Вентильный электропривод Советский патент 1990 года по МПК H02P6/20 H02P6/24 

1 Изобретение относите к электро- |технике и может быть использовано в {регулируемом электроприводе с вен- |тильными электродвигателями с i Целью изобретение является улучшение энергетических показателей и {повышение надежности в тормозных уе |жимах„

I На фиго представлена структурно- |функциональная схема устройства уп- 1равления вентильным электродвигате- (рхем: на фиг.2 - принципиальная схема гблока управления преобразователем ча- :стоты; на фиГоЗ - принципиальная схема блока управления силовым регуля- iтором тока; на фиго4 - временная диаграмма, поясняющая работу силового :регулятора токао

I Вентшхьный электропривод содержит синхронную машину 1 (фиго1)| преобразователь 2 частоты, датчик 3 поло- жения ротора, первый блок 4 управления , выходом подключенный к управляю- i щему входу преобразователя частоты, i силовой регулятор 5 тока и второй I блок 6 управления с основным входом I 7 и двумя выходами 8 и 9. Основной I вход 10 блока 4 управления преобразо вателбм частоты подКлю ен к выходам датчика 3 положения ротора,,

Силовой регуля тор 5 тока выполнен в виде последовательно соединенных первого силового транзистора 11,дрос селя 12 и датчика 13 тока, которые включены между первым снловым входом 14 преобразователя 2 частоты и первой клеммой 15 для подключения источника постоянного тока, второго сило- вого транзистора 16, который включен между точкой соединения первого силового , транзистора И и дросселя 12 и второй клеммой 17 для подключения источника постоянного тока, к которой подключен второй силовой вход 18 преобразователя частоты, и двух обратных диодов 19 и 20, которые включены параллельно силовым транзисторам 11

и 16 к управляющим входам которых подключены два основных выхода 8 и 9 блока управления силовым регулятором токао

Регулятор 5 тока снабжен третьим обратным диодом 21, включенным между первой клеммой для подключения источника постоянного тока и первым силовым входом преобразователя частоты, и электромагнитно связанным с дросселем датчиком 22 производной тока дросселя,.

Вентильный электропривод содержит также датчик 23 нулевой скорости, подключенный к выходам датчика 3 положения ротора, и блок 24 компараторов с двумя основными входами 25 и 26, DiecTbW установленными входами 27- 32 и шестью выходами 33-38о

Блок 4 управления преобразователей частоты снабжен дополнительными входами 39-41, а блок 6 управления силовым регулятором тока снабжен дополнительными входами 42-44 и выходами

45 и 46 о

Блок 4 управления преобразователем частоты содержит тридцать логических элементов И 47-76 (фиг«2), шесть че- тырехвходовых логических элементов ИЛИ 77-82f двухвходовый логический элемент ИЛИ 83 и логический элемент НЕ 84с Первый вход логического элемента И 47 соединен с выходом логического элемента. ШЖ 83, первьш вход которого образует вход 10 блока 4, соединенный с первым выходом датчика 3 положения ротора. Второй вход логического элемента 47 объединен с вторыми входами логических элементов И 48-52 и образует вход 41 блока 4о Логические элементы И 48-52 соединены первыми входами с соответственно пятью другими выходами датчика 3 положения ротора и вторыми объединен ными входами с выходом 46 блока 6 управления силовым регулятором тока.

5

Логические элементы И 53-64 соединены соответственно первыми входами с выходами логических элементов И 47-52 и вторыми объединенными входами с выходом. 45 блока 6 управлени силовым регулятором токао Логически элементы И 65-76 соединены первыми входами с выходами логических элеметов И 47-52 и вторыми объединенными входами с выходом 45 блока 6 управления силовым регулятором тока через логический элемент НЕ 84„ Логические элементы ИЛИ 77-82 входами сдинены с соответственно выходами логических элементов И 53-76 и выходами с управляющими входами преобразователя 2 частоты Логический элемент ИЛИ 83 соединен первым входом с первым выходом датчика 3 ротора и вторым входом ЯБЛЯГОКЦ-ТМСЯ входом 39 блока 4 управления п еобра зователем частоты соединен с в годом 42 блока 6 у11раа:1ения силовым perv- ля тором тока,.

