Электропривод переменного тока Советский патент 1988 года по МПК H02P7/42 

h

s

гот

кик

L J Ц-j /g .

к кЬ

ю

00

1l iW

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для построения систем электропитания асинхронных электродвигателей от ав- тономных инверторов тока.

Цель изобретения - повышение надежности.

На фиг. показана структурная схема электропривода; на фиг.2 - схема подключения релейных элементов.

Электропривод переменного тока (фиг.1) содержит асинхронный электродвигатель 1, автономный инвертор 2

ней с выходом датчика 6 тока и первым входом второго компаратора 9, выход первого компаратора 8 подключен со входом управляемого ключа 11, первым входом логического элемента 2И 14 и вторым входом управления регистра 16 сдвига, вход сброса которого подключен к выходу логического элемента 2И-НЕ 15, второй вход которого соединен с выходом элемента 13 задержки. Вход синхронизации регистра 16 сдвига соединен с выходом генератора 12 импульсов и со вторым входом

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для построения систем электропитания асинхронных электродвигателей от автономных инверторов тока. Целью изобретения является повьшение надежности. Электропривод переменного тока содержит электродвигатель 1, автономный инвертор тока 2, комленсиру оп1да блок 3, основную 4 и дополнительную 5 батареи коммутирующих конденсаторов, последняя выполнена из N секций, датчик 6 тока, сумматор 7, компараторы 8 и 9, катушку 10 реле, управляемый ключ 11, генератор 12 импульсов, элемент задержки 13, логические элементы 2И 14, 2И-НЕ 15, регистр сдвига 16, элементы коммутации 17. Электропривод позволяет производить запуск электродвигателя различной мощности с автоматическим выбором требуемой емкости коммутирующих конденсаторов, что обеспечивает необходимую коммутационную устойчивость инвертора при пуске двигателя. Кроме того, исключаются токовые перегрудки силовых элементов системы, что дополнительно повышает надежность. 2 ил. с S

тока, вентильно -реакторный компенси- 15 логического элемента 2И 14, выход корующий блок 3, основную батарею 4 коммутирующих ковденсаторов, дополнительную батарею 5 коммутирующих конденсаторов , выполненную из N секций 5.1,5.2 - 5.N, датчик 6 тока в цепи компенсирующего блока 3, сумматор 7, первый и второй компараторы 8 и 9, катушку реле 10, управляемый ключ 11, генератор 12 импульсов, элемент 13 задержки, логический элемент, 2И 14, логический элемент 2И-НЕ 15, регистр 16 сдвига, N элементов коммутации 17.1-17.N, группу силовых контактов 18 контактора, второй замыкающий кон20

25

торого подключен ко входу сдвига регистра 16 сдвига, выходы которого соединены с управляющим входами соответствующих элементов коммутации 7.1-i7.N. Катушка 10 реле соединена с первым силовым выводом управляемого ключа I1, второй силовой вывод которого через заь ыкаюш;ий контакт 20 с вьщержкой BpeMfei-m на срабатывание промежуточного реле предназначен для подключения к положительному выводу источника питания. Вход питания генератора 12 импу.ГлЬсов через второй замыкающий контакт 19 промежуточного

такт 19 промежуточного реле и замы- 30 реле предназначен для подключения к

кающий контакт 20 с выдержкой времени на срабатывание промежуточного реле. Выводы автономного инвертора тока 2 и основной батареи 4 коммутируют- щих конденсаторов непосредственно а вентильно-реакторного компенсирукяце- го блока 3 через датчик тока 6 объединена и через группу силовых контакКатушка 21 промежуточного реле (фиг.2) через последовательно соединенные размыкающий блок-контакт 22 контактора и кнопку Пуск 23, щунти- рованную первым замыкакщим контактом 24 промежуточного реле, предназначена для подключения к положительтов 18 контактора соединены с выводами статорной обмотки электродвигате- 40 выводу источника питания. Катуш- пя 1. Каждая из N секций 5.1,5.2-5.N ка 25 контактора через последователь- дополнительной батареи 5 коммутирующих конденсаторов через соответствующий элемент коммутации 17.1-17.N соено соединенные кнопку Стоп 26 и замыкающий блок-контакт 27 контактора, шунтированный замыкающим контактором

динена с выводами основной батареи 4 45 реле, предназначена для подключения к положительному выводу источника питания.

