Устройство для управления вентильным электродвигателем с зависимым инвертором Советский патент 1983 года по МПК H02P6/00 H02P6/06 

(5) УСТРОЙСТВО ДНЯ УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЬНЫМ

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ С ЗАВИСИМЫМ ИНВЕРТОРОМ

1

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для управления вентильными электродвигателями.

Известны вентильные преобразователи с зависимым инвертором и искусственной коммутацией, в которых инвертор выполнен в виде 2 т-фазных Уиристорных мостов, подключенных входами к питающей сети, а выходами к нагрузке, причем, мосты объединяются попарно встречно-параллельно и к каждой паре подключается одна фаза нагрузки. Блок искусственной коммутации таких инверторов содержит коммутирующие конденсаторы, зарядный мост, распределительные и коммутирующие тиристоры 1 и 2.

Наиболее близким к изобретению является устройство для управления знтильным электродвигателем, содержащее п-фазный мостовой инвертор, 1который выполнен в виде 2т тиристор ых выпрямителей, соединенных попарЯо встречно-параллельно,датчики пойожения и датчик скорости вращения ротора электродвигателя, выходы которых соединены, соответственно, один - непосредственно, а другой через узел сравнения с блоком управления, выход которого соединен с входом инвертора и входом группового блока искусственной коммутации C3J.

,QНедостаток описанных устройств

заключается в больших потерях мощности в групповом блоке искусственной коммутации, так как этот блок работает во всем диапазоне скорости щения электродвигателя.

