Вентильный двигатель

(51 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ ТЕЛ ЬСТВ К АВТОРСКОМУ С(57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в вентильных преобразователях частоты, предназначенных для частотного пуска высоковольтных синхронных машин. Целью изобретения является повышение надежности и улучшение энергетических показателей двигателя путем обеспечения постоянства угла выключения вентилей зависимого инвертора при изменяющихся токе и потокосцеплении Для этого в вентильном двигателе на основе синхронной машины 1 с тиристорным зависимым инвертором 2 в цепи статора и возбудителем 3 в цепи ротора формирователь развертывающего напряжения 12 в узле 11 формирования рабочего угла управления выполнен с шестью интеграторами 15, в цепь обратной связи каждого из которых овательскии С,М,Г равления на в ысоко вол ьсб.: Высокоразователи. ва А.Е., Сы- регулироваройства, - В испытания и ьтных тири- энергетики. - 2 - 39. ключен пороговый элемент 17. реализую - , 1Фиг 1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР(56) Колоколкин А.М. Система упинтегральных микросхемах длятных преобразователей. - Ввольтные тиристорные преобМЭНИН, 1981, с.151, фиг.5.Абрамович Р,ДБояршинотин А.П, Система управления иния тиристорного пускового устсб.: Исследования, разработки,опыт эксплуатации высоковолсторных преобразователей дляЛ.: Энергоатомиздат, 1986, с,3 Н 02 К 29/00, Н 02 Р 5/401594658 щий функцию идеального диода, и с дополнительным шестиканальным коммутатором 16, а задатчик сигнала управления 13 содержит датчик 18 потока, датчик 19 тока статора и сумматор 20. Входы интеграторов 15 подключены к выходам трансформаторного датчика напряжения 4, а выходы - к коммуИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано в вентиль ных преобразователях частоты, предназначенных для частотного пуска высоковольтных синхронных машин, номинальное напряжение которых в 3-10 раз превышает номинальное выходное напряжение преобразователя частоты,Пуск производится с уменьшением тока ротора синхронной машины по мере увеличения частоты вращения с тем, чтобы напряжение статора синхронной машины не превысило номинального для и реобразователя частоты значения, Соответственно, потокосцепление синхронной машины изменяется в 3 - 10 раз. Пуск производится по заданной технологической программе со стабилизацией частоты вращения на промежуточных оборотах, соответственно изменяется ток статора синхронной машины в процессе пуска,Целью изобретения является повышение и улучшение энергетических показателей путем обеспечения постоянства угла выключения вентилей зависимого инвертора при изменяющихся токе и потокосцеплении.На фиг.1 представлена функциональная схема вентильного двигателя; на фиг.2 - временные диаграммы его работы.Вентильный двигатель содержит синхронную машину 1 с тиристорным зависимым инвертором 2 в цепи статора и возбудителем 3 в цепи ротора, трансформаторный датчик 4 напряжения, вход которого подключен к выходу переменного тока зависимого инвертора, а выходы, образованные шестью соединенными в шестилучевую звезду выходными обмотками трансформаторов датчика, соединены с входами шестиканальных ком" мутаторов 5 и 6, выполненных на управляемых электронных ключах, выходы которых через узлы 7 и 8 ограничения предельных углов управления соединены с соответствующими входами разрешения предельных углов формирователя 9 тактовцх импульсов, выходы которого через распределитель 10 импульсов соединены с соответствующими управляющими электродами тиристоров зататору 16 и к датчику 18 потока. Другой вход коммутатора 16 подключен к выходу распределителя импульсов 10, а его выход и выход сумматора 20 - к входам компаратора 14, соединенного выходом с входом разрешения рабочего угла формирователя тактовых импульсов 9, 2 ил. висимого инвертора 2 и соответствующимивходами ключей шестиканальных коммутаторов 5 и 6,Вентильный двигатель содержит, кроме5 того, узел 11 формирования рабочего углауправления с формирователем 12 развертывающего напряжения, задатчиком 13 сигнала управления и компаратором 14 с двумявходами, первый из которых соединен с вы 10 ходом задатчика 13 сигнала управления, авторой - с выходом формирователя 12 развертывающего напряжения, причем выходкомпаратора 14 соединен с входом разрешения рабочего угла формирователя 9 так 15 товых импульсов,Формирователь 12 развертывающегонапряжения выполнен с шестью интеграторами 15 и с дополнительным шестиканальным коммутатором 16,20 В цепь обратной связи каждого из интеграторов 15 включен пороговый элемент17, реализующий функцию идеального диода,Задатчик 13 сигнала управления выпол 25 нен с датчиком 18 потока, датчиком 19 токастатора и двухвходовым сумматором 20.