Электропривод переменного тока Советский патент 1987 года по МПК H02P7/36 

управляемого полупроводникового вен1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в многодвигательном электроприводе технологических линий электрохимической промьшшенности.

Цель изобретения - повышение энергетических характеристик и перегрузочной способности за счет сохранения предельной намагниченности ротора и уменьшения импульсного тормозного момента в режиме периодического импульсного намагничивания.

На фиг.1 представлена структурная схема многодвигательного электропривода; на фиг,2 - структурная схема блока формирования параметров намагничивающих импульсов; на фиГоЗ - временные диаграммы, поясняющие работу силовой части электропривода; на фиг,4 - временные диаграммы, поясняющие работу электропривода при выполнении блока формирования параметров намагничивающих импульсов согласно фиГо2; на фиго5 - структурная схема блока формирования параметров намагничивающих импульсов, вариант; на фиг о6 - временные диаграммы, поясняющие работу электропривода при выполнении блока формирования параметров намагничивающих импульсов согласно фиг,5„

Электропривод переменного тока содержит группу гистерезисных электродвигателей I , две фазы каждого, из которых подключены к двум шинам 2 источника 3 питания, блок 4 импульсного перевозбуждения, включенный между третьими фазами электродвигателей и третьей шиной 2 источника 3 питания Блок 4 питания составлен из разделительного ключа 5, выполненного в виде двух параллельно соединенных управляемых вентилей (тиристоров) 6 и 7, цепи, составленной из последовательно соединенных конденсатора 8 и разрядного тиристора 9, подключенной параллельно разделительному, ключу 5, зарядного блока

ния источника питания,

10,подключенного параллельно конденсатору 8. Электропривод содержит также блок 11 формирования параметров

намагничиваюощх импульсов и блок 2

синхронизации, вход которого соединен

с шинами 2 источника 3 питания, а выход - с входом блока 11, выход которого подключен к управляющей цепи

разрядного тиристора 9, В электропри- вод введен второй блок 13 синхронизации, вход которого подключен к ши- нам 2 источника питания, а выход - через блок 14 - к управлякщей цепи

второго управляемого вентиля 7 разделительного ключа 5, К шинам 2 источника питания может быть подютюче- на группа компенсирующих конденсаторов 15о

Блок 11 формирования параметров намагничивающих импульсов содержит узел 16 задания частоты и фазы намагничивающих импульсов, узел 17 заТ

держки с временем сГ 6 -г, блок 18 ч

формирования длительности намагничивающих импульсов, выполненный в виде узла регулируемой задержки с временем Tp,J.lT, логический элемент

ИЛИ 19, Вход узла 16, образующий

вход блока 11, соединен с входом узла 17, выход которого подключен к одному входу логического элемента ИЛИ 19 о Второй, вход логического элемента ИЛИ 19 сое динен с выходом блока 18, а выход логической схемы ИЛИ 19 через блок 20 включения образует первый выход блока 11, Выход узла 16 соединен с входом блока 18 и через блок

21 включения образует второй выход (выход синхронизации) блока 11 для подключения к первому управляющему вентилю 6 разделительного ключа 5, Под параметром Т понимается период

частоты питающего напряжения,

Для эффективного перевозбуждения гистерезисных электродвигателей 1 параметры намагничивающих импульсов должны составлять: амплитуда напряже рис

ния питания в импульсе где UHO - амплитуда номинального напряжения; длительность намагничивающего импульса (X,рис (0,05-0,15)-Т, где Т - период напряжения питания; частота следования импульсов fpy, (10-15)fp, где fj. - средняя частот собственных колебаний группы электродвигателей. Поскольку степень намагниченности ротора определяется амплитудой импульса н,с, статора, а следовательно, амплитудой импульса тока статора, то фазу его включения, целесообразно синхронизировать примерно с максимумом тока фазы, в которую включен блок 4 импульсного пе- ревоз буждения о

