Статический преобразователь частоты для синхронного электропривода

О ПИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22)Заявлено 01 07 77 (21) 2502081/24-07с присоединением заявки РЙ(53) УД К 6 21. 3 14. 27(088 8) по делам изобретений и открытий(7) Заявитель Государственный научно-исспедоватепьский энергетический институт имени Г. М, Кржижановского(54) СТАТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ДЛЯ СИНХРОННОГО ЗЛЕКТРОПРИВОДАИзобретение относится к эпектротехнике и электротехнической промышпенности и может бьтгь испопьзовано дпя стабипизации и регулирования оборотов синхронных двигателей в разпичных системах5привода, например, двигатель-генераторовгидроаккумупируюших станций, и синхронных приводов мошных и сверхмощныхкомпрессоров,Известен преобразователь частоты,10содержащий управляемый выпрямитель,питаемый от сети переменного тока,выход которого через сгпаживаюшийреактор и инвертор токе с отсекаюшимидиодами подкпючен к синхронной машине 111,Частота выходного напряжения преобразоватепя определяется частотой импупьсов управления инвертором, которыев стационарных режимах могут задаваться независимо, так как коммутационнаяустойчивость инвертора обеспечиваетсявключением в его сиповую схему специапьных коммутирующих конденсаторов,Мошность этих конденсаторов значитепьна и может составпять до 30% мощностидвигатепя, что увеличивает габариты,вес и стоимость преобразователя, успожняет его сиповую схему,Перечиспенттые недостатки ограничиваютобласть применения подобных преобразоватепеи.Известен также статический преобразоватепь частоты дпя синхронного эпектропривода, который содержит управляемыйвыпрямитель, питаемый от сети переменного тока, выход которого через сгпаживаюший реактор подкпючеч к входным шинам инвертора тока, систему управлениявыпрямителем,систему управления инвертором, датчик тока в силовой патипреобразоватепя и первый сумматор, выход которого соединен со входом системыуправления выпрямитепем 21,В известном преобразоватепе на одинвход сумматора подается сигнал заданияпо частоте, а на другой вход - сигнал,пропорционапьный выходной частоте пре6996образователя, причем на вход системыуправления инвертором поступают импульсы с выхода датчика положения ротора,. закрепленного на валу синхронной машины, Коммутация тиристоров инвертораосуществляется с помощью противо - ЭЙСсинхронной машины, что предопределяетпростоту силовой схемы инвертора (отсутствуют отсекающие диоды и коммутируощие конденсаторы).1 ОНедостатком известного устройстваявляется то, что оно не обеспечиваетточной стабилизации частоты выходногонапряжения преобразователя, а следовательно, не может быть использовано длясинхронизации частоты выходного напряжения преобразователя с частотой источникаопорной частоты или питающей преобщзователь сети переменного тока.Целью изобретения пошляется стабилизация частоты выходного напряженияпреобразователя при сохранении коммутационной устойчивости инвертора встационарных режимах.Для этого в статический преобразователь частоты для синхронного электропривода, содержащий управляющий выпрямитель, питаемый от сети переменноготока, выход которого через сглаживающий реактор подключен к входным шинаминвертора тока, систему управления выпрямителем, систему управления инвер-тором, датчик тока в силовой цепи преобразователя и первый сумматор, выходкоторого соединен со входом системыуправления выпрямителем, дополнительновведены источник опорной частоты, второй сумматор и фазочастотный дискри. минатор, причем один вход фазочастотно 4 Ого дискриминатора подключен к выходупреобразователя, другой - к выходу источника опорной частоты, выход - к одному из входов второго сумматора,другой вход которого соединен со входом45инвертора, выход второго сумматора соединен со входом системы управления инвертором, один вход первого сумматораподключен к.выходу датчика тока, а надругой вход подключен выход задатчика50тока в силовой цепи преобразователя.Такая организация .системы регулирования позволяет стабилизировать частотувыходного напряжения преобразователяи синхронизировать ее с частотой источника опорной частоты или с частотойсети переменного тока, в частности, ссетью, питающей преобразователь. Приэтом коммутация тиристоров силовой 254схемы инвертора обеспечивается противоЭЙС синхронной машины, поэтому нетребуется установка коммутирующих емкостей.