Вентильный электропривод Советский патент 1991 года по МПК H02P6/00 H02P6/06 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в широко регулируемых электроприводах с вентильными двигателями, к которым предъявляются требования повышенной надежности, например, в электроприводах компрессоров, вентиляторов, дымососов химических производств с непрерывным технологическим процессом.

Цель изобретения - повышение надежности вентильного электропривода путем исключения опрокидывания инвертора.

На фиг. 1 изображена блок-схема вентильного электропривода; на фиг. 2 - блок-схема вычислителя угла управления тиристорами инвертора.

Вентильный электропривод (фиг. 1) содержит синхронную машину 1, секции якорной обмотки которой подключены к выходу управляемого выпрямителя 2 через сглаживающий дроссель 3 в звене постоянного тока и инвертор 4. Вход выпрямителя подключен к сети. Датчик 5 положения ротора и тахогенератор 6 механически связаны с ротором синхронной машины 1. Вентильный электропривод содержит также задатчик 7 частоты вращения, последовательно соединенные регулятор 8 частоты вращения, регулятор 9 выпрямленного тока и первую систему 10 импульсно-фазово- го управления, выходом подключенную к управляющему входу выпрямителя 2, релейный элемент 11, входом подключенный к выходу регулятора 8 частоты вращения, вход обратной связи которого подключен к выходу тахогенератора б, а прямой вход соединен с выходрм задат- чика 7 частоты вращения. Выход релейного элемента 11 подключен к первому входу блока 12 управления инвертором, второй вход которого подключен к выходу датчика 5 положения ротора, а выход - к входу второй системы. 13 импульсно-фазового управления, выходом подключенной к управляющему входу инвертора 4. Обмотка

возбуждения синхронной машины 1 подключена к выходу тиристорного возбудителя 14, вход управления которым подключен к выходу третьей системы 15 импульсно-фазового управления, вход которой соединен с выходом регулятора 16 тока возбуждения. Тиристорный возбудитель 14 снабжен входом для подключения к сети. Вентильный электропривод содержит также датчики

17 и 18 тока. Датчик 17 тока включен в цепь выпрямленного тока выпрямителя 2, а датчик тока 18 - в цепь обмотки возбуждения. Выход датчика 17 выпрямленного тока подключен к .второму входу

регулятора 9 выпрямленного тока и к первому входу регулятора 16 тока возбуждения. Выход датчика 18 тока возбуждения подключен к второму входу регулятора 16 тока возбуждения, третий вход которого образует вход USTB задания тока возбуждения.

Дополнительно вентильный электропривод содержит вычислитель 19 угла управления тиристорами инвертора /J, компаратор 20, первый 21 и второй 22 датчики напряже-.

ния и первый 23 и второй 24 управляемые ключи.

Регулятор 9 выпрямленного тока выполнен на операционном усилителе 25, цепь обратной связи по выпрямленному току которого образована резистором, состоящим из последовательно соединенных первой 26 и второй 27 секций, во входной цепи установлен резистор 28, а цепь обратной связи усилителя 25 состоит из резистора 29 и конденсатора 30.

Регулятор 16 тока возбуждения выполнен на определенном операционном усилителе 31, во входную цепь которого включен резистор задания с последовательно соедипенными первой 32 и второй 33 секциями, в цепь обратной связи по току возбуждения включен резистор 34, в цепь задания по выпрямленному току включен резистор 35, а цепь обратной связи усилителя 31 состоит

из резистора 36 и конденсатора 37.

