Вентильный двигатель

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 1693695 9) ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН АВТОРСКО ИДЕТЕЛЬСТВ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Абрамович Р,Д., Бояршинова А,Е., Сытин А.п. Система управления и регулирования тиристорного пускового устройства. Всб.: Исследования, разработка, испытания иопыт эксплуатации высоковольтных тиристорных преобразователей для энергетики.- Л.: Знергоатомиздат, 1986, с,3239,Авторское свидетельство СССР1 ч. 1594658, кл, Н 02 К 29/00, 1988,(57) Изобретение относится к электротехнике и может быть. использовано в вентильныхпреобразователях частоты, предназначенИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано в вентильных преобразователях частоты, предназначенных для частотного пуска высоковольтных синхронных машин, номинальное напряжение которых в 3,10 раз превышает номинальное выходное напряжение преобразователя частоты,Целью изобретения является конструктивное упрощение.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 505 Н 02 К 29/00, Н 02 Р 5/408 ных для частотного пуска высоковольтных синхронных машин, номинальное напряжение которых в 3,10 раз превышает номинальное напряжение преобразователя частоты. Целью изобретения является конструктивное упрощение. Укаэанная цель достигается тем, что формирователь 12 развертывающего напряжения выполнен с нуль-органом 15 и интегратором 16 с входом для установки нулевых начальных условий, а эадатчик 13 сигнала управления дополнительно снабжен ждущим генератором 17, схемами 18, 20 выборки-хранения и интегратором 19 с входом для установки начальных данных. При этом обеспечивается постоянство угла выключения вентилей зависимого инвертора 2 при изменениях потокосцепления и тока статора синхронной машины 1 и высокая надежность при более простой конструкции в сравнении с известным решением. 2 ил. возбудителем 3 в цепи ротора, трансформаторный датчик напряжения 4, 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 коммутаторов 5 и 6, выполненных на управляемых электронных ключах, выходы которых через узлы 7 и 8 ограничения предельных углов управления соединены с входами разрешения предельных углов формирователя 9 тактовых импульсов, выход которого соединен с входом распределителя импульсов 10, выходы распределителя импульсов 10 соединены с соответствующими управгяющими электродамй тиристоров зависимого инвертора ,.и с соответствующими управггяющими вха.дами ключей шестиканальных каммутата ,ров 5, 6, Узел 11 формирования рабоче а угла управления выполнен с формирователем 12 развертывающего напряжения, задатчиком 13 сигналов управления, и компаратором 14 с двумя входами, первь 1 й из которых соединен с выходом задатчика 13 сигнала управления, э второй - с выходом формирователя 12 развертываащего напряжения, Причем вьосод кампаратара 14 соединен с входом Газрешения рабочего угла формирователя импульсов 9. , Формирователь 12 развертываащега напряжения содержит нуль-орган 15 и инте. ратор 16 с входом для устанавкл нулевых начальных условий. каторьй падклю чен к выходу нуль-органа 15, Вход последнего соединен с выходом шестиканальнага коммутатора 6, а вход интегратора 16 связан с выходом шестиканальнага коммутатора 5, Выход интегаатара 16 Образующий выход формирователя 12, соединан с вторым входом компаратара 14, Эадатчик 13 сигнала управления содержит ждущий генератор 17 с двумя выходами, причем вход его подключен к выходу нуль-органа 15, первую схему 18 выборки-хранения с вхсдом для управления выборкой, второй интегратор 19 с входом установки нулевых начальных условий, вторую с:сему 20 выборки-хранения с входом для управления выборкой, датчик 2 " така статора 1 л двухвходовай сумматор 22, выход которого образует выход задатчикг 13., соединенный с первым входом компаратара 14, Входы для управления выборкой схем выбаркихрэнения 18 и 20 подкл.ачены к первому выходу ждущего генератора 17, Вход для установки нулевых начальных условий интегратора 19 соедлнен с вторым выходам ждущего генератора 17, Вход схемы 18 выборки-хранения соединен с выходом шестикэнального каммутатаоэ 5, а выход схемы выборки-хранения 18 соединен с входом интегратора 19, выход которого соединен с входом схемы 20 выборки-хранения,Первый вход сумматора 22 саедлнен с выходом схемы 20 выборки-)сранения, а второй его вход - с выходам датчика 21 такастатора.ВЕнтильный двигатель работает сладующим образом.