ния к положительному выводу источника питания.

Второй источник опорного напряжекоммутирующих конденсаторов.

Входы сумматора 7, предназначены для подключения к первому и второму источникам опорного напряжения, выход сумматора 7 подключен ко второму ния выполняется дискретно-регулируе- входу второго компаратора 9, выход мым. В частности он может быть выпол- которого соединен со входом элемента нен на резиЪторах 29 (фиг.1), выклю- 13 задержки первым входом логическо чателях 30 и переключанндем контакте fo элемента 2И-НЕ 15 и первым входом 31. В качестве выключателей 30 могут

J2 быть использованы контакты командоуправления регистра 16 сдвига. Пер- вьй вход первого компаратора В предназначен для подключения ко второму источнику опорного напряжения, второй вход первого компаратора 8 соедиконтроллера, а в качестве контакта 31 может быть использован дополнительный переключающий контакт, которым снабжается промежуточное реле.

0

5

торого подключен ко входу сдвига регистра 16 сдвига, выходы которого соединены с управляющим входами соответствующих элементов коммутации 7.1-i7.N. Катушка 10 реле соединена с первым силовым выводом управляемого ключа I1, второй силовой вывод которого через заь ыкаюш;ий контакт 20 с вьщержкой BpeMfei-m на срабатывание промежуточного реле предназначен для подключения к положительному выводу источника питания. Вход питания генератора 12 импу.ГлЬсов через второй замыкающий контакт 19 промежуточного

пoлoжитeльнo fy выводу источника питания .

Катушка 21 промежуточного реле (фиг.2) через последовательно соединенные размыкающий блок-контакт 22 контактора и кнопку Пуск 23, щунти- рованную первым замыкакщим контактом 24 промежуточного реле, предназначена для подключения к положитель ° У выводу источника питания. Катуш- ка 25 контактора через последователь-

выводу источника питания. Катуш- ка 25 контактора через последователь-

но соединенные кнопку Стоп 26 и замыкающий блок-контакт 27 контактора, шунтированный замыкающим контактором

реле, предназначена для подключения к положительному выводу источника питания.

ния выполняется дискретно-регулируе- мым. В частности он может быть выпол- нен на резиЪторах 29 (фиг.1), выклю- чателях 30 и переключанндем контакте 31. В качестве выключателей 30 могут

Второй источник опорного напряже выполняется дискретно-регулируе- . В частности он может быть выпол- на резиЪторах 29 (фиг.1), выклю- елях 30 и переключанндем контакте В качестве выключателей 30 могут

контроллера, а в качестве контакта 31 может быть использован дополнительный переключающий контакт, которым снабжается промежуточное реле.

Электропривод работает следующим образом.

Перед пуском один из резисторов 29, cooTBeTCTByrenj3ift пусковому току гштаемого двигателя, посредством выключателя 30 должен быть подключен к .разомкнутому выводу контакта 3. В предпусковой момент все секции дополнительной батареи 5 отключены и в выходной цегш инвертора 2 имеет место следующий баланс реактивных мощностей:

QXN

Q

ОК6

где Q

ОКБ

:KV,

:р XXV,

реактивная мощность основной батареи коммутирующих конденсаторов 4; реактивная мощность венВеличина реактивной мощности ком- 10 пенсируюиего блока 3 Q ( в этом случае должна быть не меньше реактивной мощности двигателя в пусковом режиме Это означает, что секции дополнитель ной конденсаторной батареи 5 должны 15 последовательно одна за другой подключаться к выходу инвертора 2 до тех пор, пока сигнал, пропорциональный току компенсирующего блока 3, не превысит значения уставки, в качесттильно-реакторного компен- 20 ве которого используется напряжение

сирующего блока 3 (величина ее должна быть не меньше реактивной мощности максимально возможной нагрузки в номинальном режиме работы последней)j Q (3 реактивная мощность, рас- ходуемая на коммутацию

вентилей инвертора. Указанный баланс поддерживается подачей управляющего сигнала со второго источника опорного напряжения на первый вход первого компаратора 8. Величина этого сигнала не должна пре- вьшать значения напряжения, поступающего на второй вход первого компаратора 8, и пропорционального току компенсирующего блока 3.