Вторая секция 27 резистора в цепи второго входа регулятора 9 выпрямленного тока зашунтирована первым управляемым ключом 23, вторая секция 33 резистора в цепи задания регулятора 16 тока возбуждения зашунтирована вторым управляемым ключом 24, управляющие входы обоих ключей подключены к выходу компаратора 20, первый вход которого образует вход U3 задания угла управления тиристорами инвертора Д, а второй вход соединен с выходом вычислителя 19 угла управления тиристорами инвертора Д первый вход которого подключен к выходу датчика 17 выпрямленного тока, второй вход - к выходу первого датчика 21 напряжения, подключенного к выходу управляемого выпрямителя 2, третий вход - к выходу второго датчика 22 напряжения, подключенного к каким-либо двум фазам синхронной маши- ны 1, а четвертый вход соединен с выходом тахогенератора 6.

Вычислитель 19 угла управления тиристорами инвертора (фиг. 2) вычисляет действующее в системе вентильного элект- ропривода значение угла управления тиристорами инвертора /3 и состоит из инвертирующего перемножителя 38, в котором перемножаются сигналы отдатчика 17 выпрямленного тока и от тахогенератора 6 с коэффициентом усиления К2, сумматора 39, в котором складывается результат перемножения в перемножителе 38 с сигналом от датчика 21 выпрямленного напряжения, делителя 40, осуществляющего деление выходного сигнала сумматора 39 на выходной сигнал усилителя 41 с коэффициентом усиления Кз, на вход которого поступает сигнал от датчика 22 напряжения на обмотке статора синхронной машины, блока 42 арккосинуса, осуществляющего вычисление функции арккосинуса по значениям аргумента отделителя 40. Выходом блока 42 является действующее в системе вентильного электропривода значение угла управ- ления тиристорами инвертора Д

Вентильный электропривод работает следующим образом.

Выходной сигнал задэтчика 7 частоты вращения, в качестве которого применитель- но к электроприводу дымососов химических производств может выступать оператор при ручном задании частоты вращения или автоматический регулятор разрежения при ав- матическом управлении, сравнивается на входе регулятора 8 частоты вращения с сигналом фактической частоты вращения от тахогенератора 6, В двигательном режиме, которому соответствуют режим разгона и работа на установившейся частоте вращения, выходной сигнал регулятора 8 имеет положительную полярность. По этому сигналу блок 12 управления инвертором выдает команду на поступление импульсов отдатчика 5 положения ротора в систему 13 импульс- но-фазового управления в порядке, соответствующем двигательному режиму ,,и с углом управления Д, определяемым коммутационной устойчивостью инвертора 4, например, 45°. Величина выходного сигнала регулятора 8 частоты вращения служит также заданием для регулятора 9 выпрямленного тока и сравнивается на его входе с сигналом от датчика 17 выпрямленного тока. Выходной сигнал регулятора 9, определяемый результатом сравнения, воздействует на систему 10 импульсно-фазового управления выпрямителем 2, устанавливая значение его выходного напряжения, соответствующее заданной частоте вращения.

Сигнал задания тока возбуждения USTB, суммируясь на входе регулятора 16 тока возбуждения с сигналом от датчика 17 выпрямленного тока, сравнивается с сигналом отдатчика 18 тока возбуждения. Выходной сигнал регулятора 16 воздействует на вход системы 15 импульсно-фазового управления тиристорным возбудителем 14, определяя требуемое значение тока возбуждения.

Вычислитель 19 угла управления тиристорами инвертора Д вычисляет по сигналам датчика 17 выпрямленного тока, датчика 21 выпрямленного напряжения, датчика 22 напряжения на обмотке статора синхронной машины 1, тахогенератора 6 фактическое значение угла Д в соответствии с выражением

о arccos Udjs 2 n Р КзИл

(1)

где выходное напряжение управляемого выпрямителя;

п - частота вращения;

Ул - линейное напряжение на обмотке статора двигателя;

ldn выпрямленный ток; -, v

«2 - -- - коэффициент, учитываю Пном

щий зависимость индуктивного сопротивления синхронной машины Хан от частоты вращения;

3 V2

Кз коэффициент, определяете

мый схемой инвертора.