Так Статора синхронной машины 1 фсамируется зависимым инвертарам 2 путем преобразования постоя нного входного така инвеРтоРа 1 с в пепеменный -Ок, ЯнвеРтаР является источни:сом активной мощности 10 15 25 30 35 40 45 50 55 для синхронной машины, а последняя является источникам реактивной мощности, необходимой для коммутации тока вентилями инвертора, Для надежной работы зависимога инвертара напряжения на вентиле инвертара (фиг, 2, кривая 1) должно характеризоваться углом выключения д не меньшим, чем минимально допустимое значение дмин В та же время активная мощность на выходе зависимого инвертора пропорциональна косинусу угла выключения. Следовательно, максимум активной мощности при сохранении надежности достигается при постоянстве угла выключения и его равенстве д,я независимо от текущих значений тока статора и патокосцепления синхронной машины,В предлагаемом устройстве равенство д = дн достигается следующим обраЗом, Напряжения с обмотки статора синхронной машины через трансформаторный датчик 4 поступают на аналоговые входы шестиканальных коммутаторов 5, 6. Сигналы на этих входах (фиг. 2, кривые 2,7) совпадают по фазе с линейными напряжениями статора синхронной машины. Одновременно на управляющие входы коммутаторов 5, 6 поступаот сигналы с выходов распределителя импульсов 10, При этом взаимная фазировка входных напряжений коммутаторов и сигналов управления такова, что выходной сигнал первого шестиканальнаго коммутатора (фиг, 2, кривая 8) на каждом такте пропорционален напряжению на вентиле инвертора, который будет включен следующим, а выходной сигнал второго шестиканальнога коммутатора (фиг. 2, кривая 9) отстает от него на каждом такте на 120Узлы ограничения предельных улов (минимального 7 и максимального 8) путем сравнения выходных сигналов шестиканальных коммутаторов 5 и 6 формируют последовательности импульсов ограничения углов, обеспечивающие в блоке формирователя тактовых импульсов 9 ограничение рабачега угла управления ар в диапазоне ЯлинрСмаке А узел 11 формирования рабочего угла управления путем сравнения выходного сигнала формирователя 12 развертьвающего напряжения и выходного сигнала задатчика 13 сигнала управления формирует последовательность импульсов управления с углом йр, обеспечивая постоянство угла выключения д, При переходе сигнала (фиг. 2, кривая 2) на выходе шести- канального коммутатора 6 через нуль срабатывает нуль-орган 15 (фиг, 2, кривая 10) и ждущий генератор 17 формирует два следу 1693695ющих один за другим узких импульса. В течение первого из них схемы выборки-хранения 18 и 20 производят выборку своих входных сигналов. Сигнал на входе первой из них(фиг,2, кривая 8) равен в этот момент ( /3/2 )2ЧКтр, где Ч - текущее действующее значение напряжения статора, а Ктр - коэффициент трансформации датчика 4 напряжения. Следовательно, в результате выборки на выходе схемы выборки-хранения 18 получаем сигнал, пропорциональный текущему значению напряжения статора.Сигнал на входе схемы выборки-хранения 20 равен выходному сигналу интегратора 19. Последний в момент срабатывания нуль-органа 15 пропорционален интегралу выходного сигнала схемы выборки-хранения 18 за 1/6 периода изменения напряжения статора, т.е. отношению текущего значения напряжения статора к его частоте, Данное отношение есть потокосцепление статора, и в результате выборки на выходе схемы выборки-хранения 20 получаем и до очередного срабатывания нуль-органа 15 сохраняем сигнал, пропорциональный текущему значению потокосцепления статора. Второй импульс ждущего генератора 17 производит обнуление интегратора 19, По окончании импульса выходной сигнал интегратора 19 (фиг, 2, кривая 11) нарастает с темпом, пропорциональным выходному сигналу выборки - хранения 18, т,е, пропорциональным текущему значению напряжения статора, Выходной сигнал задатчика 13 сигнала управления (фиг. 2, кривая 12) формируется на выходе сумматора 22 как сумма выходного сигнала схемы выборки-хранения 20, пропорционального потокосцеплению статора, и выходного сигнала датчика 21 тока статора, пропорционального текущему значению тока статора. С момента срабатывания нуль-органа 15 начинает нарастать выходной сигнал интегратора 16 (фиг. 2, кривая 13) с темпом, пропорциональным выходному сигналу шестиканального коммутатора 5 (фиг. 2, кривая 8). Когда выходной сигнал интегратора 16 достигает уровня выходного напряжения сумматора 22, срабатывает компаратор 14 (фиг, 2, кривая 14), формирователь 9 тактовых импульсов формирует очередной сигнал переключения распределителя 10, Далее процессы повторяются, В результате угол управления зависимым инвертором увеличивается при увеличении потокосцепления статора и уменьшается при увеличении тока статора. Соответствующий выбор постоянных времени интеграторов и коэффициента передачи датчика тока позволяет получитьХ 6 1 - Кдт 1 О =О,45 5 10 15 20 25 30 35 40 постоянство угла выключения зависимого инвертора при изменяющихся потокосцеплении и токе статора, Угол управления зависимым инвертором задается моментами срабатывания компаратора 14. Условием срабатывания является равенство выходного сигнала интегратора 16 сумме выходных сигналов схемы выборки-хранения 20 и датчика 21 тока статора. Интегратор 16 интегрирует с нулевыми начальными условиями выходной сигнал шестиканального коммутатора 5 (фиг, 2, кривая 8) от момента срабатывания компаратора 15 (фиг, 2, кривая 10), На интервале интегрирования выходной сигнал коммутатора 5 имеет вид /2 Ч Ктр з 1 п(2 л/3+2 к 1 т), где 1 - частота изменения напряжения статора, а с - время, отсчитываемое от момента срабатывания нуль-органа 