Вентильный двигатель Советский патент 1990 года по МПК H02K29/00 H02P5/408 

щий функцию идеального диода, м с дополнительным шестиканальным коммутатором 16, а задатчик сигнала управления 13 содержит датчик 18 потока, датчик 19 тока статора и сумматор 20. Входы интеграторов 15 подключены к выходам трансформаторного датчика напряжения 4, а выходы - к коммутатору 16 и к датчику 18 потока. Другой вход коммутатора 16 подключен к выходу распределителя импульсов 10, а его выход и выход сумматора 20 - к входам компаратора 14, соединенного выходом с входом разрешения рабочего угла формирователя тактовых импульсов 9. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в вентильных преобразователях частоты, предназначенных для частотного пуска высоковольтных синхронных машин. Целью изобретения является повышение надежности и улучшение энергетических показателей двигателя путем обеспечения постоянства угла выключения вентилей зависимого инвертора при изменяющихся токе и потокосцеплении. Для этого в вентильном двигателе на основе синхронной машины 1 с тиристорным зависимым инвертором 2 в цепи статора и возбудителем 3 в цепи ротора формирователь развертывающего напряжения 12 в узле 11 формирования рабочего угла управления выполнен с шестью интеграторами 15, в цепь обратной связи каждого из которых включен пороговый элемент 17, реализующий функцию идеального диода, и с дополнительным шестиканальным коммутатором 16, а задатчик сигнала управления 13 содержит датчик 18 потока, датчик 19 тока статора и сумматор 20. Входы интеграторов 15 подключены к выходам трансформаторного датчика напряжения 4, а выходы - к коммутатору 16 и к датчику потока 18. Другой вход коммутатора 16 подключен к выходу распределителя импульсов 10, а его выход и выход сумматора 20 - к входам компаратора 14, соединенного выходом с входом разрешения рабочего угла формирователя тактовых импульсов 9. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в вентильных преобразователях частоты, предназначенных для частотного пуска высоковольтных синхронных машин, номинальное напряжение которых в 3-10 раз превышает номинальное выходное напряжение преобразователя частоты.

Пуск производится с уменьшением тока ротора синхронной машины по мере увеличения частоты вращения с тем, чтобы напряжение статора синхронной машины не превысило номинального для преобразователя частоты значения. Соответственно, по- токосцепление синхронной машины изменяется в 3-10 раз. Пуск производится по заданной технологической программе со стабилизацией частоты вращения на промежуточных оборотах, соответственно изменяется ток статора синхронной машины в процессе пуска.

Целью изобретения является повышение и улучшение энергетических показателей путем обеспечения постоянства угла выключения вентилей зависимого инвертора при изменяющихся токе и потокосцеплении.

На фиг. 1 представлена функциональная

схема вентильного двигателя; на фиг.2 - временные диаграммы его работы.

Вентильный двигатель содержит синхронную машину 1 с тиристорным зависимым инвертором 2 в цепи статора и возбудителем 3 в цепи ротора, трансформаторный да1гчик 4 напряжения, вход которого подключен к выходу переменного тока ЗЭЕЗИСИМОГО инвертора, а выходы, образованные шестью соединенными в шестилучевую звезду выходными обмотками трансформаторов дагчика, соединены с входами шестиканальных коммутаторов 5 и 6, выполненных на управляемых электронных ключах, выходы которых через узлы 7 и 8 ограничения предельных углов управления соединены с соответствующими входами разрешения предельных углов формирователя 9 тактовых импульсов, выходы которого через распределитель 10 импульсов соединены с соответствую щими управляющими электродами тиристоров з ависимого инвертора 2 и соответствующими входами ключей шестиканальных коммутаторов 5 и 6,

Вентильный двигатель содержит, кроме того, узел 11 формирования рабочего угла управления с формирователем 12 развертывающего напряжения, задатчиком 13 сигнала управления и компаратором 14 с двумя входами, первый из которых соединен с вы- 0 ходом задатчика 13 сигнала управления, а второй - с выходом формирователя 12 раз- вертывающего напряжения, причем выход компаратора 14 соединен с входом разрешения рабочего угла формирователя 9 так- 5 товых импульсов.

Формирователь 12 развертывающего напряжения выполнен с шестью интеграторами 15 и с дополнительным шестиканальным коммутатором 16,

0В цепь обратной связи каждого из интеграторов 15 включен пороговый элемент 17, реализующий функцию идеального диода,

Задатчик 13 сигнала управления выпол- 5 нен с датчиком 18 потока, датчиком 19 тока статора и двухвходовым сумматором 20.