Цель изобретения - повышение энергетических показателей вентилького электродвигателя путем уменьшения потерь в групповом блоке искус20 ственной коммутации.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для управления вентильным электродвигателем, содержащее т-фазный мостовой инвер39тор, который выполнен в виде 2т тиристорных выпрямителей, соединенных попарно встречно-параллельно, датчик положения и датчик скорости вращения ротора электродвигателя, выходы которых соединены соответственно оди непосредственно, а другой - через узел сравнения с блоком управления, выход которого соединен с входом инвертора и входом rpynnosciro блока искусственной коммутации, дополнительно введены датчик тока инвертора, датчик инверторного режима, два логических элемента И, два пороговых элeмeнta, два элемента гальванической развязки и два элемента задержки времени, а групповой блок искусственной коммутации выполнен в виде выпрямителя с конденсатором на выходе, двух полностью управляемых ключей и 2 т-фазного тиристорного распределительного моста, выход кото рого соединен с т-фазным мостовым инвертором, причем входы первого логического элемента И соединены соответственно с выходом датчика положения ротора и с выходо;м датчика ско рости вращения ротора через первый пороговый элемент, входы второго логического элемента И соединены соо ветственно с выходом блока управления, с выходом датчика тока инвертора через второй пороговый элемент и с выходом датчика инверторного режима, входы которого соединены с выходами датчика скорости -и узла сравнения, при этом выходы логических элементов И соединены с входами обоих элементов гальванической развязки, выходы каждого из которых соединены с включающим входом и через элемент задержки времени с отключающим входом первого и вто рого полностью управляемых ключей, .соответственно. Это позволяет включать блок искусственной коммутации автоматически не на весь период работы вентильного электродвигателя с зависимым инвертором, а только в двух случаях: при высоких скоростях вращения, когда естественная коммутация уже невозможна, а также при любых скоростях вращения электродвигателя, но при перегрузках (больших токах), например в случае работы в инверторном режиме, когда естественная коммутация затруднительна. На чертеже представлена схема устройства для управления вентильным электродвигателем. Устройство содержит -электродвигатель 1 переменного тока, т-фазная якорная обмотка которого соединена с т-фазным мостовым инвертором 2, который выполнен в виде 2т тиристорных выпрямителей , соединенных попарно и встречно-параллельно, датчик 9 положения ротора и датчик 10 скорости, выходы которых соответственно соединены непосредственно и череЪ узел 11 сравнения с блоком 12 управления тиристорными вып.рямителями и распределительными, тиристорами 13 блока искусственной коммутации, датчик Il тока инвертора, датчик 15 инверторного режима, два логических элемента И Тб и 17, два опорных элемента 18 и 19, два элемента 20 и 21 гальванической развязки и два элемента 22 и 23 задержки времени, а также выпрямитель 2k, конденсатор 2ii и два полностью управляемых ключа 2б и 27 блока искусственной коммутации. Входы первого логического элемента И 16 соединены соответственно с выходом датчика 9 положения ротора непосредственно, а с выходом датчика 10 скорости вращения ротора - через первый опорный элемент 18, входы -второго логического элемента И 17 соединены соответственно с выходом блока 12 управления непосредственно, а с выходом датчика 1 тока инвертора - через выпрямитель и второй опорный элемент 19, а также с выходом датчика 15 инверторного режима непосредственно, входы которого соединены с выходом датчика 10 скорости и узла 11 сравнения, при этом выходы каждого логического элемента И 16 и 17 соединены с входами обоих элементов 20 и 21гальванической развязки, выходы которых соединены непосредственно с включающим входом и через элементы 22и 23 задержки времени с отключающим входом полностью управляемых ключей 26 и 27 соответственно. Схема работает следующим образом. При включении в сеть конденсатор 25 через диодный мост 24 заряжается до напряжения, несколько большего, чем амплитуда линейного напряжения сети (из-за неизбежного наличия индуктивностей з питающей сети). Датчик положения ротора дает в блок 12 управления сигнал включения соответствующих тиристорных выпрямителей в зависимости от началь ного положения ротора и полярности сигнала задания Ц.При повороте рот ра на определенный угол (в зависимости от полюсности двигателя) датчик 9 положения ротора выдает импульс на вход элемента И 16. Напряжение опорного элемента 18 выбрано таким, что при частотах вращения двигателя, при которых еще возможна естественная коммутация тиристоров инвертора, напряжения датчика 10 ск рости- (тахонегенератора) меньше порогового напряжения, поэтому на вто ром входе элемента И 1б и на его | ых6де - логический ноль. Вентильны электродвигатель работает с естественной коммутацией тиристорных. выпрямителей 3-8. Когда частота достиг ет величины, близкой к предельной частоте естественной коммутации, на ряжениетахогенератора 10 становится больше порогового напряжения порогового элемента 18, и на выходе л гйческого элемента И 16 появляются гические единицы в моменты, определяемые импульсами с датчика 9 положения ротора. Через бпоки 20 и 21 развязки (в качестве которых могут Шть использованы оптронные ключи) сигнал от датчика 9 включает ключи. 2б и 27, одновременно подаются отпи рающие импульсы на соответствующую пару распределительных тиристоров, и осуществляется искусственная коммутация одного из выпрямителей 3-8. Допустим, необходимо выключить выпрямитель 3 и включить выпрямител с целью реверса тока в фазе элек родвигателя. Последовательность ком мутации при этом следующая. Отпираются ключи 2б и 27, одновременно отпирающие импульсы поступают на со ответствуюиц е распределительные тиристоры, и напряжение конденсатора 25 прикладывается,, к фазе по цепи, плюсовая обкладка конденсатора 2 jключ 26 - тиристор 2Ъ - фаза - тиристор 29 - ключ 27 - минусовая обкладка конденсатора 25. Ток в выпрямителе 3 убывает до нуля, а ток конденсатора 25 возрастает до тока 4, нагрузки. Конденсатор 25 частично разряжается, выпрямитель 3 запирается Затем с выдержкой времени, достаточной для запирания выпряьмте86ля 3, через элементы задержки 20 и 21 поступают гасящие импульсы на ключи 26 и 27 и-i одновременно отгорающие импульсы на соответствующие тиристоры выпрямителя 3 с таким углом, что мост отпирается в инверторном режиме (т.е. уголо4 90 эл. град). 11РОИСХОДЙТ инвертирование запасенной в фазе электромагнитной энергии, в результате чего ток в Фазе спадает до нуля, aJ oндeнc aтoip 25 снова заряжается.При спаде тока фазы до нуля выпря 1тель запирается естественным путем, а импульсы с блока 12 управления поступают на выгч1Я 1тeль с углом ct 90 эл. град., т.е. ,отпирая выпрямитель в выпрямительном режиме, происходит нарастание тока в фазе в другом направлении. Логика работы блока управления 12 такая,же, как в системах раздельного управления реверсивным тиристорным преобразователем постоянного тока. Последующие этапы искусственной коммутации происходят аналогично описанному с частотой, определяемой частотой следования импульсов с датчика Э положения ротора. При снижении частоты вращения двигателя снижается напряжение тахогенератора 10, исчезает логическая единица на выходе элемента И 16, и схема автомаически снова переходат в режим естествен ной коммутации. При работе устройства в инверторном режиме (т.е. при торможении двигателя) блок искусственной коммутации может включиться на лю- , бой скорости вращения двигателя при следующих условиях. Наличие инверторного режима фиксируется датчиком 15 инверторного режима, на входе которого есть сигнал с тахогенератора , дающий информацию о направлении вращения двигателя (по полярности сигнала) и сигнал с узда 11 сравнения, дающий информацию о разнице между заданной и фактической скоростью вращения. Совпадение полярностей этих сигналов свидетельствует о двигательном режиме, несовпадение;- об инверторном (возможны и другие-логические методы обнаружения инвертсчэного режима). При наличии инверторного режима датчик 15 дает логическую едини(у на один из выходов элемента И 17. На второй вход поступает серия отпирающих импульсов с блока 12 управления.