При нажатии кнопки Пуск 23 на катущку 21 промежуточного реле подается напряжение, реле срабатывает, контактом 24 встает на самоблокировку, контактом 20 подготавливает цепь питания реле 10, контактом 19 осуществляет запуск генератора 12 импульсов и, наконец, контактом 31 изменяет уровень выходного напряжения второго источника опорного напряжения. Величина этого напряжения является индивидуально задаваемой для каждого конкретного двигателя и изменяется путем соответствующего подбора согфотивления резистора 30. Новый уровень опорного напряжения вто25

30

второго источника опорного напря ;е- ния.

Логика работы цепочки подключения секций дополнительной батареи 5 к выходу инвертора 2 такова. До срабатывания промежуточного реле и изменения уровня напряжения второго источника опорного напряжения сигнал, пропорциональный току компенсирующего блока 3, выделенный датчиком тока 6, будет превышать опорный сигнал, поступающий со второго источника опорного напряжения, вследствие чего на выходе первого компаратора 8 будет при35 сутствовать сигнал логического нуля, который, поступая через элемент 211 14 на вход сдвига D, регистра 16 не е- няет комбинации сигналов на выходных выводах регистра Q,,...,Q|. Запрещаю40 щей информацией на изменение выходных сигналов является также отсутствие импульсов на входе синхронизации С. После переключения контакта 31 напряжение второго источника опорного нап45 ряжения превысит сигнал обратной связи цепи компенсации, на выходе первого компаратора 8 появится сигнал лог. 1, который подается на второй вход управления регистра 16 сдвига и на первый вход логического элемента 2И 14, на второй вход которого подаются импульсы с генератора 12 импульсов. Эти же импульсы подаются на вход синхронизации С регистра 16. Вследствие

50

рого источника будет соответствовать 55 появившейся комбинации управляющих следующему балансу реактивных мощное- сигналов на входе регистра 16 сдвига Yg выходы последнего станут последона тельно заполняться уровнями лог. 1, Q р, + Q k(|

Q

ОКБ

+ Q

АКБ

являющейся информацией к подключению

где Q дцб реактивная мощность той части секций батареи 5, которую необходимо подклю- чить для обеспечения кo мутационной устойчивости инвертора 2 при пуске двигателя 1 ,

Величина реактивной мощности ком- пенсируюиего блока 3 Q ( в этом случае должна быть не меньше реактивной мощности двигателя в пусковом режиме. Это означает, что секции дополнительной конденсаторной батареи 5 должны последовательно одна за другой подключаться к выходу инвертора 2 до тех пор, пока сигнал, пропорциональный току компенсирующего блока 3, не превысит значения уставки, в качест5

0

второго источника опорного напря ;е- ния.

Логика работы цепочки подключения секций дополнительной батареи 5 к выходу инвертора 2 такова. До срабатывания промежуточного реле и изменения уровня напряжения второго источника опорного напряжения сигнал, пропорциональный току компенсирующего блока 3, выделенный датчиком тока 6, будет превышать опорный сигнал, поступающий со второго источника опорного напряжения, вследствие чего на выходе первого компаратора 8 будет при5 сутствовать сигнал логического нуля, который, поступая через элемент 211 14 на вход сдвига D, регистра 16 не е- няет комбинации сигналов на выходных выводах регистра Q,,...,Q|. Запрещаю0 щей информацией на изменение выходных сигналов является также отсутствие импульсов на входе синхронизации С. После переключения контакта 31 напряжение второго источника опорного нап5 ряжения превысит сигнал обратной связи цепи компенсации, на выходе первого компаратора 8 появится сигнал лог. 1, который подается на второй вход управления регистра 16 сдвига и на первый вход логического элемента 2И 14, на второй вход которого подаются импульсы с генератора 12 импульсов. Эти же импульсы подаются на вход синхронизации С регистра 16. Вследствие

