Статический преобразователь частоты для синхронного электропривода

-07 присоединением заявки РВЬеударепневй кеиите СССР ие аелам изобретений и еткрмтий(72) Авторы изобретения Ю. Г, Толсто Наталкин олоко Г нный научно-иссл институт им, Г,(71) Заявитель ОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ТИЧЕСКИЙ ПЯ СИНХРОННОГ 4 Мощность этих конденсаторов значительна и может составлять до 30% мощности двигателя, что увеличивает габариты, вес и стоимость преобразователя, усложняет его силовую схему. Перечисленные недостатки ограниЧивают область применения подобных преобразователей.Известен статический преобразователь частоты для синхронного электро- привода, являющийся наиболее близким техническим решением к данному изобретению. Он содержит управляемый выпрямитель, питаемый от сети переменного тока, выход которого через сглаживаю-: щий реактор подключен к входным шинам инвертора тока, систему управления выпрямителем, систему управления ннвертором, первый сумматор, выход которого соединен со входом управления выпрямитедем, источник опорной частоты, задатчик частоты выходного напряжения преобразователя, выход которого подключен ко входу источника опорной частоты, второй сумматор и фазочастотный Изобретение относится к области элек . тротехники и может быть использовано для стабилизации и регулирования оборо- тов преимущественно синхронных двигателей в различных системах привода, например, двигатель-генераторов гидроакку 5 мулирующих ста 1 щий, синхронных приводов мощных и сверхмощных компрессоров на газо- и нефтепроводах, а также приводов на металлургических предприятиях.10Известен преобразователь частоты содержащий управляемый выпрямитель, питаемый от сети переменного тока, вы ход которого через сглаживающий реактор и инвертор тока с отсекаюшими диодат 5 ми подключен к синхронной машине 11,Частота выходного напряжения преобразователя определяется частотой импульсов управления инвертором, которые в стационарных режимах могут задаваться независимо, так как коммутационная уо тойчивость инвертора обеспечивается включением в его силовую схему спе циальных коммутирующих конденсаторов. вательский энергетическийз 705дискриминатор, причем один вход фазочастотного дискриминатора подключен квыходу преобразователя, другой - к выходу источника опорной частоты, выходк одному из входов второго сумматора,5другой вход которого соединен со входом инвертора, выход второго сумматора соединен со входом системы управ-, ления инвертором 1 21. В известном преобре ювателе на входы первого сумматора поданы сигнал датчика тока в силовойцепи преобразователя и сигнал заданияпо току в силовой цепи преобразователя,Недостатком известного преобразователя являются низкие энергетические . 15характеристики преобразователя при широком регулировании частоты выходногонапряжения преобразователя, и изменениимомента нагрузки, так как величина токав силовой цепи преобразователя остается .постоянной, что увеличивает коммутационные и тепловые потери, снижаетКПЙ преобразоватеая,Целью изобретения является улучшениеэнергетических характеристик преобразова теля.Это достигается тем, что в статическом преобразователе частоты для синхронного электропривода, содержащемуправляемый выпрямитель, питаемый отсети переменного тоха, выход которогочерез сглаживающий реактор подключенк выходным шинам инвертора тока, систему управленйя выпрямителем, системууправления инвертором, первый сумматорвыход которого соединен со входом системы управления выпрямителем, источник опорной частоты, задатчик частотывыходного напряжения преобразователя,выход которого подключен ко входу ис 40точника опорной частоты, второй сумматор и фазочастотный дискриминатор, причем один вход фазочастотного дискриминатора подключен к выходу преобразователя, другой - к выходу источника опор 45ной частоты, выход - к одному из входоввторого сумматора, другой вход ко торого соединен со входом инвертора,выход второго сумматора соединен со50входом системы управления инвертором,фодин вход первого сумматора подключенк выходу задатчика частоты, другой - квыходу выпрямителя, Кроме того, выходфазочастотного дискриминатора соединен55с дополнительным входом первого сумматора.