Тиристорный электропривод постоянного тока Советский патент 1980 года по МПК H02P5/06 H02P13/16 

I

Электропривод относится к электротехнике и может быть использован, например, в приводе подачи станка,а также в системах автоматического ре- с гулирования, применяемых в самых разных областях промышленности.

Современные электроприводы должны обладать высокими динамическими показателями, высокой надежностью и поме-10 хозащищенностью и при этом иметь простую по технической реализаций и надежную в эксплуатации схему управления.

Известен реверсивный тиристорный 5 электропривод постоянного тока, содержащий тиристорный преобразователь, с раздельным управлением группами, две системы фазового управления (СФУ), суммирующий усилитель, логическое 20 устройство (ЛУ) и тахогенератор. Каждая СФУ состоит из последовательно включенных генератора пилообразного напряжения, формирователя импульсов, элемента запрета и усилителя им- 25 пульсов, состоящего из двух каскадов, причем в качестве первого каскада использована логическая схема ИЛИ-И, а второй каскад - это уснли.телъ мощности

В этом электроприводе запрет (блокиЕЮвка на включение) каждой из групп тиристоров осуществляется непосредственно в СФУ. При этом сигнал запрета подается в одну из СФУ тогда, когда есть импульсы управления в другой СФУ, а сигнал защиты от опрокидывания преобразователя в инверторном режиме подается в слу в виде импульсов фиксированной фазы в течение некоторого интервала времени. Длительность этого интервала задается ЛУ,

Однако такой электропривод обладает рядом недостатков. При изменении параметров якорной цепи электродвигателя- (например, при изменении параметров сглаживагацего дросселя), когда неизменная длительность интервала времени окажется недостаточной для спадания тока, в электроприводе возможен режим ко-роткого замыкания и аварийного срабатывания защиты. Если же выполнить ЛУ так-им образом, чтобы величина этого интервала зависола от величины тока якоря, то это несколько усложнит схему ЛУ и электропривода в целом. Кроме того, для Формирования импульсов в таком электроприоде требуется специальная схема геератора пилообразного напряжения, то также приводит к усложнению схеы электропривода. И, наконец, ЛУ 1ектропривода работает таким обраом,-что импульсы фиксированной фазы подаются в усилители мощности СФУ не только в течение того интервала времени, когда тиристорный преобразователь работает в инверторном режиме, но также и в выпрямительном режиме, что требует увеличения мощности выходных каскадов СФУ.

Таким образом,схемная реализация этого электропривода относительно сложна.

Наиболее близким по своей технической сущности к изобретению является реверсивный тиристорный электропривод постоянного тока, выполненный на основе тиристорного преобразователя с раздельным управлением группами, который содержит регулят.ор скорости, регулятор тока с прямым и инверсным выходами, две системы фазового управления, включающие в себя фазосдвигающие устройства и формирователи импульсов управления тиристорами преобразователя, а также логическое устройство с двумя усилителями тока и датчики тока (состояния тиристоров) и скорости 2.

К недостаткам этого электропривода можно отнести следующее. Защита от опрокидывания преобразователя в инверторном режиме осуществляется в нем с помощью специального аналогового сигнала, вырабатываемого в ЛУ в функции тока (либо состояния тиристоров) преобразователя и подаваемого на вход СФУ. Тепловой либо временной дрейф этого сигнала может привести к недопустимому смещению фазы импульсов в инверторном режиме,что,в свою очередь, приведет к опрокидыванию преобразователя и срабатыванию аварийной защиты. Надежность электропривода при этом снижается. Снижается и его помехозащищенность. В самом деле, аналоговый сигнал, вырабатываемый в ЛУ, поступает на вход СФУ, где сравнивается с пилообразным опорным напряжением. Момент их равенства определяет фазу дежурных импульсов . Если аналоговый сигнал содержит импульсную помеху, фаза дежурных импульсов изменится, что может привести к опрокидыванию преобразователя. То есть отсутствие специальных формирователей дежурных импульсов в схеме электропривода (формируются в СФУ так же, как импульсы управления) приводит к снижению ее надежности.

Необходимо отметить, что техническая реализация схемы управления этим электроприводом достаточно сложна.

