Асинхронный вентильный каскад Советский патент 1990 года по МПК H02P7/62 

СЛ 00 N

оо о

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах насосов промышленных и коммунальных систем водоснабжения. Целью изобретения является повышение надежности путем устранения уравнительных токов и расширения диапазона регулирования частоты вращения.

На фиг. 1 представлена функцио- н альная блок-схема асинхронного вен- т льного каскада; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Асинхронный вентильный каскад содержит асинхронный двигатель 1 с фазным ротором, соединенные между собой трехфазные неуправляемый мостовой выпрямитель 2 и инвертор 3, в цепь п остоянного тока которых включены датчик 4 тока и дроссель 5, Выводы переменного тока выпрямителя подклю- ч;ены к фазным выводам обмотки ротора асинхронного двигателя. Выводы постоянного тока выпрямителя 2 и инвертора 3 зашунтированы тиристором 6, включенным встречно диодам выпрямителя. На валу ротора асинхронного двигателя 1 установлен датчик 7 частоты Вращения. Асинхронный вентильный каскад также содержит регулятор 8 тока частоты вращения, два входа которых соединены с выходами датчиков 4 и 7 тока и частоты вращения.

В асинхронный вентильный каскад введены второй регулятор 9 тока и Частоты вращения, входами подключенной к выходам датчиков 4 и 7, регулятор 10 тока, блок 11 режимов работа, два блока 12 и 13 гальванической развязки и два управляемых: переключателя 14 и 15.

Управляющие входы переключателей 14 и 15 соединены с выходами блока 11 режимов работы. Шесть первых входов переключателя 14 подключены к соответствующим выходам блока 16 управления инвертором, седьмой вход переключателя 14 соединен с выходом блока 17 управления тиристором, восьмой вход переключателя 14 объединен с первым входом второго переключателя 15 и подключен к выходу первого регулятора 8 тока и частоты вращения. Девятый вход переключателя 14 соединен с выходом второго регулятора 9 тока и частоты вращения. Шесть выходов переключателя 14 соединены с одноименными входами первого бло

5

0

ка 12 гальванической развязки, выходом подключенного к управляющему входу инвертора 1. Седьмой выход переключателя 14 соединен с входом второго блока 13 гальванической развязки, выходом соединенного с управляющим входом тиристора 6. Восьмой выход переключателя 14 подключен к второму входу второго переключателя 15, третий вход которого соединен с выходом регулятора 10 тока, вход которого связан с выходом датчика 4 тока. Выходы второго переключателя 15 подключены к управляющим входам соответственно блоков 16 и 17 управления. Инвертор снабжен выводами переменного тока для подключения к сети через согласующий трансформатор 18 и выполнен ыа тиристорах 19-24.

Асинхронный вентильный каскад работает следующим образом.

В первом режиме контакты переключателей 14 и 15 находятся в верхнем 5 положении. ПротивоЭДС инвертора 3 близка к максимальной, а частота вращения асинхронного двигателя 1 минимальна и определяется задающим сигналом, поступающим на третий вход первого регулятора 8 тока и частоты вращения. Энергия скольжения через выпрямитель 2, инвертор 3 и согласующий трансформатор 18 возвращается в сеть. Дроссель 5 снижает пульсации выпрямленного тока. Поддержание за- 5 данной частоты вращения обеспечивается регулятором 8, на входы которого поступают сигналы с датчиков 4 и 7. Вырабатываемое регулятором 8 управляющее напряжение через замкнутые 0 контакты переключателей 14 и 15 подается на управляющий вход блока 16 управления инвертором. Импульсы управления U,g-U 24(фиг. 2) с выходов блока 16 через соответствующие замкнутые 5 контакты переключателя 14 и блока 12 гальванической развязки поступают на управляющие входы тиристоров 19- 24. Коммутация тиристоров 19-24 естественна. Форма противоЭДС е инвертора представлена в интервале 0-t, на фиг. 2. В этом режиме в кривой мгновенного значения противоЭДС отсутствуют положительные участки, поэтому уравнительные токи в звене постоянного тока отсутствуют.

Если возникает необходимость в быстром увеличении частоты вращения электропривода, а затем поддержании ее. на максимальном уровне, по сигна0

0

5

лу от внешних устройств задатчик 11 режима переводит контакты переключателя 14 в нижнее положение. В этом режиме инвертор 3 работает как выпрямитель, что способствует быстрому увеличению тока в роторной цепи асинхронного двигателя 1 и, следовательно, быстрому разгону последнего. Установившееся значение частоты вращения также увеличивается.за счет компенсации падения напряжения на элементах звена постоянного тока направленным в этом режиме по току средним значением ЭДС инвертора 3.

