Вентильный электропривод Советский патент 1983 года по МПК H02P6/00 H02K29/04 

(54) ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД

Изобретение относится к электротехнике, Б частности к регулируемому электроприводу с вентильными электроавигателя- ми., Известен электропривод, содержащий синхронную машину, секции якорной обмотки которой подключены к источнику переменного напряжения через зависимый выпрямительно-инверторный преобразователь частоты. Для снижения пульсаций мо мента в зоне низких частот вращения при коммутации тока фаз методом прерывания тока, основанном на периодическом переводе тиристоров выпрямителя в инверторны режим и обратно, ток фазы синхронной машины, остающийся в работе, замыкают через полуобмотку дросселя и один из двух вспомогательных тиристоров. Управление вспомогательными тиристорами производится от двух логических схем ИЛИ, подключенных через RC-цепочки к датчику положения ротора i. Однако это устройство не обеспечивает регулируемого тс можения и реверса и может применяться лишь в нереверсивных и небыстродействующих приводах. Наиболее близким к изобретению является вентильный электропривод, содержащий синхронную мащину, якорная обмотка которой подключена к выходу выпрями- тельно-инверторного преобразователя частоты с зависимым инвертором, вспомогательные тиристоры, включенные между выходными выводами выпрямителя и нулевым выводом якорной обмотки блок управления выпрямителем, вход которого связан с выходом регулятора .скорости, шунтированным управляемым ключом, блок управления вспомогательными тиристорами и блок управления инвертором, подключенные к выходу датчика положения ротора, датчик и задатчик скорости, соединенные с соответствуюш.ими входами регулятора скорости, выход которого связан через нуль-орган с блоком определения заданного режима работы. Коммутацию тока тиристоров инвертора вентильного двигателя в зоне низких скоростей осуществляют пу398тем перевода тиристоров выпрямителя в ннверторный режим. При этом в двигател ном открывается одни из вспомо- гатепьных тиристоров и ток фазы синхрон ной машины, остающейся в работе, nponyc кается через вспомогателышй тиристор, Колебания момента синхронной машины уменьшаются, диапазон регулирования час тоты вращения растет. В тормозном режкмв сигналом с блока определения задан ного режима работы .запрещается включение вспомогательных , тиристоров, благодаря чему исключается возможность появления нертравляемого тормозного тока через вспомогательный тиристор и тиристоры инвертора, когда при торможении поспедние работают в выпрямительном ме. Тормозной ток при этом проходит че. рез тиристоры выпрямителя, работающие в инперторном режиме, а энергия торможения отдается в питаюидуЕо. сеть 21. Недостатком известного вентильного электродвигателя является невысокая наделсаость из-за возмол-сности появления неуправляемых бросхсов тока через вспомогательные тиристоры в первый момент после переключения двигателя в тормозной релсим, если переключение произошло .ггри наличии в них тока. Цель изобретения - повышение надежиости устройства путем устранения неуправляемых бросков тока,при переключении релшмов его работы. Указанная пель достигается тем, что веити.льный электропривод, с одержа1иий синхронную .машину, якорная обмотка которой подключена.к выходу вьшрямительно инворторного преобразователя частоты с зависимым инвертором, вспомогательные тиристоры, включенные между выходными выводами Выпрямителя и нулевым выводом шсорной обмотки, блок управления выпрямителем, вход которого связан с выходом регулятора скорости, шунтированным управ ляемым ключом, блок управления вспомогательными т фйсторами и блок управлени шшертором, подключенные к выходу датчи ка положения ротора, датчик и задатчик скорости, соединенные с соответствующими входами регулятора скорости, выход которого связан через нуль-орган с блоком определения заданного режима работы, дополнительно введены блок бестокоЬого переключения режима, блок истинного режима работы, блок определения направления вращения, три дополнительных управляемых ключа, датчик нуля тока .