SU1515317A1

SU1515317A1 - Вентильный электропривод

Info

Publication number: SU1515317A1
Application number: SU874337691A
Authority: SU
Inventors: Александр Николаевич Звездин; Виктор Игоревич Эпштейн
Original assignee: Ленинградское Производственное Электромашиностроительное Объединение "Электросила" Им.С.М.Кирова
Priority date: 1987-12-07
Filing date: 1987-12-07
Publication date: 1989-10-15

Abstract

Изобретение относитс к электротехнике и может быть использовано дл высококачественного управлени частотой вращени мощного синхронного двигател . Цель изобретени - повышение быстродействи в переходных режимах и надежности. Электропривод содержит синхронную машину 1, датчик частоты вращени 2, тиристорный преобразователь 3, соединенные последовательно первый суммирующий элемент 4, переключатель 5 пол рности, регул тор 6 частоты вращени , второй суммирующий элемент 7, регул тор 8 тока, переключатель 9, выходом подключенный к управл ющему входу преобразовател 3 по частоте питающей сети, датчик 10 тока, узел 11 задани частоты вращени , пороговый элемент 12, переключатель 13, два логических элемента НЕ 14,20, два логических элемента 2И 15,17, два элемента задержки 16,18, переключатели 19,21,22, узел 23 ограничени сигнала управлени по выходной частоте, инвертирующие элементы 24,26, узел 25 ограничени сигнала управлени по частоте питающей сети, измеритель 27 углов запаса, регул тор 28 мощности и узлы 29,30 ограничени скорости разгона и торможени электропривода. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

&Чг

.

сд

со

15

Изобретение относитс к электротехнике и может быть использовано дл высококачественного управлени частотой вращени мощного синхронного двигател .

Целью изобретени вл етс повышение быстродействи в переходных режимах и надежности.

На фиг.1 представлена функциональна схема вентильного электропривода на фиг.2 показаны временные диаграммы процессов взаимодействи его элементов .

Электропривод содержит синхронную машину 1 (фиг.1), св занный с ней датчик 2 частоты вращени , тиристор- ньш преобразователь 3, соединенные последовательно первый суммирующий элемент 4, переключатель 5 пол рное- ти, регул тор 6 частоты вращени , второй суммирующий элемент 7, регул тор 8 тока, выход которого подключен к второму информационному входу первого переключател 9, соединенного сво- им выходом с управл ющим входом ти- ристорного преобразовател 3 по час- -тоте питающей сети, датчик 10 тока, соединенный с вторым входом второго суммирующего элемента 7, узел 11 задани частоты вращени , выход которого соединен с первыми входами первого суммирующего элемента 4 и порогового элемента 12, выход которого подключен к управл ющим входам переключател 5 пол рности и третьего переключател 13, к входу первого логического элемента 14 И-НЕ, к первому входу второго логического элемента 2И 15, через элемент 16 задержки среза импульса к управл ющему входу первого переключател 9 и к первому входу первого логического элемента 2И 17, а через элемент 18 задержки фронта импульса к управл ющему входу второго переключател 19 и входу второго логического элемента И-НЕ 20, причем его выход подключен к второму входу логического элемента 2И 15, св занного своим выходом с управл ющим вхо- дом четвертого переключател 21, а выход первого логического элемента И-НЕ 14 подключен к второму входу первого логического элемента 2И 17, св занного своим выходом с управл ющим входом п того переключател 22.

Выход второго переключател 19 соединен с управл ющим входом тиристор- ного преобразовател 3 по выходной

5 0 5 0

0

5

0

5

частоте, причем второй информационный вход второго переключател 19 подключен к выходу узла 23 ограничени сигнала управлени по выходной частоте , а через второй инвертирующий элемент 24 к информационному входу п того переключател 22, выход которого соединен с входом установки начальных условий регул тора 8 тока. Первый информационный вход второго переключател 19 соединен с выходом регул тора 8 тока и вторым информационным входом первого переключател 9, первый информационный вход которого подключен к узлу 25 ограничени сигнала управлени по частоте питающей сети, а через первый инвертирующий элемент 26 к информационному входу четвертого переключател 21, выход которого соединен с входом установки начальных условий регул тора 8 тока. Датчик 2 частоты вращени соединен своим выходом с вторыми входами первого суммирующего элемента 4 и порогового элемента 12. Измеритель 27 углов запаса подключен своими входами к выходам тиристорного преобразовател 3 по выходной частоте, а выходом соединен с первым входом узла 23 ограничени сигнала управлени по выходной частоте, второй вход которого подключен к выходу датчика 10 тока. Регул тор 28 мощности соединен своими входами с шинами питающей сети, а выходами - с узлом 25 ограничени сигнала управлени по частоте питающей сети, с узлом 29 ограничени скорости разгона и с узлом 30 ограничени скорости торможени , причем входы узлов 29 и 30 соединены с информационными входами третьего переключател 13, выход которого подключен к входу ограничени выходного сигнала регул тора 6 частоты вращени .

