SU824393A1

SU824393A1 - Reversible thyristorized dc electric drive

Info

Publication number: SU824393A1
Application number: SU792792562A
Authority: SU
Inventors: Алексей Елисеевич Алехин; Владислав Александрович Бейнарович
Priority date: 1979-07-06
Filing date: 1979-07-06
Publication date: 1981-04-23

Description

(54) РЕВЕРСИВНЫЙ ТИРИСТОРНБШ ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА(54) REVERSIBLE TIRISTORNBSH DC ELECTRIC DRIVE

Изобретение относитс к электротехнике и может быть использовано в приводах подач металлорежущих станков.The invention relates to electrical engineering and can be used in the drives of the feeds of machine tools.

Известен реверсивный тиристорный электропривод посто нного тока, содержащий электродвигатель, подключенный через дроссель к анодной и катодной группам тиристоров с блоками коммутаций преобразовател с раздельным управлением груцп, последовательно соединенные систему импульснофазового управлени , интегральный усилитель , узел сравнени и задатчик скорости 1.A reverse current thyristor electric drive is known. It contains an electric motor connected via an inductor to the anode and cathode groups of thyristors with switching units of a converter with separate control units, connected in series with a pulse-phase control system, an integrated amplifier, a reference node and a speed setter 1.

Однако известные электроприводы имеют пониженное быстродействие, обусловленное тем, что реверс тока в цепи нагрузки осуществл етс с временной задержкой, вводимой дл устранени возможности короткого замыкани при одновременном включении тиристоров разных групп, а также нелинейные механические характеристики, обусловленные зоной прерывистых токов, что ухудщает в конечном итоге статические и динамические характеристики электропривода , особенно в зоне малых скоростей и нагрузок.However, the known electric drives have a reduced speed due to the fact that the current is reversed in the load circuit with a time delay introduced to eliminate the possibility of a short circuit while simultaneously turning on the thyristors of different groups, as well as nonlinear mechanical characteristics caused by the discontinuous current zone, which worsens in the final as a result, the static and dynamic characteristics of the electric drive, especially in the zone of low speeds and loads.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности вл етс реверсивныйThe closest to the proposed technical essence is reversible

тиристорный электропривод посто нного тока , содержащий электродвигатель, подключенный через дроссели к анодной и катодной группам тиристоров тиристорного преобразовател , последовательно соединенные блоки коммутации, выход одного из них подключен ко входу тиристорного преобразовател , последовательно соединенные систему импульсно-фазового управлени , интегральный усилитель, узел сравнени и задатчик скорости. Дл повыщени быстродействи . используетс сеть повь1щенной частоты 2.a thyristor DC motor containing a motor connected via chokes to the anode and cathode groups of the thyristors of the thyristor converter, series-connected switching units, the output of one of them connected to the input of the thyristor converter, series-connected pulse-phase control system, integrated amplifier, comparison node and speed adjuster. To increase speed. a frequency network of 2 is used.

