Вентильный электропривод Советский патент 1989 года по МПК H02P6/00 

&Чг

.

сд

сд

со

15

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для высококачественного управления частотой вращения мощного синхронного двигателя.

Целью изобретения является повышение быстродействия в переходных режимах и надежности.

На фиг.1 представлена функциональная схема вентильного электропривода на фиг.2 показаны временные диаграммы процессов взаимодействия его элементов.

Электропривод содержит синхронную машину 1 (фиг.1), связанный с ней датчик 2 частоты вращения, тиристор- ньш преобразователь 3, соединенные последовательно первый суммирующий элемент 4, переключатель 5 полярное- ти, регулятор 6 частоты вращения, второй суммирующий элемент 7, регулятор 8 тока, выход которого подключен к второму информационному входу первого переключателя 9, соединенного сво- им выходом с управляющим входом ти- ристорного преобразователя 3 по час- -тоте питающей сети, датчик 10 тока, соединенный с вторым входом второго суммирующего элемента 7, узел 11 задания частоты вращения, выход которого соединен с первыми входами первого суммирующего элемента 4 и порогового элемента 12, выход которого подключен к управляющим входам переключателя 5 полярности и третьего переключателя 13, к входу первого логического элемента 14 И-НЕ, к первому входу второго логического элемента 2И 15, через элемент 16 задержки среза импульса к управляющему входу первого переключателя 9 и к первому входу первого логического элемента 2И 17, а через элемент 18 задержки фронта импульса к управляющему входу второго переключателя 19 и входу второго логического элемента И-НЕ 20, причем его выход подключен к второму входу логического элемента 2И 15, связанного своим выходом с управляющим вхо- дом четвертого переключателя 21, а выход первого логического элемента И-НЕ 14 подключен к второму входу первого логического элемента 2И 17, связанного своим выходом с управляющим входом пятого переключателя 22.

Выход второго переключателя 19 соединен с управляющим входом тиристор- ного преобразователя 3 по выходной

5 0 5 0

0

5

0

5

5

частоте, причем второй информационный вход второго переключателя 19 подключен к выходу узла 23 ограничения сигнала управления по выходной частоте, а через второй инвертирующий элемент 24 к информационному входу пятого переключателя 22, выход которого соединен с входом установки начальных условий регулятора 8 тока. Первый информационный вход второго переключателя 19 соединен с выходом регулятора 8 тока и вторым информационным входом первого переключателя 9, первый информационный вход которого подключен к узлу 25 ограничения сигнала управления по частоте питающей сети, а через первый инвертирующий элемент 26 к информационному входу четвертого переключателя 21, выход которого соединен с входом установки начальных условий регулятора 8 тока. Датчик 2 частоты вращения соединен своим выходом с вторыми входами первого суммирующего элемента 4 и порогового элемента 12. Измеритель 27 углов запаса подключен своими входами к выходам тиристорного преобразователя 3 по выходной частоте, а выходом соединен с первым входом узла 23 ограничения сигнала управления по выходной частоте, второй вход которого подключен к выходу датчика 10 тока. Регулятор 28 мощности соединен своими входами с шинами питающей сети, а выходами - с узлом 25 ограничения сигнала управления по частоте питающей сети, с узлом 29 ограничения скорости разгона и с узлом 30 ограничения скорости торможения, причем входы узлов 29 и 30 соединены с информационными входами третьего переключателя 13, выход которого подключен к входу ограничения выходного сигнала регулятора 6 частоты вращения.

Электропривод работает следующим образом.