Блок 6 управленрш сш1овь(м регулятором тока содержит четыре ЕЗ-тоиг-- гера 85-88 (фигЛ) , трехвходоЕые ло- гические элекекты НШ-НЕ , дв.--входовые логические элементы КШ1 92 и 93,трехвходовый логический элемент ИЛИ 94, логичр-Ькие элементы И 95-97- логических элементы.НЕ 98-100,эле- менты 101 и 102 задержки и формирователь 103 импул ь с о в„

Основной вход блока 6 управления- силовым регулятором тока выполнен ше- стиканальным и образован .соот - гтст- венно первым входом первого трехвхо- дового логического элемента 89 ИЛИ- НЕ, входами первого 98 и второго 99 логических элементов НЕ, вторым входом трехвходового логического элемента ИЛИ 94, вторым входом третьего трехвходового логического элемента ИЛИ-НЕ 91,и входом третьего логического элемента НЕ 100о

Первый дополнительный вход 42 блока 6 управления силовым регулятором тока образован объединенными третьим входом трехвходового логического элемента ИЛИ 94 и первыми входами третьего 87 и четвергэго 88 RS - /григгеров, второй 43и третий 44 дополнительные входы образованы аходам второго двухвходового логического элемента ИЛ1 1 93,, два дополнительных выхода 45 и 46 образовань соответственно выходом третьего логического

226

элемеита i- 97 и инверсным выходом че-зертого КЗ-триггера 88.

Вход формирователя ШЗ импульсов подключен к выходу третьего логического элемента НЕ 97, а выход соеди- с Бторьгм R-входом четвертого RS- триггепа 83 и первым S-входом перяо- kS-триггера 85, нторой S-вход so-oDorn ло,-слгочен к выходу первого трехБходоЕого логического элемента ИЛ1 ЬИЕ 89, первый R-вхсд подключен к BTopoj O трехвходового логического э.емента ИЛИ-НЕ 100, а второй л-Бход объединен с вторым R-входом трегье-о RS-триггера 87 и S-входом четвертого RS-триггера 88 и подключен к выходу второго двухвходового логического элемента ИШ 93о

Первый вход третьего двухвходового элемента И 97 объединен с входом третьего логического элемента НЕ 100 а Еторой вход третьего двухвходового : зле;чента И 97 подключен к нрямому выходу третьего RS-трнггера 87, S-вход которого соединен через первый элемент 101 задержки с первым входом J( логического элемента 30 ИЛ11 94 и подключен к выходу второго логического элемента И 96, первый вход которого подключен к выходу второго логического элемента НЕ, а третий вход подключен к прямому вы- j оду третьего КЯ--триггера 87, R-вход второго триггера 86 подключен к выходу трехвходовоге логического элемента ит 94, г S-вход подключен к выходу первого двухвходового логи- 0 ческого элемента ИЛИ 92, первый вход которого подключен к выходу третьего трехвходового логического элемента ИЖ-НЕ 91, а второй вход подключен к sbix-оду первого логического двухвходового элемента И 95, первый вход которого подкл-очен к выходу третьего ло- гичесггого элег.:ента НЕ 100., а второй вход объединен с третьими входаш первого 89 и второго 100 трехвходовых JionniecKHX элементов ИЛ1-1-НЕ и подключен к прямому выходу четвертого RS- тркггера 88,

Второй вход первого трехвходового

5

99

8 9 со единен с входом второго логическо--о эле- к выходу которого подклю- од второго трехвходового

логического ь-емента ШЖ-НЕ 1 Оо , пер- подключен к выходу

7

первого логического элемента НЕ У8„ ; Индуктивность дроссвля 12 должма быть одного порядка с индуктивностью фаз синхронного электродвигателя 1, щ время задержки элемента 96 должно абеспечить выполнение всех предгаест- дующих логических операций ; Вентильный электропривод работает Следующим образомо