На фиг. 1 представлен предлагаемыйпреобразователь, принципиальная электрическая блок-схема; на фиг. 2 - аиаграммы напряжений в различных, точкахсхемы, поясняющие ее работу.Статический преобразователь с инхронного электропривода содержит управляемый выпрямитель 1, питаемый от сети 2переменного тока. На входе преобразователя включен датчик 3 тока в силовойцаи преобразователя, выходной сигналкоторого поступает на один из входовпервого сумматора 4, на другие входыкоторого подаются сигнал положительной обратной связи по напряжению навходных шинах инвертора 5 тока, который снимается с делителя 6 и сигнал 7задания по току в силовой цепи преобразователя, Выпрямитель 1 соединен синвертором 5 через сглаживающий реактор 8, Регулирование выходного напряжения выпрямителя 1 осуществляетсясистемой 9 управления выпрямителем.На вход системы 10 управления инвертором поступает сигнал с выхода второго сумматора 11, который определяетчастоту выходного напряжения преобразователя, нагруженного на синхроннуюмашину 12, На входы сумматора 11поступают сигналы положительной обратной связи по напряжению на входНыхшинах инвертора 5 тока и сигнал с выхода фазочастотного дискриминатора 13,один из входов которого подключен кисточнику 14 опорной частоты.Источник 14 опорной частоты можетсостоять, например, из задающего генератора 15 и кольцевого распределителя 16, с выходов которого поступаетсигнал на управляемые ключи 17 фазочастотного дискриминатора 13, питаемо го через трансформатор 18 выходнымнапряжением преобразователя, Блок 19ограничения диапазона изменения углауправления инвертором также питаетсячерез трансформатор 18, а синхронизируется системой 10 управления инвертором,Преобразователь работает следующимобразом,На выходе сумматора 4 формируетсясигнал, обеспечивающий работу выпрямителя 1 в режиме токоограничения, т,е.врежиме стабилизации выходного тока6996 25 выпрямителя, а следовательно, и входного тока инвертора 5 (фиг. 2,ж).При отсутствии сигнала с выхода фазочастотного дискриминатора 13 (фиг.2,в)частота выходного напряжения преобразователя определяется коэффициентом обратной связи по напряжению на входныхшинах инвертора (фиг. 2,б), который выбирается таким образом, что в заданномдиапазоне изменения нагрузки, например, 10момента сопротивления на валу синхронной машины, угол инвертирования Ч(угол между первыми гармониками выходного тока и напряжения преобразователя) всегда больше некоторого минимально допустимого угла инвертирования, что и обеспечивает коммутационную устойчивость инвертора,На выходе фазочастотного дискриминатора 13 (фиг. 2,в) формируется сигнал, пропорциональный интецалу от разности частоты напряжения на выходе преобразователя и частоты импульсов на выходе источника 14 опорной частоты(фиг. 2,г),При отклонении частоты выходногонапряжения преобразователя от частотына выходе источника опорной частотысигнал с фазочастотного дискриминатора изменяет угол инвертирования Чтаким образом, что,например, при умень.шении частоты выходного напряженияпреобразователя, угол инвертирования Чтакже уменьшается, при этом подводимаяк нагрузке мощность (1 Оь соВ Ч )увеличивается, что приводит, например,к увеличению электромагнитного моментана валу синхронной машины и ее скорости, т,е, к увеличению частоты вьмод 40ного напряжения преобразователя.Таким образом, при постоянстве частоты на вьмоде источника опорной частотычастота напряжения на выходе преобразователя также будет постоянной и равной.45ему, причем при изменениях моментанагрузки на валу синхронной машиныбудут изменяться как сигнал с выходафазочастотного дискриминатора 13, таки сигнал положительной обратной связипо напряжению на входных шинах инвертора, однако среднее значение сигналана выходе сумматора 11 будет оставаться постоянным,Частота пульсаций выходного напряжения фазочастотного дискриминатораравна (или кратна) частоте пульсацийнапряжения на входных шинах. инвертора тока (в данном случае частота пуль 256саций равна шестикратной частоте выходного напряжения преобразователя) .Диапазон изменения выходного сигнала фазочастотного дискриминатора 13выбирается таким образом, чтобы диапазон изменения угла инвертированиянаходился в пределах, обеспечивающихкоммутационную устойчивость инверторав стационарных режимах,При необходимости точно фиксироватьчастоту выходного напряжения преобразователя, задающий генератор 15 можетбыть стабилизирован кварцем.