Электропривод переменного тока Советский патент 1992 года по МПК H02P5/34 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в пуско-регулирующих устройствах.

На фиг. 1 показана блок-схема электропривода переменного тока; на фиг. 2 -схема блока формирования сигнала; на фиг. 3 - диаграммы токов и напряжений в одной фазе.

На диаграммах (фиг. 3) показаны ток фазы (а), напряжение на обмотке двигателя фазы (б), напряжение на тиристорных элементах (в), выходные импульсы датчика состояния тиристоров (г), напряжение на обмотке двигателя после выпрямления диодом (д), преобразованный положительный импульс датчика состояния блока формирования сигнала (е), напряжение, пропорциональное ЭДС вращения, которое пропускается ключом на вход пикового детектора (ж). Электропривод переменного тока содержит трехфазный асинхронный электродвигатель 1, три тиристорных регулятора 2-4 напряжения, включенных в фазе электродвигателя 1, полупроводниковые ключи 5-7, датчики 8-10 состояния, пиковый детектор 11, генератор 12 синусоидального напряжения, блок 13 управления, элемент 14 сравнения. Электропривод также содержит блоки 15-17 формирования сигнала, диоды 18-20, регулируемые резисторы 21-23, трехфазный трансформатор 24 напряжения. Каждые два выхода блока 13 управления

V|

СП

8

2

подключены к управляющим электродам тиристоров тиристорных регуляторов 2-4 напряжения.

Вход элемента 14 сравнения соединен с выходом пикового детектора 11, первый вход которого присоединен к выходу генератора 12 синусоидального напряжения, выход элемента 14 сравнения соединен с входом блока 13 управления. Одни неподвижные пыводы регулируемых резисторов 21-23 заземлены, а другие - присоединены к соответствующим фазным выШдамг вторичной обмотки трехфазного трансформатора 24 напряжения, общие выводы фаз вторичной обмотки которого заземлены. Первые входы полупр юдниковых ключей 5-7 присоединены к анодам соответствующих диодов 18-20, катоды которых присоединены к подвижным выводам соответствующих регулируемых резисторов 21-23.

Вторые входы полупроводниковых ключей 5-7 присоединены к выходам соответствующих блоков 15-17 формирования сигналов, входы которых присоединены к выходам соответствующих датчиков 8-10 состояния тиристоров. Выходы полупроводниковых ключей 5-7 объединены и присоединены к второму входу пикового детектора 11, соответствующие выводы фаз первичной обмотки трехфазного трансформатора 24 напряжения присоединены к соответствующим выводам фаз статорной обмотки электродвигателя 1.

Каждый из блоков 15-17 формирования сигналов содержит компаратор 25, пороговый элемент 26, два инвертора 27 и 28, элемент 2И-НЕ 29, два резистора 30 и 31, два конденсатора 32 и 33. Одни выводы резистора 30 и конденсатора 32 соединены с выходом компаратора 25, входом порогового элемента 26 и одним входом элемента 2И-НЕ 29. Одни выводы резистора 31 и конденсатора 33 соединены с выходом порогового элемента 26 и входом первого инвертора 27, выход которого присоединен к другому входу элемента 2И-НЕ 29, выход которого соединен с входом второго инвертора 28, выход последнего образует выход блоков 15-17, а вход компаратора 25 образует вход блоков 15-17. Другие выводы резисторов 30 и 31 подключены к шине источника питания. Другие выводы конденсаторов 32 и 33 заземлены.

Электропривод работает следующим образом.

В период плавного пуска электродвигателя 1 тиристоры тиристорных регуляторов 2-4 плавно открываются и на выходах датчиков 8-10 состояния появляются сигналы

логической 1, соответствующие закрытому состоя нию тиристоров. Далее логические сигналы через блоки 15-17 формирования сигналов поступают на управляющие входы

полупроводниковых ключей 5-7, замыкая последние. Блоки 15-17 задерживают и укорачивают импульс с датчиков 8-10 состояния на время переходных процессов в моменты включения и выключения тиристоров и ключи 5-7 не пропускают на вход пикового детектора 11 пики коммутационных перенапряжений. Полупроводниковые ключи 5-7 пропускают из фазного напряжения статора полезный сигнал, пропорциональный ЭДС вращения электродвигателя.