выпрямителя, датчик тока вспомогательны ти эисторов, связанный с блоком управле04ния выпрямителем через первый дополнительный управляемый ключ, и датчик нуля тока вспомогательных тиристоров, выход которого соединен с управляющим входом основного ключа через второй допопнительный ключ и с первым входом блока бестокового переключения режимов работы, второй вход которого подключен к датчику нуля тока выпрямителя, .третий вход - к выходу нуль-органа, первый выход - к блоку управления инвертором, вто рой выход - к управляющему входу третьего дополнительного ключа, включенного между регулятором и блоком управления выпрямителем, а тертий выход- к первому входу блока определения истинного режима работы, выходом подключенного к блоку управлшия вспомогательными тиристорами, а вторым входом - к выходу блока определения направления вращения, соединенного с вторым входом блока определения заданного режима работы, выход которого подключен к управляющим входам первого и второго дополнительных ключей, На чертеже представлена схема вентильного электропривода. Электропривод содержит синхронную машину, якорная обмотка 1 которой подключена к ВЫХОДУ выпрямительно-инверторного преобразователя 2 частоты с зависимым инвертором 3, вспомогательные тгфисторы 4 и 5, включенные между выходными выводами 6 И 7 выпрямителя 8 и нулевым выводом якорной обмотки 1, блок 9 управления выпрямителем, вход которого через третий дополнительный ключ 10 связан с выходом регулятора 11 скорости, шунтированным управляемым ключом 12, блок 13 управления вспомогательными тиристорами и блок 14 управления инвертгором, подключенные к выходу датчика 15 положения ротора, датчик (тахогенератор) 16 и задатчшс 17 скорости, соединенные с соответствующими входами регулятора 11 скорости, выход которого связан через нуль-орган 18 с блоком 19 определения заданного режима работы, датчик 2О тока вспомогательных тиристоров, связанный через, первый дополнительный ключ 21 и нелинейный элемент 22 с блоком 9 управления выпрямителем, датчик 23 нуля д-ока вспомогательных тиристоров, выход которого соединен с управляющим входом основного ключа 12 через второй дополнительный ключ 24 к с первым входом блока 25 бестокового переключения режимов работы, второй вход которого подключен к датчику 26 нуля тока выпрямителя, третий вход - к выходу нуль-органа 18, пер вый выход - к блоку 14 управления инвертором через ключи 27, второй выход к входу ключа 1О, а третий выход - к первому входу блока 28 определения истинного режима работы, выходом подключенного к блоку 13 управления вспомога: тельными тиристорами, а вторым входом к выходу блока 29 определения вращения соединенного с вторым входом блока 19 определения заданного режима работы, вы ход которого подключен к управляющим входам ключей 21 и 24. Блок 13 управления вспомогательными тиристорами содержит схемы 30 и 31 совпадения, узлы 32 и 33 формирования зон разрещения управления вспомогательными тиристорами, состоящие иэ статических триггеров 34 и 35, один из входов каждого из которых поаключен к датчику 26 нуля тока выпрямителя, а второй через РС-цепочки 36 и .37 - к датчику 15 положения ротора, логическую схему 38 ИЛ и узел 39 регулирования длительности щунтирования, состоящий из логической схемы И-НЕ 40 и статического триггера 41. В исходном состоянии задающее напр я жение Озад равно нулю, углы регулирования тиристоров выпрямителя d-g близки к 160 эл. град., ток в обмотке 1 синхронной мащины отсутствует и ее ротор неподвижен, на выходе узлов 32 и 33 формирования зон разрещения управления вспомогательными тиристорами и узла. 39 регулирования длительности шунтирования нулевые сигналы. Сигналы на выходах схем 30 и 31 совпадения отсутствуют и вспомогательные тиристоры 4. и 5 закрыты, на выходах датчиков 2О и 23 тока