Вентильный электропривод Советский патент 1981 года по МПК H02P5/16 H02P13/16 

(54) ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в регулируемом электроприводе. Известен вентильный электропривод содержащий тиристорный пре образователь по двухмостовой cxei4e с питанием мостов от транс Ъорматорных обмоток с различными группами соединения обг-юток, напримерЛ/ 3 и Д/А. Электропривод позволяет улучшить гармоническнй состав переменног тока только вентильного преобразователя, но не обеспечивает компенсацию гармоники тока параллельно подключен ного источника гармоники тока. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является вен тильный электропривод Г21, содержашнй электродвигатель, подключенный к питающей сети с параллельными источниками гармоник тока через двух мостовой реверсивный тиристорный преобразователь, две системы упр авления преобразователем, датчики пото ка возбуждения, тока и скорости вращения электродвигателя, -выходы которых соединены с входами соответствуюцих регуляторов, блок деления, вход делимого которого соединен с выходом регулятора скорости, а вход делителя присоединен к выходу датчика потока возбуждения, и элемент ограничения, вход которого соединен с выходом блока деления. { Недостатком известного вентильного электропривода является то, что в случае наличия дополнительного источника канонической гармоники тока вентильный электропривод не компенсирует эту гармонику тока и для улучшения гармонического состава тока необходимо устанавливать допблнительные устройства, например фильтрокомпенсирупцие устройства. Полного подавления гармоники тока при этом достичь невозможно, и при некоторых неблагоприятных соотношениях параметров индуктивных и емкостных элементов сети на частоте гармоники тока могут возникать рсзонансы токов, приводящие к нeдoпyctи «Ilм повышениям напряжения сети и уменьшению надежностн электропривода в целом. Целью изобретения является повышение надежности электропрнвода за счет компенсации источника гармоники тока. Цель достигается тем;что-в. известный вертикальный электропривод введены датчики мгновенных значений гармоник тока тиристорного преобразователя и источника гармоники тока,датчики среднеквалратичных значений гармоники тока тиристорного преобразователя и источника гармоники тока, датчик фазы гармоник тока, два пропорциональных усилителя с тремя входаtm, регулятор фазы гармоники тока тиристорного преобразователя, три элемента сравнения, диодный элемент, пропорциональный усилитель с зоной нечувствительности и ограничением, дополнительный блок деления, дополнительный элемент ограничения и два источника опорного напряжения, причем выходы первого и второго пропорциональных усилителей с тремя входами подключены к входам первой и второй систем управления, а также к суммирующему и вычи1та1сяцему входам первого элемента сравнения, выход которого через пропорциональный усилитель с зоной нечувствительности и ограничением подключен к вычитающему входу второго элемента сравнения,соединенного суммирующим входом с выходом первого источника опорного напряжения, а выходом - с вычитакадим входом регулятора потока возбуждения, выходы датчиков мгновенных значений гармоник токов тиристорного преобразователя и источника гармоники тока подключены к входам датчика фазы гармоник тока, выходы датчиков среднеквадратичных значений гармоник, токов тиристорного преобразователя и источника гap юники тока подключены соответственно к суммирующему и вычитающему входам третьего элемента сравнения, выход которого через диодный элемент соединен с первыми входами первого и второго пропорционального усилителей с тремя входами, к вторым входам которых подключен выход регулятора фазы гармоники тока тирсторного преобразователя, а к третьим входам - выход регулятора тока, выход датчика фазы гармоник тока соединен с вычитаюощм входом регулятора фазы гармоники тока тиристорного преобразователя, к суммирующему входу которого подключе выход второго источника опорного напряжения, выход элемента ограничения подключен к входу делимого дополнительного блока деления, выход которого через дополнительный элемент ограничения соединен с входом регулятора тока, а вход делителя - с выходом датчика потока возбуждения.

На фиг. 1 показана функциональная схема вентильного электропривода} на фиг.. 2 - диаграмма компенсации гармоник тока.

