Способ управления асинхронным тяговым электроприводом Советский патент 1992 года по МПК H02P7/62 

Способ относится к электротехнике, в частности к электрооборудованию транспорта, и может быть использован при выполнении тягового асинхронного электропривода электропоездов переменного тока.

Известен способ управления асинхронным тяговым приводом от сети однофазного переменного тока через непосредственный преобразователь частоты с искусственной коммутацией (см. рис.6.2 и описание к нему на с.131 книги Преобразовательные полупроводниковые устройства подвижного состава, авторы Ю.М.Иньков и др., М.: Транспорт, 1982). Недостатками этого способа являются плохие регулировочные свойства при естественной коммутации и

необходимость ввода узла искусственной коммутации для устранения этого недостатка, что снижает энергетическую эффективность привода, так как при этом возникают дополнительные потери мощности и повышенный нагрев элементов преобразователя.

Наиболее близким по технической сущности является способ управления асинхронным приводом от сети однофазного переменного тока через управляемый выпрямитель - фильтр и автономный инвертор тока или напряжения (см. схему рис.12.8 на с.249 указанной книги).

Недостатком этого способа также является плохая энергетическая эффективность

Ч сл о о

оо

при длительной работе на максимальной частоте.

Целью изобретения является улучшение энергетических показателей.

Сущность изобретения заключается в том, что в асинхронном тяговом электроприводе, питающемся от сети однофазного переменного тока через двухполупериод- ный мостовой управляемый выпрямитель, фильтр и автономный трехфазный инвертор, при котором осуществляют искусственную коммутацию тиристоров инвертора, одновременно контролируют частоту на пряжения инвертора, а регулирование частоты контролируемого напряжения осуществляют до максимального значения, не превышающего 1 /3 частоты напряжения сети, дополнительно контролируют ток на выходе выпрямителя и в момент достижения частотой напряжения инвертора 1/3 значения частоты питающей сети, снимают управляющие импульсы и отключают фильтр, коммутирующие конденсаторы инвертора, и с выдержкой времени, равной времени спада указанного тока до нуля, переходят на режим естественной коммутации, включая поочередно по два тиристора противоположных плеч выпрямителя и по три тиристора инвертора - два с одной стороны, один с другой групп моста,

На фиг.1 изображена схема реализации предложенного способа управления при двигателе от трехфазного инвертора тока; на фиг.2 - то же,от инвертора напряжения, Схема устройства на фиг,1 состоит из трансформатора 1, управляемого выпрямителя на тиристорах 2, 3 и 4, 5, управляющие входы которых подключены попарно к формирователю импульсов б, дросселя 7 и конденсатора 8 фильтра, входного дросселя инвертора тока 9, трехфазного тиристорно- го моста инвертора из тиристоров 10,11,12, 13,14,15 и им последовательно включенных диодов 16, 17, 18, 19, 20, 21. К трехфазным выводам моста подключен асинхронный двигатель 22, а между фазами инвертора включены коммутирующие конденсаторы 23, 24, 25, 26,. Ј7, 28. Управляющие импульсы на тиристоры моста инвертора формируются блоком 29. Последовательно в цепи питания моста включен датчик нулевого тока 30, формирующий при нулевом токе ло гический сигнал высокого уровня на входы элементов разрешения работы формирователя импульсов управляемого выпрямителя 31 и формирователя импульсов инвертора 32. Управление формирователем импульсов управляемого выпрямителя предусмотрено от регулятора напряжения 33, выход которого через другой элемент разрешения 34

подключен к разрешающему входу формирователя 6, к которому подключен и выход элемента 31.

Управление формирователями импульсов инвертора предусмотрено от регулятора частоты 35, выход которого через элемент разрешения 36 подключен к разрешающему входу формирователя 29, к кото- рому подключен и выход элемента 32.

0К двум фазам двигателя подключен измеритель частоты 37, к выходу которого под- ключены катушки контакторов 38, 39 Контакты 40, 41 первого шунтируют дроссели 7 и 9 и отключают конденсаторы фильтра

5 8. Контакты 42, 43, 44,45 другого контактора отключают межфазовые конденсаторы 23- 28 инвертора. Выход 37 подключен также через инвертирующие элементы 46, 47 к другим входам разрешающих элементов.

0 соответственно 34 и 36, и через элемент временной задержки 48 - к другим входам элементов разрешения 31 и 32.

Для обеспечения нормального параллельного функционирования выходов эле5 ментов 31, 34 и 32, 36 они отделены диодами соответственно 49, 50, 51, 52.