На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая блок-схема преобра 620. 4 зователя, на фйг, 2 - диаграммы напря. жений в различных точках схемы, поясняющие ее работу;Статический преобразователь частоты для синхронного электропривода содержит управляемый выпрямитель 1, питаемый от сети переменного тока 2, На вцходе выпрямителя включен делитель 3, выходной сигнал которого поступает на один из входов первого сумматора 4. На другой вход первого сумматора пода" ется сигнал с задатчика частоты 5 выходного напряжения преобразователя.Выпрямитель 1 соединен с инвертором тока 6 через сглаживающий реактор 7. На входных шинах инвертора тока 6 установлен делитель 8, Регулирование выходного напряжения выпрямителя 1 осуществляется системой управления выпрямителем 9, На вход системы управ ления инвертором 10 поступает сигнал с выхода второго сумматора 11, который определяет частоту выходного напряжения преобразователя, нагруженного на синхронную машину 12. На входы сумматора 11 поступают сигналы положительной обратной связи по напряжению на входе инвертора тока 6 и сигнал с выхода фазочастотного дискриминатора 13, один из входов которого подключен к источнику опорной частоты 14, а другой вход соединен с выходом преобразовате ля через трансформатор 15.Входным элементом системы управления инвертором 10 является задающий генератор 16 с интегратором на входе, Регулирование частоты выходного напряжения источника опорной частоты, состоящего, например, из генератора 17 й . кольцевого распределителя 18, осуществляется задатчиком частоты 5.Преобразователь работает следующим образом. На выходе сумматора 4 формЫ руется сигнал, обеспечивающий работу выпрямителя 1 в режиме стабилизации выходного напряжения выпрямителя, а, следоваельно, и выходного напряжения ннвертора 6 (фиг. 2, 6).При отсутствии сигнала с выхода фазочастотного дискриминатора 13 частота выходного напряжения преобразователя определяется величиной выходного выпрямителя и коэффициентом обратной связи по напряжению на выходных шинах инвертора (фиг. 2,6), который выбирается таким образом, что в заданном диапазоне изменения нагрузки (например, момента сопротивления на валу синхронной машины)20 6дился в пределах, обеспечивающих коммутационную устойчивость инвертора встационарных режимах.Дополнительное введение сигналя с исхода фазочастотного дискриминатора навход системы унравления выпрямителемпозволяет улучшить динамические свойства привода при колебаниях момента нагрузки за счет сокращения времени переходного процесса, Так, при увеличениимомента нагрузки на валу двигателя, частота выходного напряжения преобразователя в первый момент несколько уменьшается, сигнал с выхода фаэочастотногодискриминатора увеличивается, что приводит к увеличению напряжения на выходевыпрямителя, а, следовательно, и тока всиловой цепи преобразователя,Быстрое нарастание тока в силовой .цепи преобразователя, а, следовательно,1и статорного,тока двигателя, обеспечиваетувеличение электромагнитного моментана валу двигателя и его скорости, т.е,стабилизацию частоты выходного напряжения преобразователя,Величина выходного напряжения выпрямителя 1 и коэффициент обратной связипо напряженшо на выходных шинах инвер-тора тока 6 выбираются таким образом,чтобы обеспечивался номинальный режимработы синхронной машины, т.е, номинальный момент при номинальной частоте, выходном напряжении и токе статора..Таким образом в широком диапазонерегулирования скорости двигателя обеспечиваются высокие энергетические характеристики привода (коэффициент мощности,КПД), что достигается за счет стабилизации напряжения на выходе выпрямителя. При этом, при изменении моментанагрузки на валу двигателя, изменяетсявеличина тока в силовой цепи преобразова-ьтеля, что уменьшает также коммутирующие и тепловые потери, увеличивает КПДпреобразователя. 