Вентильный электропривод подключен к питакяцей сети параллельно источнику 1 гармоник тока и содержит двухмостовой реверсивный тиристорный преобразователь 2 с двумя системами управления 3, 4; электродвигатель 5;

возбудитель 6; датчики 7, 8, 9 и регуляторы 10, 11, 12 тока, скорости вращения и потока возбуждения электрдвигателя соответственно; блок 13 деления; элемент 14 ограничения; датчик 15 мгновенного значения гар- МОНИКИ тока тиристорного преобразова теля; датчик 16 мгновенного значения гармоники тока источника гармоники тока; датчик 17 среднеквадратичного значения гармоники тока тиристорного преобразователя; датчик 18 среднеквадратичного значения гармоники тока источника гармоники тока; датчик 19 фазы гармоник тока; два пропорциональных усилителя 20, 21 с тремя входами каждый; регулятор 22 фазы гармоники тока тиристорного преобразователя; три элемента 23, 24, 25 сравнения; диодный элемент 26; пропорциональный .усилитель 27 с зоной нечувствительности и ограничением; дополнительные блок 28 деления; элемент ограничения 29 и два источника 30, 31 опорного напряжения. Входы регуляторов 10, 11, 12 тока, скорости вращения и потока возбуждения электродвигателя 5 соединены с выходами соответствующих датчиков 7,8,9. Последовательно соединенная цепь из блоков 13 деления, элемента 14 ограничения, блока 28 деления и элемента 29 ограничения включена между выходом регулятора 11 и вхадом регулятора 10, причем входы делителя блоков 13, 28 деления соединены с выходом датчика 9 потока возбуждения электрдвигателя. Выходы первого и второго усилителей 20, 21 с тремя входами подключены к входам систем управления 3, 4 тиристорным преобразователе 2, а также к суммирующем и вычитающему входам элемента 23 сравнения, выход которого через усилитель 27 содинен с вычитающим входо второго элемента сравнения 24, на другой вхо которого подключен выход первого источника 30 опорного напряжения, а выходи соединен с вычитающим входом регулятора 12.