Таким образом, недостатками этого устроЯства являются сложность схемной реализации, недостаточные поме- хозащищенность и надежность.

Цель изобретения - упрощение схемы электропривода, повышение его надежности и помехозащищенности.

Поставленная цель достигается тем, что в тиристорный электропривод постоянного тока введены дополнительные формирователи дежурных импyлj сов, число которых равно числу основных формирователей импульсов.Кажf дый из этих Формирователей содержит последовательно соединенные дифференцирующую цепь, инвертор и двухвходовую схему совпадения. Каждая система фазового управления содержит

S фазосдвигаквдие устройства и формирователи импульсов управления тиристорами. Фазосдвигающее устройство выполнено в виде интегратора с однонаправленной положительной обратной

(j связью. Выход каждого из интеграторов соединен через дифференциальную цепь и инвертор дополнительного формирователя импульсов с одним из входов схемы совпадения. Выход схемы совпадения связан с формирователем импульсов управления систенял фазового управления. Второй вход той же схемы совпадения соединен с выходом одного из усилителей тока блока логики.

0 На фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема электропривода J на фиг. 2 - импульсная диаграмма работы электропривода.

Электропривод содержит исполнительный двигатель 1, на якорь которого подается напряжение от преобразователя, состояпцего из двух групп тиристоров 2 и 3. С валом двигателя Д механически связан датчик 4 частоты вращения (тахогенератор), а в

якорную цепь электродвигателя 1 включен датчик 5 тока. Якорная цепь тахогенератора соединена с одним из входов регулятора 6 частоты вращения.

5 Выход регулятора частоть вращения , соединен с одним из входов регулятора 7 тока. Другой вход регулятора тока соединен с датчиком 5 тока. Регулятор 7 имеет два выхода: прямой

0 и инверсный (после инвертора 8). Прямой выход регулятора тока соединен с СФУ 9, а инверсный - с СФУ 10. Каждая из СФУ состоит из фазосдвигагацего блока. 11, 12, выполненного в виде интегратора с однонаправленной положительной обратной связью, и формирователя 13, 14 импульсов управления. Каждый из формирователей 13, 14 импульсов управления состоит из дифференцирующей цепи 15, 16, двух схем

0 И-НЕ 17, 18, 19, 20 и усилителя 21, 22 мощности. . Выход фазосдвигакжцего блока 11 соединен с дополнительным формирователем 23 дежурных импульсов (ФДИ) , а выход фазосдвигаиодего

