Устройство для управления вентильным электродвигателем с зависимым инвертором

и 989728 ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик,Горьковский ордена Трудового Красного ЗнаМени"полйтехнический институт им. А. (А, Ждайова.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЬНЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ С ЗАВИСИМЫМ ИНВЕРТОРОМ 1И зобре те ние относится к эле ктро" технике, в частности к устройствам для управления вентильными электродви гателями.Известны вентильные преобразователи с зависимым инвертором и искусственной коммутацией, в которых инвертор выполнен в виде 2 в-фазных тиристорных мостов, подключенных входами к питающей сети, а выходами к нагрузке, причем, мосты объединяются попарно встречно-параллельно и к каждой паре подключается одна фаза нагрузки. Блок искусственной коммутации таких инверторов содержит коммутирующие конденсаторы, зарядный мост, распределительные и коммутирующие тиристоры 11 и 2.Наиболее близким к изобретению является устройство для управленияантил ьным эле ктродви гателем, содержащее в-фазный мостовой инвертор, который выполнен в виде 2 в тиристор)ых выпрямителей, соединенных попар,Но встречно-параллельно, датчики положения и датчик скорости вращения ротора электродвигателя, выходыкоторых соединены, соответственно,один - непосредственно, а другой 5.через узел сравнения с блоком управления, выход которого соединен с входом инвертора и входом групповогоблока искусственной коммутации 3,Недостаток описанных устройствзаключается в больших потерях мощности в групповом блоке искусственнойкоммутации, так как этот блок работает во всем диапазоне скорости вращения электродвигателя.Цель изобретения - повышениеэнергетических показателей вентильного электродвигателя путем уменьшения потерь в групповом блоке искус 2 о ственной коммутации,Поставленная цель достигаетсятем, что в устройстве для управления вентильным электродвигателем,содержащее в-фазный мостовой инвер 989728Это позволяет включать блок искусственной коммутации автоматически не на весь период работы вентиль- ного электродвигателя с зависимым инвертором, а только в двух случаях: при высоких скоростях вращения, когда естественная коммутация уже невозможна, а также при любых скоростях вращения электродвигателя, но при перегрузках (больших токах например в случае работы в инверторном режиме, когда естественная коммутация затруднительна. 50 тор, который выполнен в виде 2 а ти-ристорных выпрямителей, соединенных попарно встречно-параллельно, датчик положения и датчик скорости вращения ротора электродвигателя, выходы5 которых соединены соответственно один. непосредственно, а другой - через узел сравнения с блоком управления выход которого соединен с входом инвертора и входом группового блока искусственной коммутации, дополнительно введены датчик тока инвертора, датчик инверторного режима, два логических элемента И, два пороговых элемента, два элемента гальванической развязки и два элемента задержки времени, а групповой блок искусственной коммутации выполнен в виде выпрямителя с конденсатором на выходе, двух полностью управляемых ключей и 2 в-фазного тиристорного распределительного моста, выход которого соединен с в-фазным мостовым инвертором, причем входы первого логического элемента И соединены соответственно с выходом датчика положения ротора и с выходом датчика скорости вращения ротора через первый пороговый элемент, входы второго логического элемента И соединены соответственно с выходом блока управления, с выходом датчика тока инвертора через второй пороговый элемент и с выходом датчика инверторного режима, входы которого соединены с выходами датчика скорости и уэ 35 ла сравнения, при этом выходы логических элементов И соединены с входами обоих элементов гальваницеской развязки выходы каждого из ко4 О торых соединены с включающим входом и через элемент задержки времени с отключающим входом первого и второго полностью управляемых клюцей, .