Электропривод работает следующим образом.

При подаче на вход сигнала задани частоты вращени U (фиг.2), соответствующего заданному направлению вращени электрической машины 1 в двигательном режиме, тиристорный преобразователь 3 по отношению к цепи питани работает в выпр мительном режиме, а по отношению к электрической машине 1 - в инверторном. На управл ющем входе тиристорного преобразовател 3 по частоте питающей сети формируетс сигнал, соответствующий некоторому углу отпирани вентилей в выпр мительном режиме, а на управл ющем входе тиристорного преобразовател 3 по выходной частоте - сигнал, соответствующий углу опережени в инверторном режиме, С выхода узла 11 задани частоты вращени на вход первого суммирующего элемента 4 поступает сигнал задани частоты вращени U с..0. Этот сигнал сравниваетс с сигналом обратной св зи по частоте вращени (Ujcve выхода датчика 2 частоты вращени . Оба этих сигнала подаютс также на входы порогового элемента 12. При величине рассогласовани указанных сигналов больше нул , т.е. при Uj g-Upj-i g O, переключатель 5 пол рности находитс в положении, обеспечивающем прохождение сигнала рассогласовани Upj, на вход регул тора 6 частоты вращени без инверсии. Сигнал задани тока и на выходе регул тора 6 частоты вращени сравниваетс во втором суммирующем элементе 7 с сигналом обратной св зи по току с выхода датчика 10 тока. Первый переключатель 9 находитс в положении, в котором сигнал с выхода регул тора 8 тока поступает на управл ющий вход тиристорного преобразовател 3 по частоте питающей сети. Сигнал L1 (фиг.2), уровень 1, на выходе порогового элемента 12 обеспечивает указанное положение переключател 5 пол рности, первого переключател 9, четвертого переключател 21 и второго переключател 19, при котором на вход преобразовател 3 по выходной частоте поступает сигнал с выхода узла 23 ограничени сигнала управлени по выходной частоте, соответствующий углу опережени в инверторном режиме, причем оптимальный с точки зрени наибольшего КПД и обеспечени надежного запирани вентилей угол опережени определ етс узлом 23 ограничени сигнала управлени по выходной частоте исход из информации , поступающей от измерител 27 угла запаса и датчика 10 тока. Так, например, при уменьшении тока двигател и, как следствие, уменьшении угла коммутации, узлом 23 вьфабатывает- с сигнал, соответствующий меньшему углу опережени . Таким образом, узел 23 вьфабатьшает сигнал, соответствующий минимально возможному в каждом режиме углу опережени , что и озна

0

5

0

5

0

5

0

5

чает работу с максимально возможным КПД.

Ограничение выходного сигнала регул тора 6 частоты вращени по услови м допустимой дл двигател перегрузки по току и по текущей загрузке питающей сети осуществл етс узлом

29ограничени скорости разгона, вход которого св зан с регул тором 28 мощности .

При уменьшении сигнала задани частоты вращени (момент времени t,), соответствующего переводу на понижен- ную- ,скорость, на выходе порогового элемента 12 формируетс сигнал О (L1), под воздействием которого переключатель 5 пол рности и переключатели 13, 9 и 21 мгновенно перевод тс в противоположное положение. При этом сигнал Up,- на управл ющем входе тиристорного переобразовател 3 по частоте питающей сети скачком измен ет пол рность и тиристорный преобразователь 3 с максимальным быстродействием переводитс в инверторный режим по отношению к питающей сети , причем ограничение регул тора 6 частоты вращени определ етс выходом узла

