продолжается и при работе прет образователя в режиме искусственной коммутации (диаграммы 43 и 44), когда напряжение на электроприводном

5 агрегате недостаточно для осуществления естественной коммутации тиристоров инвертора. Это позволяет уменьшать обороты электропривода в-режиме рекуперативного торможения до величины, соответствующей шаговому режиму вращения синхронного двигателя с последующей подачей статорного тока в те его обмотки, протекание тока по которым обеспечивает синхронный тормозной момент, что гарантирует надежную остановку электропривода без режима свободного выбега.

фаг. f тип I и ill I М М I I i НШИ111М1 I I I I I I П r n n U U

45 rv JU 1ППППГ

YYYinr

Hi-i

44

СТАТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ДЛЯ СИНХРЬННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА, содержащий последовательно включенные управляемый выпрямитель, реактивный накопитель и инвертор тока, выход которого предназначен для подключения синхронного двигателя, систему управления преобразователем, включающую. узел рекуперативного торможения, первым управляющим выходом соединенный с входом регулятора выходного тока выпрямит.еля, вторым управляющим выходом подключенный к одному входу генератора управляющих импульсов инвертора, другими входа ми соединенного свыходом датчика напряжения противо-ЭДС инвертора и выходом задатчика пусковой частоты, третий управляющий выход узла рекуперативного торможения соединен с одним управляющим входом y3Jia отключения преобразователя, и узел блокирования импульсов управления отличающийинвертором, с,я тем, что, с целью повышения надежности остановки синхронного двигателя без свободного выбега, в систему управления преобразователем .введены первый и второй логические элементы И-НЕ и первый и второй узлы задержки, а генератор управллюцих импульсов снабжен входом (Л блокирования, причем вход первого . логического элемента И-НЕ подключен к третьему управляющему выходу узла рекуперативного торможения, вход второго логического элемента соединен с выходом генератора управляющих импульсов инвертора, выходы логических элементов И-НЕ объединены и подключены к входу первого узла заО) держки, выходом соединенного с вхо4ib 00 4 дом узла блокирования импульсов управления инвертором, входом блокирования генератора управляющих импульсов инвертора и входом второго узла задержки, выходом подключенного к другому управляющему .входу узла отключения преобразователя.

«/с/г.