Входы интеграторов 15 подключены к соответствующим выходам трансформаторного датчика 4 напряжения, а выходы - к 0 входам дополнительного шестиканального коммутатора 16, управляющие входы которого соединены с соответствующими выходами распределителя 10 импульсов. Выход шестиканального коммутатора 16 образует 5 выход формирователя 12 развертывающего напряжения.

Входы датчика 18 потока соединены с выходами интеграторов 15. Выходы датчика 18 потока и датчика 19 тока соединены с 40 входами сумматора 20, выход которого образует выход задатчика 13 сигнала управления.

Вентильный двигатель работает следующим образом.

45 Ток статора синхронной макшины 1 (фиг.1)формируется зависимым инвертором путем преобразования постоянного входного тока инвертора 1а в переменный ток. Инвертор является источником активной

мощности для синхронной машины, а последняя является источником реактивной мощности, необходимой для. коммутации тока вентилями инвертора. Для надежной работы зависимого инвертора напряжение на вентиле инвертора (фиг.2а) должно характеризоваться углом выключения д , не меньшим, чем минимально допустимое значение - (5мин . В то же время активная мощность на выходе зависимого инвертора пропорциональна косинусу угла выключения (5.

Следовательно, максимум активной мощности при сохранении надежности достигается при постоянстве угла выключения и его равенстве бмин независимо от текущих значений тока статора и потокосцепле- ния синхронной машины. В предлагаемом устройстве равенство достигается следующим образом. Напряжения с обмотки статора синхронной машины через трансформаторный датчик 4 поступают на аналоговые входы шестиканальных коммутаторов 5,6 и входы интеграторов 15, выход- ные сигналы которых поступают на дополнительный шестиканальный коммутатор 16. Одновременно на управляющие входы коммутаторов 5,6 и 16 поступают сигналы с выходов распределителя 10 импульсов. При этом взаимная фазировка входных напряжений коммутаторов и сигналов управления такова, что узлы ограничения предельных углов (максимального 7 и минимального 8) формируют последовательности импульсов ограничения углов, обеспечивающие в блоке формирователя 9 тактовых импульсов ограничение рабочего угла управления в диапазоне ctp . Узел 11 формирования рабочего угла управления путем сравнения выходных сигналов формирователя 12 развертывающего напряжения и задатчика 13 сигнала управления формирует последовательность импульсов управления с углом Ор , обеспечивая постоянство угла выключения (5. Сигналы на входах (фиг.2б) интеграторов 15 совпадают по фазе с линейными напряжениями статора синхронной машины. Каждый интегратор выполнен, например, на базе операционного усилителя с интегрирующим конденсатором в цепи дб- - ратной связи, причем конденсатор зашун- тирован нелинейным элементом, например диодом 17. Выходные напряжения интеграторов (фиг.2в) из-за наличия нелинейного элемента однополярны и с коэффициентом трансформации датчика 4 пропорциональны ( U/uJp t) ( 1 + COS (Ур t), где и, Up - действующее значение и частота изменения

напряжения статора. Причем выходные напряжения интеграторов достигают нуля и максимального значения в моменты перехода входных напряжений через нуль, ампли- 5 туда выходных напряжений интеграторов пропорциональна потоку (отношению U/ Шр). Датчик 18 потока формирует выходной сигнал, равный амплитуде выходных напряжений интеграторов. Датчик 19 тока статора

10 формирует выходной сигнал, пропорциональный с коэффициентом Кдт входному току инвертора Id.

При каждом переключении распределителя 10 импульсов происходит запирание

15 прежде открытого ключа дополнительного коммутатора 16 и отпирание очередного ключа. На интервале между переключениями распределителя импульсов выходное напряжение дополнительного коммутатора

0 (фиг.2г) равно выходному напряжению одного из интеграторов 15. При каждом переключении на выход коммутатора 16 поступает напряжение, отстающее от имевшегося на выходе прежде на бОэл.трад. Когда выходной

5 сигнал шестиканального коммутатора 16 достигает уровня выходного сигнала задатчика 13 сигнала управления,, срабатывает компаратор 14 (фиг.2д|, формирователь 9 тактовых импульсов формирует очередной сигнал пе0 реключения распределителя 10. Далее процессы повторяются аналогичным образом. Именно это и позволяет получить положительный эффект- постоянство угла выключения зависимого инвертора независимо от

5 величины потокосцепления и тока статора.