Однако преобразование промышленной энергии в э.нергйю повыщенной частоты св зано с определенными трудност ми и снижением в целом технико-экономиче.ских показателей , а также значительным увеличением массогабаритных показателей. Кроме того, при максимальных по модулю значени х управл ющего напр жени про вл етс одна из особенностей силового управл емого выпр мител в реверсивном тиристорном электроприводе, заключающа с в мгновенном открывании тиристора при подаче управл ющего импульса, в запирании при значени х тока тиристора меньше тока «удержани . При значени х производной управл ющего сигнала, превышающих критическую величину, равную круговой частоте питающего напр жени dt Чрн-r ) процессы в преобразователе при увеличении и уменьшении сигнала управлени оказываютс разными. При значени х производной управл ющего .сигнала, превышающей критическую, коммутаци вентилей отсутствует , а ЭДС преобразовател e(t) перестает определ тьс законом oL(t) и представл ет собой отрезок синусоидального анодного напр жени того тиристора, который включен последним. Указанные особенности работы реверсивного тиристорного электропривода посто нного тока с силовым управл емым выпр мителем с согласованным управлением групп тиристоров не позвол ет получить высокого быстродействи при больших сигналах управлени , ограничиваемого особенност ми силового управл емого выпр мител . При частоте входного сигнала, равного или превышающего критическую частоту, определ емую по выражению (, резко возрастает величина динамического уравнительного тока, что приводит к значительной потери энергии и к снижению КПД реверсивного тиристорного электропривода посто нного тока в целом. Цель изобретени - повышение быстродействи и увеличение КПД. Поставленна цель достигаетс тем, что в реверсивный тиристорный электропривод посто нного тока дополнительно введены формирователи управл ющих импульсов, блок формировани зоны нечувствительности , RC-цепь, а дроссели снабжены дополнительными обмотками, которые через блоки коммутации св заны с формировате5И ми управл ющих импульсов, причем входы указанных формирователей объединены и подключены к выходу блока формировани зоны нечувствительности, вход которого через RC-цепь св зан с выходом интегрального усилител . На фиг, 1 приведена схема предлагаемого реверсивного тиристорного электропривода посто нного тока; на фиг. 2 - временные диаграммы, по сн ющие работу реверсивного тиристориого электропривода с согласованным управлением групп тиристоров. Реверсивный тиристорный электропривод посто нного тока содержит последовательно соединенные задатчики 1 скорости, блок 2 сравнени , интегральный усилитель 3, систему 4 импульсно-фазового управлени , силовой управл емый выпр митель 5 с согласованным управлением катодной 6 и анодной 7 группами тиристоров с блоками 8 и 9 коммутации, на выходе силового управл емого выпр мител 5 включены дроссели 10 и 11, между точкой соединени обмоток которых и нулем силового управл емого выпр мител включен электродвигатель 12 с тахогенератором 13, на магнитопроводах 14 и 15 дросселей 10 и 11 расположены дополнительные обмотки 16 и 17, подсоединенные к блокам 8 и 9 коммутации, которые через соответствующие формирователи 18 и 19 управл ющих сигналов и последовательно соединенные блок 20 формировани зоны нечувствительности и RC-цепь 21 подключены к выходу интегрального усилител 3. Реверсивный тиристорный электропривод работает следующим образом. Устройство имеет три режима работы. Первый режим характеризует работу силового управл емого выпр мител при малой амплитуде входного сигнала управлени , когда реверсивный тиристорный электропривод посто нного тока с малоинерционным двигателем может пропускать частоту входного сигнала вплоть до граничной частоты, определ емой по теореме Котельникова. Второй режим характеризует работу силового управл емого выпр мител при большой амплитуде -входного сигнала управлени , но со скоростью его изменени , не превышающей критическую, равную частоте сети. Третий режим характеризует работу силового управл емого выпр мител при большой амплитуде входного сигнала управлени , когда реверсивный тиристорный электропривод посто нного тока пропускает частоту входного сигнала, превышающую частоту сети. , При подаче задатчиком 1 скорости сигнала управлени с малой амплитудой (первый режим) происходит сравнение его в блоке 2 сравнени с сигналом отрицательной обратной св зи, снимаемым с тахоГенератора 13. Сигнал ошибки, снимаемый с блока 2 сравнени усиливаетс интегральным усилителем 3 и поступает на систему 4 импульснофазового управлени . С выхода системы 4 импуль.сно-фазового управлени , в зависимости от пол рности сиггнала управлени , снимаемого с интегрального усилител 3, поступают импульсы управлени на включение силового управл емого выпр мител 5 на положительную или отрицательную пол рность выпр мленного напр жени (фиг. 2а). При работе силового управл емого выпр мител 5 на его выходе по вл етс уравнительный ток, протекающий через два дроссел 10 и 11 и имеющий направление от катодной группы 6 к анодной группе 7 тиристоров, при этом через один из дросселей (в зависимости от пол рности выпр мленного напр жени ) протекает ток корной цепи двигател 12. С валом двигател 12 жестко св зан вал тахогенератора, выходной сигнал которого сравниваетс с заданным сигналом задатчика 1 скорости в блоке 2 сравнени , чем обеспечиваетс автоматическое отслеживание заданной