Схема работает следующим образом. При частоте напряжения на выходе инвертора меньшей максимальной сигнал на вы0 ходе измерителя частоты равен нулю. Катушки контакторов 38, 39 обесточены и контаю 40 разомкнут, а 41-45 замкнуты На выходе элемента временной задержки 48 сигнал равен нулю, и элементы 31, 32 отклю5 чают датчик нулевого тока от разрешающих входов формирователей 6 и 29. На выходе элементов 46 и 47 имеется единичный логический сигнал, и поэтому управление формирователями 6 и 29 осуществляется

0 соответственно ог регуляторов напряжения

33и частоты 35 через элементы разрешения

34и 36.

При этом преобразователь питания асинхронного двигателя работает по систе5 ме управляемый выпрямитель-фильтр-ин- вертор тока с искусственной коммутацией тиристоров инвертора. В момент установления на двигателе частоты напряжения, равной 1/3 частоты напряжения сети, на

0 выходе измерителя 37 устанавливается единичный логический сигнал, сигналы на выходах элементов 34 и 36 принимают нулевой логический уровень, и формирователи 6 и 29 отключаются, снимая сигналы управления с выпрямителя и инвертора. Одновременно

5 запускается элемент временной задержки 48 и срабатывают контакторы 38,39, контактами 40-45 шунтируя дроссели фильтра и . инвертора и отключая конденсаторы фильтра и инвертора.

После определенной временной задержки на выходе элемента 48 появляется единичный сигнал, подключающий через элементы 31, 32 выход датчика 30 к разрешающим входам формирователей 6,29.

Работа управляемого выпрямителя и тиристоров инвертора при этом определяется сигналами датчика 30.

В моментспада тока питания инвертора до нуля на выходе датчика тока появляется единичный логический сигнал, который, попадая на разрешающий вход формировате- лей 6, приводит к включению в положительном полупериоде сетевого напряжения питания тиристоров 2, 3, а на разрешающий вход формирователей 29 - к включению в условно первом положительном полупериоде сетевого напряжения тиристоров 10, 11, 12, во втором по порядку положительном полупериоде тиристоров

12,13, 14, втретьем положительном полупе- риоде тиристоров 14, 15, 10, потом 10, 11, 12 и т,д.

При появлении единичного логического сигнала на выходе датчика в отрицательном полупериоде питающего сетевого напряжения формирователи 6 включают тиристоры 4,5 выпрямителя, а формирователь 29 включает в первом отрицательном полупериоде послеусловно первого положительного полупериода тиристоры 11, 12, 13, во втором отрицательном полупериоде - тиристоры

13,14, 15, в третьем - тиристоры 15, 10, 11 и т.е. два с одной стороны, один с другой групп моста.

Таким образом тиристоры инвертора переходят на режим пофазного распределения однополярных синусоидальных импульсов тока, протекающих по цепи питания моста. Тиристоры моста инвертора работают в режиме естественной коммутации. Так как фильтр, дроссель инвертора и коммутирующие конденсаторы при этом отключены, система работаете максимальным КПД при практически синусоидальном токе питающей сети.

При пофазном распределении тока по изложенному алгоритму частота напряжения двигателя в три раза меньше частоты питающего напряжения.

Схема устройства на фиг.2 состоит из трансформатора 1, управляемого выпрямителя на тиристорах 2,3 и 4,5, управляющие входы которых подключены попарно к формирователю импульсов 6, дроссели 7 и конденсатора 8 фильтра, трехфазного тиристорного моста инвертора из тиристоров 9, 10, 11, 12, 13, 14, им параллельно включенных диодов 15, 16, 17, 18, 19, 20. К трехфазным выводам моста подключен

асинхронный двигатель 21 и выводы узла искусственной коммутации 22. Питание узла 22 осуществляется от дополнительной обмотки 23 трансформатора через выпря- 5 митель 24.

Управляющие импульсы на тиристоры 9-14 формируются блоком 25. Управляющие импульсы на тиристоры узла 22 формируются блоком 26. Последовательно в цепи

0 питания моста включен датчик тока 27, формирующий при нулевом токе логический сигнал высокого уровня на входы элементов разрешения работы формирователя импульсов выпрямителя 28 и формирователя

5 импульсов инвертора 29. Управление формирователем импульсов управляемого вы прямителя предусмотрено от регулятора напряжения 30, выход которого через другой элемент разрешения 31 подключен к

0 разрешающему входу формирователя 6, к которому подключей элеме нта 28.

Управление формирователями импульсов инвертора и узла искусственной коммутации осуществляется регулятором частоты

5 32, выход которого через элемент разрешения 33 подключен к разрешающим входом формирователей 25, 26, причем к входу формирователя 25 подключен и выход элемента 29.

0К двум фазам инвертора подключен измеритель частоты 34, к выходу которого подключена катушка контактора 35 с контактами 36. 37. Контакты 36 шунтирует дроссель фильтра, а контакт 37 отключает

5 конденсатор фильтра. Выход 34 также подключен к входам инвертирующих элементов 38, 39, выходы которых подключены к дру- гим входам разрешающих элементов 31, 33, а также к входу элемента временной задер0 жки 40, выход которого подключен к другому входу элементов разрешения 28, 29 Диоды 41-44 предусмотрены для нормального функционирования элементов разрешения 28, 29, 31, 33.