и нуля тока - нулевые сигналы и они не влияют на работу схемы управления. При подаче задающего напряжения УЗУД, соответствующей направлению вперед полярности, на выходе регулятора скорости 11 появляется сигнал, например, положительной полярности, который ироходит через нуль-орган 18 на вход блока 25 бестокового переключения режимов работы, который переключается в соответствующее положение, переключая одновременно ключи 10 и 27 в состояние, соответствующее направлению вперед. Углы направления тиристоров выпрямителя 8 и инвертора 3 принимают значения, соответствующие двигательному режиму в направлении вперед, на выходе Выпрямителя 8 появляется напряжение и по двум фазам синхронной мащины через тиристоры, например, 42 и 43 начинает протекать ток, создавая вращающий момент. Ротор поворачивается на узгол 60 эл. град. При поступлении сиг нала с датчика 15 положения ротора на переключение тока секпий синхронной мащины (на выключение тиристора 43 и включение тиристора 44) на выходе узла 32 формирования зоны разрещения управления вспомогательным тиристором 4 появляется единичный сигнал, который поступает на вход схемы 30 совпадения. Одновременно сигнал с узла 32 через логическую схему ИЛИ 38 поступает на вход узла 39 регулирования длительности шунтирования и на. вход блока 9 управления выпрямителем, переводя выпрямитель 8 в инверторный режим. Но сигнал на выходе узла. 39 появится только при наличии на его втором входе сигнала о переходе выпрямленным напряжением нуля (когда создаются условия для открытия вспомогательных тиристоров и снижения тока тиристора 43). После появления на выходе узла 39, а значит и на. входе схемы 18 совпадения, логической единицы при двигательном режиме работы вентильного двигателя (на выходе блока 28 определения режима работы - логическая единица), когда на третьем входе схемы 18 совпадения также логическая единица, открывается тиристрр 4 и ток секции синхронной мащины, остающейся в работе, про пускается через него и обмотку дросселя 45, а ток секции, выходящей из работы, начинает интенсивно спадать под действием встречной ЭДС выпрямителя 8, работающего в инверторном режиме. Одновременно с появлением тока во вспомогательном тиристоре 4 на выходе датчика 23 нуля тока появляется сигнал. Но если задан двигательный режим работы, то сигнал на выходе блока 19 определения заданного режима работы запрещает вклю-г чение ключей 21 и 24, ключ 12 разомкнут и не влияет на работу системы регулирования- Одновременно сигнал с датчика 23 нуля тока поступает на вход блока 25 бестркового переключения режимов работы, запрещая его переключение и смену режима работы двигателя при наличии тока во вспомогательных тиристорах. После снижения до нуля тока секции синхронной мащины, выходящей из работы, тиристор 43 закрывается, датчик 23 нуля тока вьщает сигнал об отсутствии тока выпрямителя, на выходах блока 19 и узлов 32 и 39 сигнал исчезает и на входе блока 9 угфавленпя пыпияммтелем остается лишь -положительный сщиап с регулято эа 11 скоростЛ; который иорс.водит выпряк-1итель 8 в вьпфямительиый режим с углами управления, определяемьтми заданной скоростью а током двигателя, После появления иоложнтелыюго а 1ряжо шш на выходе выпрямителя 8 ток через т - рнстор 44 во аяовь йстутик цо;; 1 ра-боту секции сипхронпоЁ f/aiHirrij;-; :;лг}1-с;та-ет, а во вспомогательном : чгристо|;/ 4 спадает до нуля. Дальнейшая работа пьшрямптеля 8 до следующей коммутации. про)юходит с углами, определяемыми сиг палом с выхода регулятора :.:, екорость При поступлении cnrjiuja tia /тл подтерма;к1Шапне двигателя с}От1ал на лыходе peryjisiTepa II скорост :;:;;|:яет знак паприкюр, с плюса на кпп:-уС; а f/ :--1Ходе нуль-орган 3.8 - с ...дг;к:ой еилипиил на логический нуль. Но б.ло.к 25 бесто.моволо переключе1П- я при наличии снгна.па с датчика 26 нуля тока выпрямителя ис дюреключается, ключи Л.О и 2./ остаются а прежнем состоянии, и. под дейст.в.