Результат вычисления сравнивается на входе компаратора 20 с сигналом задания

угла Use, величина которого выбирается несколько меньшей значения, определяемого установленным блоком 12 управления инвертором, исходя из коммутационной устойчивости инаертора 4 значением 45°. Если выходной сигнал вычислителя 19 меньше, чем сигнал 1)з{|, на выходе компаратора 20 присутствует нулевой сигнал, первый 23 и второй 24 управляемые ключи закрыты и работа вентильного электропривода происходит в описанном нормальном режиме.

В ходе осуществления требуемых технологическим процессом изменений скоростных режимов дымососов в результате неправильных действий оператора, который может задавать слишком резко и слишком большие приращения частоты враа1ения при ручном управлении, или разлаживания автоматического регулятора разрежения при автоматическом управлении, что также приводит к резким и большим по величине изменениям значения частоты вращения, выпрямленный ток idp достигает значений, при которых фактическое значение угла /3 в соответствии с (1) становится большим, чем заданное значение, определяемое блоком 12 управления инвертором и установленное на входе управления компаратора 20, При равенстве или превышении фактическим сигналом /3 заданного значения выходной сигнал компаратора 20 становится равным единичному значению, которое подается на управляющие входы управляемых ключей 23 и 24, последние открываются л шунтируют соответственно секцию 27 резистора в цепи обратной связи регулятора 9 выпрямленного тока и секцию 33 в цеп-и задания регулятора 16 тока возбуждения. Шунтирование секции 27 резистора в цепи обратной связи регулятора 9 выпрямленного тока приводит к увеличению коэффициента усиления регулятора 9 по этому каналу, который определяется в соответствии с выражением

k- -R29 frt

Кртос-.(2)

Это, в сзою очередь, приводит к уменьшению выпрямленного тока dn, так как заданное регулятором 8 частоты вращения по прямому входу, образованному резистором 28(зиачеиметока (убудет уравновешено на входе регулятора 9 сигналом ho каналу обратной связи при меньшем, чем до шунтирований значении выпрямленного тока, благодаря повышению коэффициента усиления регулятора 9 по этому каналу.

Уменьшение выпрямленного тока в соответствии с выражением (1) влечет умень0

5

0

шение фактического значения угла Д а значит, и удаление его из области значений, больших заданного, при которых возникает аварийный режим опрокидывания инвертора, вызывающий отключение вентильного привода защитой, Сохранение работоспособности вентильного привода в рассмотренных режимах повышает его надежность, что необходимо для химических производств с непрерывным технологическим процессом.

Шунтирование секции 33 резистора в цепи задания регулятора 16 тока возбуждения приводит к увеличению коэффициента усиления этого регулятора по каналу задания тока возбуждения в соответствии с выражением

кр„.|5,о)

и, следовательно, к увеличению тока возбуждения, а значит, и потока синхронной машины. Благодаря этому момент и динамические свойства вентильного электро- привода, несмотря на уменьшение выпрямленного тока Id не изменяются, что видно из известного выражения

30

М-КЦФ,

(4)

где Ф- поток синхронной машины;

К-коэффициент пропорциональности, если подобрать соответствующим образом отR29R36

ношение резисторов и .

R27 + R26 R32 + R33

При уменьшении темпа задаваемых приращений частоты вращения до требуемых значений .выпрямленный ток Ida уменьшается, фактическое значение угла {5 на выходе вычислителя 19 также уменьшается, и когда оно становится меньше, чем заданное значение, выходной сигнал компаратора 20 становится равным нулю, управляемые ключи 23 и 24 закрываются,

вводя тем самым в соответствующие цепи секции 27 и 33 резисторов. При этом вентильный электропривод возвращается в исходное состояние.

Таким образом, контроль фактического

значения угла J3 и выработка команды на уменьшение выпрямленного тока Idac соответствующим увеличением тока возбуждения при приближении фактического значения ft к заданному позволяют избежать режимов опрокидывания инвертора при ошибках оператора в задании частоты вращения и связанных с этим отключений вентильного электропривода по защите. Это повышает надежность вентильного электропривода.