При подаче на вход сигнала задания частоты вращения U (фиг.2), соответствующего заданному направлению вращения электрической машины 1 в двигательном режиме, тиристорный преобразователь 3 по отношению к цепи питания работает в выпрямительном режиме, а по отношению к электрической машине 1 - в инверторном. На управляющем входе тиристорного преобразователя 3 по частоте питающей сети формируется сигнал, соответствующий некоторому углу отпирания вентилей в выпрямительном режиме, а на управляющем входе тиристорного преобразователя 3 по выходной частоте - сигнал, соответствующий углу опережения в инверторном режиме, С выхода узла 11 задания частоты вращения на вход первого суммирующего элемента 4 поступает сигнал задания частоты вращения U с..0. Этот сигнал сравнивается с сигналом обратной связи по частоте вращения (Ujcve выхода датчика 2 частоты вращения. Оба этих сигнала подаются также на входы порогового элемента 12. При величине рассогласования указанных сигналов больше нуля, т.е. при Uj g-Upj-i g O, переключатель 5 полярности находится в положении, обеспечивающем прохождение сигнала рассогласования Upj, на вход регулятора 6 частоты вращения без инверсии. Сигнал задания тока и на выходе регулятора 6 частоты вращения сравнивается во втором суммирующем элементе 7 с сигналом обратной связи по току с выхода датчика 10 тока. Первый переключатель 9 находится в положении, в котором сигнал с выхода регулятора 8 тока поступает на управляющий вход тиристорного преобразователя 3 по частоте питающей сети. Сигнал L1 (фиг.2), уровень 1, на выходе порогового элемента 12 обеспечивает указанное положение переключателя 5 полярности, первого переключателя 9, четвертого переключателя 21 и второго переключателя 19, при котором на вход преобразователя 3 по выходной частоте поступает сигнал с выхода узла 23 ограничения сигнала управления по выходной частоте, соответствующий углу опережения в инверторном режиме, причем оптимальный с точки зрения наибольшего КПД и обеспечения надежного запирания вентилей угол опережения определяется узлом 23 ограничения сигнала управления по выходной частоте исходя из информации, поступающей от измерителя 27 угла запаса и датчика 10 тока. Так, например, при уменьшении тока двигателя и, как следствие, уменьшении угла коммутации, узлом 23 вьфабатывает- ся сигнал, соответствующий меньшему углу опережения. Таким образом, узел 23 вьфабатьшает сигнал, соответствующий минимально возможному в каждом режиме углу опережения, что и озна

0

5

0

5

0

5

0

5

чает работу с максимально возможным КПД.

Ограничение выходного сигнала регулятора 6 частоты вращения по условиям допустимой для двигателя перегрузки по току и по текущей загрузке питающей сети осуществляется узлом

29ограничения скорости разгона, вход которого связан с регулятором 28 мощности.

При уменьшении сигнала задания частоты вращения (момент времени t,), соответствующего переводу на понижен- ную- ,скорость, на выходе порогового элемента 12 формируется сигнал О (L1), под воздействием которого переключатель 5 полярности и переключатели 13, 9 и 21 мгновенно переводятся в противоположное положение. При этом сигнал Up,- на управляющем входе тиристорного переобразователя 3 по частоте питающей сети скачком изменяет полярность и тиристорный преобразователь 3 с максимальным быстродействием переводится в инверторный режим по отношению к питающей сети , причем ограничение регулятора 6 частоты вращения определяется выходом узла

30ограничения скорости торможения,

а в регулятор 8 тока вводятся такие V начальные условия через инвертор 26 от узла 25 ограничения сигнала управления по частоте питающей сети,чтобы на момент вступления в работу регулятора 8 тока (момент времени t ,) угол управления тиристорным преобразовате- лем 3 по частоте питающей сети в инверторном режиме и угол управления тиристорным преобразователем 3 по выходной частоте в вьтрямительном режиме в сумме составляли 180 эл.град., а ЭДС тиристорного преобразователя 3 по частоте дитающей сети U была равна ЭДС тиристорного преобразователя 3 по выходной частоте U, , При этом исключаются переходные процессы в регуляторе 8 тока и, как следствие, броски тока I в силовой части электропривода. По истечении времени, необходимого для перевода тиристорного преобразователя 3 в инверторный режим по входной частоте, определяемого элементом задержки 18 (сигнал L2), переключатель 21 размыкается, а переключатель 19 переводится в положение, при котором на вход тиристорного преобразователя 3 по выходной частоте приходит сигнал с регулятора 8 тока. После указанных переключений происходит регулируемый (без бросков тока) переход в режим торможения с рекуперацией энергии в сеть (или в режим динамического торможения) .