скорости.However, the conversion of industrial energy into an energy increased frequency is associated with certain difficulties and a decrease in overall technical and economic indicators, as well as a significant increase in mass and dimensional indicators. In addition, at the maximum modulated values of the control voltage, one of the features of the power controlled rectifier in a reversible thyristor electric drive, consisting in the instant opening of the thyristor when the control pulse is applied, locks at current values of the thyristor less than the current. “Hold. When the values of the derivative of the control signal exceed a critical value equal to the circular frequency of the supply voltage dt Chrn-r), the processes in the converter with different increase and decrease of the control signal are different. When the values of the derivative of the control signal exceed the critical value, the switching of the valves is absent, and the emf of the converter e (t) ceases to be determined by the law oL (t) and is the last sinusoidal anode voltage of the thyristor that is switched on last. These features of the operation of a reversible thyristor DC drive with a power controlled rectifier with coordinated control of the thyristor groups do not allow to obtain high speed with large control signals limited by the features of the power controlled rectifier. When the frequency of the input signal is equal to or higher than the critical frequency determined by the expression (the magnitude of the dynamic equalizing current sharply increases, which leads to a significant loss of energy and to a decrease in the efficiency of the reverse current thyristor electric drive as a whole. The purpose of the invention is to increase the speed and increase EFFICIENCY. The goal is achieved by the fact that control pulse formers are added to the reversible thyristor electric drive of the direct current; the RC circuit, and the chokes are equipped with additional windings that are connected to the formers of control pulses through switching blocks, the inputs of these drivers are combined and connected to the output of the deadband shaping unit whose input through the RC circuit is connected to the output of the integral Fig. 1 is a diagram of the proposed direct current thyristor electric drive; Fig. 2 is a timing diagram explaining the operation of the reversing thyristor drive with coordinated management of thyristor groups. The reverse direct current thyristor electric drive contains serially connected speed controllers 1, comparison unit 2, integrated amplifier 3, pulse-phase control system 4, power controlled rectifier 5 with matched control of cathode 6 and anode 7 thyristor groups with switching blocks 8 and 9 The output of the power controlled rectifier 5 includes chokes 10 and 11, between the point where windings connect and the zero of the power controlled rectifier the electric motor 12 is connected to the tachogenerator 13, on the magnet And the conductors 14 and 15 of the chokes 10 and 11 are additional windings 16 and 17 connected to the switching blocks 8 and 9, which, through the corresponding drivers 18 and 19 of the control signals and the serially connected dead band forming unit 20 and the RC circuit 21 are connected to the output of the integral amplifier 3. Reverse thyristor drive works as follows. The device has three modes of operation. The first mode characterizes the operation of a power controlled rectifier with a small amplitude of the control input signal, when a reversible thyristor DC motor with a low-inertia motor can pass the frequency of the input signal up to the limit frequency determined by the Kotelnikov theorem. The second mode characterizes the operation of a power controlled rectifier with a large amplitude of the input control signal, but with a rate of change, not exceeding the critical one, equal to the network frequency. The third mode characterizes the operation of a power controlled rectifier with a large amplitude of the control input signal, when a reversible thyristor DC drive passes the frequency of the input signal exceeding the frequency of the network. When a speed control signal with a small amplitude (first mode) is applied, it is compared in block 2 of comparison with the negative feedback signal taken from the tachoGen 13. The error signal removed from block 2 of comparison is amplified by the integrated amplifier 3 and fed to the system 4 pulse phase control. Depending on the polarity of the control signal removed from the integrated amplifier 3, control pulses are received from the output of the system 4 of the pulse-phase control, to turn on the power controlled rectifier 5 to the positive or negative polarity of the rectified voltage (Fig. 2a ). When a power controlled rectifier 5 is operating, an equalizing current appears at its output, flowing through two throttles 10 and 11 and having a direction from the cathode group 6 to the anode group 7 of the thyristors, and through one of the chokes (depending on the polarity of the rectifier). voltage), the current of the engine circuit 12 flows. The shaft of the engine 12 is rigidly connected to the shaft of the tachogenerator, the output signal of which is compared with the given signal of the speed setpoint 1 in the comparison unit 2, which provides automatic tracking of the set speed.

