Устройство для управления реверсив-НыМ ВЕНТильНыМ элЕКТРОпРиВОдОМ Советский патент 1981 года по МПК H02P5/06 

1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах управления реверсивными вентильными электроприводами.

В.промышленности широко применяются реверсивные вентильные электроприводы как с раздельным управлением двухкомплектным вентильным преобразователем, так и с переключателем (реверсором) в цепи якоря двигателя.

Эти электроприводы содержат реверсивный тиристорный выпрямитель, выполненный обычно по мостовой схеме с раздельным управлением мостами, либо нереверсивный выпрямитель, содержаший один, мост и переключатель (реверсор) в цепи выпрямленного напряжения. При большой мощности привода применяется последовательное или параллельное соединение мостов.

В качестве нагрузки выпрямителей используется в основном двигатель постоянного тока независимого возбуждения с однозонным нлидвухзонным регулированием частоты враш.енйя. В последнем случае регулирование частоты вращения двигателя выше номинальной осуществляется уменьшением потока возбуждения двигателя. Питание обмотки возбуждения двигателя осуществляется обычно от вентильного (тиристорного) возбудителя. Датчиком частоты вращения двигателя служит тахогенератор 1.

Недостатком указанного электропривода является недостаточная надежность при инвертировании. Наиболее частой причиной, вызь1вающей срыв инвертирования (опрокидывание инвертора) является внезапное понижение напряжения сети переменного тока при инвертировании.