Изменение положения контактов переключателя 14 приводит к тому, что управляющие импульсы U от блока 17 управления закорачивающим тиристором 6 (системы импульсно-фазового управления) через контакт переключателя 14 н блок 13 гальванической развязки подаются на закорачивающий тиристор 6, Частота управляющих импульсов на тиристоре 6 равна частоте поступления импульсов на инвертор 3 (300 Гц). Поскольку управляющее напряжение на блок 17 в этом режиме не подается, то импульсы управления поступают на закорачивающий тиристор 6 в момент перехода через ноль синхронизирующих напряжений, т.е. в момент перехода через ноль линейных напряжений на вторичной стороне согласующего трансформатора 18. Это приводит к тому, что в мгновенном значении ЭДС инвертора отсутствуют участки, где ЭДС направлена против тока, так как в момент перехода ЭДС через ноль выпрямленный ток ротора начинает замыкаться через включенный закорачивающий тиристор 6.

Моменты включения тиристоров инвертора 3 выбирают из условия максимального значения направленной по току ЭДС инвертора при исключении уравнительных токов. Перевод инвертора в выпрямительный режим осуществляют посредством перевода в нижнее положение контактов переключателя 14, что эквивалентно сдвигу на 60 эл.град. синхронизирующего напряжения. Максимальное мгновенное значение инвертора определяется как

е (R 2 R|La/L«) + + УТ75 Е2кЬг8/Ц7;

где i - выпрямленный то-к ротора

RJ эквивалентное активное сопротивление цепи выпрямленного тока;

с R - эквивалентное активное сопротивление фаз ротора асинхронного двигателя с учетом приведенного к вторичной стороне активного сопротив- 0 - ления обмоток статора;

L - эквивалентная индуктивность

звена постоянного тока, I, - эквивалентная индуктивность

обмотки ротора,- J5 2к напряжение на контактных

кольцах заторможенного асинхронного двигателя S - скольжение асинхронного двигателя.

20 Для того, чтобы выполнялось указанное неравенство, управляющее напряжение, от которого зависит угол управления тиристоров инвертора, на блок 16 управления инвертора подается от 25 регулятора 9 через замкнутые контакты переключателей 14 и 15. Регулятор 9 преобразует в соответствии с указанной формулой сигнал от датчика 4 тока и датчика 7 частоты вращения в управляющее напряжение. Включение тиристоров инвертора 5 происходит в такие моменты времени, в которые указанное неравенство выполняется. Второму режиму на фиг. 2 соответствует время t1-t. Надежность работы устройства увеличивается за счет исключения уравнительных токов. Быстрый разгон электропривода и достижение максимальной частоты вращения позволяют более надежно обеспечивать заданные параметры технологического процесса.

Если асинхронный вентильный каскад должен работать с частотой вращения, меньшей максимальной, и средним значением противоЭДС инвертора, меньшим половины максимального значения, устройство переходит в третий режим работы. По сигналу от внешнего устройства срабатывает задатчик 11 режима и переводит контакты переключателя 15 в нижнее положение. Углы управления тиристорами инвертора 5 выбираются из условия обеспечения естественной коммутации тока из за- 5 корачивающего тиристора 6 в инверторе. При этом участки мгновенного значения ЭДС инвертора, направленные по току, минимальны, что исключает

30

35

40

15

50

появление уравнительных токов. Напряжение управления для блока 16 управления инвертора в этом режиме вырабатывает регулятор 10, который Связан с датчиком А тока. Управляющее напряжение от регулятора 10 к блоку 16 подается через замкнутый контакт переключателя 15. В этом ре- Жиме противоЭДС определяется из выражения

ет7/

Umsin(arccos(1 - -2-%-1-4),

1582326.8

двигателя, -а выводы постоянного тока

мостового выпрямителя и инвертора зашунтированы тиристором, включенным встречно диодам указанного выпрямителя, датчик частоты вращения, установленный на валу ротора асинхронного двигателя, регулятор тока и частоты вращения, входы которого подключены к выходам указанных датчиков, блоки управления инвертором и тиристором соответственно, отличающий10

Де Un

hi

-1- амплитуда линейного напряжения на вторичной стороне согласующего трансформатора 18; Хт - индуктивное сопротивление

фазы согласующего трансформатора, приведенное к вторичной стороне.

