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

Изобретение относится к электротехнике, в частности к вентильному электроприводу постоянного тока, и может быть использовано во всех отраслях промышленности, где применяются системы автоматизированного электропривода постоянного тока.

Известен вентильный электропривод с двухзонннм регулированием скорости, содержащий двигатель постоянного тока, реверсивный тиристорный преобразователь якорной цепи, нереверсивный тиристорный преобразователь цепи возбуждения, регуляторы тока, скорости, ЭДС, тока возбуждения, соответствующие им датчики С13.

Данное устройство обладает высоким быстродействием, однако при регулировании скорости вниз от основtfoti путем изменения фазы управляющих импульсов якорного тиристорного преобразователя увеличивается уровень потребляемой из сети реактивной мощности, кроме того, в моменты коммутации вентилей происходит искажение формы сетевого напряжения, что nprfводит к увеличению потерь электроэнергии в потребителях, подключенных к сети параллель но,,дан ному электро п риводу. При регулировании скорости

вверх от основной путем уменьшения тока возбуждения двигателя при постоянном статическом моменте на его валу происходит увеличение якорного тока,, что. приводит к возрастанию полной мощности электропривода и соответствующему уменьшению его-коэффициента мощности .

Известен электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель, т-фазный силовой трансформатор, имеющий одну Первичную обмотку.и т-вторичных обмоток, управляемые вентили, шунтирующие вентили, реверсор, логический блок, преобразователь напряжение - код, блок синхронизации, блок совпадения полярностей, логическое переключающее устройство, блок задания, датчики тока и напряжения 121,

В данном устройстве для улучшения энергетических показателей применен принцип ступенчатого регулирования якорного напряжения двигателя с поIмощью цифровой системы управления, 25 iB результате чего значительно уменьшается уровень реактивной мощности, потребляемой устройством из сети.