соответственно.45 На чертеже представлена схемаустройства для управления вентильным электродвигателем,Устройство содер 1 нит -электродвигатель 1 переменного тока, в-фазнаяякорная обмотка которого соединенас в-фазным мостовым инвертором 2,который выполнен в виде 2 щ тиристорных выпрямителей 3-8, соединенных попарно и встречно-параллельно,датчик 9 положения ротора и датчик10 скорости, выходы которых соответственно соединены непосредственно и церезузел 11 сравнения с блоком 12 управления тиристорными выпрямителями и распределительными,тиристорами 13 блока искусственнойкоммутации, датчик 1 ч тока инвертора, датчик 15 инверторного режима,два логических элемента И 16 и 17,два опорных элемента 18 и 19, дваэлемента 20 и 21 гальваническойразвязки и два элемента 22 и 23 задержки времени, а также выпрямитель2 ч конденсатор 25 и два полностьюуправляемых ключа 26 и 27 блока искусственной коммутации. Входы первого логического элемента И 16 соединены соответственно с выходом датчика 9 положения ротора непосредственно, а с выходом датчика 10 скорости вращения ротора - через первыйопорный элемент 18, входы второгологического элемента И 17 соединенысоответственно с выходом блока 12 уп"равления непосредственно, а с выходомдатчика 1 ч тока инвертора - через вып.рямитель и второй опорный элемент19, а также с выходом датчика 15 инверторного режима непосредственно,входы которого соединены с выходомдатчика 10 скорости и узла 11 сравнения, при этом выходы каждого логического элемента И 16 и 17 соединены с входами обоих элементов 20 и21 гальванической развязки выходь 1которых соединены непосредственно свключающим входом и через элементы22 и 23 задержки времени с отключающим входом полностью управляемых ключей 26 и 27 соответственно. Схема работает следующим образом. При включении в сеть конденсатор25 через диодный мост 2 заряжается до напряжения, несколько большего, чем амплитуда линейного напряжения сети (и э-за неи збежйого наличия индуктивностей в питающей сети),5Датчик положения ротора дает в блок 12 управления сигнал включения соответствующих тиристорных выпрямителей 3-8 в зависимости от началь ного положения ротора и полярности.сигнала задания У.При повороте рот ра на определенный угол (в зависимости от полюсности двигателя) дат-.чик 9 положения ротора выдает импульс на вход элемента И 16. Напряжение опорного элемента 18 выбрано таким, что при частотах вращения двигателя, при которых еще возможна естественная коммутация тиристоров инвертора, напряжения датчика 10 ск рости (тахонегенератера) меньше порогового напряжения, поэтому на вто ром входе элемента Й 16 и на его выходе - логический ноль. Вентильнц электродвигатель работает с естественной коммутацией тиристорных, выпрямителей 3-8. Когда частота достиг ет величины, близкой к предельной частоте естественной коммутации, на ряжение тахогенератора 10 становится больше порогового напряжения порогового элемента 18, и на выходе л гицеского элемента И 16 появляются гические единицы в моменты, определяемые импульсами с датчика 9 положения ротора. Через блоки 20 и 21 развязки (в качестве которых могут быть использованы оптронные ключи) сигнал от датчика 9 включает ключи 26 и 27, одновременно подаются отпи рающие импульсы на соответствующую пару распределительных тиристоров, и осуществляется искусственная коммутация одного из выпрямителей 3-8,Допустим, необходимо вцкпючить выпрямитель 3 и вклюцить выпрямител 4 с целью реверса тока в фазе эле родви гателя, Последовател ьност ь ко мутации при этом следующая. Отпираются ключи 26 и 27, одновременно отпирающие импульсы поступают на с ответствующие распределительные тиристоры., и напряжение конденсатора 25 прикладывается. к Фазе по цепи плюсовая обкладка конденсатора 25- ключ 26 - тиристор 2 б - фаза - тиристор 29 - ключ 27 - минусовая обкладка конденсатора 25. Ток в выпрямителе 3 убывает до нуля, а ток конденсатора 25 возрастает до тока , нагрузки, Конденсатор 25 частично разряжает ся, вы прями тел ь 3 запирается. Затем с выдержкой времени, д статочной для запирания выпрямите" 989728 6ля 3, через элементы задержки 20и 21 поступают гасящие импульсы наключи 26 и 27 и; одновременно отпирающие импульсы на соответствующиетиристоры выпрямителя 3 с такимо- углом, что мост отпирается в инверторном режиме (т,е. угол оЬ 90 эл.,град). Происходит инвертированиезапасенной в Фазе электромагнитной0 энергии, в результате чего ток в Фазе спадает до нуля, а конденсатор25 снова заряжается,При спаде токаФазы до нуля выпрямитель запираетсяестественным путем, а импульсы с бло"о ка 12 управления поступают на выпряютельс углом е 90 эл. град., т,е.