Значение противоЭДС инвертора изменяется регулированием угла управ- |тения закорачивающего тиристора 6. Этот угол задается управляющим на- ряжением, которое поступает на блок 17 управления закорачивающего тиристора 6 от регулятора 8 через замкнутый контакт переключателя 15. Задан- hoe значение частоты вращения электропривода в регуляторе 8 сравнивается с сигналом от датчика 7 частоты рращения, и в соответствии с их разностью изменяется управляющее напря- кение„ Вид противоЭДС инвертора для этого режима показан на фиг. 2 (интервал ta-t). Применение закорачивающего тиристора 6 в этом режиме позволяет увеличить коэффициент сдвига инвертора, снизить пульсации мгновенного значения противоЭДС инвертора, что наряду с исключением уравнительных токов способствует улучшение энергетических показателей и увеличению надежности электропривода.

Формула изобретения

Асинхронный вентильный каскад, содержащий асинхронный двигатель с фазным ротором, соединенные между .собой трехфазные неуправляемый мостовой выпрямитель и инвертор, в цепь постоянного тока которых включен датчик тока, выводы переменного тока упомянутого выпрямителя подключены к фазным выводам обмотки ротора асинхронного

15

20

25

30

35

40

45

50

55

дежности путем устранения уравнительных токов и расширения диапазона регулирования частоты вращения, введены второй регулятор тока и частоты вращения и регулятор тока, блок режимов работы, два блока гальванической развязки, два управляемых переключателя, один из которых снабжен девятью входами и восемью выходами, а другой - тремя входами и двумя выходами, управляющие входы указанных переключателей подключены к соответствующим выходам блока режимов работы, шесть первых входов одного переключателя соединены с одноименными выходами блока- управления инвертором, седьмой вход первого переключателя соединен с выходом блока управления тиристором, восьмой.вход объединен с первым входом второго переключателя и подключен к выходу первого регулятора тока и частоты вращения, а девятый вход первого переключателя соединен с выходом второго регулятора тока и частоты вращения, входы которого соединены с выходами упомянутых датчиков, шесть выходов первого переключателя соединены с одноименными входами первого блока гальванической развязки, выходом подключенного к управляющему входу инвертора, седьмой выход данного переключателя подключен к входу второго блока гальванической развязки, соединенного выходом с управляющим входом тиристора, а восьмой выход первого переключателя подключен к второму входу второго переключателя, третий вход которого соединен с выходом регулятора тока, входом подключенного к выходу датчика тока, а выходы второго переключателя соединены соответственно с управляющими входами блоков управления инвертором и тиристора.

5

0

5

0

5

0

5

0

5

дежности путем устранения уравнительных токов и расширения диапазона регулирования частоты вращения, введены второй регулятор тока и частоты вращения и регулятор тока, блок режимов работы, два блока гальванической развязки, два управляемых переключателя, один из которых снабжен девятью входами и восемью выходами, а другой - тремя входами и двумя выходами, управляющие входы указанных переключателей подключены к соответствующим выходам блока режимов работы, шесть первых входов одного переключателя соединены с одноименными выходами блока- управления инвертором, седьмой вход первого переключателя соединен с выходом блока управления тиристором, восьмой.вход объединен с первым входом второго переключателя и подключен к выходу первого регулятора тока и частоты вращения, а девятый вход первого переключателя соединен с выходом второго регулятора тока и частоты вращения, входы которого соединены с выходами упомянутых датчиков, шесть выходов первого переключателя соединены с одноименными входами первого блока гальванической развязки, выходом подключенного к управляющему входу инвертора, седьмой выход данного переключателя подключен к входу второго блока гальванической развязки, соединенного выходом с управляющим входом тиристора, а восьмой выход первого переключателя подключен к второму входу второго переключателя, третий вход которого соединен с выходом регулятора тока, входом подключенного к выходу датчика тока, а выходы второго переключателя соединены соответственно с управляющими входами блоков управления инвертором и тиристора.

e i

Фиг. 2

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах насосов промышленных и коммунальных систем водоснабжения. Целью изобретения является повышение надежности путем устранения уравнительных токов и расширения диапазона регулирования частоты вращения. С этой целью асинхронный вентильный каскад введены регулятор 9 тока и частоты вращения, входы которого связаны с выходами датчиков 4, 7 тока и частоты вращения регулятор 10 тока. Переключатели 14, 15, блок 11 режимов работы и блоки 12, 13 гальванической развязки обеспечивают три режима работы вентильного каскада, обеспечивая в каждом режиме стабилизацию частоты вращения на заданном уровне с исключением уравнительных токов в звене постоянного тока инвертора 3 и выпрямителя 2 асинхронного двигателя 1. 2 ил.