; Импульсная команда Пуск посту- г1ает через логический элемент ИЛИ 94 йа вход триггера 86 и R-входы триг- ijepoB 87 и 88 в результате чего на

пряжение -: tja выходе логичоско1чэ элемента НЕ 99 также нулевое напряжение (производная тока дроссели - положительная)о

На всех входах логического элемента ШМ- ЛЕ 90 устанавливаются нулевые напряжения, на его пыходе - единичное напряжение, три,; г ер 85 изменяет свое состояние, что приводит к закрыванию транзистора 6, Открывается диод 20 и синхронный электродвига- те.пь (фи 1) ггереходит в режим динамического торможения, Ток дросселя 12

выходах этих триггеров устанавливают- 5 уменьшаетсЯз производная тока дросёя нулевые напряжения Нулевое напря я;ение с выхода 9 блока 6 управления 4иловым регулятором тока поступает 1Ёа управляющий вход транзистора 16 il удерживает его в закрытом состоя- 20 Нулевое напряжение с выхода 45 ёлока 6 управления силовым регулятором тока поступает на вход 40 блока 4 управления преобразователем частоты и после логического икзертирова- 25 НИН логическим элеменгтом НЕ 86 поступает на один из входов логических элементов И 65-76, Единичные напряжения с р выхода триггера 88 через выход 46 поступает на вход 41 блока ЗО Д управления преобразователем частоты На всех трех входах логического элемента И.ПИ-НЕ 89 (фигоЗ) нулевые напряжения, на первом S-входе триггесепя - от; ицательиал и на соответст- вую1цем выходе блока 24 компараторов устанавливается нулевое напряжемте Как только ток дросселя 12 уменьшается до значения -s-I

заданного на

установочном входе 29 блока 24 компаратора, на выходе его устанавливается нулевое напряженке, что приводит к перебросу триггера 85 и открыва1шю транзистора 11с, образом, в режиме разгона и квазиустановившемся режиме ток дросселя 12 удерживается R пределах токового коридора от +1д4ии до Х дакс- обеспечивая постоянство момента па валу двигателя о

При появленш импульсного сигнала Стон (момент t, фиго4) на выходе триггера 85 (фиг.З) устанавливается нулевое напряж вьше, которое закрывает

ра 85 - единичное напряжение, на Q-вы- транзистор 1.. на прямом выходе триг,- I- ,.,,-,лT-i/ ir ri Я.Х fd

ходе триггера 85 - также единичное напряжение, которое через выход 8 поступает на управляющий вход транзис- тора 11 и открывает егоо

Одновременно импульс Пуск про- 40 ходит-через логический элемент ИЛИ 83, логические элементы И 47, 57, 61, 67 и 75, логическ«е элементы ЕШ 78 и 82 и открывает соответствующую пару транзисторов преобразователя 2 частотыо Ток начинает протекать через дроссель 12, обмотки синхронного электродвигателя 1 и ротор начинает вращаться о При повороте ротора на 60 появляется сигнал на выходе следующего чувствительного элемента датчика 3 положения ротора и включается следующая пара, транзисторов преобра- зоЕзтеля частоты Как только ток дросселя 3 процессе нарастания достигает значения заданного на установочном вх1эде 30 .блока 24 компараторов j на выходе логического элемента НЕ 98 устанавливается нулевое нагера 88 также устанавливается нулевое напряжение, которое через выход 46 блокирует прохождение сигналов с датчика 3 положения ротора, что приводит к запиранию транзисторов преобразователя частоты Одновременно единич ное напряжение с инверсного выхода триггера 88 блокирует логические элементы ИЛИ-НЕ 89 и 90s оставляя транзистор 1 в закрытом состоянии„ Открывается диод -21 и сиихронньш электродвигатель вступает в режим рекуперативного торможения,, одновременно ток дросселя 12 уменьшается по цепи, включающей диоды 20 и 21, Тое также рекуперирует накопление энергии в сеть