Внезапное снижение напряжения питающей сети переменного тока вызывает увеличение тока преобразователя, работающего в инверторном режиме. Это приводит к увеличению углов коммутации и, если инвертирование происходит при небольших углах Д опережения включения инвертора, угол коммутации становится больше угла /, и инвертор опрокидывается.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство управления вентильным электроприводом, содержащее реверсивный вентильный преобразователь в цепи якоря электродвигателя, нереверсивный тиристорный преобразователь в цепи обмотки возбуждения электродвигателя. Система управления содержит типовые элементы управления вентильным приводом: блок импульсно-фазового управления, усил тель этого блока, компаратор, блок задания частоты вращения, датчик частоты вращения, выполненный в виде тахогенератора, блок зависимого регулирования возбуждения двигателя. Кроме типовых элементов управления, система управления содержит датчик инверторного режима. При нарущеНИИ инвертирования устройство автоматически выдает отпирающие импульсы на последующий по порядку включения тиристор, что приводит к увеличению угла Д и воестановлению нормальной коммутации инвертора 2. Недостатком указанного устройства является то, что автоматическое увеличение угла при неизменной ЭДС электродвигателя приводит к лавинообразному увеличению инвертируемого тока. Указанное явление особенно опасно в приводах с двухзонным регулированием частоты вращения при торможении электродвигателя со скоростью выще номинальной, так как в этом случае одновременно с уменьшением частоты вращения электродвигателя возрастает его магнитный поток, и ЭДС электродвигателя в течение времени торможения до номинальной частоты вращения остается неизменной. Таким образом, устройство обладает недостаточной надежностью при инвертировании, особенно при двухзрнном регулировании частоты вращения электродвигателя. Цель изобретения - повышение надежности работы устройства для управления вентильным электроприводом при инвертировании. Указанная цель обеспечивается тем, что устройство для управления вентильным элек троприводом, содержащее реверсивный вентильный преобразователь, включенный в цепь якоря электродвигателя постоянного тока, нереверсивный вентильный преобразователь, включенный в цепь обмотки возбуждения упомянутого электродвигателя, последовательно соединенные между собой блок задания частоты вращения двигателя, ком- ., паратор, усилитель и блок импульсно-фазового управления, выход которого подключен к реверсивному j вентильному преобразователю, к другому входу блока импульсно-фазового управления подключен блок коррекции инверторного режима, последовательно 50 соединенные вторые усилитель и блок импульсно-фазового управления, выходом подключенный к нереверсивному вентильному преобразователю, датчик частоты вращения электродвигателя, блок зависимой регулировки возбуждения электродвигателя, вход которого подключен к реверсивному вентильному преобразователю, а выход - к первому входу второго усилителя, и датчик инверторного режима, один вход которого соединен с датчиком частоты врашения электродвигателя и вторым входом компаратора, а другой вход датчика инверторного режима подключен ко второму входу блока задания частоты вращения, снабжено датчиком напряжения сети, логическим элементом И, однофазным мостовым выпрямителем, пороговым элементом и дифференцирующим элементом, причем один вход логического элемента И через пороговый элемент и однофазовый мостовой выпрямитель подключен ко второму входу компаратора, второй вход логического элемента И подключен к выходу датчика инверторного режима, третий вход указанного элемента через дифференцирующий элемент соединен с датчиком напряжения сети, выход логического элемента И соединен со вторым входом второго усилителя и со своим третьим входом. На чертеже изображено устройство для управления реверсивным вентильным электроприводом, схема. Схема содержит двигатель 1 постоянного тока независимого возбуждения, якорь которого подключен к реверсивному вентильному преобразователю 2, а обмотка возбуждения - к нереверсивному вентильному преобразователю 3. Система управления содержит блок 4 импульсно-фазового управления преобразователем 2 и блок 5 импульсно-фазового управления преобразователем 3. К входам упомянутых блоков подключены соответственно выходы усилителей 6 и 7. Кроме того, ко второму входу блока 4 подсоединен выход блока 8 коррекции инверторного режима. Вход усилителя 6 подключен к выходу компаратора 9, входы которого присоединены к блоку to задания скорости и тахргенератору 11, механически связанному с валом двигателя 1. Тахогенератор 11 подключен, кроме того, к диагонали переменного тока однофазного мостового выпрямителя 12 и к одному из двух входов блока 13 определения инверторного реж.има. Второй вход блока 13 соединен со вторым выходом блока 10. Выход однофазного мостового выпрямителя 12 через стабилитрон 14 соединен с одним из трех входов логического элемента И 15, второй вход которого л 1 сrtrr-f V f l -п-апп .rt « ключен к выходу блока 13, а третий вход через конденсатор 16 связан с выходом датчика 17 напряжения питающей сети. Выход логического элемента И 15 соединен с одним из трех входов усилителя 7 и собственным третьим входом. Ко второму входу усилителя 7 подключен выход блока 18 зависимого управление возбуждением двигателя, вход которого включен на зажимы вентильного преобразователя 2. Ко входу блока 10 подключено задающее напряжение Uj, а к третьему входу усилителя 7 - эталонное напряженке U. Устройство работает следующим образом. При нулевом сигнале .