При подаче задатчиком 1 скорости сигнала управлени с большой амплитудой (второй режим), но со скоростью изменени , равной частоте сети, реверсивный тиристорный электропривод посто нного тока работает по описанной схеме, а выпр мленное напр жение реверсируетс по отрезку синусоиды напр жени , прикладываемого к цепи нагрузки, подключенной последней фазой питающего напр жени . Осциллограмма реверса выпр мленного напр жени при этом режиме показана штрихпунктирной линией на фиг. 2а.When the control unit supplies the speed of the control signal with a large amplitude (second mode), but with a rate of change equal to the network frequency, the reversible thyristor electric drive of the direct current operates according to the described scheme, and the rectified voltage is reversed along the voltage sinusoid applied to the circuit load connected to the last phase of the supply voltage. The oscillogram of the rectified voltage reverse in this mode is shown by the dash-dotted line in FIG. 2a

В третьем режиме работы при скорости изменени управл ющего сигнала Uy с больщой амплитудой (фиг. 26), превышающей критическую скорость изменени управл ющего сигнала, определ емого по выражению (1), вступают в работу последовательно соединенные RC-цепочка 21, осуществл юща вз тие производной от сигнала управлени U (фиг. 2 с), и блок 20 формировани зоны нечувствительности, осуществл ющий задержку минимальных значений сигналов (фиг. 2д). С выхода блока 20 формировани зоны нечувствительности сигнал поступает на формирователи 18 и 19, формирующие управл ющие сигналы Ui и Ui соответственно (фиг. 2е), которые предназначены дл управлени блоками 8 и 9 коммутации, подключающие в зависимости от пол рности выпр мительного напр жени дополнительную обмотку 16 или 17 дросселей 10 и 11, соответственно. Идеализированна осциллограмма реверса выпр мленного напр жени силовым управл емым выпр мителем 5, прикладываемого к электродвигателю 12, изображена сплощной линией на фиг. 2а.In the third mode of operation, when the rate of change of the control signal Uy with a large amplitude (Fig. 26) exceeds the critical rate of change of the control signal determined by expression (1), the serially connected RC-chain 21 is engaged, picking up the derivative of the control signal U (Fig. 2 c), and the deadband formation unit 20, which delays the minimum values of the signals (Fig. 2e). From the output of the dead zone formation unit 20, the signal goes to the formers 18 and 19, which form the control signals Ui and Ui, respectively (Fig. 2e), which are intended to control the switching blocks 8 and 9, which connect additional voltage depending on the polarity of the rectifying voltage. winding 16 or 17 chokes 10 and 11, respectively. The idealized oscillogram of the reverse voltage rectified by a power controlled rectifier 5 applied to the electric motor 12 is shown by the flat line in FIG. 2a

Рассмотрим работу силового управл емого выпр мител 5, когда она из групп тиристоров, например катодна 6, работает в выпр мительном, а анодна 7 в инверторном режимах. В этом случае выпр мленный ток корной цепи электродвигател 12 протекает по цепи катодна группа 6 тиристоров - дроссель 10 - корна цепь электродвигател 12 - ноль силового управл емого выпр мител 5. При реверсе (изменении знака) сигнала управлени большой амплитуды с производной, превышающей критическую (фиг. 26), вступает в работу RC-цепочка 21, подсоединенна входом к выходу интегрального усилител 3 (фиг. 2с), а выходом - к блоку 20 формировани зоны нечувствительности, на выходе которого формируетс напр жение U (фиг. 2) управлени формирователем 18 управл ющих сигналов, подающим сигнал управлени U (фиг. 2е) на блок 8 коммутации, который в свою очередь формирует мощный импульс в обмотке 16 дроссел 10, наход щейс подConsider the operation of a power controlled rectifier 5, when it is from a group of thyristors, for example, cathode 6, operates in rectifier mode, and anode 7 in inverter modes. In this case, the rectified core current of the electric motor 12 flows through the cathode 6 thyristor circuit — choke 10 — the root circuit of the electric motor 12 — zero of the power controlled rectifier 5. When reversing (changing the sign) of the large amplitude control signal with the derivative exceeding the critical ( Fig. 26), an RC chain 21 connected by an input to the output of an integrated amplifier 3 (Fig. 2c), and an output to a dead zone formation unit 20, the output of which forms a control voltage U (Fig. 2), enters into operation. the control signal tele 18, which supplies the control signal U (Fig. 2e) to the switching unit 8, which in turn generates a powerful impulse in the winding 16 of the throttles 10 located under