изм отрипательного напргцкения с; в(АО/га регу-лятора 3.. 1 скорости в,:П.l l ;;iтO; : Я пероходит. в кнверторныи , и его чок начинает ук ньтаться После его C IOI-LCПНЯ до нуля блок 25 беСТОКОВОл ; e;;S-ключепия переключается, .ключк 27 л 10 также пере.ключаютси, фаза упра.:Ог - тиристоров инвертора мегБштся 1.80 эл, град, {он переходит JJ выкру.ьг:;ель-ный редким) и начннаетс.ч интен:;.г1.эт.гее ре.. Куперативное TOpN e-icein:.i:. :;с.ч . .;U ;;cc;; которого охраничивается, HaJiinU.ep, тО:а.;.вой отсечкой. После снижения с1соростн до пуля ка-чннается. его разген в другом )1а.ир,:;в.пО. НИИ. При этом ника-1 ;Нх дополнгггелз-ных переключений в схеме не 1ре0.с.хо.д.ит, :тщзпсторы инвертора 3 а.8томат 1чески переходят в пнверторный режим (пр; .вращении в другом направле11яи фаза ЭДС сшосрошюй машины меняется на 180 эл, град.), выпрямитель 8 в выпрямительный режим (ключ Ю ранее был. пере.хлючен блоком 25 бестокового перек.л.к:б1ения в положение, соответствуюш,ее да}пюму нагфа15лению вращения), Ecmi сигнал с регулятора 11 скорости нареверс шти подторма к.нва;тие поступает г{ри наличии тока во вспомох-ательных TtipKCTOpax, то несмотря на .наличие сигнала с нуль-органа 18 на перек.лючешю блока 25 бестоковоге переключения из-за налкч ш блокирующего сигнала на Т1эетьем Входе с датчика 23 нуля тока всномогаО8тельных т фисторсв он естаетс;я в прежнем состоянии, соответствующем заданному .направлению вращения, например вперед, . и может переключиться всостояние, соответствующее направлению нааад, лшыь после закрыт.ия вспомогательных тиристоров 4 и 5. ,. Сшисение тока, вспомогательных ТЕФИСторов 4 н 5 до нуля происходит под действием двух факторов: встречной направлению тока ЗДС (разы Двигателя и напия- жения на выходе 7вы.ирямителя 8, который работать в это время в выпрямительном реисиме несмотря на сггремленне си.гнала с выхода рет-улятора 11 скоростн перевести его в инверторный 1)е;ким. Осуществляется это с,.им обраеом: сигналом с блока 19 опрэделения аа- данного ре;.к;п.а работы, который соотйетс;твует тормозному режиму, включаются ключи 21 и 24, и напряжение с выхода .датчика 20 тока BcпoмoгaтeлJ;.нь.: тггристеров поступает через пелинейный элемент 22 па вход блока 9 управления выпрямителя, стремясь перевести его в Бь.пфямите.пьный pejjcHM. Одно.времен)го сигналом с датчика 23 пуля тока BcnoMoraTejrbHbix TjrpHCTOpoB в.слючается ключ 12 (при включенном ключе 24) и шунтирует В1,тхсд регулятора 11 скорости, запрещая прохо кденяе сигнала с егс выхода на в.код 9 упоа 2лепия выпрямитез ем Таккм образом, в начальный ;.юмент коммутадии тока фаз двигателя, когца ток течет по фазе двигателя, выходящей из работь ; к через вспомогателтд- Ь1й тшлгстор, на вход блока 9 управления выпрямителя доступа от два сигнала: сигнал с логической схемы ИЛИ 38, стремящийся перевести выпрямитель 8 в инверторньп ; ре}ким, и сигнал с выхода датчшса 20 тока вс.помогательпьтх тиристоров, стремящийся перевести выпрямитель 8 в выпрямитель.ный режим. Действие сигнала с логической схемы ИЛИ 28 .преобладает, к выпрямитель 8 .находится в инвертерном режиме. Ток фазы двигателя, выходящей t«3 работы, интенсивно спадает. После его сни.жения до нуля сигналом с датчика 26 нуля тока узлы 32. и 33 сформирования зон разрешения возвращаются в исходное состояние к сигнал на выходе логической схеivjbi 38 ИЛ.И исчезает. На входе блока 9 управления вьпфямителем остается лишь один сигнал с датчг-жа 23 тока вспомогательных тирнсторов, который переводит .выпрям.итель 8 в выпрямительный режим на выходе вьшрямителя 8 появляется положительное напряжение, направленное

998777О10