Входы интеграторов 15 подключены ксоответствующим выходам трансформаторного датчика 4 напряжения, а выходы - к30 входам дополнительного шестиканальногокоммутатора 16, управляющие входы которого соединены с соответствующими выходами распределителя 10 импульсов, Выходшестиканального коммутатора 16 образует35 выход формирователя 12 развертывающегонапряжения.Входы датчика 18 потока соединены свыходами интеграторов 15. Выходы датчика18 потока и датчика 19 тока соединены с40 входами сумматора 20, выход которого образует выход задатчика 13 сигнала управления.Вентильный двигатель работает следующим образом.45 Ток статора синхронной макшины 1(фиг.1) формируется зависимым инверторомпутем преобразования постоянного входного тока инвертора 1 в переменный ток, Инвертор является источником активной5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 мощности для синхронной машины, а последняя является источником реактивной мощности, необходимой для. коммутации тока вентилями инвертора. Для надежной работы зависимого инвертора напряжение на вентиле инвертора (фиг.2 а) должно характеризоваться углом выключения д, не меньшим, чем минимально допустимое зна чение - дмин . В то же время активная мощность на выходе зависимого инвертора пропорциональна косинусу угла выключения д,Следовательно, максимум активной мощности при сохранении надежности достигается при постоянстве угла выключения и его равенстве дин независимо от текущих значений тока статора и потокосцепления синхронной машины, В предлагаемом устройстве равенство д = дин достигается следующим образом. Напряжения с обмотки статора синхронной машины через трансформаторный датчик 4 поступают на аналоговые входы шестиканальных коммутаторов 5,6 и входы интеграторов 15, выходные сигналы которых поступают на дополнительный шестиканальный коммутатор 16, Одновременно на управляющие.входы коммутаторов 5,6 и 16 поступают сигналы с выходов распределителя 10 импульсов. При этом взаимная фазировка входных напряжений коммутаторов и сигналов управления такова, что узлы ограничения предельных углов (максимального 7 и минимального 8) формируют последовательности импульсов ограничения углов, обеспечивающие в блоке формирователя 9 тактовых импульсов ограничение рабочего угла управления в диапазоне амин ар амакс Узел 11 формирования рабочего угла управления путем сравнения выходных сигналов формирователя 12 развертывающего напряжения и задатчика 13сигнала управления формирует последовательность импульсов управления с углом ар, обеспечивая постоянство угла выключения д. Сигналы на входах (фиг.2 б) интеграторов 15 совпадают по фазе с линейными напряжениями статора синхронной машины. Каждый интегратор выполнен, например, на базе операционного усилителя с интегрирующим конденсатором в цепи обратной связи, причем конденсатор зашунтирован нелинейным элементом, например диодом 17. Выходные напряжения интеграторов (фиг,2 в) из-за наличия нелинейного элемента однополярны и с коэффициентом трансформации датчика 4 пропорциональны (О/врт)(1+созе т), где О, ар - действующее значение и частота изменения напряжения статора. Причем выходные напряжения интеграторов достигают нуля и максимального значения в моменты перехода входных напряжений через нуль, амплитуда выходных напряжений интеграторов пропорциональна потоку (отношению О/ вр).Датчик 18 потока формирует выходной сигнал, равный амплитуде выходных напряжений интеграторов, Датчик 19 тока статора формирует выходной сигнал, пропорциональный с коэффициентом Кд входному току инвертора 1.При каждом переключении распределителя 10 импульсов происходит запирание прежде открытого ключа дополнительного коммутатора 16 и отпирание очередного ключа, На интервале между переключениями распределителя импульсов выходное напряжение дополнительного коммутатора (фиг,2 г) равно выходному напряжению одного из интеграторов 15. При каждом переключении на выход коммутатора 16 поступает напряжение, отстающее от имевшегося на выходе прежде на 60 эл;град. Когда выходной сигнал шестиканального коммутатора 16 до- . стигает уровня выходного сигнала задатчика 13 сигнала управления,. срабатывает компаратор 14 (фиг.2 д), формирователь 9 тактовых импульсов формирует очередной сигнал переключения распределителя 10. Далее процессы повторяются аналогичным образом,Именно это и позволяет получить положительный эффект. - постоянство угла выключения зависимого инвертора независимо отвеличины потокосцепления и тока статора.