0

тельно заполняться уровнями лог. 1,

являющейся информацией к подключению

посредством элементов 17 коммутации секций дополнительной батареи 5 к выходу инвертора 2. Периодичность подключения секции ,5. 1-5.N будет определяться частотой следования импульсов управления генератора 13. Частота их принимается таковой, что очередное подключение секций происходит после окончания переходного процесса под- ключения предыдущей секции. Последовательное подключение секции дополнительной батареи 5.1-5.N будет происходить до тех пор,,пока реактивная мощность емкостного в вы- ходной цепи инвертора 2 не станет достаточной для обеспечения коммутационной устойчивости последнего при пуске двигателя 1. Фиксируется этот момент превьшением тока компенсирую- щего блока 3 значения уставки и появлением на выходе первого компаратора 8 сигнала лог. О. После этого управляемый ключ 11 отпирается и на катушку 10 реле подается напряжение питания. Реле срабатывает и контактом 28 подает питание на катушку 25 контактора, который блок-контактом 27 встает на самоблокировку, силовой группой контактов 18 подключает дви- гатель 1 к инвертору 2, а блок-контактом 22 разрывает цепь питания катушек 21 промежуточного реле, которое своими контактами разрьшает цепь питания реле, снимает разрешающий сигнал с генератора 12 импульсов и изменяет уровень выходного сигнала второго источника опорного напряжения.

После подключения двигателя 1 к выходу инвертора 2 устанавливается следующий баланс реактивных мощностей:

Qft+ QK + Рпл Q

ОКБ

+ Q

АКБ

где РПД - реактивная мощность двигателя в пусковом режиме; Рц - избыток реактивной мощности емкостного характера, потребляемого компенсирующим блоком 3.

По мере разгона двигателя величина Qfljf будет уменьшаться и, следовательно, будет увеличиваться величина

Информацией об окончании пуска является превьпление сигнала, пропорционального току компенсирующего блока 3 над суммарным напряжением обоих

5 0 5 о

Q

5

5

5

источников опорных напряжений, получаемым на выходе сумматора 7.

Необходимость превышения сигнала, подаваемого на второй вход второго компаратора 9 над сигналом, подаваемом на первый вход первого компаратора 8 на величину напряжения первого источника опорного напряжения, обусловлена дискретным характером изменения величины емкостной энергии. Величина же выходного напряжения первого источника опорного напряжения должна быть не мен1)Ше разности сигналов на выходе датчика 6 тока, измеренных после и до подключения очередной секции дополнительной ковденсаторной батареи 5. Введение зоны регулирования, в которой минимальным уровнем являв : ся лапряжеш{г второго источника опорного напряжения, а максимальным - сумма напряжений обоих источников, исключает подачу управляющего воздействия на целожу отключения секций дополнительной батареи 5.1-5.N в процессе последовательного подключения последних, а следовательно, исключает отключение конденсаторной батареи 5 при первом превышении тока компенсирующего блока 3 значения уставки.

При превышении выходным сигналом датчика 6 тока значения напряжения ка выходе сумматора 7, что будет иметь место по окончании запуска двигателя I и нараставши тока компенсирующего блока 3 за счет высвободившейся энергии дополнительной батареи конденсаторов 5, на выходе второго компаратора 9 появится уровень лог. 1, который подается на первый вход управления. S, регистра 16, на первый вход логического элемента 2И-НЕ 15 и через элемент 13 задержки на второй вход элемента 15.

На выходе последнего появится уровень лог. .О, котоный подается на R-вход сброса регистра 16 сдвига в нулевое состояние.

Нулевой уровень поступает на управляющие входы элементов 17 коммутации, которые отключают секции дополнительной конденсаторной батареи 5 от выходных выводов инвертора 2.

Элемент 13 задержки введен дпя того, чтобы исключить подачу нулевого уровня на R-вход сброса регистра 16 сдвига в момент отключения промежуточного реле, когда напряжение второго источника опорного напряжения изменилось в сторону уменьшения (до уровня, соответствующего номинальному режиму работы системы электропитания) , а ток компенсирующего блока 3 не успел еще снизиться до уровня, какой он будет иметь во время разгона двигателя.