Как только ток дросселя 12 становится меньше нуля (момент t, фиго4), с выхода-Погическогэ элемента НЕ 100 ток поступает в виде единичного напря жения на первый вход логического элемента И 9.5, на втором входе которого также е,динично(2 напряжение, поступа45

пряжение -: tja выходе логичоско1чэ элемента НЕ 99 также нулевое напряжение (производная тока дроссели - положительная)о

На всех входах логического элемента ШМ- ЛЕ 90 устанавливаются нулевые напряжения, на его пыходе - единичное напряжение, три,; г ер 85 изменяет свое состояние, что приводит к закрыванию транзистора 6, Открывается диод 20 и синхронный электродвига- те.пь (фи 1) ггереходит в режим динамического торможения, Ток дросселя 12

уменьшаетсЯз производная тока дроссепя - от; ицательиал и на соответст- вую1цем выходе блока 24 компараторов устанавливается нулевое напряжемте Как только ток дросселя 12 уменьшается до значения -s-I

заданного на

установочном входе 29 блока 24 компаратора, на выходе его устанавливается нулевое напряженке, что приводит к перебросу триггера 85 и открыва1шю транзистора 11с, образом, в режиме разгона и квазиустановившемся режиме ток дросселя 12 удерживается R пределах токового коридора от +1д4ии до Х дакс- обеспечивая постоянство момента па валу двигателя о

При появленш импульсного сигнала Стон (момент t, фиго4) на выходе триггера 85 (фиг.З) устанавливается нулевое напряж вьше, которое закрывает

транзистор 1.. на прямом выходе тригT-i/ ir ri Я.Х fd

0

гера 88 также устанавливается нулевое напряжение, которое через выход 46 блокирует прохождение сигналов с датчика 3 положения ротора, что приводит к запиранию транзисторов преобразователя частоты Одновременно единичное напряжение с инверсного выхода триггера 88 блокирует логические элементы ИЛИ-НЕ 89 и 90s оставляя транзистор 1 в закрытом состоянии„ Открывается диод -21 и сиихронньш электродвигатель вступает в режим рекуперативного торможения,, одновременно ток дросселя 12 уменьшается по цепи, включающей диоды 20 и 21, Тое также рекуперирует накопление энергии в сеть

Как только ток дросселя 12 становится меньше нуля (момент t, фиго4), с выхода-Погическогэ элемента НЕ 100 ток поступает в виде единичного напряжения на первый вход логического эле мента И 9.5, на втором входе которого также е,динично(2 напряжение, поступа5

ющее с ныхода триггера 88 1 динично напряжение через логический элемент ШМ 92 поступает на S-вход триггера 86 и на его выходе 9 устанавливается также единичное напряжение, которое открывает транзистор 16. Двигатель переходит в режим динамического торможения. Под действием ЭДС вращения ток в обмотках изменяет знак, также изменяется знак тока дросселя 12,Ток рбратного знака возрастает по абсолюной величине, пока не достигает зна- чения , заданного на установочном входе 32 блока 24 компараторов (момент tj, фиго4)а В этот момент появляется единичное напряжение, которое через логический элемент ИЛИ 94 поступает на R-вход триггера 86 ня выходе которого устанавливается нуле вое напряжение; лри этом транзистор 16 закрывается и открывается диод 9

Двигатель переходит в рвАик перативного тормо -ения, пока ток про селя 12 не уменьшается по гбсс.люткой величине до значения -1, зсцзякс- го на установочном входе 31 блока 24 компараторов (момент t, фиг о 4)о Б этот момент устанавливается нулевое напряжение на всех трех входах логи- ческого элемента 91, а на выходе устанавливается единичное напряжение, которое через логический элемент ИЛИ 92 поступает на триггера 86 На выкОде RS-триггерл 86 устанавливается единичное напряжение, которое снова открывает транзистор 6„ Таким образом, на этом интервале чередуются ре/кимы динамического (ток возрастает по абсолютной величине) и рекуперативного (ток уменьшается по абсолютной величине) торможения, и ток дросселя 12 находится в пределах от -1, до .-I,., Скорость вращения двигателя уменьша- ется и, соответственно, уменьшается ЭДС врахцения при сохранении постояк- отрицательного момента