Таким образом, регулирование момента (тока) в режиме торможения осуществляется управлением преобразова- телем 3 по выходной частоте, обеспечение же устойчивости коммутации вентилей по частоте дитающей сети осуществляется воздействием на вход преобразователя 3 по частоте питающей сети. Величина рекуперируемой мощности в результате воздействия на вход тиристорного преобразователя 3 по частоте питающей сети с помощью узла 25 ограничения сигнала управления по частоте питающей сети и регулятора 28 мощности устанавливается максимально возможной с точки зрения возможностей автономной питающей сети. Регулятор 8 тока при этом воспринима- ет задаваемую указанным выше способом величину противо-ЭДС питающей сети как возмущение и формирует заданный на его входе момеНт. Например, указанное взаимодействие элементов в случае, когда по условиям питающей сети рекуперация невозможна, протекает следующим образом: на выходе регулятора 28 мощности формируется сигнал, устанавливающий выход узла 25 ограничения сигнала управления по частоте питающей сети в положение, соответствующее углу управления по частоте питающей сети, равному 90 . По условиям допустимой для двигате- ля перегрузки по току на выходе узла 30 ограничения скорости торможения, вход которого связан с регулятором 28 мощности, формируется сигнал ограничения по току (по тормозному моменг ту) двигателя. Регулятор 8 тока устанавливает соответствующий угол управления тиристорным преобразователем 3 по выходной частоте также равным примерно 90°. В результате этого торможение происходит за счет потерь в обмотках синхронной машины и цепях тиристорного преобразователя 3, Если же по условиям автономной питающей сети угол управления по частоте питающей сети может быть равен 180 (соответствующая работа регулятора 28 мощности и узла 25 ограничения сигнала управления по частоте питающей

g 0 5 О Q 5

5

0

сети), выход регулятора В тока при этом же ограничении, задаваемом регулятором 6 частоты вращения, устанавливает угол управления по выходной частоте близким к О .

Таким образом, торможение привода осуществляется с максимально возможной эффективностью в каждом конкретном случае состояния питающей сети ограниченной мощности, причем в отличие от известных устройств в данном электроприводе существует режим динамического торможения (при неблагоприятных условиях питающей сети), При достижении частотой вращения значения (момент времени-tg), при котором сигнал рассогласования по частоте вращения положительный, сигналом L1, уровень 1, с выхода порогового элемента 12 переключатель 5 полярности и переключатели 13, 19 и 22 мгновенно переводятся в другое противоположное положение. При этом сигнал на управляющем входе тиристорного преобразователя 3 по выходной частоте скачком изменяет полярность и тиристорный преобразователь 3 с максимальным быстродействием переводится в инвертор- ный режим по отнощению к синхронной машине 1, причем в регулятор 8 тока через инвертор 24 от узла 23 вводятся такие начальные условия ограничения сигнала управления по выходной частоте, чтобы на момент вступления на работу регулятора 8 тока (момент времени t) угол управления тиристорным преобразователем 3 по частоте питающей сети в выпрямительном режиме и угол управления тиристорным преобразователем 3 по выходной частоте в инверторном режиме в сумме опять составили 180 эл.град., а ЭДС тиристорного преобразователя 3 по частоте питающей сети равна ЭДС ти- ристорного п реобразователя 3 по выходной частоте Uj.-По истечении времени, необходимого для перевода тиристорного преобразователя 3 в инвер- торный режим по отношению к синхронной машине, определяемого элементом временной задержки 16 (сигнал L3) переключатель 22 размыкается, а переключатель 9 переводится в положение, при котором на вход тиристорного преобразователя 3 по частоте питающей сети приходит сигнал с регулятора 8 тока. После указанных переключений

915

происходит регулируемый (без бросков тока) переход в двигательный режим.

Таким образом, в данном устройстве обеспечиваются регулируемые пере- ходы из двигательного режима в тормозной и наоборот, повышается надежность инвертирования при изменении параметров коммутирующих источников, причем одновременно обеспечивается более эффективное использование последних. Формула изобретения

1 .Вентильный электропривод,содержащий синхронньй двигатель, тиристор- ный преобразователь с управляющими входами по частоте питающей сети и выходной частоте, датчики тока и частоты вращения двигателя, узел задания частоты вращения, элемент задерж- ки фронта импульса, пороговый элемент, входы которого подключены к выходам узла задания и датчика частоты вращения, первый суммирующий элемент входы которого подключены к выходу датчика частоты вращения и узла задания частоты вращения, переключатель полярности, управляющий вход которого подключен к выходу порогового элемента, соединенному с входом элемен- та задержки фронта импульса, регулятор частоты вращения, второй суммирующий элемент, второй вход которого соединен с выходом датчика тока, и регулятор тока, отличающий- с я тем, что, с целью повышения быстродействия в переходных режимах и надежности, в него введены первый - пя- тьй переключатели, первый и второй инвертирующие элементы, узел ограни- чения сигнала управления по частоте питающей сети,узел ограничения сигнала управления по выходной частоте,узлы ограничения скоростей разгона и торможени первый и второй логические элементы И-НЕ, первый и второй логические элементы 2И, элемент задержки среза импульса, а регулятор частоты вращения снабжен входом для ограничения выходного сигнала, регулятор тока . снабжен входом для установки начальных условий, информационные выходы первого и второго переключателей подключены к управляющим входам тиристор ного преобразователя по частоте питающей сети и выходной частоте соот ветственно, первый информационный вход первого переключателя подключен к выходу узла ограничения сигнала уп