Однако данное устройство требует существенного усложнения выпрямительного трансформатора и значительного увеличения числа силовых вентилей тиристорного преобразователя, в результате чего увеличивается стоимост снижается надежность и возрастает вес и габариты установки. Наиболее близким к изобретению является вентильный электропривод постоянного тока, содерж,ащий электро двигатель постоянного тока, подключенный к последовательно соединенным двум мостовым тиристорным преобразователям якор.ной цепи, силовые входы которых соединены с выходом выпрямительного трансформатора, а управляющие входы через соответствующие блоки импульсно-фазового управления связаны с выходом регулятора, тока якоря, первый вход которого подключен к выходу регулятора скорос ти, первым входом соединенного с задатчиком скорости, тиристорный преобразователь цепи возбуждения, управляющий вход которого подключен через регулятор тока возбуждения к задатчику тока возбуждения, датчики скорости электродвигателя, тока якоря, тока возбуждения, соединенные со вторыми входами регулятора скорости, регулятора тока якоря, регулятора тока возбуждения соответственно 33. Ток двигателя и мощность, потребляемая им, поддерживаются постоянным ми при изменении в определенном диапазоне статического момента на валу поэтому в таком режиме обеспечивается постоянство полной мощности и уменьшение колебаний реактивной мощности/ а, следовательно, и колебаний напряжения в сети. Недостатком известного устройства является увеличение уровня потребляемой реактивной мощности при регулировании скорости вниз от основной, в результате- чего при чистых пусках и торможениях в сети имеют место колебания реактивной мощности. Применение поочередного управления вентильными мостами тиристорного преобразователя уменьшает диапазон изменения реактивной мощности, однако это достигается путем некоторого ухудшения гармонического состава фазных токов в результате.появления в них 5-й и 7-й гармоник. Это приводит к возрастанию потерь электроэнергии в сети вследствие снижения качества напряжения. Целью изобретения является улучше ние энергетических показателей и качества напряжения питающей сети. Поставленная цель достигается тем, что в вентильный электропривод введены фильтрокомпенсирующий блок, измеритель реактивной мощности, блок сложения, блок вычитания, интегратор с положительным ограничение и интегратор с отрицательным ограни.чением, а регулятор тока возбуждения снабжен дополнительным входом, со единенным через интегратор с положительным ограничением со входом интегратора с отрицательным ограничением ;И выходом измерителя реактивной мощности, подключенного ко входу выпря1 мтельного .трансформатора,параллельно которому включен фильтрокомпенсирующий блок, выход интегратора с отрицательным ограничением соединен с первыми входами блока вычитания и блока сложения, вторые входы которых подключены к выходу регулятора тока якоря, а вьлходы ко входагл первого и второго блоков импульснофаьового управления, соответственно. На фиг. 1 изображена блок-схема вентильного электропривода; на фиг. 2 диаграммы, иллюстрирующие принцип его работы. Вентильный электропривод постоянного тока содерйсит электродвигатель 1 (фиг. 1) постоянного тока, подключенный к последовательно соединенным двум мостовым тиристорным преобразователям 2 и 3 якорной цепи, силовые входда которого соединены с выходом выпрямительного трансформатора 4, а управляющие входы с выходами первого и второго блоков 5 и 6 импульсно-фазового управления соответственно. Первый вход регулятора 7 тока якоря связан с задатчиком 8 скорости через регулятор 9 скорости, К тиристорному преобразователю 10 цепи возбуждения подключена обмотка 11 возбуждения. Управляющий вход тиристорного преобразователя 10 соединен с регулятором 12 тока возбуждения, первый вход которого подключен к задатчику 13 тока возбуждения. Датчики 14, 15 и 16 ско-. рости электродвигателя, тока якоря, тока возбуждения соединены со вто- . рыми входами регуляторов 9,7 и 12 . соответственно. Дополнительный вход регулятора 12 соединен через интегратор 17 с положительным ограничением со входом интегратора 18 с отрицательным ограничением и выходом измерителя 19 реактивной мощности, подключенного ко входу выпрямительного трансформатора 4, паргшлельно которому включен фильтрокомпенсирующий блок 20, Выход интегратора 18 сотрицательным ограничением соединен с первыми входами блока 21 вычитания и блока 22 сложения, вторые входы которых подключены к выходу регулятора 7, а выходы - ко входам первого и второго блоков 5 и 6 импульсно-фазового управления соответственно. Работа электропривода происходит следующим образом. Выходной сигнал регулятора 9 скорости является заданием на ток якорядвигателя 1; выходной сигнал регулятора 7 тока, поскольку он поступает через блок 21 вычитания и блок 22 суммирования непосредственно на соответствующие блоки 5 и б импульрно-фаэового управления при отсутст ВИИ сигнала на выходе интегратора 18 с отрицательным ограничением, является заданием угла регулирования , соответствующего режиму симметричного управления (кривая 23 на фиг. 2). В этом режиме двухмостовой тиристорный преобразователь якорной цепи потребляет максимальную реактивную мощность. Предположим, что вначале электропривод работал на холостом ходу при некотором угле d Поскольку в этом режиме ток якоря и ток в выпрямительном трансформаторе 4 минимальны, измеритель 19 реактивной мощности на своем выходе имеет положительный сигнал, соответствующий реактивной мощности 8ф , генерируемой фильтрокомпенсирующим блоком-20 на фиг, . кривая24 соответствует величине 3ф, взятой с обратным знаком) . На выходе интегратора 17 с положительным ограничением появляется максимальный отрицательный сигнал, который уменьшает ток возбуждения двигателя 1 до минимально возможного значения. В результате ток якоря и реактивная мощность, потребляемая тиристорными преобразователями 2 и 3 увеличиваются, компенсируется часть реактивной мощности, генерируемой фильтрокомпенсирующим блоком 20 и уменьшается результирующий уровень реактивной мощности в сети. Предположим теперь, что произошел наброс нагрузки, в результате чего скорость вращения двигателя 1 несколько снижается, нарушается баланс сигналов на входе регулятора 9 скорости, задание на ток и ток увеличиваются. Кроме того, увеличивается и ток возбуждения двигателя. Как только ток якоря двигателя 1 и йыпрямительного трансформатора 4 достигают значения, при котором реактивная мощность меняет знак, задание на ток возбуждения соответствует его номинальному значению, а на выходе интегратора 18 с отрицательным ограничением появляется сигнал,который увеличивает угол управления первого мостового тиристорного преобразователя 2 якорной цепи и пропорционально уменьшает угол управления второго мостового тиристорного преобразователя 3 якорной цепи. В результате величина реактивной мощности, потребляемой выпрямительным трансформатором 4, уменьшается (в пределе до режима, соответствующего поочередному управлению, кривая 25 на фиг. 2), в установившемся режиме ее величина становится равной реакчивной мощности,генерируемой фильтрокомпенсирую1ШМ блоком 20 и сигнал на выходе измерителя 19 реактивной Гющности становится.paвны нулю. На фиг. 2 заштрихованная площадь 26 соответствует зоне