Наконец, наступает такой момент когда величинь ЭДС вращения не хпа- тает на достижение верхнего порога токового коридора -T-.f ток в процессе дальнейшего торможеьшя умзныял ется до нижней.границы токового коридора -1.„ (момент tj, фиг..4,) „Иро- изводная тока дросселя - положительная, поэтому на всех входах логического элемента ИЛИ-НЕ 91 устанавливаются нулевые напряжения, на БЫ2I (

xoju- - i uiHjfHHoe напряжение, йа ны- хиде триггера 86 также устанавливаеся единг.чное напряжение о

;;осле небол):иого запаздывания, достаточного для окончания предгаест сиер-птий в элементе i 00 за- цер.-:;ки ип o :;oj-- входах логического -: 1йкгнта И :: :;танбБЛИБакп ся единнчн пряже;1ня J, на выходе также ус- г--наБливается ед.н}шчное напряжение, которое поступает на триггера Ь-. 1 В1:;хода после,анего единичное 11аи:.:яяенне поступает на один из входов логического злемента 91 уста :авлизая через логический элемент ИЛИ 92 нулевое напряжение на 8-.бходе триггера 9Ьо Единичное напряжение с выхода логического элемента И 96 с задержкой в элементе 101 поступает через логический элемент 94 аа R-вход триггера 86 устанавливая на его выходе нулевое напря жен;т и вы сгпочая, тем самым, транзис |тор 16, Двигатель остается в режиме рекуперативного торможения благодаря открытому диоду 19, пока ток дроссел не становится равным нулю (момент врмени

tg, фиг о 4)

Как только ток дросселя 12 становится равным нулю, единичное напряжение, которое через логический элемент И 97 поступает через выход 45 на один из входов логических элементов И 53-64 (фиг., 2} блока 4 управления преобразователем частоты Одновре .;енно сигнал, с выхода формирователя 103 лмггульсов перебрасывает триггер 855 открывая через выход 8 транзистор 11 и перебрасывая также триггер 88, так что на выходе 46 устанавливается единичное, напряжение Логические элементы И 47-52 также разблокируются Сигналы с датчика 3 положения ротора опять проходят в блок 4 управления псеобразсзателем частоты и на управля входы транзисторов преобразователя частоты., обеспечивая режим про- т.нвовкоЧючеш;я в и.ч 1 ервалг открытого сос1 ояния транзистора 11 и динамического тормол;ения - при закрытом тран- чистопе По Стабилизация тока в пределах токового коридора осуществляется так не 5 как до подачи сигнала

Стоп , Как только двигатель замедляется настолько, что срабатывает датчик .23 щг-девой скорости, с помощью триггера 85 выключается транзистор 11 и с .помоП Ью триггера 88 блокируются

сигналы с датчика 3 положения ротора, выключая все транзисторы преобразователя частоты /Двигатель останавливается на выбеге в момент времени t-, (фиг„4)о

; Чередование разпичшлх тормозных ;режимов при условии стабилизатдаи тока двигателя позволяет снизить час- jTOTy коммутации транзисторов инвар- iTopa и тем самым уменьшить динами- ческие потери при торможениио Повы- |шение энергетических показателей достигается также за счет периодичес- лой рекуперации в сеть в процессе T0p можения энергии, накопленной входньлм дросселем и индуктивностями якорных обмоток электрической машины

