Вентильный электропривод постоянного тока Советский патент 1982 года по МПК H02P5/16 

(54) ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА

1

Изобретение относится к электротехнике, в частности к регулируемому электроприводу постоянного тока.

Известен вентильный электропривод постоянного тока, содержащий двигатель постоянного тока, два управляемых выпрямителя с принудительной коммутацией, выходы которых соединены последовательно с якорной обмоткой двигателя постоянного тока, датчик частоты вращения и системы управления выпрямителями.

Регулирование частоты вращения и реактивной мощности при постоянном моменте осуществляется путем регулирования суммы напряжений с выходов управляемых выпрямителей, при этом их алгебраическая сумма соответствует требуемому режиму работы электропривода по частоте вращения и моменту, а геометрическая сумма определяет долю потребляемой реактивной мощности вентильными преобразователями управляемыми выпрямителями 1.

Недостаток такого электропривода заключается в значительной сложности из-за наличия двух Бвнтйльных преобразователей с принудительной коммутацией .

Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности вентильныйэлектропривод постоянного тока,-содержащий вентильный преобразователь с естественной коммутацией, двигатель постоянного тока, датчик частоты вращения, систему автоматического регулирования частоты вращения, элемент ограничения, систему автоматического регулирования возбуждения, элемент сравнения, два пропорционгшь10ных усилителя с зоной нечувствительности , логический элемент И, ключевой элемент,с помощью которого можно .обеспечивать двухзонное регулирование частоты вращения двигателя путаи независимого управления якорным на15пряжением и потоком возбуждения двигателя 2.

Недостатком указанного устройства является отсутствие возможности независимого регулирования частоты вра20щения и реактивной мощности для одновременного управления как технологическим режимом, так и качеством электроэнергии. Желательно осуществить регулирование частоты вращения