Выходы датчиков 15, 16 мгновенных значений гармоник токов тиристорного преобразователя 2 и источника 1 гармоники тока подключены к входам датчика 19 фазы гармоник тока, выходы датчиков 17, 18 среднеквадратичных значений гармоник токов тиристорного преобразователя 2 и источника 1 гарглэники тока подключены соответственно к суммирующему и вычитающему входам элемента 25 сравнения, выход которого через диодный элемент 26 соединен о первыми входами усилителей 20, 21 к вторым входам которых подключен выход регулятора 22 фазы, а к третьим входам - выход регулятора 10 тока электродвигателя. Выход датчика 19 фазы гармоник тока соединен с вычитающим входом регулятора 22, К суммирующему входу которого подключен выход второго источнй-ка 31 опорного напряжения. Вентильный электропривод работае следу:ощим образом. Как следует из векторной диаграм мы, показанной на фиг. 2, для дости жения компенсации гармоник тока тиристорного преобразователя In (вп) и источника гармоники тока IP -(иг) необходимо, чтобы соответствующие векторы имели равные модули, но нахо дились в противофазе. Вектор тока Iq(вп) при этом образуется как результирующий токов 1п(вп) и 1п,,(вп) о работы двух мостов тиристорного преобразователя с отклонениями л Ч и д % Фазы. На третьи входы первого и второг пропорциональных усилителей 20, 21 поступает сигнал с выхода регулятор тока 10 и, изменяяодновременно оба угла управления двух систем управле ния 3, 4 тиристорного преобразовате ля, поддерживает заданное значение тока электродвигателя 5. Выходные си налы датчиков 17, 18 среднеквадрати ных значений гармоники тока тиристо ного преобразователя и источника гармоники тока поступают на суммирукнций и вычитающий входы третьего элемента сравнения 25. С выхода трет его элемента сравнения 25 сигнал рассогласования поступает через диодный элемент на -первые входы первого и второго пропорциональных усилителей 20, 21 с тремя входами, причем на первом пропорциональном усилителе 20 этот сигнал вычитается а. на втором пропорциональном усилителе 21 суммируется с остальными вхо ными сигналами. Если среднеквадратичное значение гармон-ики тока тирис торного преобразователя больше среднеквадратичного значения гармоники тока источника гармоники тока, то на выходе третьего эле лентв сравнения 25 будет положительный сигнал, который уменьшает выходной сигнал первого пропорционального усилителя 20 и увеличивает выходной сигнал второго пропорционального усилителя 21. Это приводит к увеличению угла управления первой системы управления 3 и уменьшению угла управления второй системы управления 4. Соответственно происходит отклонение по фазе векторов гармоники тока двух мостов от суммарного вектора гармоники тока тиристорного преобразователя, а это вызывает уменьшение моду ля суммарного вектора гармоники тока, т.е. уменьшение среднеквядратичного значения гармоники тока тиристорного преобразователя. Изменением коэффициентов усиления пропорциональных усилителей можно добиться требуемой точности .поддержания равенства дейстчуютих значений гармони тока тиристорного преобразователя и источника гармоники тока. В тех случаях, когда действу1пщее значение гармоники тока источника 1 гармоники тока возрастает и становится равным лействукадему значению гармоники тока тиристорного преобразователя 2, на выходе третьего элемента сравнения 25 будет нулевое значение выходного сигнала. При дальнейшем возрастании действующего зна-. чения гармоники тока источника гармоники тока и появлении отрицательного сигнала на выходе третьего элемента сравнения 25 на первых входах пропорциональных усилителей 20, 21 будет нулевой сигнал, поскольку диодный элемент 26 не пропускает отрицательный сигнал рассогласования. Это выполнено с той целью чтобы при отрицательном рассогласовании не наблюдалось отрицательное отклонение фазы векторов гармоники тока двух мостов от суммарного вектора гармоники тока тиристорного преобразователя, поскольку зависимость среднеквадратичного значения гармоники тока тиристорного преобразователя от разности фаз векторов гармоники тока двух мостов является четной и при изменении знака отклонения фаз векторов гармоники тока двух мостов меняется характер обратной связи, с отрицательной становится положительной, что может привести к неустойчивости. При возрастании среднеквадратичного значения гармойики тока источника гармоники тока уменьшается сигнал, поступающий на первые входы пропорциональных усилителей 20, 21 и, соответственно, уменьшается разность между сигналами управления двух систем 3, 4 управления. В этом случае происходит уменьшение выходного сигнала первого элемента сравнения 23., что приводит к выходу из зоны ограничения выходного сигнала пропорционального усилителя 27 с зоной нечувствительности и ограничением и уменьшению сигнала, поступающего на вычитающий вход второго элемента сравнения 24. Поскольку опорное напряжение источника 30, подаваемое на суммирующий вход второго элемента сравнения 24, выбирается таким, чтобы при сигнале с выхода пропорционального усиителя с зоной нечувствительности и ограничением, равном сигналу ограничения, на выходе второго элемента сравнения 24 было нулевое значение. сигнала, то при уменьшении сигнала,оступающего ни вычитающий вход втоого элемента сравнения 24, будет oявляtьcя возрастающий положительый сигнал. Этот сигнал, поступающий а вычитающий вход регулятора 12 отока возбуждения, будет вызывать меньшение потока возбуждения. Блок 13 деления и элемент 14 огра ничения обеспечивают изменение коэффициента усиления регулятора 11 скорости вращения при изменениях потока воэОуждения и ограничение задающего сигнала на ток двигателя. Для поддер жания момента электродвигателя при изменениях потока возбуждения электр двигателя и ограничения