5 блока 12 - с ФДИ 24. Каждый из ФДК, содержит дифференцирующую цепь 25,2 схему Й-ИЛИ 27,28 и схему И-НЕ 29, 30. Выход ФДИ 24 соединен со входом схемы И-НЕ 20 формирователя 14 импульсов управления, а выход ФДИ 23 со входом схемы И-НЕ 19 формировате ля 13 импульсов управления. Выход датчика 5 тока соединен со входгини логического блока (ЛБ) 31 посредством соединения с инвертирующим вход усилителя 32 тока и инвертирующим входом усилителя 33. На усилители 34 и 35 ЛБ подаются сигналы управле ния с выходов регулятора 7 и инвертора 8 соответственно. Команды запрета неработающей группы формируются на основе информации о наличии тока якоря двигателя и полярности сигнала управления с помощью логических схем 36-41. Эти команды пода ются с выхода ЛБ на входы схем И-НЕ 17 и 18 формирователей импульсов СФУ 10 и 9. Команды разрешения прохождения дежурных импульсов подаютс с выходов усилителей 32 и 33 тока ЛБ на входы схем И-НЕ 30 и 29 ФДИ. Электропривод работает следуквдим образом. Направление вращения вала двигателя 1 и, следовательно, выбор ра отающей группы тиристоров 2 или 3, а также еФУ 9 либо 10 осуществля ется в соответствии с полярностью сигнала управления и, на выходе регулятора 7 тока { 0 - на выходе инвертора 8). Так, например при отриц тельном Uxj работает СФУ 9, при положительном и(отрицательном Оу) СФУ 10. В отрицательный полупериод напряжения синхронизации (j фазосд вигающий блок 11(12) работает в ре.жиме интегратора до тех пор, пока выходное напряжениеУфцС ифсг) остаетс отрицательным. После перехода через нуль вступает в действие однонапра ленная положительная обратная связь и напряжение Оф () скачком дости гает своего положительного максимума. С началом положительного полупе риода синхронизации напряжение UCVIH, через диод подается на вход фазосдви гаквдего устройства. При этом выходное напряжение U (Ьфз) скачком дос тигает своего отрицательного максиму ма. Положительный фронт напряжения Оф (U() служит для формирования импульсов управления, а отрицательный - для формирования дежурных импульсов. Время интегрирования, а следовательно, и фазовый сдвиг импульса управления определяется величиной сигнала . Начальная фаза импульса управления устанавливается с помощью цепи отрицательного смещения ОСА. На выходе дифференцирукяцей цепи 15 (16) есть и положительные узкие импульсы d g () Однако логическая схема И-НЕ 17 (18) пропускает лишь положительные импульсы, причем в том случае, когда на эту схему с ЛБ приходит сигнал разрешения (отсутствия запрета) UE- -На выходе дифференцирующей цепи 25 (26) угакже присутствуют и положительные и отрицательные узкие импульсы. Через резистор выход дифференцирукедей цепи 25 (26) подключен к источнику питания Of,, поэтому схема И-ИЛИ 27 (28) реагирует лишь на отрицательные импульсы. С ее выхода узкие дежурные импульсы поступают на вход схемы И-НЕ 29 (30), команда разрешения Uj+ + ( и ) поступает с усилителя 33(32) тока на другой вход той же схемы.С выхода ФДИ 23(24) дежурные импульсы поступают на вход схемы И-НЕ 19(20) и далее на усилитель 21(22) мощности. На фиг. 2 показано трехфазное синхронизирующее напряжение UCMH. / « иБ Uc синхронизирующие напряжения СФУ 9 (при трехфазном нулевом тиристорном преобразователе в состав каждого СФУ входят три фазосдвигающих блока и три формирователя импульсов), aU0,Ug, Uc синхронизирующие напряжения СФУ 10.Оф - выходное напряжение того фазосдвигающего устройства, которое синхронизируется напряжением Уд , а иф2- того блока, которое синхронизируется фазой Уд. Предположим, что в первый момент времени имеет отрицательную полярность, соответственно - положительную. Тогд1а в отрицательный полупериод синхронизирующего напряжения U( наклоном, определяемым величиной , доходит до О и затем под действием положительной обратной связи скачком достигает своего положительного максимума. На СФУ 10 при этом подается небольшое (ограниченное по величине диодом) положительное О , поэтому иф2 доходит до О лишь в самом конце отрицательного полупериода U д. На выходе дифференцирующей цепи 15 образуются узкие импульсы. Аналогичные импульсы образуются на выходе дифференцирующей цепи 25. Схема И-НЕ 17 пропускает импульсы управления, Сформированные из положительных импульсов оСЭ1, так как в это время на схему 17 с ЛУ подается сигнал разрешения :UB2. 1- На схему И-НЕ 29 ФДИ 23 с усилителя 33 подается запрето1д О в те моменты времени, когда на другой вход схемы 29 поступают дежурные импульсы, сформированные из отрицательных импульсовoL91 . Поэтому на входе ФДИ 23 дежурные импульсы отсутствуют и на выходе трех формирователей 13 импульсов присутствуют только импульсы управления (утолщенные импульсы о1д,сА. ц ,сАС, фиг. и). На выходе ФДМ 24 в этот момент также нет дежурных импульсов, так ка- на схему И-НЕ 30 от усилителя 32 подается запрет О в те моменты времени, кога на другой вход схемы И-НЕ 30 поступают дежурные импульсы, сформированные из отрицательных импульсов {1з2 До сих пор рассматривался выпрямительный режим работы группы тирисТ9РОВ 2. Группа тиристоров 3 при этом была заперта. Теперь предположим, что пришла команда на снижение скорости двигателя до некоторого уровня. Сигнал управления при этом меняет знак. Поскольку в момент из- . менения знака ток якоря lj) был равен Of ЛВ в тот же момент переходит в состояние. противоположное предшествовавшему, то есть теперь ив2. О, tl|j 1. На схему И-НЕ 19 СФУ 9 подается запрет, поэтому импульсысбз-f не могут пройти на выход этой схемы. Импульсные управления перестают подаваться в группу тиристоров 2. в то же время со входа схемы й-НЕ 20 СФУ 10 снимается запрет, с ЛУ подается команда разрешения 0 1. Группа тиристоров 3 начинает рабьтать в инверторном режиме. При этом разрешены не только импульсы управления (утолщеннее импульсы оСд, tjLg ,oLg ) . но и дежурные {а1д ,с(.в с(,с показанные на тонких линиях-на фиг. 2). В самом деле, в это время 1), 1 и на схему И-НЕ 30 ФДИ 24 поступает команда разрешения. Инверторный угол зажигания тиристоров, соответствующий дежурному импульсу, для трехфазной нулевой схемы составляет обычно 30 эл..град. и .обеспечивает безопасное инвертирование. Поскольку U О Дежурные импульсы на выходе ФДИ 23 отсутствуют.