30ограничени скорости торможени ,

а в регул тор 8 тока ввод тс такие V начальные услови через инвертор 26 от узла 25 ограничени сигнала управлени по частоте питающей сети,чтобы на момент вступлени в работу регул тора 8 тока (момент времени t ,) угол управлени тиристорным преобразовате- лем 3 по частоте питающей сети в инверторном режиме и угол управлени тиристорным преобразователем 3 по выходной частоте в вьтр мительном режиме в сумме составл ли 180 эл.град., а ЭДС тиристорного преобразовател 3 по частоте дитающей сети U была равна ЭДС тиристорного преобразовател 3 по выходной частоте U, , При этом исключаютс переходные процессы в регул торе 8 тока и, как следствие , броски тока I в силовой части электропривода. По истечении времени , необходимого дл перевода тиристорного преобразовател 3 в инверторный режим по входной частоте, определ емого элементом задержки 18 (сигнал L2), переключатель 21 размыкаетс , а переключатель 19 переводитс в положение, при котором на вход тиристорного преобразовател 3 по выходной частоте приходит сигнал с регул тора 8 тока. После указанных переключений происходит регулируемый (без бросков тока) переход в режим торможени с рекуперацией энергии в сеть (или в режим динамического торможени ) .

Таким образом, регулирование момента (тока) в режиме торможени осуществл етс управлением преобразова- телем 3 по выходной частоте, обеспечение же устойчивости коммутации вентилей по частоте дитающей сети осуществл етс воздействием на вход преобразовател 3 по частоте питающей сети. Величина рекуперируемой мощности в результате воздействи на вход тиристорного преобразовател 3 по частоте питающей сети с помощью узла 25 ограничени сигнала управлени по частоте питающей сети и регул тора 28 мощности устанавливаетс максимально возможной с точки зрени возможностей автономной питающей сети. Регул тор 8 тока при этом воспринима- ет задаваемую указанным выше способом величину противо-ЭДС питающей сети как возмущение и формирует заданный на его входе момеНт. Например, указанное взаимодействие элементов в случае, когда по услови м питающей сети рекупераци невозможна, протекает следующим образом: на выходе регул тора 28 мощности формируетс сигнал, устанавливающий выход узла 25 ограничени сигнала управлени по частоте питающей сети в положение, соответствующее углу управлени по частоте питающей сети, равному 90 . По услови м допустимой дл двигате- л перегрузки по току на выходе узла 30 ограничени скорости торможени , вход которого св зан с регул тором 28 мощности, формируетс сигнал ограничени по току (по тормозному моменг ту) двигател . Регул тор 8 тока устанавливает соответствующий угол управлени тиристорным преобразователем 3 по выходной частоте также равным примерно 90°. В результате этого торможение происходит за счет потерь в обмотках синхронной машины и цеп х тиристорного преобразовател 3, Если же по услови м автономной питающей сети угол управлени по частоте питающей сети может быть равен 180 (соответствующа работа регул тора 28 мощности и узла 25 ограничени сигнала управлени по частоте питающей

g 0 5 О Q 5

5

0

сети), выход регул тора В тока при этом же ограничении, задаваемом регул тором 6 частоты вращени , устанавливает угол управлени по выходной частоте близким к О .

Таким образом, торможение привода осуществл етс с максимально возможной эффективностью в каждом конкретном случае состо ни питающей сети ограниченной мощности, причем в отличие от известных устройств в данном электроприводе существует режим динамического торможени (при неблагопри тных услови х питающей сети), При достижении частотой вращени значени (момент времени-tg), при котором сигнал рассогласовани по частоте вращени положительный, сигналом L1, уровень 1, с выхода порогового элемента 12 переключатель 5 пол рности и переключатели 13, 19 и 22 мгновенно перевод тс в другое противоположное положение. При этом сигнал на управл ющем входе тиристорного преобразовател 3 по выходной частоте скачком измен ет пол рность и тиристорный преобразователь 3 с максимальным быстродействием переводитс в инвертор- ный режим по отнощению к синхронной машине 1, причем в регул тор 8 тока через инвертор 24 от узла 23 ввод тс такие начальные услови ограничени сигнала управлени по выходной частоте, чтобы на момент вступлени на работу регул тора 8 тока (момент времени t) угол управлени тиристорным преобразователем 3 по частоте питающей сети в выпр мительном режиме и угол управлени тиристорным преобразователем 3 по выходной частоте в инверторном режиме в сумме оп ть составили 180 эл.град., а ЭДС тиристорного преобразовател 3 по частоте питающей сети равна ЭДС ти- ристорного п реобразовател 3 по выходной частоте Uj.-По истечении времени , необходимого дл перевода тиристорного преобразовател 3 в инвер- торный режим по отношению к синхронной машине, определ емого элементом временной задержки 16 (сигнал L3) переключатель 22 размыкаетс , а переключатель 9 переводитс в положение, при котором на вход тиристорного преобразовател 3 по частоте питающей сети приходит сигнал с регул тора 8 тока. После указанных переключений

915

происходит регулируемый (без бросков тока) переход в двигательный режим.