5Схема на фиг.2 работает следующим образом. Если частота на выходе инвертора меньше максимальной, сигнал на выходе измерителя 34 равен нулю, катушка контактора 35 обесточена и фильтр включен. Управление формирователем 6 сигналов на

0 тиристорах выпрямителя осуществляется от регулятора напряжения 30, а управление формирователями 25, 26 тиристоров моста инвертора и узла искусственной коммутации - от регулятора частоты 32. При этом

5 реализуется частотное регулирование скорости двигателя с искусственной коммутацией инвертора напряжения.

При максимальной рабочей частотедви- гателя, равной 1 /3 напряжения сети, сигнал

на выходе измерителя 34 становится равным логической единице. Срабатывает контактор, контактом 36 шунтируя дроссель фильтра, а контактором 37 отключая конденсатор. Один из сигналов на входах эле- ментов 31 и 33 становится нулевым, и отключается управление формирователями 6 и 25, 26 от регуляторов напряжения и частоты, т.е. прекращается формирование импульсов управления на тиристоры выпря- мителя, моста инвертора и узла искусственной коммутации.

Одновременно запускается элемент временной задержки 40. Когда на выходе элемента 40 появится сигнал высокого логи- ческого уровня, при нулевом токе через датчик 27 (единичный логический сигнал на его выходе) сигналы высокого логического уровня появляются на выходе элементов 28 и 29, запускающих через диоды 42, 43 соответст- венно формирователи импульсов тиристоров выпрямителя и моста инвертора.

При этом внутренняя логика узла 6 обес- печипяет включение при положительном сетевом напряжении тиристоров 2, 3, а при отрицательном - 4, 5. Внутренняя логика узла 25 обеспечивает поочередное включение при каждом запускающем сигнале трех тиристоров: 9, 10, 11; 10, 11, 12; 11, 12, 13; 12, 13, 14; 13, 14, 9; 14, 9, 10; 9, 10, 11... т.е. два с одной стороны, один с другой групп моста.

Таким образом управляемый выпрямитель и мост инвертора переходят в режим пофазного распределения сигналов практи- чески синусоидального тока по фазам двигателя при естественной коммутации тиристоров.

Выключение фильтра, отключение коммутирующих элементов инвертора и переход на естественную коммутацию позволяет примерно на 5% улучшить КПД системы преобразования и в 2-3 раза потери электроэнергии в фильтре и элементах искусственной коммутации инвертора.

Формула изобретения

Способ управления асинхронным тяговым электроприводом, питающимся от сети однофазного переменного тока через двух- полупериодный мостовой управляемый выпрямитель, фильтр и автономный трехфазный инвертор, при котором осуществляют искусственную коммутацию тиристоров инвертора, одновременно контролируют частоту напряжения инвертора, а регулирование частоты контролируемого напряжения осуществляют до максимального значения, не превышающего 1/3 частоты напряжения питающей сети, отличающийся тем, что, с целью улучшения энергетических показателей, дополнительно контролируют ток на выходе выпрямителя и в момент достижения частотой напряжения инвертора 1 /3 значения частоты питающей сети снимают управляющие импульсы и отключают фильтр, коммутирующие конденсаторы инвертора, и с выдержкой времени, равной времени спада указанного тока до нуля, переходят на режим естественной коммутации, включения поочередно по два тиристора противоположных плеч выпрямителя и по три тиристора инвертора - два с одной стороны, один с другой групп моста.

13 21

м,

Jy

Использование: частотное управление синхронным тяговым электроприводом электропоездов переменного тока. Сущность изобретения: способ управления электроприводом, питающимся от сети однофазного переменного тока через двухпо- лупериодный мостовой управляемый выпрямитель, фильтр и автономный трехфазный инвертор, заключается в том, что осуществляют искусственную коммутацию тиристоров инвертора, одновременно контролируют частоту напряжения инвертора, а регулирование частот контролируемого напряжения осуществляют до максимального значения, не превышающего 1/3 частоты напряжения питающей сети, контролируют ток на выходе выпрямителя и в момент достижения частотой напряжения инвертора 1/3 значения частоты питающей сети снимают управляющие импульсы и отключают фильтр, коммутирующие конденсаторы инвертора, и с выдержкой времени, равной времени спада указанного тока до нуля, переходят на режим естественной коммутации, включая поочередно по два тиристора противоположных плеч выпрямителя и по три тиристора инвертора - два с одной стороны, один с другой групп моста. 2 ил. со С

Фиг

ЙС335

иг.2