25 и реактивной мощности без использования дополнительных регулируемых . .компенсирующих устройств, при этом загрузка вентильного преобразователя не должна выходить за допусти30мую . . Цель изобретения - повышение качества электроэнергии питающей сети путем регулирования реактивной мощности в пределах допустимой загрузк вентильного преобразователя. Поставленная цель достигается тем, что в электропривод постоянного тока, содержащий вентильный преобразователь, выход которого соединен с якорной обмоткой электродвигателя, а вход - с выходом системы автоматического регулирования частоты вращения, первый вход которой соединен с выходом датчика частоты вращения электродвигателя и входами первого пропорционального усилителя с зоной нечувствительности и первого элемента сравнения, а второй вход через первый элемент ограничения с выходом задатчика.частоты вращени и входс1ми первого элемента сравнени и второго пропорционального усилите ля с зоной нечувствительности, сиетему автоматического регулирования возбуждения, выход которой соединен с обмоткой возбуждения электродвигателя, а вход - через первый ключе вой элемент с выходом первого элемен та сравнения, и логический элемент И входы которого соединены с выходами первого и второго пропорциональных усилителей с зоной нечувствительноети, а выход - с управляющим входом первого ключевого элемента, введены .датчик реактивной мощности сети, второй элемент сравнения, третий пропорциональный усилитель с зоной нечувствительности, .второй элемент ограничения, второй ключевой элемен с двумя выходами, датчик активной мощности вентильного электропривода датчик реактивной мощности вентильного электропривода, функциональный преобразователь и третий элемент сравнения, при этом выход датчика реактивной мощности сети соединен через второй элемент сравнения и третий пропорциональный усилитель с зоной нечувствительности с первым входом второго элемента ограничения второй вход которого соединен с выходом третьего элемента сравнения, один из входов которого соединен с выходом датчика реактивной мощности вентильного электропривода, а другой вход - через функциональный преобразователь с выходом датчика активной мощности вентильного электропривода причем выход второго элемента ограничения соединен с вычитающими входами систем автоматического регулирования частоты вращения и возбуждения электродвигателя нерез второй ключевой элемент с двумя выходами, управляющий вход которого соединен с выходом логического элемента И. На фиг. 1 изображена функциональная .схема вентильного электропривода постоянного тока; на фиг. 2 - диаграмма изменения частоты вращения двигателя и реактивной .мощности. Вентильный электропривод постоянг ного тока содержит вентильный преобразователь 1 (фиг. 1), выход которого соединен с якорной обмоткой электродвигателя 2, а вход - с выходом системы 3 автоматического регулирования частоты вращения, первый( вход которой соединен с выходом датчика 4 частоты вращения электродвигателя и входами первого пропорционального усилителя 5 с зоной нечувствительности и первого элемента 6 сравнения, а второй вход - через первый элемент ограничения 7 с выходом 8 задатчика частоты вращения и входами первого элемента сравнения и второго пропорционального усилителя 9 с зоной нечувствительности, систему 10 автоматического.регулирования возбуждения, выход которой соединен с обмоткой возбуждения электродвигателя, а вход - через первый ключевой элемент 11 с выходом первого элемента сравнения, логический элемент И 12, входы которого соединены с выходами первого и второго пропорциональных усилителей с зоной нечувствительности, а выход - с управляющим входом первого ключевого элемента, датчик 13 .реактивной мощности сети, выход которого соединен через второй элемент 14 сравнения и третий пропорциональный усилитель 15 с зоной нечувствительности с первым входом второго элемента 16 ограничения, второй вход которого соединен с выходом третьего элемента 17 сравнения, один из входов которого соединен с выходом датчика 18 реактивной мощности вентильного электропривода, а второй вход - через функциональный преобразователь 19 с выходом датчика 20 активной мощности вентильного электропривода, и второй ключевой элемент 21 с двумя выходами, которые соединены с вычитающими входами систем автоматического регулирования частоты вращения и возбуждения .электродвигателя, при дтрм основной вход соединен с выходом -второго элемента ограничения, а управляющий вход - с выходом логического К питающей сети подэлемен та ключена группа электроприемников 22. На фиг. 2 приняты следующие обозначения: LO - частота вращения двигателя; - потребляемая реактивная мощность вентильного электропривода постоянного тока (по прототипу); Qn- - реактивная мощность группы электроприемников; QC. реактивная мощность, потребляемая из сети; пакс QMHH максимальный и минимальный уровень потребляемой из сети реактивной мощности; Оцц - уровень реактивной мощности,который компенси руется с помощью нерегулируемых компенсируюгцих устройств;4Q - дополнительная реактивная мощность,на велич ну которой увеличивается или уменьша ется собственное потребление реактив ной мощности вентильного элеЛГГропривода постоянного тока при регули ровании реактивной мощности по отношению к случаю без .