задания скорости и О вентильный преобразователь 2 заперт и выпрямленное напряжение на якоре двигателя 1 равно нулю. На вход усилителя 7 подано постоянное напряжение U, под действием которого выходной сигнал усилителя обеспечивает открытие вентильного преобразователя 3 с углом iC, соответствующим номинальному напряжению возбуждения двигателя. Таким образом, в состоянии готовности к работе по обмотке возбуждения двигателя протекает номинальный ток. Появление отличного от нуля сигнала задания Uj т О на входе блока 10 вызывает формирование по линейному закону напряжения на его выходе, т. е. блок 10 представляет собой задатчик ускорения привода (задатчик интенсивности), являющийся типовым элементом систем вентильного привода. Сигнал с блока 10 сравнивается в компараторе 9 с сигналом обратной связи по скорости, снимаемым с тахогенератора 11, и их алгебраическая сумма поступает на вход усилителя 6. Усилитель 6 управляет работой блока импульсно-фазового управления 4, следовательно, выходной сигнал усилителя 6 определяет величины углов elf в обоих комплектах вентилейпреобразователя 2, т. е. определяет величину и полярность подводимого к якорю двигателя 1 напряжения. Кроме описанного выше канала регулирования скорости привода обычно предусматривается в канал регулирования тока, тоже являющийся ти повым элементом системы регулирования. Разгон привода до скорости, близкой к номинальной, происходит при неизменной величине тока возбуждения двигателя. Когда напряжение на якоре достигнет 90- 95% от номинального, на выходе блока 18 зависимого управления возбуждением двигателя появляется сигнал, действующий встречно сигналу Us. В результате усилитель 7 изменяет свой выходной сигнал в сторону уменьшения тока возбуждения - происходит разгон двигателя до максимальной скорости. Таким образом, в схеме предусмотрено зависимое регулирование возбуждения двигателя, что также является типовым решением и применяется в серийных электроприводах. При частоте вращения двигателя выще 0,9 от номинальной, сигнал с тахогенератора 11, поступающий на стабилитрон 14 через однофазный мостовой выпрямитель 12, выполненный на диодах, становится вы-, ше напряжения стабилизации стабилитрона, т. е. на первом входе логического элемента И 15 появляется напряжение. При переходе двигателя в тормозной режим (инвертирование) соотношения между модулями сигналов на входе блока 13 таковы, что на его выходе появляется напряжение, поступающее на второй вход логического элемента И (при инвертировании модуль сигнала с тахогенератора больше модуля сигнала с блока 10, т. е. фактическая скорость больше заданной). При стабильном или превышающемся в процессе инвертирования напряжении еети сигнал на выход.е датчика 17 напряжения равен нулю, поэтому логический элемент И 15 остается выключенншм. Однако даже кратковременное снижение напряжения в сети переменного тока вызывает появление напряжения на выходе датчика 17, которое через дифференцирующий конденсатор 16 попадает на третий вход логического элемента И. Совпадение сигналов на всех тре. входах логического элемента И приводит к появлению логической единицы на его выходе и одновременному блокированию по треьему. входу наличия обратной связи с выхода на вход. Единица на выходе логического элемента И будет до тех пор, пока не исчезнет сигнал на одном из двух первых входов его. Это произойдет в двух случаях: при прекращении инвертирования (выход блока 13 равен нулю), либо при уменьшении частоты вращения двигателя до 0,9 от , номинальной стабилитрон 14 заперт. ГГрк такой частоте вращения углы инвертирования уже Достаточно велики и возможность опрокидывания инвертора даже при 10- 15% колебаниях напряжения сети практически исключена. Появление логической единицы на выходе логического элемента И 15 вызывает мгновенное изменение сигнала усилителя 7, переводящее преобразователь 3 в инверторный режим. В результате форсированно уменьшается ток возбуждения работающего в тормозном режиме двигателя. Как известно, ток якоря двигателя в тормозном режиме равен .H RS где Ijl - ЭДС двигателя (Eg6 Kef- «0; -противоЭДС инвертора (Ес1и EdM cosjg); -эквивалентное .сопротивление якорной цепи; магнитный поток; -частота вращения двигателя; -максимальная ЭДС инвертора; Д - угол опережения включения инвертора. Уменьшение пряжения питающей сети ызывает уменьщение и, как видно из приеденной формулы, увеличение тока якоря я торм ч™ свою очередь, может вывать нарущение коммутации инвертора, так ак при большом токе угол коммутации танотатся больше yrnajf. В этом случае блок 8 срабатывает и выдает импульс на включение очередных тиристоров инвертора, что приводит к увеличению угла. Однако, как видно из формулы, увеличение вызывает еще больший рост тормозного тсЛа, что может привести к повторному нарушению инвертирования, либо просто к недопустимым для двигателя и преобразователя токам. Устройство одновременно со срабатыванием блока 8 переводит преобразователь 3 в инверторный режим, что обеспечивает форсированое уменьшение потока возбуждения а значит и ЭДС двигателя. При одновременном увеличении угла f и уменьшении I торм. не увеличивается. Таким образом, предлагаемая схема повышает надежность инвертирования. Формула изобретения Устройство для управления реверсивным вентильным электроприводом, содержащее реверсивный вентильный преобразователь, включенный в цепь якоря электродвигателя, нереверсивный вентильный преобразователь, включенный в цепь обмотки возбуждения электродвигателя постоянного тока, последовательно соединенные между собой блок задания частоты вращения, компаратор, уси литель и блок импульсно-фазового управления, выход которого подключен к реверсив ному вентильному преобразователЪ, к другому входу блока импульсно-фазового уп равления подключен блок коррекции инверторного режима, последовательно соединен ные между собой вторые усилитель и блок импульсно-фазового упавления, выходом подключенный к нереверсивному вентильному преобразователю, датчик частоты вращения электродвигателя, блок зависимой регулировки возбуждения электродвигателя постоянного тока, вход которого подключен к реверсивному вентильному преобразователю, а выход - к первому входу второго усилителя, и датчик инверторного режима, один вход которого соединен с датчиком час тоты вращения электродвигателя и вторым входом компаратора, а другой вход датчика инверторного режима подключен ко второму входу блока задания частоты вращения отличающееся тем, что, с целью повыщения надежности работы устройства, оно снабжено датчиком напряжения сети, логическим элементом И, однофазным мостовым выпрямителем, пороговым элементом и дифференцирующим элементом, причем один вход логического элемента И через пороговый элемент и однофазный мостовой выпрямитель связан со вторым входом компаратора, второй вход логического элемента И подключен к выходу датчика инверторного режима, третий вход указанного элемента через дифференцирующий элемент подключен к датчику напряжения сети, выход логического элемента И соединен со вторым входом второго усилителя и со своим третьим входом. Источники ин.ф€)рмации, при-нятые во внимание при экспертизе 1.Солодухо Я. Ю. и др. Тиристорные электроприводы с реверсорами. М. «Энергия, рис. 13,а. 2.IAS, 12th Аппи. Meet, Los Angless galif, 1977, New York, NY 1977, 280-288.