Статический преобразователь частоты для синхронного электропривода Советский патент 1979 года по МПК H02M5/297 

(54) СТАТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ДЛЯ СИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Изобретение относится к эпектротехнике и электротехнической промьшшеннос ти и может быть использовано дпя стабилизации н регулирования оборотов синхронных двигателей в различных система привода, например, двигатель-генераторов гидроаккумулирующих станций, и -синхронных приводов мощных и сверхмощных компрессоров. Известен преобразователь частоты, содержащий управляемый вьшрямитель, питаемый от сети переменного тока, выход которого через сглаживающий реактор и инвертор тока с отсекающими диодами подключен к синхронной машине l. Частота вьгходного напряжения преобразователя определяется частотой импульсов управления инвертором, которые в стационарных режимах могут задаваться независимо, так как коммутационная устойчивость инвертора обеспечивается включением в его силовую схему специальных коммутирующих конденсаторов. Мощность этих конденсаторов значительна и может составлять до 30% мощности двигателя, что увеличивает габариты, вес и стоимость преобразователя, усложняет его силовую схему. Перечисленн|ые недостатки ограничивают область применения подобных преобразователей. Известен также статический преобразователь частоты для синхронного электропривода, который содержит управляемый вьшрямитель, питаемый от сети переменного тока, выход которого через сглаживающий реактор подключен к входным шинам инвертора тока, систему управления вьшрямителем,систему управления инвертором, датчик тока в силовой цати преобразователя и первый сумматор, выход которого соединен со входом системы управления вьшрямителем L2j. В известном преобразователе на один вход сумматора подается сигнал задания по частоте, а на другой вход - сигнал, пропорциональньй выходной частоте преобразователя, причем на вход системы управления инвертором поступают импупь сы с выхода датчика положения ротора, . закреппенногч ва валу синхронной машины. Коммутация тиристоров инвертора осуществляется с помощью противо - ЭД синхронной машины, что предопределяет простоту силовой схемы инвертора (отсу ствуют отсекающие диоды и коммутирую щие конденсаторы). Недостатком известного устройства является то, что оно не обеспечивает точной стабилизации частоты выходного напряжения преобразователя, а следовательно, не может быть использовано для синхронизации частоты выходного напряже ния преобразователя с частотой источника опорной частоты или питающей преобра зователь сети переменного тока. . Целью изобретения является стабилизация частоты выходного напряжения преобразователя при сохранении коммутационной устойчивости инвертора в стационарных режимах. Для этого в статический преобразова тель частоты для синхронного электропривода, содержащий управляющий вьшря митепь, питаемый от сети переменного тока, выход которого через сглаживающий реактор подключен к входным шинам инвертора тока, систему управления выпрямителем, систему управления инвертором, датчик тока в силовой цепи пре образователя и первый сумматор, вькод которого соединен со входом системы управлйиия вьшрямителем, дополнительно введены источник опорной частоты, второй сумматор и фазочастотньй дискри, минатор, причем один вход фазочастотно го дискриминатора подключен к выходу преобразователя, другой - к выходу ис точншса опорной частоты, выход - к од ному из входов второго сумматора, другой вход которого соединен со входо инвертора, выход второго сумматора сое динен со входом системы управления инвертором, один вход первого сумматора подключен к .выходу датчика тока, а на другой вход подключен выход задатчика тока в силовой цепи преобразователя. Такая организация системы регулирования позволяет стабилизировать частоту ВЫХОДН01Х) напряжения преобразователя и синхронизировать ее с частотой источ ника опорной частоты или с чайтотой сети переменного тока, в частности, с сетью, питающей преобразователь. При этом коммз тация тиристоров силовой схемы инвертора обеспечивается противо- ЭДС синхронной мащины, поэтому не требуется установка коммутирующих емкостей. На фиг. 1 представлен предлагаемый преобразователь, принципиальная электрическая блок-схема; на фиг. 2 - диаграммы напряжений в различных, точках схемы, поясняющие ее работу. Статический преобразователь синхронного электропривода содержит управляемый вьтрямитель 1, питаемьй от сети 2 переменного тока. На входе преобразователя включен датчик 3 тока в силовой цепи преобразователя, выходной сигнал которого поступает на один из входов первого сумматора 4, на другие входы которого подаются сигнал положительной обратной связи по напряжению на входных шинах инвертора 5 тока, который снимается с депитепя 6 и сигнал задания по току в силовой цепи преобразователя. Вьтрямитель 1 соединен с инвертором 5 через сглаживающий реактор 8. Регулирование выходного напряжения вьшрямителя 1 осуществляется системой 9 управления вьшрямителем. На вход системы Ю управления инвертором поступает сигнал с выхода второго сумматора 11, который определяет частоту выходного напряжения преобразователя, нагруженного на синхронную машину 12. На входы сумматора11 поступают сигналы положительной обратной с вязи по напряжению на входных щинах инвертора 5 тока и сигнал с выхода фазочастотно го дискриминатора 13, один из входов которого подключен к источнику 14 опорной частоты. Источник 14 опорной частоты может состоять, напримф, из задающего генератора 15 и кольцевого распределителя 16, с выходов которого поступает сигнал на управляемые ключи 17 фазочастотно го дискриминато5за 13, питаемого через трансформатор 18 выходным напряжением преобразователя. Блок 19 ограничения диапазона изменения угла управления инвертором также питается через трансформатор 1 в, а синхронизируется системой 10 управления инвертором. Преобразователь работает следующим образом. На выхода сумматора 4 формируется сигнал, обеспечивающий работу выпрямителя 1 в режиме, токоограничения, т.е. в режиме стабилизации вькодного тока вьшрямителя , а следовательно, и вход- ного тока инвертора 5 (фиг.2,ж). При отсутствии сигнала с выхода фазочастотного дискриминатора 13 (фиг.2,в) частота выходного напряжения преобразо- 5 вателя определяется коэффициентом обратной связи по напряжению на входных шинах инвертора (фиг. 2,6), который выбирается таким образом, что в заданном диапазоне изменения нагрузки, например, момента сопротивления на валу синхроннок машины, угол инвертирования Ч (угол между первыми гармониками выходного тока и напряжения преобразователя) всегда больше некоторого мини- мально допустимого угла инвертирования, что и обеспечивает коммутационную устойчивость инвертора. На выходе фазочастотного дискриминатора 13 (фиг. 2,в) формируется сигнал, пропорциональный интегралу от раз ности частоты напряжения на выходе пр образователя и частоты импульсов на в ходе источника 14 опорной частоты (фиг.2,г). При отклонении частоты выходного напряжения преобразователя от частоты на выходе источника опорной частоты сигнал с фазочастотного дискриминатора изменяет угол инвертирования Ч таким образом, что,например, при умен шении частоты выходного напряжения преобразователя, угол инвертирования Ч также уменьшаете:-, при этом подводима к нагрузке мошность (1(3 вых ° увеличивается, что приводит, например, к увеличению электромагнитного момент на валу сшссронной машины и ее скорости, т.е. к увеличению частоты выходного напряжения преобразователя. Таким образом, при постоянстве час тоты на источника опорной частот часточв напряжения на выходе преобраз вателя также будет постоянной и равной ему, причем при изменениях момента нагрузки на валу синхронной машины будут изменяться как сигнал с выхода фазочастотного дискриминатора 13, так и сигнал положительной обратной связи по напряжению на входных шинах инвертора, однако среднее значение сигнала на выходе сумматора 11 будет оставаться постоянным. Частота пульсаций вьгходного напряжения фазочастотного дискриминатора равна (или кратна) частоте пульсаций напряжения на входных шинах, инвертора тока (в данном случае частота пуль-