Электропривод работает следующим образом,

В интервале времени между намагничивающими импульсами сигналы с выхода синхронизации блока 11 формирования параметров намагничивающих импульсов, с выхода блока 14 вкпюче- ния второго тиристора, поступающие на управляющие электроды соответственно первого тиристора 6 и второго, тиристора 7, обеспечивают постоянное открытое состояние разделительного вентильного ключа 5 о В момент времени t (фиГоЗ) сигнал с второго выхода блока 11 формирования параметров намагничивающих импульсов подается на управляющий электрод разрядного тиристора 9о Последний отпирается, и напряжение конденсатора 8, предварительно заряженного от зарядного блока 10 до напряжения U, поляность которого показана на фиг.1 без скобок, суммируется с фазным напряжением Ид. Ток.электродвигателя начинает возрастать (на фиг.З показано изменение только тока 1д)« Одновременно снижается напряжение конденсатора вследствие его разряда

В момент t, включения разрядного тиристора 9, второй тиристор 7 запирается напряжением обратной полярности U с. .

В момент времени t ток в фазе А возрастает до требуемой величины

рис

- 21

ИОМ

где 1рис ток в импульсе; 1иом амплитуда номинального тока. Включение блока 4 импульсного перевозбуждения осуществляется путем формирования по выходу синхронизации блока 11 формирования параметров намагничивающих импульсов дополнительного сигнала на управляю

1698

пщй электрод первого тиристора 6. После отпирания первого тиристора 6 конденсатор В с малой постоянной вре- g мени (по сравнению с электромагнитной постоянной гистерезисного электродви-- гателя) разряжается до нуля. Этим заканчивается первая фаза перевозбужде-.. ния - формирование амплитуды намагни10 чивающей силы статораэ

На второй фазе процесса импульс- , ного перевозбуждения необходимо обеспечить быстрое спадание тока статора электродвигателя до номинальной

15 величины о

После разряда конденсатора 8 разрядный тиристор 9 поддерживается в открытом состоянии фазным током 1д- поскольку второй тиристор 7 закрыта

20 Спадающий импульсньш ток, определяемый ЭДС самоиндукции статора, в сумме с фазным током Т.д перезаряжает

25

30

35

40

конденсатор 8, Напряжение U. конденсатора 8 меняет знак (полярность в скобках на фиг,) и в сумме с фазным напряжением 11 увеличивает отрицательную производную изменения тока электродвигателя. Спадение тока происходит за время меньше полупериода частоты питания, что исключает размагничивание ротора и уменьшает импульсный тормозной момент о Это повышает энергетические показатели и перегрузочную способность гистерезисного электродвигателя в режиме импульсного перевозбуждения о

Б момент времени t разрядный тиристор 9 запирается нулем тока после прекращения заряда конденсатора 8о После этого конденсатор 8 начинает перезаряжаться от зарядного блока 10 и блок 4 импульсного перевозбуждения подготавливается к новому циклу работы о

Первьш блок 12 синхронизации, второй блок 13 синхронизации, блок 14 включения второго тири ора и блок 11 формирования параметров намагничивающих импульсов согласно фиг.2 и 4 работают следуюшлм образом.

Поскольку гистерезисные электродвигатели в указанной области применения для уменьшения числа подводящих проводов выполняются, как прави- 5 ло, с изолированной нейтралью, то цикл работы блока 4 импульсного перевозбуждения удобно синхронизировать с линейным напряжением питания, нап- ример Идб, Дпя исключения влияния

45

0

S13

изменения амплитуды и фазы выбранного напряжения синхронизации в процессе импульсного перевозбуждения гистерезисных электродвигателей 1 входы первого блока 12 синхронизации и второго блока 13 синхронизации необходимо подключать к шинам 2 источника 3 питания до места включения блока 4 импульсного перевозбуждегшя

В интервале между двумя последующими намагничиваюпщми импульсами разделительный вентильный ключ 5 должен быть постоянно открыт. Для этой цели первый блок 12 синхронизации и второй блок 13 синхронизации по- нижают напряжение питания сети до уровня, приемлемого для элементов микросхемотехники, выделяют момент перехода напряжения 11 через нуль, причем в первом блоке I2 синхронизации, изменение знака напряжения с положительного на отрицательный, а во втором блоке 13 синхронизации - наоборот, и формируют выходные сиг- налы требуемой длительности. Эти сигналы через блок 20 включения и блок 14 выключения, представляющие собой усилители мощности, подаются соответственно на управляющие электр ды первого.тиристора 6 и второго тиристора 1,

