Вентильный двигатель Советский патент 1991 года по МПК H02K29/00 H02P5/408 

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.

Целью изобретения является конструктивное упрощение.

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 датчик напряжения 4, вход которого подключен к выходу переменного тока зависимого инвертора, а выходы, образованные шестью соединенными в шестилучевую звезду выходными обмотками трансформаторов датчика, соединены с входами шес- тиканальных коммутаторов 5 и 6, выполненных на управляемых электронных ключах, выходы которых через узлы 7 и 8 ограничения предельных углов управления соединены с входами разрешения предельных углов формирователя 9 тактовых импульсов, выход которого соединен с входом распределителя импульсов 10, выходы распределителя импульсов 10 соединены с соотвео

Ч)

ы о

Ч)

ел

тствующимм управляющим электродами тиристоров зависимого инвертора /. и с соответствующими управляющими входами ключей шестикаиальных коммутато чров 5, 6. Узел 11 формирования рабочею угла управления выполнен с формировала лем 12 развертывающею напряжения, за- датчиком 13 сигналов управления, и компаратором 14 с двумя входами, первый из которых соединен с выходом задат«ика

13сигнала управления, а второй -- с выходом формирователя 12 развертывающего напряжения. Причем выход компаратора

14соединен с входом разрешения рабочего угла формирователя импульсов 9. Формирователь 12 развертывающего напряжения содержит нуль-орган 15 и инте-- ратор 16 с вводом для установки нулевых начальных условий который подключен к выходу нуль-органа 15, Вход поспед- него соединен с выходом шестиканального коммутатора 6, а вход интегратора 16 связан с выходом шестиканального коммутатора 5. Выход интегоатора 16 образующий выход формирователя 12, соединен с вторым входом компаратора 14, Зедатчик 13 сигнала управления содержит ждущий генератор 17 с двумя выходами, причем вход его подключен к выходу нупь-оргача 15, первую схему 18 выборки-хранения с входом для управления выборкой, второй интегратор 19 с входом ус амовки нулевых начальных условий, вторую схему 20 выборки-хранения с входом для управления выборкой, датчик 21 тока статора и двухвходовой сумматор 22, выход которого образует выход задатчикг 13 соединенный с первым входом компаратора 14. Входы для управления в0|борксй схем выборки- хранения 18 и 20 подключены к первому выходу ждущего генератора 17, Вход для установки нулевых начальных условий интегратора 19 соединен с вторым вь ходом ждущего генератора 17. Вход схемы 18 выборки-хранения соединен с выходом шестиканального коммутатора 5, а выход схемы выборки-хранения 18 поединей с входом интегратора 19, выход которого соединен с входом схемы 20 выборки-хранения.

Первый вход сумматора 22 соединен с выходом схемы 20 выбопки-хранения, в второй его вход - с выходом датчика 21 тона статора.

Вентильный двигатель работует следующим образом.

Ток статора синхронной машины 1 формируется зависимым инвертором 2 путем преобразования постоянного входного тока инвертора d 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 напряжения на вентиле инвертора (фиг. 2, кривая 1) должно характеризоваться углом выключения д не меньшим, чем минимально допустимое значение (Змин. В то же время активная мощность на выходе

зависимого инвертора пропорциональна косинусу угла выключения. Следовательно, максимум активной мощности при сохранении надежности достигается при постоянстве угла выключения и его равенстве

(Змин независимо от текущих значений тока статора и потокосцепления синхронной машины,

В предлагаемом устройстве равенство д 5мии достигается следующим образом.

Напряжения с обмотки статора синхронной машины через трансформаторный датчик 4 поступают на аналоговые входы шестика- кальных коммутаторов 5, 6. Сигналы на этих входах (фиг. 2, кривые 2,.-.7) совпадают по

фазе с линейными напряжениями статора синхронной машины. Одновременно на управляющие входы коммутаторов 5, 6 поступают сигналы с выходов распределителя импульсов 10. При этом взаимная фазировка входных напряжений коммутаторов и сигналов управления такова, что выходной сигнал первого шестиканального коммутатора (фиг. 2, кривая 8) на каждом такте пропорционален напряжению на вентиле

инвертора, который будет включен следующим, а выходной сигнал второго шестиканального коммутатора (фиг. 2, кривая 9) отстает от него на каждом такте на 120 зл.град.