ЭДС вращения резисторов 21-23 через диоды 18-20 поступают на полупроводниковые ключи 5-7, а с них на вход пикового детектора 11.

На другой вход пикового детектора 11 подаются от генератора 12 короткие положительные импульсы. На вход пикового детектора 11 поступает преобразованная ЭДС вращения в интервалы времени, когда тиристоры не проводят ток. На этом интервале ЭДС изменяется, принимая минимальное и

максимальное значение. Пиковый детектор 11 запоминает ее максимальное значение на время, определяемое периодом следования обнуляющих детектор импульсов. Частота генератора 12 выбрана меньше, чем

частота поступления на вход пикового детектора 11 значений ЭДС вращения в бестоковые паузы тиристоров от всех трех фаз. Таким образом, на вход пикового детектора 11 поступают значения ЭДС вращения, определенные в бестоковую паузу, причем паузы эти сдвинуты относительно друг друга для трехфазной сети 50 Гц на 120 эл.град. Частота генератора 12 выбрана равной 100 Гц. На выходе пикового детектора 11 получаем максимальное значение ЭДС вращения на интервале 10 мс, затем пиковый детектор 11 обнуляется коротким импульсом генератора 12, пиковый детектор 11 запоминает новое значение ЭДС и хранит его

в течение Юме и далее цикл обнуление-хранение повторяется.

Таким образом, пиковый детектор 11 фиксирует максимальное значение ЭДС

вращения на отрезке времени, равном 10 мс, и подает его на вход элемента 14 сравнения, где оно алгебраически суммируется с сигналом задания и поступает на вход блока 13 управления, сдвигающей соответствующим образом управляющие импульсы тиристоров относительно синусоиды напряжения сети, регулируя напряжение на двигателе.

Блоки 15-17 формирователя работают следующим образом.

Импульс с уровнем логической 1 (фиг. 2) с датчика состояния тиристоров одной из фаз регулятора поступает на вход компаратора 25, начинается заряд конденсатора 32 через резистор 30. Когда напряжение на конденсаторе 32 достигает величины порога срабатывания порогового элемента 5, начинается заряд конденсатора 33 через резистор 31 и напряжение на конденсаторе 33 достигает величины порога срабатывания инвертора 27. На выходе инвертора 27 сигнал с конденсатора 33 инвертируется и поступает на второй вход элемента 29 И- НЕ, на первый вход которого поступает сигнал с конденсатора 32. Выходной сигнал элемента И-НЕ 29 инвертируется инвертором 28, на выходе которого образуется сигнал логической единицы. Сигнал сформирован из средней части входного импульса. Ширина импульса зависит от соотношения постоянных времени интегрирующих цепочек резистор 30 - конденсатор 32 и резистор 31 - конденсатор 33.

Можно рассмотреть работу предполагаемого устройства на примере одной фазы. Кривые диаграмм для всех фаз А, В, С аналогичны, но сдвинуты соответственно между собой на 120 эл.град.

В интервалах времени (1) - (2), (3) - (4) (фиг. 3) тиристоры в фазе выключены и на кривой тока (фиг. 2а) видны разрывы.

В интервалах (2) - (3), (4) - (1) тиристоры проводят ток. В кривой напряжения на обмотке двигателя в интервалах (1) - (2), (3) - (4) видна Огибающая напряжения (ЭДС вращения) с амплитудой меньшей, чем сетевое (фиг. 36). ЭДС наводится на отключенной фазе двигателя магнитным потоком, вызванным током ротора и ее амплитуда пропорциональна скорости вращения ротора. Напряжение на тиристорах (фиг. Зв) вызывает срабатывание датчиков 8-10 состояния тиристоров.

На выходе датчика 8 состояния непроводящий для тиристоров момент времени (интервалы 1-2, 3-4, фиг. 3) формируются положительные импульсы логической Г (фиг. Зг). Выходной импульс с датчика 8 состояния через блок 17 формирования сигна- ла поступает в управляющую цепь полупроводникового ключа 7.