что имеет важное значение для электроприводов, используемых в непрерывных технологических процессах химических производств, где недопустимы даже кратковременные остановки оборудования.

Формула изобретения Вентильный электропривод, содержащий синхронную машину, секции якорной обмотки которой подключены через инвертор и сглаживающий дроссель к выходу управляемого выпрямителя, снабженного входом для подключения к сети переменного тока, датчик положения ротора и тахоге- нератор, механически связанные с ротором синхронной машины, задатчик частоты вращения, последовательно соединенные между собой регулятор частоты вращения, регулятор выпрямленного тока и первую систему импульсно-фазового управления, выходом подключенную к управляющему входу управляемого выпрямителя, релейный элемент, входом соединенный с выходом регулятора частоты вращения, вход обратной связи которого подключен к выходу тахогенератора, а прямой вход соединен с выходом задатчика частоты вращения, выход релейного элемента подключен к первому входу блока управления инвертором, второй вход которого соединен с выходом датчика положения ротора, а выход - с входом второй системы импульсно-фазового управления, выходом подключенный к управляющему входу инвертора, обмотка возбуждения синхронной машины подключена к выходу тиристорного возбудителя, вход управления которого соединен с выходом третьей системы импульсно-фазового управления, входом соединенной с выходом регулятора тока возбуждения, датчики тока, один из которых включен в цепь выпрямленного тока управляемого выпрямителя, а другой - в цепь обмотки возбуждения, выход датчика выпрямленного тока подключен к второму входу регулятора выпрямленного тока, образованному резистором обратной связи по выпрямленному току, и к первому входу регулятора тока возбуждения, выход датчика тока возбуждения подключен к второму входу регулятора тока возбуждения, третий вход которого

образован резистором задания тока возбуждения, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем исключения опрокидывания инвертора, введены четырехвходовый вычислитель угла

управления тиристорами инвертора, компаратор, первый и второй датчики напряжения, первый и второй управляемые ключи, а резисторы в цепях второго входа регулятора выпрямленного тока и задания регулятора

тока возбуждения снабжены вторыми сек- циями№ последовательно соединенными с первыми секциями, причем вторая секция резистора в цепи второго входа регулятора выпрямленного тока зашунтирована первым управляемым ключом, вторая секция резистора в цепи задания регулятора тока возбуждения зашунтирована вторым управляемым ключом, управляющие входы ключей подключены к выходу компаратора,

первый вход которого образует вход задания угла управления тиристорами инвертора, а второй вход соединен с выходом вычислителя угла управления тиристорами инвертора, первый вход которого подключен к выходу датчика выпрямленного тока, второй вход - к выходу первого датчика напряжения, подключенного к выходу управляемого выпрямителя, третий вход - к выходу второго датчика напряжения, подключенного к двум фазам синхронной машины, а четвертый вход соединен с выходом тахогенератора.

1

19

Изобретение относится к электротехнике. Цель - повышение надежности путем опрокидывания инвертора. Для этого в вентильный электропривод введены вычислитель 19 угла управления тиристорами инвертора, компаратор 20, первый 21 и второй 22 датчики напряжения, первый 23 и второй 24 управляемые ключи. Резисторы в цепях второго входа регулятора 9 выпрямленного тока и задания регулятора 9 выпрямленного тока и задания регулятора 16 тока возбуждения выполнены секционированными, каждая из секций 27 и 33 этих резисторов шунтирована одним из управляемых ключей 23, 24, управляющие входы которых подключены к выходу компаратора 20, первый вход которого образует вход задания угла управления тиристорами инвертора 4, а второй вход соединен с выходом вычислителя 19 угла управления тиристорами инвертора, первый вход которого под

UK

W

w

39

Ш1

X У

38

и

W

L.

X У

40

W

Уго

.J

Фиг.2