г-

51531

в

- . , Q я

аJ5сж- 20 ыыт, 25 ае- зо о- тая-- Q а ния, дс спр-35

55

710

равления по частоте питающей сети и к входу первого инвертирующего элемента, выход которого подключен к информационному входу четвертого переключателя, второй информационный вход первого переключателя подключен к выходу регулятора тока и к первому информационному входу второго переключателя, управляющий вход первого переключателя подключен к первому входу первого логического элемента И и вьгходу элемента задержки среза импульса, второй информационный вход второго переключателя соединен с выходом узла ограничения сигнала управления по гыходной частоте и входом второго инвертирующего элемента, а управляющий вход второго переключателя соединен с выходом элемента задержки фронта импульса и входом второго логического элемента И-НЕ, информационные входы третьего переключателя подключены к узлам ограничения скоростей разгона и торможения, управляющий вход третьего переключателя соединен с выходом порогового элемента, информационный выход - с входом для ограничения выходного сигнала pei-уля- тора частоты вращения, информационный выходы четвертого и пятого переключателей объединены и тюдключены к входу для установки начальных условий регулятора тока, основной вход которого подключен к выходу второго.сумматора, первый вход которого соединен с выходом регулятора частоты вращения, входные зажимы которого подключены к информационным выходам переключателя полярности, информационный вход которого подключен к выходу первого сумматора, информационный вход пятого переключателя соединен с выходом второго, инвертирующего эгементя, а управляющий вход - с выходом первого логического элемента И, второй вход которого подключен к 1 ыходу первого логического элемента И-НЕ, вход которого и вход элемента задержки среза импульса объединены и подключены к выходу порогового элемента, управляющий вход четвертого переключателя подключен к выходу второго логического элемента 2И, входы которого соединены с выходами порогового элемента и второго логического элемента И-НЕ соответственно.:

2. Электропривод по п.1, отличающийся тем, что, с целью

1115153

повьппения КПД, узел ограничения сигнала управления по выходной частоте выполнен с двумя входами и введен измеритель углов запаса на восстановле- кие вентильной прочности тиристоров после коммутаций с выходной частотой, входами подключенный к выходам тиристор- ного преобразователя,а выходом соединенный с одним из входов узла ограниче- ю ния сигнала управления по выходной частоте, второй вход которого подключен к выходу датчика тока.

712

3. Электропривод по п.1, о т л и - чающийся тем, что, с целью улучшения качества регулирования при изменениях состояния автономной питающей сети, он дополнительно снабжен регулятором мощности с входами для подключения к питающей сети и выходами для подключения к узлам ограничения скорости разгона, скорости торможения и сигнала управления по частоте питающей сети соответственно.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для высококачественного управления частотой вращения мощного синхронного двигателя. Цель изобретения - повышение быстродействия в переходных режимах и надежности. Электропривод содержит синхронную машину 1, датчик частоты вращения 2, тиристорный преобразователь 3, соединенные последовательно первый суммирующий элемент 4, переключатель 5 полярности, регулятор 6 частоты вращения, второй суммирующий элемент 7, регулятор 8 тока, переключатель 9, выходом подключенный к управляющему входу преобразователя 3 по частоте питающей сети, датчик 10 тока, узел 11 задания частоты вращения, пороговый элемент 12, переключатель 13, два логических элемента НЕ 14,20, два логических элемента 2И 15,17, два элемента задержки 16,18, переключатели 19,21,22, узел 23 ограничения сигнала управления по выходной частоте, инвертирующие элементы 24,26, узел 25 ограничения сигнала управления по частоте питающей сети, измеритель 27 углов запаса, регулятор 28 мощности и узлы 29,30 ограничения скорости разгона и торможения электропривода. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.