. Поскольку гистерезисный электродвигатель является нагрузкой с низким coscf, то фазный ток 1д отстает от линейного напряжения Уд на угол PI 90°. Это означает, что при совпадении фазы сигнала, подаваемого на управляющий электрод соответствующего тиристора, с моментом перехода ли нейного напряжения Пде через нуль, его длительность должна быть Г 90° Одновременное выполнение разделительным вентильным ключом 5 задачи импульсного перевозбуждения гистерезис ных электродвигателей 1 накладывает следующие ограничения на длительность управляющего сигнала первого тиристора 6 и второго тиристора 7

При длительности сигнала на управ ляющем электроде второго тиристора

, гдео(.р„(-- фаза включения намагничивающего импульса относительно начала положительной полуволны линейного напряжения ИДЕ. после включения разрядного тиристора 9 через второй тиристор 7 протекает существенный по величине инверсный ток. Это снижает величину импульсного

тока двигателя и соответственно эффективность его перевозбуждения о Таким образом, на управляющий сигнал второго тиристора 7 накладываются следующие ограничения по длительност 90° рис .

На входы узла 16 задания частоты и фазы намагничивающих импульсов и- узла 17 задержки поступает сигнал с выхода первого блока 12 синхронизации (фиг.4, Ugjji, ,2.), совпадаюпдай по фазе с моментом изменения знака Идц с положительного на отрицательный. Узел 16 задания частоты и фазы намагничивающих импульсов представляет собой последовательно соединенные делитель частоты и одновибратор с регулируемой задержкой. В соответствии с определенными заранее параметрами намагничивающих импульсов ( fpMc) с выхода узла 16 задания 4acTO ты и фазы намагничиваюищх импульсов . через блок 21 включения (фиг.4,ицу,,р сигнал подается на управляющий электрод разрядного тиристора 9. В момент включения разрядного тиристора 9 и на время нарастания импульсного тока (Трис ) сигнал на управляющем элекроде с первого тиристора 6 должен отсутствовать для исключения короткого замыкания конденсатора 8 через открытые разрядный тиристор 9 и первый тиристор 6. Для этой цели блок 20 включения первого тиристора соединен с выходом первого блока 12 синхронизации через блок 17 задержки с временем Т .. Время задержки определяется фазой ббрис длительностью Гр и временем спадания импульсного тока. Длительность задержки не пре

вьшает 90 , поскольку к началу отрицательной полуволны тока все динамические процессы изменения тока завершаются.

Сигнал с выхода блока 17 задержки поступает на вход.блока 20 включения первого тиристора (фиг.4, bbiri - через логический элемент 2Ш1И 19, второй вход которого соединен с выходом блока 18 регулируемой задержкИо При нарастании тока статора до требуемой величины Ipug ,-что происходит за известное врем;: ZT pnc с выхода блока 18 регулируемой задержки через логический элемент 2ИЛИ 19 и блок 20 включения первого тиристора (фигс4, Ug ixzo- сигнал подается на-управляющий электрод первого тиристора 6 Это приводит к быстрому разряду до нуля конденсатора 8, что эквивалентно отключению импульсного источника питания. После этого до момента включения первого тиристора 6 происходит перезаряд конденсатора и быстрое Спадание тока статора до номинального значения

Однако введение задержки на вклю- IQ синхронизации (фиг.6,

чение первого тиристора 6 необходимо лишь на том периоде изменения основного напряжения питания, на котором происходит включение импульсного источника питания. Этот недостаток устраняется при выполнении блока 11 формирования параметров намагничивающих импульсов, согласно фиг.5.

Блок 11 формирования параметров намагничивающих импульсов также содержит узел 16 задания частоты и фазы намагничивающих импульсов относительно фазы напряжения питания,блок 18 формирования длительности намагничивающих импульсов, выполненный в виде узла регулируемой задержки, и блоки 20 и 21 включения. Дополнительно в блок 11 введены RS-триггер 22, логический элемент 2И 23о При этом вход узла 16 задания частоты и фазы намагничивающих импульсов и первый вход логического элемента 2И 23, являющиеся входом блока 11 формирования параметров намагничивающих имдлительность не превыш исключения короткого з денсатора 8 после откр ного тиристора 9 до мо