Узлы ограничения предельных углов (минимального 7 и максимального 8) путем сравнения выходных сигналов шестика- нальных коммутаторов 5 и 6 формируют последовательности импульсов ограничения

углов, обеспечивающие в блоке формирователя тактовых импульсов 9 ограничение рабочего угла управления ар в диапазоне Ямин «р S Омакс А узел 11 формирования рабочего угла управления путем сравнения

выходного сигнала формирователя 12 развертывающего напряжения и выходного сигнала задатчика 13 сигнала управления формирует последовательность импульсов управления с углом Ор , обеспечивая постоянство угла выключения д . При переходе сигнала (фиг. 2, кривая 2) на выходе шестиканального коммутатора б через нуль срабатывает нуль-орган 15 (фиг. 2, кривая 10) и ждущий генератор 17 формирует два следующих один за другим узких импульса. В течение первого из них схемы выборки-хранения 18 и 20 производят выборку своих входных сигналов. Сигнал на входе первой из них (фиг. 2, кривая 8) равен в этот момент

()

2 V КТр, где V - текущее действующее значение напряжения статора, а КТр - коэффициент трансформации датчика 4 напряжения. Следовательно, в результате выборки на выходе схемы выборки-хране- ния 18 получаем сигнал, пропорциональный текущему значению напряжения статора.

Сигнал на входе схемы выборки-хранения 20 равен выходному сигналу интегратора 19. Последний в момент срабатывания нуль-органа 15 пропорционален интегралу выходного сигнала схемы выборки-хранения 18 за 1/6 периода изменения напряжения статора, т.е. отношению текущего

значения напряжения статора к его частоте.

постоянство угла выключения зависимого инвертора при изменяющихся потокосцеп- лении и токе статора. Угол управления зависимым инвертором задается моментами срабатывания компаратора 14. Условием срабатывания является равенство выходного сигнала интегратора 16 сумме выходных сигналов схемы выборки-хранения 20 и датчика 21 тока статора. Интегратор 16 интегрирует с нулевыми начальными условиями выходной сигнал шестиканального коммутатора 5 (фиг. 2, кривая 8) от момента срабатывания компаратора 15 (фиг. 2, кривая 10). На интервале интегрирования выходной сигнал коммутатора 5 имеет вид 2 V КТр sin ( 2 л/3 + 2 Ttf t), где f - частота изменения напряжения статора, a t - время, отсчитываемое от момента срабатывания нуль-органа 15. В момент срабатывания компаратора 14 имеем

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 напряжение преобразователя частоты. Целью изобретения является конструктивное упрощение. Указанная цель достигается тем, что формирователь 12 развертывающего напряжения выполнен с нуль-органом 15 и интегратором 16с входом для установки нулевых начальных условий, а задатчик 13 сигнала управления дополнительно снабжен ждущим генератором 17, схемами 18, 20 выборки-хранения и интегратором 19 с входом для установки начальных данных. При этом обеспечивается постоянство угла выключения вентилей зависимого инвертора 2 при изменениях пото- косцепления и тока статора синхронной машины 1 и высокая надежность при более простой конструкции в сравнении с известным решением. 2 ил. (Л С

Данное отношение есть потокосцепление статора, и в результате выборки на выходе схемы выборки-хранения 20 получаем и до очередного срабатывания нуль-органа 15 сохраняем сигнал, пропорциональный теку- щему значению потокосцепления статора. Второй импульс ждущего генератора 17 производит обнуление интегратора 19, По окончании импульса выходной сигнал интегратора 19 (фиг. 2, кривая 11) нарастает с темпом, пропорциональным выходному сигналу выборки-хранения 18, т.е. пропорциональным текущему значению напряжения статора. Выходной сигнал задатчика 13 сигнала управления (фиг. 2, кривая 12) фор- мируется на выходе сумматора 22 как сумма выходного сигнала схемы выборки-хранения 20, пропорционального потокосцепле- нию статора, и выходного сигнала датчика 21 тока статора, пропорционального теку- щему значению тока статора. С момента срабатывания нуль-органа 15 начинает нарастать выходной сигнал интегратора 16 (фиг. 2, кривая 13) с темпом, пропорциональным выходному сигналу шестиканаль- ного коммутатора 5 (фиг. 2, кривая 8). Когда выходной сигнал интегратора 16 достигает уровня выходного напряжения сумматора 22, срабатывает компаратор 14 (фиг. 2, кривая 14), формирователь 9 тактовых импуль- сов формирует очередной сигнал переключения распределителя 10, Далее процессы повторяются. В результате угол управления зависимым инвертором увеличивается при увеличении потокосцепления статора и уменьшается при увеличении тока статора. Соответствующий выбор постоянных времени интеграторов и коэффициента передачи датчика тока позволяет получить

2 я ft а-2я/3

0)

где а -угол управления, с которым произведено очередное включение вентиля зависимого инвертора. Соответственно выходной сигнал интегратора 16 (фиг. 2, кривая 13) в момент срабатывания компаратора 14 равен 2 V Кгр ( cos а + 0,5 )/2 я f ТИ1. где ТИ1 - постоянная времени интегратора 16. Выходной сигнал схемы выборки-хранения 20 равен интегралу сигнала, пропорционального текущему значению напряжения статора за 1/6 периода изменения напряжения, и составляет величину