током корной цепи электродвигател 12, чем и обеспечиваетс принудительное отключение включенного последним тиристора катодной группы 6 от фазы питающего напр жени . Осцилограмма реверса ЭДС e(t) в этом режиме изображена сплошной линией на фиг. 2а.current of the electric motor's core circuit 12, which ensures the forced disconnection of the thyristor of the cathode group 6 switched on by the latter from the phase of the supply voltage. The oscillogram of the EMF reverse e (t) in this mode is shown by a solid line in FIG. 2a

При смене пол рности выпр мленного тока катодна группа 6 тиристоров переходит в инверторный режим, а анодна группа 7 тиристоров переходит в выпр мительный режим, ток нагрузки протекает по цепи ноль силового управл емого выпр мител 5 - корна цепь электродвигател 12 - дроссель 11 - анодна группа 7 тиристоров . В этом режиме реверсивный тиристорный электропривод посто нного тока работает аналогично описанному выше, но в работу включаютс формирователь 19 управл ющих импульсов, который выдает сигнал управлени Uj (фиг. 2е) на блок 9 коммутации, формирующий мощный импульс в обмотке 17 дроссел 11, наход щейс под током корной цепи электродвигател 12.When changing the polarity of the rectified current of the cathode thyristor group 6 goes into inverter mode, and the anodic thyristor group 7 goes into the rectifying mode, the load current flows through the zero circuit of the power controlled rectifier 5 - root electric motor 12 - choke 11 - anodic group 7 thyristors. In this mode, the reversible thyristor DC drive operates similarly to that described above, but the control pulse generator 19, which outputs the control signal Uj (Fig. 2e) to the switching unit 9, which generates a powerful pulse in the winding 17 of the drossel 11 located under the current of the electric motor root circuit 12.

На фиг. 2а приведены идеализированные диаграммы изменени ЭДС e(t) силового управл емого выпр мител 5 (фиг. 1), изображенные сплошными лини ми при максимальном значении управл ющего сигнала и его скачкообразном реверсировании. Области , защтрихованные косыми лини ми и ограниченные штрихпунктирными лини ми, характеризуют по вление посто нной составл ющей напр жени в уравнительном контуре , направленной в сторону проводимости тиристоров известного реверсивного тиристорного электропривода.FIG. Figure 2a shows idealized diagrams of the variation of the emf e (t) of a power controlled rectifier 5 (Fig. 1), shown in solid lines with the maximum value of the control signal and its jump reversal. Areas grounded by oblique lines and bounded by dash-dotted lines characterize the appearance of a constant component voltage in the equalizing circuit directed towards the conduction of the thyristors of the known reverse thyristor electric drive.

Из осциллограмм видно, что предлагаемое устройство реверсивного тиристорного электропривода посто нного тока позвол ет исключить разнопол рное напр жение, прикладываемое к корной цепи электродвигател силовым управл емым выпр мителем в момент мгновенного реверса сигнала управлени (фиг. 2а), чем обеспечиваетс увеличение быстродействи . Кроме того, исключение по влени посто нной составл ющей ЭДС при одновременном включении групп тиристоров при реверсировании силового управл емого выпр мител ведет к снижению потери энергии в уравнительном контуре и к уменьщению динамического уравнительного тока, что приводит к увеличению КПД реверсивного тиристорного электропривода посто нного тока при больших сигналах управлени .From the oscillograms, it can be seen that the proposed device for reversing thyristor electric direct current drive eliminates the opposite voltage applied to the electric motor core circuit by a power controlled rectifier at the moment of instantaneous reversal of the control signal (Fig. 2a), which results in an increase in speed. In addition, the elimination of the constant component of the EMF with simultaneous switching on the thyristor groups when reversing the power controlled rectifier leads to a decrease in energy loss in the equalization circuit and to a decrease in the dynamic equalizing current, which leads to an increase in the efficiency of the reverse thyristor electric drive at large control signals.

Схема предлагаемого реверсивного тиристорного электропривода может быть использована с целью защиты как силового управл емого выпр мител , так и двигател от недопустимых аварийных режимов, например при прорыве инвертора.The scheme of the proposed reverse thyristor electric drive can be used to protect both the power controlled rectifier and the engine from unacceptable emergency conditions, for example, when the inverter breaks through.

Claims

1. Danyushchevska E. Yu. Thyristor DC reversible electric drives. M.J “Energie, 1970, p. 41

2. Automated electric drive in industry. M., “Energie, 1974, p. 290

(CC. Rfi

but"

Ui

Y

FIG. 2