Действительно, угол выключения (5 зависимого инвертора определяется соотношением

0 . ид , о , II ,

cos о -,- cos /S -f 2 L Id ,

(Wp

(Op

(1)

где и - действующее значение линейного

напряжения синхронной машины; 5 Шр- круговая частота;

V2 и/ потокосцепление; ; 180-й:) - угол опережения;

0

II

L -сверхпереходная индуктивность

синхронной машины. Условие срабатывания компаратора 14 имеет вид

.

5КтР Ц-.д-.э

WpTn Ki/. - 2 V2 и , |. . , СОрТи Д

(2)

е Ктр - коэффициент трансформации датчика 4 напряжения;

Ти- постоянная времени интеграторов 15;

1/ уо I I

COS fl- выходное напряжение

(Of, f и

формирователя 12 развертывающего напряжения в момент перед срабатыванием компаратора 14;

... выходное напряжение датчика

СУрТи

18 потока, равное амплитуде выходных напряжений интеграторов 15;

коэффициент, с которым выходной сигнал датчика 18 потока поступает на вход сумматора 20; Кдг1а)- выходной сигнал датчика 19 тока

статора;

К| - коэффициент, с которым выходной сигнал датчика 19 тока поступает на вход сумматора 20. Если установить значения коэффицинтов равными

(3)

К 0,5 COS бмин;

f. - о I тр

N| - / L

I и

ТО (2) ВЫГЛЯДИТ следующим образом

-cos cos6«HH-2L 4,.

(4)

Подставив значение

(Ор

cos /3 из

(4) в (1), получают равенство б-бит независимо от потокосцепления и тока Id.

Таким образом, описанное построение формирователя развертывающего напряжения, задатчика сигнала управления и их связей позволяет обеспечить постоянный угол выключения вентилей зависимого инвертора при изменении потокосцепления и тока статора синхронной машины, благода-; ря чему повышается надежность и улучшаются энергетические показатели в сравнении с известным решением. Формула изобретения Вентильный двигатель, содержащий синхронную машину с тиристорным зависимым инвертором в цепи статора и возбудителем в цепи ротора, трансформаторный датчик напряжения, вход которого подключен к выходу переменного тока зависимого инвертора, а выходы, образованные шестью соединенными в шестилучевую звезду выходными обмотками трансформаторов датчика, соединены с входами двух шести- канальных коммутаторов, выполненных на управляемых электронных ключах и подключенных через соответствующие узлы ограничения предельных углов управле- ния тиристорами к входам разрешения предельных углов формирователя тактовых импульсов, выходы которого через распределитель импульсов соединены с соответствующими управляющими элект- 5 родами тиристоров зависимого инвертора и с соответствующими управляющими входами ключей указанных шестиканальных коммутаторов, узел формирования рабочего угла управления с формирователем раз- 0 вертывающего напряжения, задатчиком сигнала управления и компаратором с двумя входами, первый из которых соединен .с выходом задатчика сигнала управления, а второй - с выходом формирователя раз- 5 вертывающего напряжения, причем выход компаратора соединен с входом разрешения рабочего угла формирователя тактовых импульсов, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и улучшения 0 энергетических показателей путем обеспечения постоянства угла выключения вентилей зависимого инвертора при изменяющихся токе статора и потокосцеплении, формирователь развертывающего напряжения узла 5 формирования рабочего угла управления выполнен с шестью интеграторами, в цепь обратной связи каждого из которых включен пороговый элемент, реализующий функцию идеального диода,и с дополнительным шес- 0 тиканальным коммутатором, а задатчик сигнала управления выполнен с датчиком потока, датчиком тока статора синхронной машины и двухвходовым сумматором, причем входы интеграторов подключены к соот- 45 ветствующим выходам трансформаторного датчика напряжения, а выходы - к входам дополнительного шестиканального коммутатора, управляющие входы которого соединены с соответствующими выходами 50 распределителя импульсов, выход дополнительного шестиканального коммутатора образует выход формирователя развертывающего напряжения, входы датчика потока в задатчике сигнала управления 55 соединены с выходами интеграторов, выходы датчика тока статора и датчика потока соединены с соответствующими входами сумматора, выход которого образует выход задатчика сигнала управления.

. УЬШчЬМК...

и

ПППППППППП у.

фиг.1