30 1. Статический преобразователь часто ты для синхронного электропривода, содер жащий управляемый выпрямитель, питаемый от сети переменного тока, выход которого через сглаживающий реактор подключен к входным шинам инвертора тока, систему управления выпрямителем, систему управления инвертором, первый сумматор, выход которого соединен со 5 7056угол инвертирования 1 (угол между гармониками выходного тока и напряженияпреобразователя) всегда ьольше некоторого минимального допустимого угла инвертирования, что и обеспечивает коммутационную устойчивость инвертора.На выходе фазочастотного дискриминатора 13 (фиг, 2,в) формируется сигнал пропорциональный интегралу от раз-,ности частоты напряжения на выходе 10преобразователя и частоты импульсов навыходе источника опорной частоты 14(импульсы генератора показаны на фиг.2 г),При отклонении частоты выходного 15напряжения преобразователя от частотына выходе источника опорной частоты,сигнал с фазочастотного дискриминатораизменяет угол инвертирования Р такимобразом, что, например, при уменьшении 20частоты выходного напряжения преобразователя, угол инвертирования Р увеличивается. При этом напряжение на входеинвертора становится меньше напряженияна выходе выпрямителя, что приводит кувеличению тока на входе инвертора,т,е, к увеличению электромагнитногомомента на валу синхронной машины и еескорости, ау следовательно, к увеличениючастоты выходного напряжения преобразователя,Таким образом, при постоянстве частоты на выходе источника опорной частоты 13, частота напряжения на выходепреобразователя также будет постоянной,и равной ему, причем при измененияхмомента нагрузки на валу синхронноймашины, будет изменяться величина токав силовой цепи преобразователя (фиг. 2,д)а в динамике (т е. в переходныхрежимах) и величина сигналов с выходафазочастотного дискриминатора и делителя8. Точность же стабилизации частотыне зависит от температурных и других45изменений параметров цепей регулирования, а определяется только стабильностьюисточника опорной частоты.Частота пульсации выходного напряжения фаэочастотного дискриминатора рав50на (или кратна) частоте пульсаций вапряжеиия иа входных шинах инвертора тока(в данном случае частота пульсаций равйа шестикратной частоте выходного напряжения преобразователя),55Диапазон изменения выходного сигнала фазочастотного дискриминатора 13 выбирается таким образом, чтобы диапазонизменения угла инвертирования Р нахформула изобретения7 705620 8входом системы управления выпрямителем, матора подключен к выходу задатчикаисточник опорной частоты, задатчик час- частоты, другой - к выходу выпрямителя.тоты выходного напряжения преобразова. Преобразователь по и, 1, о т л ителя, выход которого подключен ко входу ч а ю щ и й с я тем, что,с целью улучщеисточника опорной частоты, второй сум-ния динамических свойств системы выходматор и фазочастотный дискриминатор, при- фазочастотного дискриминатора соединен с. чем один вход фазочастотного дискрими дополнительным входом первого сумматосумматора.натора подключен к выходу преобразова- Источники информациителя, другой - к выходу источнйка опор- принятые во внимание при экспертизеной частоты, выход - к одному из входов 10 1, Экспресс-информация "Автоматизировторого сумматора, другой вход которо . ванный электропривод, электротехнологияго соединен со входом инвертора, выход и электроснабжение промышленных предвторого сумматора соединен со входом приятий", МВИНИТИ, % 25, 1974системы управления инвертором, о т с. 14-19,л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью2, Авторское свидетельство СССР поулучшения энергетических характеристик заявке %. 2502081/24-07 от 01.07.77,преобразователя, один вход первого сум- (прототип).705620 а г Бутяг Фьа фИ Составитель Ю, Андреев едактор О. Волков Техред О. Андрейко Корректо За 8050/61 Тираж 887 ЦНИИ ПИ Государственн по делам изобрел 113035, Москва, Ж-З 8, Подписноео комитета СССРий и открытийаущская каб., д, 4/8 филиал Г 1 ПГ 1 фТ 1 атентф, г. Ужгород, ул. Проектная