(3/2 ) /f. v . Ктр/(Ти2 6 f ), где Ти2 - постоянная времени интегратора 19. Согласно изложенному условие срабатывания компаратора 14 имеет вид

2- V- Krp(cosa + 0,5)/2jrfTm + + ( ) 2 V Ктр/Ти2 X(2)

X6f-KAT Id 0,

где КдТ - коэффициент передачи датчика 21 тока статора. Заменим в (2) угол направления а углом опережения .умножим (2) на дробь ТИ1/Ктр и получим условие срабатывания компаратора 14 в виде

-tf- V -(cosЈ-0,5)/27rf + + Г-У-(Г-Ти1/2 TM2)/2ttf- (3) - Кдт Ти1/Ктр 0 .

Зададимся минимально допустимым значением угла выключения 5Мин и выберем отношение постоянных времени Ти1 и Ти2 равным:

( ) ТИ1/Ти2 cos амин - 0,5 , (4)

Ч

коэффициент передачи датчика 21 тока статора выберем равным

Кдт Ктр/Ти1 - 21.,(5)

где L - сверхпереходная реактивность сии - хронной машины. Подставим (4) и (5) в (3) и получим условие срабатывания компаратора 14в виде

(2 -V/27rf)) -СОвбмин-(V2.v/27rf))cosЈ-2L id,

(6)

Угол выключения б определяется уравнением коммутации

(2 -V/(2jrf)) -((2Jtf)) cos ft 2 L Id.

(7)

Согласно выражениям ((3) и (7) действительный угол выключения равен минимальному углу выключения бмин независимо от значения потокосцепления статора и тока Id,

Таким образом, предложенное по изобретению построение формирователя развертывающего напряжения и задатчика сигнала управления в вентильном двигателе обеспечивает постоянный угол выключения вентилей зависимого инвертора при изменениях потокосцепленмя и тока статора синхронной машины, а следовательно, и высокую надежность при более простой конструкции 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 первого и второго шестикансльных коммутаторов, выполненных на управляемых электронных хлкзчах, выходы которых через соответствующие узлы ограничения предельных углов управления тиристорами соединены с входами разрешения предельных углов управления тиристорами формирователя тактовых импульсов, выход которого соединен с входом распределителя импульсов, подключенного выходами к соответствующим управляющим электродам тиристоров зависимого инвертора и к соответствующим

управляющим входам ключей упомянутых шестиканальных коммутаторов, узел формирования рабочегоугла управления с формирователем развертывающего напряжения, задатчиком сигнала управления и компаратором с двумя входами, первый из которых соединен с выходом задатчика сигнала управления, второй - с, выходом формирователя развертывающего напряжения, а выход компаратора соединен с входом разрешения рабочего угла формирователя тактовых импульсов, причем задатчик сигнала управления выполнен с датчиком тока статора и двухвходовым сумматором, первый вход которого подключен к выходу датчика тока статора, а выход образует выход задатчика сигнала управления, отличаю щийся тем, что, с целью упрощения, формирователь развертывающего напряжения узла формирования рабочего угла управлении выполнен с нуль-органом и интеграюром, снабженным входом для установки нулевых начальных условий, а задатчик сигнала управления дополнительно снабжен ждущим генератором

узких импульсов с двумя выходами, двумя схемами выборки-хранения с входами для управления выборкой и интегратором с входом для установки нулевых начальных условий, при этом вход нуль-органа соединен с

выходом второго шестиканального коммутатора, вход интегратора в формирователе развертывающего напряжения соединен с выходом первого шестиканального коммутатора, вход для установки нулевых нзчальных условий упомянутого интегратора подключен к выходу нуль-органа, а выход интегратора образует выход формирователя развертывающего напряжения, вход ждущего генератора узких импульсов соединен с выходом нуль-органа, первый выход ждущего генератора узких импульсов соединен с входами для управления выборкой первой и второй схем выборки-хранения, вход первой схемы выборки-хранения подключей к выходу первого шестиканального коммутатора, выход первой схемы выборки- хранения через интегратор задатчика сигнала управления и вторую схему выборки-хранения подключен к второму

входу двухвходового сумматора, а второй выход ждущего генератора узких импульсов соединен с ходом для установки нулевых начальных условий интегратора в задатчике сигнала управления.

И

П

J5

.ш

«

Ј

3 4 5 6 7

10

П П П П П П П

.ч1 м:А1Л1Л1

12

Гпг-тппг-т-ГТ-1

11

К

17

1й1 я

ri

18 19

20