Блок 12 ограничения диапазона изменения угла управления инвертором вырабатывает широким импульсом (60 эл,град.),которые в случае выхода угла инвертирования Ч за пределы, обеспечиваюшиеестественную коммутацию тиристоров силовой схемы.инвертора, поступают навход системы управления инверторсм исинхронизируют ее работу, Положениеэтих импульсов дня одного линейногонапряжения на выходе инвертора (фиг.2,д)показано на фиг, 2,е.На фиг. 2, а показано напряжение навыходе управляемого выпрямителя, Приизменении момента нагрузки, например,на валу синхронной машины, величинаэтого напряжения также изменяется, аток на вьмоде выпрямителя остаетсяпостоянным.Уставка 7 по току в силовой цепипреобразователя выбирается из условияработы с номинальной нагрузкой, например, синхронной машины, при номинальной частоте и может корректироватьсяв зависимости от угла.Таким образом, в данном преобразователе обеспечивается точное поддержание частоты выходного напряжения присохранении коммутационной и статическойустойчивости инвертора, В прототипе такая стабилизация частоты в принципе невозможна, так как в качестве регулирующего воздействия используется именнойсигнал разности напряжения пропорциональный опорной частоте и напряжения и выходной частоте преобразователя.Частота выходного напряжения предлагаемого преобразователя однозначносвязана с частотой выходных импульсовзадаюшего генератора 15, т.е, можетзадаваться независимо, что позволяетобъединить в данном преобразователедостоинства преобразователей с искусственной коммутацией (независимое задание частоты) и преобразователей с ес69967тественной коммутацией с помошью противо-ЭДС синхронной машины (прост та силовой схемы, надежность).формула изобретения1. Статический преобразователь частоты для синхронного электропривода, содержащий управляемый выпрямитель, питаемый от сети переменного тока, выход 10 которого через сглаживающий Реактор подключен к входным шинам инвертора тока, систему управления выпрямителем, систему управления инвертором, датчик тока в силовой пепи преобразователя, первый сумматор, выход которого соединен со входом системы управления выпрямителем и задатчик тока в силовой цепи преобразомтеля, о т.л и ч а ю щ и йс я .тем, что,.с целью стабилизации час тоты выходного напряжения преобразователя при сохранении коммутационной устойчивости инвертора в стационарных режимах, в преобразомтель дополнительно введены источник опорной частоты, второй25 сумматор и фазочастотный дискриминатор, причем один вход фазочастотного дискриминатора подключен к выходу преобразомтеля, другой - к выходу источника опорной частоты, выход - к одному из30 входов второго сумматора, другой вход которого соединен со входом инвертора, выход второго сумматора соединен со входом системы управления инвертором,258один вход первого сумматора подключенк выходу датчика тока в силовой цепипреобразователя, а на другой вход подключен выход задатчика тока в силовойцспи преобразователя.2. Преобразователь по и, 1, о т л и-чаюшийс я тем, что, с цельюулучшения динамических характеристикпреобразователя, дополнительный входпервого сумматора соединен с выходоминвертора,3. Преобразователь по и. 1, о т -л и ч а ю ш и й с я тем, что, с цельюсохранения коммутационной устойчивостиинвертора в переходных режимах, он дополнительно снабжен блоком ограничениядиапазона изменения угла управленияинвертором, один вход которого подключенк выходу преобразователя, другой - квыходу системы управления инвертором,а выход - к одному из входов второгосумматора.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Экспресс-информация " Автоматизированный электропривод, электротехнология и электроснабжение промышленныхпредприятий, М., ВИНИТИ, 1974 М 25,с, 14-19,2. Экспресс-информация "Автоматизированный электропривод, электротехнология и электроснабжение промышленныхпредприятий , М., ВИНИТИ, 1972, М 27,с. 6-15,б 99625 Ьых Фю Составитель Ю, Техред Э. Чужи ндреевЧелюк ецак з 7430/511 НИИ 1 Подл ис итета СССР ткрытий ая наб., д8 Тираж 8571 И Государственногопо делам изобретении 3035, Москва, Ж, Р м 415 илиал Г 1 ГП "Патент жгород, ул, Проектная,Бых р