Claims

Таким образом, в данном устройстве обеспечиваютс регулируемые пере- ходы из двигательного режима в тормозной и наоборот, повышаетс надежность инвертировани при изменении параметров коммутирующих источников, причем одновременно обеспечиваетс более эффективное использование последних . Формула изобретени

1 .Вентильный электропривод,содержащий синхронньй двигатель, тиристор- ный преобразователь с управл ющими входами по частоте питающей сети и выходной частоте, датчики тока и частоты вращени двигател , узел задани частоты вращени , элемент задерж- ки фронта импульса, пороговый элемент , входы которого подключены к выходам узла задани и датчика частоты вращени , первый суммирующий элемент входы которого подключены к выходу датчика частоты вращени и узла задани частоты вращени , переключатель пол рности, управл ющий вход которого подключен к выходу порогового элемента , соединенному с входом элемен- та задержки фронта импульса, регул тор частоты вращени , второй суммирующий элемент, второй вход которого соединен с выходом датчика тока, и регул тор тока, отличающий- с тем, что, с целью повышени быстродействи в переходных режимах и надежности , в него введены первый - п - тьй переключатели, первый и второй инвертирующие элементы, узел ограни- чени сигнала управлени по частоте питающей сети,узел ограничени сигнала управлени по выходной частоте,узлы ограничени скоростей разгона и торможени первый и второй логические элементы И-НЕ, первый и второй логические элементы 2И, элемент задержки среза импульса, а регул тор частоты вращени снабжен входом дл ограничени выходного сигнала, регул тор тока . снабжен входом дл установки начальных условий, информационные выходы первого и второго переключателей подключены к управл ющим входам тиристор ного преобразовател по частоте питающей сети и выходной частоте соот ветственно, первый информационный вход первого переключател подключен к выходу узла ограничени сигнала уп

г-

51531

в

- . , Q

аJ5 сж- 20 ыы т, 25 ае- зо о - та - - Q а ни , дс сп р- 35

55

710

равлени по частоте питающей сети и к входу первого инвертирующего элемента , выход которого подключен к информационному входу четвертого переключател , второй информационный вход первого переключател подключен к выходу регул тора тока и к первому информационному входу второго переключател , управл ющий вход первого переключател подключен к первому входу первого логического элемента И и вьгходу элемента задержки среза импульса, второй информационный вход второго переключател соединен с выходом узла ограничени сигнала управлени по гыходной частоте и входом второго инвертирующего элемента, а управл ющий вход второго переключател соединен с выходом элемента задержки фронта импульса и входом второго логического элемента И-НЕ, информационные входы третьего переключател подключены к узлам ограничени скоростей разгона и торможени , управл ющий вход третьего переключател соединен с выходом порогового элемента, информационный выход - с входом дл ограничени выходного сигнала pei-ул - тора частоты вращени , информационный выходы четвертого и п того переключателей объединены и тюдключены к входу дл установки начальных условий регул тора тока, основной вход которого подключен к выходу второго.сумматора , первый вход которого соединен с выходом регул тора частоты вращени , входные зажимы которого подключены к информационным выходам переключател пол рности, информационный вход которого подключен к выходу первого сумматора, информационный вход п того переключател соединен с выходом второго, инвертирующего эгемент , а управл ющий вход - с выходом первого логического элемента И, второй вход которого подключен к 1 ыходу первого логического элемента И-НЕ, вход которого и вход элемента задержки среза импульса объединены и подключены к выходу порогового элемента, управл ющий вход четвертого переключател подключен к выходу второго логического элемента 2И, входы которого соединены с выходами порогового элемента и второго логического элемента И-НЕ соответственно.:
2. Электропривод по п.1, отличающийс тем, что, с целью

1115153

повьппени КПД, узел ограничени сигнала управлени по выходной частоте выполнен с двум входами и введен измеритель углов запаса на восстановле- кие вентильной прочности тиристоров после коммутаций с выходной частотой, входами подключенный к выходам тиристор- ного преобразовател ,а выходом соединенный с одним из входов узла ограниче- ю ни сигнала управлени по выходной частоте, второй вход которого подключен к выходу датчика тока.

712
3. Электропривод по п.1, о т л и - чающийс тем, что, с целью улучшени качества регулировани при изменени х состо ни автономной питающей сети, он дополнительно снабжен регул тором мощности с входами дл подключени к питающей сети и выходами дл подключени к узлам ограничени скорости разгона, скорости торможени и сигнала управлени по частоте питающей сети соответственно .