регулирования; 0 . -. скорректированная величина реактивной мощности, потребляемой вентильным электроприводом постоянного тока. Реактивная мощность сети для известного устройства определяется выражениемc Qd + 75i для предлагаемого устройства выражениемt 2) Вентильный электропривод постоянного тока работает следующим образом На вход первого элемента 7 ограничения и далее с его выхода на вход , системы 3 .автоматического регулиров ния частоты вращения поступает си1- нал, задающий характер изменения частоты вращения двигателя 2. Кроме этого, входной сигнал задания частоты вращения поступает на пропорциональный усилитель 9 с зоной не чувствительности. Величины напряжени ограничения первого элемента 7 ограничения и зоны нечувствительности пропорциональных усилителей 5 и 9 выбираются таким образом, что при регулировании частоты вращения в полном диапазоне, т.е. до и свыше номинального значения, ос ществляется разделение режимов: сначала управление по каналу выпрямленного на пряжения вентильного преобразователя 1 при постоянном возбуждении дви гателя 2, а потом управление по каналу возбуждения при постоянном выпрямленном напряжении . При возраста нии зсщающего сигнала частоты враще ния с нуля по мере его роста ограни чение первого элемента 7 рграничения прекращает дальнейшее увеличени выпрямленного напряжения вентильного преобразователя 1 и пропорциональные усилители 5 и 9 с зоной не чувствительности и логический элеме И 12, воздействуя на первый ключево элемент 11, подключают управляющий сигнал по частоте вращения на вход системы 10 автоматического регулиро вания возбуждения. Дальнейшее возрастание задающего сигнала частоты вращения приводит к уменьшению возбуждения и увеличению частоты враще ния. Помимо потребления, активной мощности , определяемой изменениями момента и частоты вращейия, вентильному электроприводу постоянного тока вследствие наличия венти-ьного преобразователя характерны изменения потребляемой реактивной мощности., Наличие двух канашов управления(выпрямленное напряжение вентильного преобразователя и возбуждение двигателя) обусловливает возможность независимого регулирования частоты вращения и потребляемой реактивной мощности. Вследствие двухзонного регулирования частоты вращения (в пер вой зоне - выпpя yleнным напряжением вентильного преобразователя, а во второй - возбуждением двигателя для регулирования потребляемой реактивной мощности) в качестве дополнительного контура используется к.сЗнтур по реактивной мощности, воздействующий в первой зоне на систему автоматического регулирования возбуткдения, а во второй зоне на систему автоматического регулирования частоты вращения, т.е. на систему, управляющую изменением выпрямленного напряжения вентильного преобразователя. Задающий сигнал реактивной мощности сети сравнивается во втором элементе 14 сравнения с сигналом датчика 13 реактивной мощности сети, пропорциональным величине реактив- ; ной мощности группы электроприемников 22 и вентильного электропривода постоянного тока. Выходной сигнал второго элемента 14 сравнения через третий пропорциональный усилитель 15 ,с зоной нечувствительности и второй элемент 16 ограничения с помощью второго ключевого элемента 21 с двумя выходами поступает на вычитаюищй вход либо системы 10 автоматического регулирования возбуждения, либо системы 3 автоматического регулирования частоты вращения. При увеличении реактивной мощности, потребляемой из сети, вследствие увеличения потребления реактивной мощности группой электроприемников происходит увеличение выходного сигнала датчика 13 реактивной мощности сети. Выходной сигнал второго элемента 14 сравнения становится отрицательным и по достижении границы зоны нечувствительности поступает через второй элемент 16 ограничения, второй ключевой элемент 21 с двумя выходами или в систему 10 автоматического регулирования возбуждения, или в систему 3 автоматического регулирования частоты вращения, приводя к увеличению или выпрямленного напряжения вентильного преобразователя 1, или возбуждения двигателя в зависимости от того, в какой зоне работает привод в данный момент. Второй ключевой элемент 21 с двумя выходами управляется от логического элемента И. Увеличение указанных параметров привод к уменьшению потребляемой реактивно мощности вентильн.ого электропривода постоянного тока, величина которой определяется выражением Аналогично могут быть рассмотрен процессы при уменьшении реактивной мощности, потребляемой из сети, тол ко и этом случае происходит увеличение потребляемой реактивной мощности вентильного электропривода постоянного тока за счет уменьшения либо выпрямленного напряж;ения вентильного преобразователя, либо возбуждения двигателя. : При возникающих возмущениях, обу ловленных наличием дополнительного контура по реактивной мощности, ос.