15, В момент срабатывания компаратора 14 имеем 2 л 1 т =ак/3, (1) где а - угол управления, с которым произведено очередное включение вентиля зависимого инвертора. Соответственно выходной сигнал интегратора 16 (фиг. 2, кривая 13) в момент срабатывания компаратора 14 равен 2 Ч К,р(соз а+0,5)/21 ТИ 1, где Ти 1 - постоянная времени интегратора 16. Выходной сигнал схемы выборки-хранения 20 равен интегралу сигнала, пропорционального текущему значению напряжения статора за 1/6 периода изменения напряжения, и составляет величину (/3/2) 1/2ЧКтр/(Та 6), где Та - постоянная времени интегратора 19. Согласно изложенному условие срабатывания компаратора 14 имеет вид+(3/2)2 Ч Ктр/Ти 2 Х (2) где Кдт - коэффициент передачи датчика 21 тока статора. Заменим в (2) угол направления ауглом опережения р=к - а, умножим (2) на дробь Ти 1/Ктр и получим условие срабатывания компаратора 14 в виде- Г Ч(созе - 0,5)/2 1 + +2Ч(3 Ти 1/2Ти 2)/2 лт - (3) КдтТИ 1/Ктр = 0Зададимся минимально допустимым значением угла выключения дмин и выберем отно 1693695шение постоянных времени Тя и Та равным:( 3/2 ) Ти 1/Ти 2 = соз дмин - 0,5, (4)коэффициент передачи датчика 21 тока статора выберем равнымКдтКтр/ТИ 1 = 2, (5)где- сверхпереходная реактивность синхронной машины. Подставим (4) и (5) в (3) и получим условие срабатывания компарато" ра 14 в виде(6)- (2 Ч/2 тгсозф=-2 " 1,Угол выключения д определяется уравнением коммутации(6 Ч/(2 к 1 создР) - (12 Ч/(2 л созР ==2 " 4,Согласно выражениям 6) и (7) действитегьный угол выключения равен минимальному углу выключения дин независимо от значения потокосцепления статора и тока 41,Таким образом, предложенное по изобретению построение формирователя развертывающего напряжения и задатчика сигнала управления в вентил ьном двигателе обеспечивает постоянный угол выключения вентилей зависимого инвертора при изменениях потокосцепления и тока статора синхронной машины, а следовательно, и вь- сокую надежность при более простой констоукции в сравнении с известным решением,Формула изобретения Вентильнцй двигатель, содержащий синхронную машину с тиристорным зависимым инвертором в цепи статора и возбудителем в цепи ротора, трансформаторный датчик напряжения, вход которого подклю. чен к выходу переменного тока зависимого инвертора, а выходы, образованные шестью соединенными в шестилучевую звезду выходными обмотками трансформаторов датчйка. соединены с входами первого и второго шестиканальных коммутаторов, выполненных на управляемых злектронньх ключах, выходы которых через соответствующие узлы ограничения предельных углов управления тиристорами соединены с входами разрешения предельных углов управления тиристорами формирователя тактовых импульсов, вьход которого соединен с входом распределителя импульсов, подключенного выходами к соответствующим управляющим электродам тиристоровзависимого инвертора и к соответствующимуправляющим входам ключей упомянутых шестиканальных коммутаторов, узел формирования рабочего угла управления с формирователем развертывающегонапряжения, задатчиком сигнала управления и компаратором с двумя входами, первый из которых соединен с выходомзадатчика сигнала управления, второй - с.выходом формирователя развертывающего напряжения, а выход компаратора соединен с входом разрешения рабочего угла формирователя тактовых импульсов, причем задатчик сигнала управления выполненс датчиком тока статора и двухвходовым сумматором, первый вход которого подключен к выходу датчика тока статора, а выходобразует выход задатчика сигнала управления, от л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения, формирователь развертывающего напряжения узла формирования рабочего угла управления выполнен с нуль-органом и интегратором, снабженным входом для установки нулевых начальных условий, а задатчик сигнала управления дополнительно снабжен ждущим генератором узких импульсов с двумя выходами, двумя схемами выборки-хранения с входами для управления выборкой и интегратором с входом для установки нулевых начальных условий, при этом вход нуль-органа соединен с выходом второго шестиканального коммутатора, вход интегратора в формирователе развертываощего напряжения соединен с выходом первого шестиканального коммутатора, вход для установки нулевых начальных условий упомянутого интегратора подключен к выходу нуль-органа, а выход интегратора образует выход формирователя развертывающего напряжения, вход ждущего генератора узких импульсов соединен с выходом нуль-органа, первый выход ждущего генератора узких импульсов соединен с входами для управления выборкой первой и второй схем выборки-хранения, вход первой схемы выборки-хранения подключен к выходу первого шестиканального коммутатора, выход первой схемы выборки- хранения через интегратор задатчика сигнала управления и вторую схему выборки-хранения подключен к второму входу двухвходового сумматора, а второй выход ждущего генератора узких импульсов соединен с ходом для установки нулевых начальнцх условий интегратора в задатчике сигнала управления.