регулирования реактивной мощности раздвижкой углов управления, а площадь 27 - зоне, соответствующей управлению полем двигателя. При уменьшении нагрузки зона, соответствующая

площади 27, увеличивается, а зона, соответствующая площади 26, уменьшается. Зная график нагрузки механизма, можно оптимальным образом подобрать величину Оф, например из условия

минимальных габаритов и стоимости фильтрокогчпенсирующих устройств (расчеты показывают, что 3ф (0, 4-0,6) Рд, где Рд - номинальная мощность двигателя) .

Предлагаемый вентильный электропривод позволяет в широком диапазоне регулирование скорости и нагрузки на валу двигателя сохранять нулевое значение потребляемой реактивной

мощности. Таким образом, наличие новых элементов и связей приводит к уменычению колебаний реактивной мощности и напряжения в энергосети, кроме того, улучшается гармонический

состав вследствие фильтрации отдельных гармоник тока фильтрокомпенсируюЩ11м устройством, в результате улучшаются энергетические показатели электропривода и качество напряжения

питающей сети.

Формула изобретения

Вентильный электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель постоянного тока, подключенный к последовательно соединенным двум мостовым тиристорным преобразователям якорной цепи, силовые входы которых соединены с выходом выпрямительного трансформатора, а управляющие входы через соответствующие блоки импульсно-фазового управления связаны с выходом регулятора тока якоря,

первый вход которого подключен к выходу регулятора скорости, первым входом соединенного с задатчиком скорости, тиристоркыП преобразователь цепи возбуждения, управляющий вход которого подключен через регулятор тока возбуждения к задатчику тока возбужг дения,датчики скорости электродвигателя, тока якоря, тока возбуждения , соединенные с вторыми входагда

регулятора скорости, регулятора тока якоря, регулятора тока возбуждения соответственно, отличающийс я тем, что, с целью улучшения энергетических показателей и качества

напряжения питающей сети, в него внелены фильтрокомпенсирующнй блок, измеритель реактивной мощности, блок сложения, блок вслчитання, интегратор с положительным ограничением и интегратор с отрицательным,ограничением, а регулятор тока возбуждения снабжен дополнительным входом, соединенным через интегратор с положительным ограничением с входом интегратора с ovtрицательн1дм ограничением, и выходом измерителя реактивной мощности, подключенного к входу выпрямительного трансформатора, параллельно которому включен фильтрокомпенсирующий блок, йыход интегратора с отрицательным ограничением соед1 нен с первыми входами блока вычитания и блока сложе1Гия, вторые входы которых подключены к выходу регулятора тока якоря, а выходы - к входам первого и второго блоков импульсно-фазового управления соответственно. Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Фишбейн В. Г. Расчет систем подчиненного регулирования вентильного электропривода постоянного тока. М., Энергия, 1972, с. 36, 83,

2.Авторское свидетельство СССР 754625, кл. Н 02 Р 5/06, 1978.

3.Динкель А. Д., Католиков В. Б. и др. Тиристорный электропривод рудничного подъема. М., Энергия, 1977, с. 130.

.отн.е.