15 ния тока статора до ве выхода узла 16 задания фазы намагничивающих и налы одновременно пода блока 18 регулируемой

20 вый вход RS-триггера 2 21 включения разрядног RS-триггер 22 переключ в пвложение логическог нудительно переключает

25 элемент 2И 23 в положе го О по выходу неза нала на его первом вхо ном с выходом первого хронизации. Через инте

30

рис

определяемый бло

руемой задержки, сигна хода переключает RS-тр ложение логической 1 Это приводит к тому, ч

пульсов, соединены с выходом первого t: выхода первого блока 12 синхронизации подается через блок 20 включения на управляющий электрод первого тиристора 6;, Подобная схема работоспособна при об рис 1 80 . Исследова-блока 12 синхронизации. Первый вход RS-триггера 22 непосредственно, а второй - через узел 18 регулируемой задержки подключены к выходу узла

16 задания частоты и фазы намагничи- 40 показывают, что наивысшие энер- вающих импульсов. Выход RS-триггерагетические характеристики достигают22 подключен к второму входу логи-ся при 150 ai рис 170 .

ческого элемента 2И 23, выход которого подключен к входу блока 20 включения, образуя второй выход блока 11 для включения первого тиристора 6„ Выход узла 16 задания частоты и фазы намагничивающих импульсов подключен к входу блока 21 включения, образуя первый выход блока 11 для включения разрядного тиристора.

При выполнении блока 11 согласно фиг„5 электропривод работает следую-, щим образом.

Сигналы на управляющие электроды тиристора 7 формируются как и для схемы, представленной на фиго2. В интервале между двумя последующими намагничивающими импульсами выходной

Таким образом, для гистерезисных 45 электродвигателей повьш1енной частоты вращения с большим индуктивным и малым активным сопротивлением за счет решения задачи гашения поля в режиме периодического импульсного намагми- 5Q чивания уменьшается потребляемый ток не менее, чем на 33%, снижаются потери в меди статоров, сети и источнике питания. Тормозной импульсный момент уменьшается с 35 до А% по 55 отношению к максимальному синхронно- - му, что позволяет его практически не учитьтать при оценке перегрузочной способности электродвигателя.

ен13616988

сигнал RS-триггерва 22 равен логической 1 (фиг.6, 6171x 2 означает, что на управляющий электрод первого тиристора 6 через логический

элемент 2И 23 и блок 20 включения повы X -гэ

начапьдается сигнал (фиг.6,и

пая фаза которого совпадает с фазой

выходного сигнала первого блока 12

IQ синхронизации (фиг.6,

UeblX 2

длительность не превышает ISO Для исключения короткого замыкания конденсатора 8 после открытия разрядного тиристора 9 до момента нараста15 ния тока статора до величины 1р„с с выхода узла 16 задания частоты и фазы намагничивающих импульсов сигналы одновременно подаются на вход блока 18 регулируемой задержки, пер20 вый вход RS-триггера 22 и вход блока 21 включения разрядного тиристора. RS-триггер 22 переключается по выходу в пвложение логического О, что принудительно переключает логический

25 элемент 2И 23 в положение логического О по выходу независимо от сиг- нала на его первом входе, соединенном с выходом первого блока 12 синхронизации. Через интервал времени

30

рис

определяемый блоком 18 регулируемой задержки, сигнал с его выхода переключает RS-триггер 22 в положение логической 1 по выходу, Это приводит к тому, что сигнал с

Таким образом, для гистерезисных 45 электродвигателей повьш1енной частоты вращения с большим индуктивным и малым активным сопротивлением за счет решения задачи гашения поля в режиме периодического импульсного намагми- 5Q чивания уменьшается потребляемый ток не менее, чем на 33%, снижаются потери в меди статоров, сети и источнике питания. Тормозной импульсный момент уменьшается с 35 до А% по 55 отношению к максимальному синхронно- - му, что позволяет его практически не учитьтать при оценке перегрузочной способности электродвигателя.

91361698 - 10

Достигаеьый эффект позволяет умень- ключить дополнительные группы элект- ишть установленную мощность источни-родвигателей.

ка питания, а при ее сохранении . 1

t(4

Uc

t

itix

J3ui. if

Фиг. В