Формула изобретения

Вентильный электропривод, содер жаиута синхронную машину с якорной обI моткой5 подключенной к выходу преобразователя частоты,, силовой регуля- тор тока с основным входом и двумя выxoдa ш, первый блок управленияj многоканалы-ьым основным входом под- ключенньш к выходам датчика положения ротора . синхронной машины, а вы- ходом - к управляющему входу преоб.разователя частоты, второй блок управления с основным входом и двумя выходами5 силовой регулятор тока выполнен в виде последовательно сое- диненных первого силового транзистора, дросселя и датчика тока;, которые вклточены между первым силовым входом преобразователя частоты и первой клеимой для подключения источш1ка постоянного тока, второго силового транзистора, включенного между точкой соединения первого си.гювого транзистора и дросселя и второй кле 1мой для подключения источника постоян- ного тока к которой подключен второй сяловой вход преобразователя частоты, и двух обратных диодов; каждый из которых включен паралл 1льно. одному из силовых транзисторов, к управ- лягощ1.-;м входам которых подключень: два выхода второго блока управления, о т- л и ч а ю щ и и с я тем, что, с ц.елью улучшения энергетических пока- ззт - х1{ей и повьопения надежности в тор- МОЗК1ЛХ режимах, дополнительно введе- tM датчик нулевой скорости,, блок компараторов с двумя основными входамиJ шестью установочньзмн входами и шестью

установочными входами и шестью выходами, силовой регулятор тока дополнительно снабжен третьим обратным диодом., включенным между первой клеммой для подключения источника постоянного тока и первым вх-одом преобразователя частоты,, датчиком производной тока .upoccejiH, блок управления преобразователем частоты дополнительно снабжен тремя входами, а блок управления сшювь:м регулятором тока дополнительно снабжен тремя входш ш т; двумя выходам и выполнен в виде четырех RS-Tpi.rrepo3 3 трех трехвходовых логически:: злементов ЯЛИ-НЕ, двух двухБходовых и одного трехвходового логических элементов 1-1ПИ, трех логических элементов НЕ трех логических элементов И, двух элементов задержки формирователя импупьсов, при этом первый вход первого трехвходового логического элемента ИЛИ-НЕ, входы указанных логических элементов НЕ, второй вход трехвходового логического |элемента ИЛИ, второй вход третьего трех входозого логического элемента ЛЛИ-НЕ образуют соответствующие каналы основного входа данного блока, первый дополнительный вход которого образован обединенными третьим входом трехвходового логического элемента ИЛИ и пер- вы.и R-входам третьего и четвертого RS-триггеров, второй и третий дополнительные входы блока управления регулятором тока образовав входами втрого двухвходового логического элемента ИЛИ, а два дополнительных выхода образованы соответственно выходом третьего ,л:огического элемента И и инверсным выходом четвертого RS- триггера, вход формирователя импульсов подключен к выходу третьего логического элемента И, а выход соединен с вторым К-входом четвертого RS- триггера и первым S-входом первого ЕЗ-триггера, второй S-вход которого подключен к выходу первого трехвходового логического элемента ИЛИ-НЕ, первый R-вход первого RS-триггера подклчен к выходу второго трехвходового логического элемента ИЛИ-НЕ, а второй R-вход объединен с вторым R-BXO- дом третьего RS-тркггера и S-входом четвертого RS-триггера и подключен к выходу второго дзухзходового логического элемента ИЛИ, первьй вход третьего двухвходового логического элемента И обт единен с входом треть.feiddi

Фиг. 2

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в регулируемом электроприводе с вентильными электродвигателями. Целью изобретения является улучшение энергетических показателей и повышение надежности в тормозных режимах. Вентильный электропривод содержит силовой регулятор 5 тока, блок 6 управления силовым регулятором тока, блок 4 управления преобразователем частоты, датчик 23 нулевой скорости, блок 24 компараторов. Силовой регулятор 5 тока содержит два силовых транзистора 11, 16 с обратными диодами 19, 20, датчик 13 тока, а дроссель снабжен электромагнитно связанным датчиком производной тока. Блок 24 управления силовым регулятором тока обеспечивает регулирование тока дросселя в пределах "токового коридора" от +I_мин до +I_макс, от -I_мин до -I_макс, а также торможение в режиме свободного выбега, при этом обеспечивается также периодическая рекуперация энергии, накопленной в дросселе и фазах двигателя, в источник питания. 4 ил.

tJ