задающего сигнала на ток электродвигателя на уровне максимального введены дополни тельный блок 2а деления и дополнител ный элемент 29 ограничения. При уменьшении потока возбуждения будет возрастать задак1щий сигнал на ток для регулятора 10 тока и, соответственно, будет возрастать ток электродвигателя, а это приводит к увеличению среднеквардратичного значения гармоники тока тиристорного преобразователя. Поскольку при изменении потока возбуждения происходит обратно пропорциональное изменение тока электродвигателя, величина момента остаётся неизменной и частота вращения при этом не меняется. Сигналы с. датчиков 15, 16 мгновен ного значения гармоники тока вентиль ного преобразователя и источника гармоники тока поступают на входы датчика фазы гармоники тока вентильного преобразователя по отношению к гармонике тока источника гармоники тока. Сигнал, пропорциональный фазовому сдвигу гармоники Тока вентильного преобрагзователя по отношению к гармонике тока источника гармоники тока, поступает на первый (вычитаквди вход регулятора 22 фазы гармоники тока вентильного преобразователя. На второй суммирующий вход регулятора 22 фаз14 гармоники тока тиристор ного преобразователя поступает сигнал от источника 31 опорного напряже хния, пропорциональный фазовому сдвигу гармоники тока тиристорного преоб разователя по Отношению к гармонике тока источника гармоники тока на угол, равный 180°. Таким образом, задакицим сигналом для регулятора 22 фазы гармоники тока тиристорного преобразователя является сигнал, про порциональный такому фазовому сдвигу .вектора гармоники тока тиристорного преобразователя, при котором он будет находиться в противофазе с векгором гармоники тока источника гармоники тока. Сигналом обратной связи . является сигнсш, пропорциональный фазовому сдвигу вектора гармоники тока тиристорного преобразователя по отношению к вектору гармоники тока источника гармоники тока. Регу лятор 22 фазы гармоники тока тиристорного преобразователя, воздейству одновременно на обе системы 3, 4 управления, обеспечивает постоянств сдвига вектора гармоники тока тирис торного преобразователя по отношени к вектору гармоники тока источника гармоники тока на угол, равный 180°. Таким образом, компенсация гармоники тока источника гармоники тока существляется с помощью вентильногчэ преобразователя и отпадает необходимость в установке активных фильтрокомпенсирующих устройств, что, кроме повышения надежности электропривода в целом, приводит к уменьшению его массогабаритных показателей. Формула изобретения Вентильный электропривод, содержащий электродвигатель, якорная цепь кокоторого снабжена выводами для подключения к питающей сети с параллельным источником гармоники тока через двухмостовой реверсивный тиристорный преобразователь, две систекы управления преобразователем, датчики потока возбуждения, тока и скорости вращения электродвигателя, выходы которых соединены с входами соответствующих регуляторов, блок деления, вход делимого которого соединен с выходом регулятора скорости, а вход делителя присоединен к выходу датчика потока возбуждения, и элемент ограничения, вход которого соединен с выходом блока деления, отличающийс я тем, что, с целью повышения надежности за счет компейсации высших составляющих гармоник источника тока,. в вентильный электропривод введены датчики мгновенных значений гармоник тока тиристорного преобразователя и источника гармоники тока, датчики среднеквадратичных значений гармоники тока тиристорного преобразователя и источника гармоники тока, датчик фазы гармоник тока, два пропорциональных усилителя с тремя входами, регулятор фазы гармоники тока тиристорного преобразователя, три элемента сравнения, диодный элемент, пропорциональный усилитель с зоной нечувствительности и ограничением, дополнительный блок деления, дополнительный элемент ограничения и два источника опорного напряжения, причем выходы первого и второго пропорциональных усилителей с тремя входами подключены к входам первой и второй CHCTBNH управления, к суммирующему н вычитающему входам первого элемента сравнения, выход которого через пропорциональный усилитель с зоной нечувствительности и ограничением подключен к вычитающему входу второго элемента сравнения, соединенного суммирующим входом с выходом первого источника опорного напряжения , а выходом - с вычитакмцим входом регулятора потока возбуждения, выходы датчиков мгновенных значений гармоники токов тиристорного преобразователя и источника гармоники тока подключены к входам датчика фазы . гармоники тока, выходы датчиков среднеквадратичных значений гармоник ТОКО9 тирнсторного преобразователя и источника гармоники тока подключен соответственно к суммирующему и вычитаюцему входам третьего элемента сравнения, выход которого через диодный элемент соединен с первыми входами первого и второго пропорциональных усилителей с тремя входами, к вторым входам которых подключен выход регулятора фазы гармоники тока тиристорного преобразователя, а к третьим входам - выход регулятора тока, внход датчика фазы гармоник тока соединен с вычитающим входом регулятора фазы гармоники тока тиристорного преобразователя, к суквдаруииему входу которого подключен выход второго источника опорного напряже- ння, выход элемента ограничения подключен к входу делимого дополнительного блока деления, выход которого через дополнительный элемент ограничения соедииен с входом регулятора тока, а вход делителя - с выходом датчика потока возбуждения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Полупроводниковые выпрямители. Под ред. Ковалева Ф.И. и Мостиковой Г.П. М., Энергия, 1978,

с. 107-112.

2. Лжус Н.И. Управление двухмостовым выпрямителем с компенсацией fapмоники тока сети. Промшленная энергетика, 1979, 2, с. 43-44.