новной контур, регулирующий частоту вращения, путем воздействия в перво диапазоне на систему автоматического регулирования частоты вращения и во втором диапазоне на систему авто матического регулирования возбуждения обеспечивает поддержание заданн значений частоты вращения. Наличие зоны нечувствительности в третьем пропорциональном усилителе . 15 позволяет отключать контур ре гулирования ; реактивной мощности в том случае, когда в определенном ди апазоне не требуется регулирование реактивной мощности, например, когда изменения напряжения сети лежат В допустимом диапазоне, регламентиру емом соответствующими нормативными документами.. Таким образом, предлагаемый вентильный электропривод постоянного тока в соответствии с задающим сигналом частоты вращения на входах пе вого элемента 7 ограничения, первог элемента 6 сравнения, пропорциональ ного усилителя 9 с зоной нечувствительности и задающим сигналом реактивной мощности на входе второго элемента 14 сравнения осуществляет . независимо друг от друга регулирова ние частоты вращения и реактивной мощности. С помощью датчиков 18 и 20 актив ной и- реактивной мощности-вентильного- электропривода, а также функционального преобразователя 19 и третьего элемента 17 сравнения в соо ветствии с выражением (4) dAoniiaAon а определяется допустимая величина до полнительной реактивной мощности, исходя из величины допустимой загру ки вентильного преобразователя и согласно этой величине производится управление ограничением второго элемента ограничения, т.е. ограничением дополнительного управляющего сигнала, подаваемого на вход либо системы аитома тического регулирования,возбуждения, либо системы автоматического регулирования частоты вращения. Таким образом, в вентильном электроприво;це постоянногс и-ока достигаетая HeaaBiiCiiMua регуяироБяИие частоты врйЩйКйя « ссАктивной -.i.uj.riOCTys э пре-делах .цопу :гимой Зй1-руз -.и вентильного п.:.3 :/бразов 1Гйля,, --jTij позгзоляет повысйаЬ качество электро&нергии в сети зл.ктиинабження . Вентильный 3 tbi-;, 1 pori}.,bi:...Li ; ОСГОЯ -; ного тока, содержащий венгильный прео6разова:оел;ь . когсрого СОеДЙК&Н с ЛКОрИО з OC,viO±KdK & JicKЛрОдвигателя J а. ..оц :. онсге мыавтоматического регулироБйния частоты вращения, .первр1й вход кото-. рой соединен с выходом датчика часхо Tbd вращения электродвйт/еталя к Е..О: дами первого пропорциональног-о усилителя с зоной нечувствительности и первого элемента сравнения, а второй вход - через первый элемент ограничения с выходом задатчика частоты вращения и входами первогоэлемента сравнения и второго пропорционального усилителя с зоной нечувствительности, систему автоматического регулирования возбуждения;, выход которой соединен с обмоткой возбуждения электродвигателя, а вход - через первый ключевой .элемент, с выходом первого элемента сравнения, и логический элемент И, зходы которого соединены с выходами первого и второго пропорциональных усилителей с зоной нечувствительвости, а выход - с управляющим входом первого к.гжчевого элемента, о т л и ч а ю 1Д и и с я тем, что,, с целью повышения качества электроэнергии питающей сети путем регулирования реактивной мощности питающей сети в пределах допустимой загрузки вентильного преобразователя, вентильный электропривод постоянного тока снабжен датчиком реактивной мощности сети, вторым элементом сравнени.я, третьим пропорциональным усилителем с зонойнечу вствительности, вторым элементом ограничёния,; вторым ключевым элементом с двумя выходами, датчиком активной мощности вентильного электропривода, датчиком реактивной мощности вентильного электропривода, функциональным преобразователем и третьим элементе сравнения при этом выхЪд датчика реактивной мощности сети соединен через второй адхемент сравнения и третий пропорциовальный усилитель с зоной нечувствительности с первым входом второго элемента ограничения, второй вход которого соединен с выходом третьего элемента сравнения, один из входов которого соединен с выходом датчика реактивной мощности вентильного злектропривода, а другой вход - через функциональный преобразователь с выходом датчика активной мощности вентильного электропривода, причем выход вторбго элемента ограничения соединён с вычитающими «ходгииш систем

автоматического регулирования частоты вращения электродвигателя и его возбуждения через второй ключевой элемент с двумя выходс1ми, управляющий вход которого соединен с выходом логического элемента И.

Источники информации, принятые во внимание приэкспертизе

1. Авторское свидетельство СССР 312352, кл. Я 02 М 7/12, 1967.. , 2. Динкель Л.Д. и др. Тиристорный электропривод рудничного подъема. М., Недра, 1977, с. 203-207.

ч

WW

,с.

/

«Й

Л7 ЧГ