Диод 20 пропускает на полупроводниковый ключ 7 только положительную полуволну ЭДС (фиг. Зд). На фиг. 3 показан преобразованный положительный импульс. На выходе блока 17 формирования сигнала образуется импульс с задержкой по отношению к импульсу с выхода датчика 8 на время

от начала импульса (фиг. Зг) до пунктирной линии и заканчивающейся раньше на время от второй пунктирной до конца импульса. Это позволяет включить полупроводниковый ключ 7 выходным импульсом с блока 17

после прекращения переходного процесса при отключении тиристоров и выключать его раньше, чем начнется следующий переходный процесс. На фиг. Зж показана ЭДС вращения, выделенная из положительной

полуволны фазного напряжения. Эта ЭДС вращения подается на вход пикового детектора 11. Из фиг, Зж видно, что из ЭДС устранены выбросы, вызванные переходными процессами при коммутации тиристоров.

При работе электропривода разгон двигателя при номинальной нагрузке происходит почти линейно во времени и время разгона не зависит от нагруженное™ электродвигателя. Данная схема выделения

ЭДС вращения отличается большей надежностью, так как в ней отсутствунгг дифференцирующие цепи и элемент, моделирующий ЭДС вращения. Это позволяет использовать изобретение во взрывозащищенном

электроприводе с повышенной степенью надежности.

Формула изобретения

1, Электропривод переменного тока, содержащий трехфазный асинхронный электродвигатель, первый тиристорный регулятор напряжения в первой фазе ста- торной обмотки электродвигателя, три полупроводниковых ключа с двумя входами и одним выходом, первый датчик состояния тиристоров первогЪ тиристорного регулятора напряжения, пиковый детектор с двумя входами и одним выходом, генератор синусоидального напряжения и блок управления, двумя выводами подключенный к управляющим электродам тиристорного регулятора напряжения, элемент сравнения, вход которого соединен с выходом пикового

детектора, первый вход которого присоединен к выходу генератора синусоидального напряжения, выход элемента сравнения соединен с входом блока управления, отличающийся тем, что, с целью повышения

надежности, в него введены второй и третий тиристорные регуляторы напряжения, второй и третий датчики состояния тиристоров, три блока формирования сигналов, переходный трансформатор напряжения, три диода, три регулируемых резистора, второй и третий тиристорные регуляторы включены соответственно во вторую и третью фазы статорной обмотки, три регулируемых резистора одни выводы которых заземлены, а

другие, неподвижные, выводы присоединены к соответствующим фазным выводам вторичной обмотки трехфазного трансформатора напряжения, общие выводы фаз вторичной обмотки которого заземлены, первые входы трех полупроводниковых ключей присоединены к анодам соответствующих трех диодов, катоды которых присоединены к подвижным выводам соответствующих регулируемых резисторов, вторые входы полупроводниковых ключей присоединены к выходам соответствующих блоков формирования сигналов, входы которых присоединены к выходам соответствующих датчиков состояния тиристоров, выходы полупроводниковых ключей объединены и присоединены к второму входу пикового детектора, соответствующие выводы фаз первичной обмотки трехфазного трансформатора напряжения присоединены к со- ответствующим выводам фаз статорной обмотки электродвигателя.

2. Электропривод по п. 1, отличающийся тем, что блок формирования сигнала содержит компаратор, пороговый элемент, первый и второй инверторы, элемент 2И-НЕ, первый и второй резисторы, первый и второй конденсаторы, причем одни выводы первого резистора и первого конденсатора соединены с выходом компаратора, входом порогового элемента и одним входом элемента 2И-НЕ, одни выводы второго резистора и второго конденсатора соединены с выходом порогового элемента и входом первого инвертора, выход которого присоединен к другому входу элемента 2И-НЕ, выход которого соединен с входом второго инвертора, другие выводы резисторов подключены к шине источника питания, другие выводы конденсаторов заземлены, вход компаратора является входом блока формирования сигнала, вывод второго интегратора образует выход блока формирования сигнала.

Использование: в пуско-регулирующих устройствах с электроприводом переменного тока. Сущность: устройство содержит три тиристорных регулятора, три полупроводниковых ключа. Пиковый детектор, генератор синусоидального напряжения, блоки формирования сигнала, каждый из которых выполнен на компараторе, пороговом элементе, двух инверторах, элементе 2И-НЕ, двух резисторах и двух конденсаторах. Повышение надежности достигается повышенной точностью измерения ЭДС вращения очектродвигателя и исключением из привода дифференцирующих цепей. В результате обеспечивается плавный разгон электропривода и исключается зависимость времени разгона от нагрузки. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. ел С

-€

Ua

+и„

30

L

о: 4Н :-,9

VA