Действительно, угол выключения д зависимого инвертора определяется соотношением2 О, 2 О сов д -созР+2 11 д,(1)где О - действующее значение линейногонапряжения синхронной машины;вр - круговая частота;2 О/ вр - потокосцепление;ф=(180-а) - угол опережения;- сверхпереходная индуктивностьисинхронной машины.Условие срабатывания компаратора 14имеет вид Кур 2 0совр =игде Ктр- коэффициент трансформации датчика 4 напряжения;Т, - постоянная времени интеграторов 15,К,4 Осозф- выходное напряжениеМр иформирователя 12 развертывающего напряжения в момент перед срабатыванием компаратора 14;402 Ктр -- выходное напряжение датчикавТ,18 потока, равное амплитуде выходных напряжений интеграторов 15;Кт- коэффициент, с которым выходнойсигнал датчика 18 потока поступает на вход сумматора 20; -Кдт 4) - выходной сигнал, датчика 19 токастатора;К - коэффициент, с которым выходнойсигнал датчика 19 тока поступаетна вход сумматора 20.Если установить значения коэффициентов равнымиКф = 0,5 СОЗ диин ,КдтТито 2) выглядит следующим образом2 0 2 О и- соз ф = = сов дмин - 2 .доф оф(4)2 0Подставив значение сов ф иэ (4) в (1), получают равенство д =дмин независимо от потокосцепления и тока Ь,Таким образом, описанное построение формирователя развертывающего напряжения, задатчика сигнала управления и их связей позволяет обеспечить постоянный угол выключения вентилей зависимого инвертора при изменении потокосцепления и тока статора синхронной машины, благодаря чему повышается надежность и улучшаются энергетические показатели в сравнении с известным решением,Формула изобретения Вентильный двигатель, содержащий синхронную машину с тиристорным эависймым инвертором в цепи статора и возбудителем в цепи ротора, трансформаторный датчик напряжения, вход которого подклю чен к выходу переменного тока зависимого ин вертора, а выходы, образован н ые шестью соединенными в шестилучевую звезду выходными обмотками трансформаторов 5 датчика, соединены с входами двух шестиканальных коммутаторов, выполненных на управляемых электронных ключах и подключенных через соответствующие узлы ограничения предельных углов управле ния тиристорами к входам разрешенияпредельных углов формирователя тактовых импульсов, выходы которого через распределитель импульсов соединены с соответствующими управляющими элект родами тиристоров зависимого инвертораи с соответствуюЩими управляющими входами ключей указанных шестиканальных коммутаторов, узел формирования рабочего угла управления с формирователем раз вертывающего напряжения, задатчикомсигнала управления и компаратором с двумя входами, первый из которых соединен с выходом задатчика сигнала управления, а второй - с выходом формирователя раз вертывающего напряжения, причем вьходкомпаратора соединен с входом разрешения рабочего угла формирователя тактовых импульсов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности и улучшения 30 энергетических показателей путем обеспечения постоянства угла выключения вентилей зависимого инвертора при изменяющихся токе статора и потокосцеплении, формирователь развертывающего напряжения узла 35 формирования рабочего угла управления выполнен с шестью интеграторами, в цепь обратной связи каждого из которых включен пороговый элемент, реализующий функцию идеального диода,и с дополнительным шес тиканальным коммутатором, а задатчик сигнала управления выполнен с датчиком потока, датчиком тока статора синхронной машины и двухвходовым сумматором, причем входы интеграторов подключены к соот ветствующим выходам трансформаторногодатчика напряжения, а выходы - к входам дополнительного шестиканального коммутатора, управляющие входы которого соединены с соответствующими выходами 50 распределителя импульсов, выход дополнительного шестиканал ьного коммутатора образует выход формирователя развертывающего напряжения, входы датчика потока в задатчике сигнала управления 55 соединены с выходами интеграторов, выходы датчика тока статора и датчика потока соединены с соответствующими входами сумматора, выход которого образует выход эадатчика сигнала управления.1594658 иг,ставитель Жилин х е М.Мо гента Содактор И,Шмакова. Те р д р л Корректор О,Кравцова ГКНТ СС Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 10 каэ 2836 Тираж 442 ВНИИПИ Государственного комите 113035, Москва