следующих с частотой и фазой импульсов управления силовыми тиристорами выпрямителей .

На третьем входе элемента И 17 сигнал появляется в том случае, если ток нагрузки превышает определенную величину (например, номинальное значение) и выпрямлень й сигнал дат чика I тока больше порогового напряжения порогового элемента 19 (стабилитрона). В этом случае логическая единица на выходе элемента И 17 отпирает, (КЛЮЧИ 26 и 27 с частотой следования импульсов с блока 12 (с этой же частотой отпираются соответствующие распределительные тиристоры) и искусственная коммутация совершается в каждый коммутационный такт, т.е. запирание любого проводившего тиристора любого силового моста совершается принудительно, что обеспечивает четкое инвертирование и при больших токах нагрузки.

Таким образом, исключается рйбота блока искусственной коммутации в зоне низких скоростей вращения и при отсутствии перегрузок, когда естественная коммутация тиристоров зависимого инвертора надежна, и тем самым уменьшаются потери в указанном режиме, что приводит к улучшению показателейустройства.

Формула изобретения

Устройство для управления вентильным электродвигателем, содержащее т-фазный мостовой инвертор, который выполнен в виде 2т тиристорных выпрямителей, соединенных попарно встречно-параллельно, датчик положения и датчик скорости вращения ротора электродвигателя, выходы которых соединены, соответственно, один - непосредственно, другой - через узел сравнения с блоком управления, выход которого соединен с входом инвертора и входом группового блока искусственной коммутации, отличающ е е .с я тем, что, с целью повышения энергетических показ ателей путем уменьшения потерь в блоке искусственной коммутации, в него дополнительно введены датчик тока инвертора, датчим инверторного режима, два логических элемента И, два пороговых элемента, два элемента гальванической

развязки и два элемента задержки времени, а групповой блок искусственной коммутации выполнен в виде выпрямителя с конденсатором на выходе, двух полностью управляемых ключей и 2тфазного тиристорного распределительного моста, выход которого соединен с т-фазным мостовым инвертором, причем входы первого логического элемента И соединены соответственно с

выходом датчика положения ротора и с выходом датчика скорости вращения ротора через первый пороговый элемент, входы второго логического элемента И соединены соответственно с

выходом блока управления, с выходом датчика тока инвертора через второй пороговый элемент и с выходом датчика инверторного режима, входы которого соединены с выходами датчика скорости и узла сравнения, при этом выходы логических элементов И соединены с входами обоих элементов гальванической развязки, выходы каждого из которых соединены с включающим

входом и через элемент задержки времени - с отключающим входом первого и второго полностью управляемых ключей, соответственно.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

3. Авторское свидетельство СССР № 32567Ь кл. Н 02 М 5/30, 1970.