В тот момент времени, когда скорость двигателя снизится до заданного уровня, полярность сигнала U-, изменится. Однако ток к этому моменту не спадает до нуля. Поэтому переключение СФУ и групп тиристоров невозможно. На вход СФУ 10 теперь поступет небольшой положительный сигнал. Напряжение на выходе интегратора с однонаправленной положительной обраной связью Uqij не заходит в область положительных значений. Поэтому среди импульсов dgj теперь только отрицательные импульсы. Они поступают на инвертор 28 ФДИ 24. С выхода ФДИ 24 дежурные импульсы поступают в формирователь 14 импульсов управления. Таким образом, коммутация тири.торов в этом режиме осуществляется с помощью дежурных импульсов. После спадания тока якоря до нуля ЛУ снимает с СФУ и подает его с СФУ 10:1)1 0,0ва 1- Группа тиристоров 2 теперь снова работает в выпрямительном режиме, а работа группы 3 запрещена.

Изобретение позволяет исключить ИЗ схемы управления злектроприводом

генераторы пилообразного напряжения и формировать как импульсы управления, так и дежурные импульсы из выходного сигнала фазосдвигакмего устройства.

J Выполнение фазосдвигающего устройства в виде интегратора с положительной однонаправленной обратной связью значительно снижает действие помезС на входе электропривода, так как в этом устройстве сдвиг фазы осуществляется не за счет сравнения управляющего напряжения с опорным, а за счет интегрирования управляюсдёго напряжения.

, Формула изобретения 5 Тиристорный электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель, реверсивный тиристорный преобразователь с раздельным управлением группами преобразователя и схему 0 управления, состоящую из последова-г тельно соединенных регулятора частоты вращения, регулятора тока с прямым и инверсным выходами, двух систем фазового управления, включаххдих 5 в себя фазосдвигающие блоки и формирователи импульсов упргшления тиристорами, из блока логики с двумя усилителями тока и датчиков тока и частоты вращения, подключенных ко вхоQ дам соответствукицих регуляторов, о тличающийся тем/ что, с целью упрощения и повышения помехозащищенности и надежности, в него введены дополнительные формирователи - импульсов, число которых равно числу основных формирователей импульсов, каждый из которых содержит последовательно соединенные дифференцируют щую цепь, инвертор и двухвходовую схему совпадения, а кажднй фазосдви0 гающий блок выполнен в виде интегратора с однонаправленной положительной обратной связью, причем выход каходого из интеграторов соединен через дифференцирующую цепь и инвертор 5 дополнительного формирователя импульсов с одним из входов совпадения, выход которой связан с формирователем импульсов управления системы фазового управления, а другой Q вход той же схемы совпадения соединен с выходом одного из усилителей тока блока логики.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР 509966, кл. И 02 Р 5/06, 1973.

2. Козин В.М.иМарченко Я.Е. Управлякхцие устройства тиристорных преобразоватепей для электроприводов постоянного тока. М., Энергия, 1971, с. 38-48.

(1ф,

ddtAl

...

-...°V

/-UUl

/dZL

ifo

UULL

nnri