находился в пределах, обеспечивающих коммутационную устойчивость инвертора в стационарных режимах.

При необходимости точно фиксировать частоту выходного напряжения преобразователя, аадаюш гй генератор 15 может быть стабилизирован кварцем.

Блок 12 ограничения диапазона изменения угла управления инвертором выраcauroi равна шестикратЕЮн частоте выходного напряжения преобразователя). Диапазон изменения вькодного сигнала фааочастотного дискриминатора 13 выбирается таким образом, чтобы диапазон изменения уг/ю инверт фования батывает широким икшульсом (бОэл.град.), которые в случае выхода угла инвертирования Ч за пределы, обеспечиваюшие естественную коммутацию тиристоров силовой схемы инвертора, поступают на вход системы управления инвертором и синхронизируют ее работу. Положение этах импульсов для одного линейного напряжения на выходе инвертора (фиг.2,д) показано на фиг. 2,е. На фиг. 2, а показано напряжение на выходе управляемого вьшрямителя. При изменении момента нагрузки, например, на валу синхронной машины, величина этого напряжения также изменяется, а ток на выходе вьщрямителя остается постоянным. Уставка 7 по току в силовой цели преобразователя выбирается из условия работы с номинальной нагрузкой, например, синхронной машины, при номинальной частоте и может корректироваться в зависимости от угла. Таким образом, в данном преобразователе обеспечивается точное поддержание частоты выходного напряжения при сохранении коммутационной и статической устойчивости инвертора. В прототипе такая стабилизация частоты в принципе невозможна, так как в качестве регулирующего воздействия используется именной сигнал разности напряжения пропорциональный опорной частоте и напряжения и выходной частоте преобразователя. Частота выходного напряжения предлагаемого преобразователя однозначно связана с частотой выходных импульсов задаюшего генератора 15, т.е. может задаваться независимо, что позволяет объединить в данном преобразователе достоинства преобразователей с искусственной коммутацией (независимое задание частоты) и преобразователей с ее- тественной коммутацией с помошью противо-ЭДС синхронной машины (простота силовой схемы, надежность). Формула изобретения 1. Статический преобразователь частоты для сшосровного электропривода, со дерзкаший управляемый вьшрямитель, питаемый от сети переменного тока, вых которого через сглаживающий реактор подключен к вxoдньпv шинам инвертора тока, систему управления выпрямителем, систему управления инвертором, датчик тока в силовой пвпи преобразователя, первый сумматор, выход которого соедин со входом системы управления вьшрямителем и задатчик товса в силовой цепи преобразователя, отличающнйс я тем, что, с целью стабилизации час

тоты выходного напряжения преобразователя при сохранении коммутационной устойчивости инвертора в стационарных режимах, в преобразователь дополнительно введены источник опорной частоты, второй сумматор и фазочастотаый дискриминатор, причем один вход фазочас то-того дискриминатора подключен к выходу преобразователя, другой - к выходу источника опорной частоты, выход - к одному из входов второго сумматора, другой вход которого соединен со входом инвертора, выход второго сумматора соединен со входом системы управления инвертором.

а выход - к одному из входов второго сумматора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1,Экспресс-информация Автоматизированный электропривод, электротехнология и электроснабжение промышленных предприяти /, М., ВИНИТИ, 1974.. № 25, с. 14-19.

ггг

Z с( /// fff

fff

TW4

а

ЛЛ 4--4NN Nr4N

/1

Л