отпирая выпрямитель М в выпрямительном режиме, происходит нарастаниетока в фазе в другом направлении .20 Логика работы блока управления 12такая,же, как в системах раздельа- ного управления реверсивным тиристорнцм преобразователем постоянногои- тока. Последующие этапы искусственной25 коммутации происходят аналогичноописанному с частотой, определяемойо- частотой следования импульсов с датло- чика 9 положения ротора. При снижении цастоты вращения двигателя сни 50 жается напряжение тахогенератора 10,исчезает логическая единица на выходе элемента И 16, и схема автоматически снова переходит в режим естественной коммутации,35При работе устройства в инверторном режиме (т,е. при торможении двигателя) блок искусственнойкоммутации может включиться на любой скорости вращения двигателя40при следующих условиях. Наличие инверторного режима фиксируется даткт- чиком 15 инверторного режима, нам- входе которого есть сигнал с тахогенератора, дающий информацию о нап 45равлении вращения двигателя (по поляро- ности сигнала) и сигнал с узда 11сравнения, дающий информацию о разнице между заданной и Фактическойскоростью вращения, Совпадение полярностей этих сигналов свидетель 50ствует о двигательном режиме, несовпадение.:.- об инверторном (возможны и другие. логические методы обнаружения инверторного режима). Приналичии инверторного режима датцик15 дает логицескую единицу на одиниз выходов элемента И 17, На втоо- рой вход поступает серия отпирающих импульсов с блока 12 управления, 989728 8следующих с частотой и фазой импульсов управления силовыми тиристорами выпрямителей 3-8.На третьем входе элемента И 17 сигнал появляется в том случае, если ток нагрузки превышает определенную величину (например, номинальное значение) и выпрямленный сигнал дат чика 11 тока больше порогового напряжения порогового элемента 19 (ста. билитрона). В этом случае логическая единица на выходе элемента И 17 отпирает:.ключи 26 и 27 с частотой следования импульсов с блока 12 (с этой же частотой отпираются соответствующие распределительные тиристоры) и искусственная коммутация совершается в каждый коммутационный такт, т.е. запирание любого проводившего тиристора любого силового моста совершается принудительно, ч 1 о обеспечивает четкое инвертировани е и при больших то ках нагрузки.Таким образом, исключается работа блока искусственной коммутации в зоне низких скоростей вращения и при от сут ст вии перегрузок, когда е сте ственн ая коммутация тири сторов за ви симого инвертора надежна, и тем самым уменьшаются потери в указанном режиме, что приводит к улучшению показателейустройства. Устройство для управления вентильным электродвигателем, содержащее в-фазнцй мостовой инвертор, который выполнен в виде 2 в тиристорных выпрямителей, соединенных попарно встречно-параллельно, датчик положения и датчик скорости вращения ротора электродвигателя, выходы которых соединены, соответственно, один - непосредственно, другой - через узел сравнения с блоком управления, выход которого соединен с входом инвертора и входом группового блока ис Формула изобретения 5 1 О15 2 О 25 зо 35 40 45 кусственной коммутации, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения энергетических показателей путемуменьшения потерь в блоке искусственной коммутации, в него дополнительновведены датчик тока инвертора, датчим инверторного режима, два логических. элемента И, два пороговых элемента, два .элемента гальваническойразвязки и два элемента задержки вре-,мени, а групповой блок искусственнойкоммутации выполнен в виде выпрямителя с конденсатором на выходе, двухполностью управляемых ключей и 2 п 1 фазного тиристорного распределительного моста, выход которого соединенс в-фазным мостовым инвертором, причем входы первого логического элемента И соединены соответственно свыходом датчика положения ротора ис выходом датчика скорости вращенияротора через первый пороговый элемент, входы второго логического элемента И соединены соответственно свыходом блока управления, с выходомдатчика тока инвертора через второйпороговый элемент и с выходом датчика инверторного режима, входы которого соединены с выходами датчика скорости и узла сравнения, при этом выходы логических элементов И соединены с входами обоих элементов гальванической развязки, выходы каждогоиз которых соединены с включающимвходом и через элемент задержки времени - с отключающим входом первогои второго полностью управляемых ключей, соответственно.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Тиристорные преобразователичастоты в электроприводе. Под ред.Р. С. Сарбатова, М., "Энергия", 1980,с. 2722. Повышение эффективности устрой ст в преобр азовател ьной техники.Киев, 1972, ч. 2, с. 215.3. Авторское свидетельство СССРЬ" 325671, кл. Н 02 М 5/30, 1970.лиал ППП "Патент", г Ужгород, ул ектная ПИ 3 989728 318/77 Тираж 685 Подписное