Контакт 20 промежуточного реле ВЫполнен с задержкой на замыкание для исключения срабатывания реле 10 и подключения двигателя 1 к инвертору 2 в момент изменения напряжения второго источника опорного напряжения с уровня, соответствующего его предпусковому режиму работы системы (режиму подключения секций 5 к выходу инвертора 2 и накапливания системой емкостной мощности, необходимой для обеспечения коммутационной устойчи- вости инвертора при пуске двигателя)

Таким образом, электропривод позволяет производить запуск электродвигателя различной мощности с автомати- ческим выбором требуемой емкости коммутирующих конденсаторов, что обеспечивает необходимуто коммутационную устойчивость инвертора при пуске двигателя. Кроме того, исключаются токовые перегрузки силовых элементов системы электропитания в пусковом режиме, обеспечивается возможность выполнения коммутирующего устройства упрощенной конструкции с меньшей массой и габаритаки, более высокими КПД.

я

Формула изобретения

Электропривод переменного тока, содержащий асинхронный электродвигатель, автономньй инвертор тока с вен- тильно-реакторным компенсирующим блоком, основную и дополнительную батареи коммутирующих конденсаторов, ре- ле, катушка которого подключена к первому силовому выходу управляемого ключа, управляющий вход которого соединен с.выходом первого компаратора, промежуточное реле с катушкой и Дву- мя замыкакяцими контактами, контактор с катушкой и группой силовых контак- тон и двумя блок-контактами, кнопки Пуск и Стоп, выводы автономного инвертора тока и основной батареи коммутирующих конденсаторов непосредственно, а вывод вентильно-реакторно- го компенсирующего блока через датчик тока объединены и через группу

силовых контактов контактора соединены с выводами статорной обмотки асинхронного электродвигателя, отличающийся тем, что, с целью повьппения надежности, в него введены второй компаратор, генератор импульсов, элемент задержки, логический элемент 2И, логический элемент 2И-НЕ, регистр сдвига с двумя входами управления, входом синхронизации, входом сдвига, выходом сброса и с N выходами N элементов коммутации, промежуточное реле снабжено размыкающим контактом с в ыдержкой времени на срабатывание, дополнительная батарея коммутирующих конденсаторов выполнена из N секций, каждая из которых через соответствующий элемент коммутации соединена с выводом основной батареи коммутирующих конденсаторов, входы сумматора предназначены для подключения к выходам первого и второго источников опорного напряжения, первый вход первого компаратора предназначен для подключения к выходу второго источника опорного напряжения, второй вход объединен с первым входом второго компаратора и подключен к выходу датчика тока, выход сумматора соединен с вторым входом второго компаратора, выход которого соединен с входом элемента задержки, первым входом логического элемента 2И-НЕ и первым входом управления регистра сдвига, выход элемента задержки соединен с вторым входом логического элемента 2И-НЕ, выход которого соединен с входом с&роса регистра сдвига, выход первого компаратора соединен с первым входом логического элемента 2И и вторым входом управления регистра сдвига, вход синхронизации которого соединен с выходом генератора импульсов и вторым входом логического элемента 2И,выход которого соединен с входом сдвига регистра сдвига, N выходов которого соединены с управляющими входами соответствующих N элементов коммутации, катушка промежуточного реле через последовательно соединенные, размыкающий блок-контакт контактора и кнопку Пуск, шунтированную первым замыкакяцим контактом промежуточного реле, предназначена для подключения к положительному выводу источника питания, катушка контактора через последовательно соединенные кнопку Стоп и замыкающий блок-контакт

контактора, шунтированный замыкающим контактом реле, предназначена для подключения к положительному выводу источника питания, второй силовой вывод управляемого ключа через замы- каюирий контакт с выдержкой времени на срабатывание промежуточного реле

iix

2S

-TiJTrФиг. I

Редактор А.Долинич

Составитель С.Позднухов

Техред Л. Сердюкова Корректор М. Шароши

Заказ 6514/56

Тираж 584

ВНИИПИ Государственкого комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

предназначен для подключения к положительному выводу источника питания, вход питания генератора импульсов через второй замыкающий контакт промежуточного реле предназначен дпя подключения к положительному выводу источника гштания.

2S

f5

Подписное