встречно направлению протекания тока-вспо работоспособнь М при перерегулированиях могатепьного тиристора. Последний начи- по .скорости и позволяет обеспечить опта- нает интенсивно .уменьшаться. После его снижения до нуля сигнал с датчика 23 нуля тока вспомогательных тиристоров исчезает и ключ 12 открывается. Напряжение с выхода регулятора 11 скорости переводит выпрямитель 8 в инверторный режим, и ток двигателя и вьшрямителя 8 начинает интенсивно уменьшаться. После его снижения до нуля блокирующий сигнал датчи ка 26 нуля тока выпрямителя снимается включи 1О и. 27 переключаются. При этом сигнал с выходарегулятора11скорости благодаря ключу 10 меняет полярность, стремясь перевести вьшрямитель 8 в выпрямительный режим. Одновременно ключами 27. фаза управления тиристоров инвертора 3 мейяется на 18О эя. град, и инвертор-З переходит в выпрямительный режим. Ток в звене постоянного тока преобразователя 2 возрастает, и двигатель начинает интенсивно тормозиться. Согласно описанному выше,«сигнал с датчика 23 тока вспомогательных тирис- 25

торов на- вход блока 9 управления выпрямителем поступает через нелинейный элемент 22, Который предназначен для согла-; сования прямолинейной характеристики датчика 23 тока с нелинейной, характеристи- зо кой выпрямителя 8. Возможно использование электродвигателей без вьюеденной нулевой точки секций обмоток синхронной машины. В этом слу--, чае на зажимы переменного тока инвертора 3 подключается неуправляемый мост, к выходным зажимам которого и подключаются одним электродом вспомогательные тиристоры (противоположным по наименованию зажимам вьшрямителя). .Может также в вентильном двигателе отсутствовать сглаживающий дроссель 45. В этом случае вспомогательные тиристоры одним электродом подключаются непосредственно к выходным зажимам инвертора Таким образом, благодаря указанному подключению вновь введенных элементов при переходах в тормозной режим всегда обеспечивается щэедварительно форс1фованное гашение тока во вспомогательных тиристорах за счет сигнала с датчика амп литуды тока вспомогательных тиристоров, чем исключается возможность появления неуправляемых бросков тока при переходе

в тормозной режим, и повышается надежность работы вентильного электродвигателя. Вентильный электропривод остается

с блоком определения заданного режима работы, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем исключения неуправляемых бросков

деления направления вращения,соединенного с вторым входом блока определения заданного режима работы, выход котсфого мальную по быстродействию настройку регуляторов. Формула изобретения Вентильный электропривод, содержащий синхронную машину, якорная обмотка котарой подключена к выходу выгфямительно-инверторного преобразователя частоты с зависимым инвертором, вспомогательные тиристоры, включенные между выходнь1ми выводами вьшрямителя н нулевым выводом якорной обмотки, блок управления выпрямителем, .вход которого связан с выходом регулятора скорости, шунт1фованным управляемым ключом, блок управления вспомогательными тиристорами и блок управления инвертором, подключенные к выходу датчика положения ротора, датчик и задатчик скорости, соединенные с соответ ствующими входами регулятора скорости. выход которого связан через нуль -орган тока при переключении режимов работы. в него введены блок бестокового переключения режима, блок истинного режима работы, блок определения нат равления вращения, три дополнительных управляемых ключа, датчик нуля тока выпрямителя, датчик тока вспомогательньис тиристоров, связанный с блоком управления вьшрями телем через первый дополнительный управляемый ключ, и датчик нуля тока вспомогательных тиристоров, выход которого соединен с управляющим входом основного ключа через второй дополнительный ключ и с первым входом блока бестокового переключения режимов работы, второй вход которого подключен к датчику нуля тока выпрямителя, третий вход - к выходу нуль-органа, первый выход - к блоку управления инвертором, второй выход к управляющему входу третьего дополнительного ключа, включенного между регулятором и блоком управления выпрямителем, а третий выход - к первому входу блока определения истинного режима работы, выходом подключенного к блоку управления вспомогательными тиристорами. - -а вторым входом - к выходу блока оюре