Устройство для управления реверсивным вентильным электродвигателем

- Союз Советскик Социалистических Республик ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6) Дополнительное к авт. свид-ву- (22) Заявлено 2 Ц 0481 (21) 3278607/24-07 п 11001415 Р 1 М Кп з Н 02 Р 6/00 с присоединением заявки М - . Государствеиинй.комитет СССР по делам изобретеиий и отнрцтид(23) ПриоритетОпубликовано 280283. Бюллетень Ио 8 РН УДК 621. 313. ,292-831 088. 9) Дата опубликования описания 28,02,83"В .г, 4. У.Ф -.:-.-В Ф Шепелин"нтЦфщ- Всесоюзный ордена Трудового ИОВЫамени:,научно" исследовательский, проектно-констру 9,:и технологический институт релестроения(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ РЕВЕРСИВНЫМ ВЕНТИЛЬНЫМ .ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМИзобретениеотносится к электротехнике, в частности к регулируемомуэлектроприводу переменного тока, иможет найти применение в электроприводах,металлорежущих станков идругих механизмов,Известен нереверсивный двухзонный вентильный электродвигатель, содержащий синхронную машину, секцииякорной обмотки:которой подключенычерез регулируемые инвертор и.выпрямитель к сети переменного, тока 111;В данном вентильном электродви"гателе в качестве задатчика углауправления тиристоров инвертора используется суммирующий усилитель,один из выходов которого подключенк датчику тока нагрузки двигателя,При этом с ростом тока нагрузкиуглы опережения открывания тиристоров инвертора растут и перегрузочная способность вентильного двига-теля увеличивается, одновременнопоявляется возможность снизить начальное значение. угла опереженияоткрывания тиристоров инвертора, чтоуменьшает сдвиг фазы между током и, является.то, что при применении егов,реверсивном электроприводе не удается существенно снизить начальный.угол регулирования тиристоровинвертора, поскольку в момент переключения. углов управления инвертором с.тормозного режима на двигательный,9которыйдолжен происходить вбестоковую паузу, угол управления не,соответствует нагрузке двигателя,что может привести к прорыву инвертора из-за роста тока фаз после пе- реключения. Аналогичное явление на -блюдается и при переходе с принудительной коммутации на низких скоростях, например, за счет переводауглов управления тиристоров выпрями:теля в инверторный режим и обратно,на коммутацию тока тиристоров инвертора за счет ЭДС фаз двигателя. на.высоких скоростях, Практическив обоих случаях без принятия специальных мер приходится держать уголопережения открывания тиристоров инВертора максимальным из условия обеспечения коммутации. максимального токаЬерегрузки, что увеличивает массуи габариты вентильного двига 30 ягеля, 1001415Наиболее близким к предлагаемому является устройство для управления реверсивным вентильным электродвигателем, содержащее выпрямительноИнверторный преобразователь частоты, блок управления выпрямителем, один 5 з выходов которого подключен к входу куль-органа датчик тока выпрямителя, блок управления инвертором входы Мотсрого связаны через блок переключения режимов работы инвертора с вы Модами эадатчика угла управления инвертором в двигательном режиме и задатчика углов в управления инвертора в тормозном режиме, блок выбора коммутации, связанный с выходом датчика положения ротора2.Недостатком известного устройства является то, что, как в двигательном так и в тормозном режимах углы уп 4равления тиристоров инвертора не20 зависят от тока нагрузки.Независимость углов управления тиристоров инвертора от тока нагрузки в двигательном режиме приводит к ухудшению коэффициента мощности, увеличению потребляемого тока, потерь и увеличению его массы и габаритовЦель изобретения - снижение массы и габаритов вентильного электродвигателя эа счет поддержания минимальных углов управления ключей инвертора.Поставленная цель достигается тем, что в устройство для управления реверсивным вентильным электродвига телем, содержащее выпрямительно-инверторный преобразователь частоты, блок управления выпрямителем, один из выходов которого подключен ковхбду нуль-органа, датчик тока выпрямите ля, блок управления инвертором, входы которого связаны через блок переключения режимов работы инвертора с выходами эадатчика углов управления инвертором в двигательном режиме и 45 задатчика углов управления инвертором в тормозном режиме, блок выбора коммутации, связанный с выходом датчика положения ротора, дополнительно введены датчик нуля тока выпрямителя, О блок формирования углов управления инвертором в режиме переключения, логическая схема совпадения и логический блок бестокового переключе ния режимов работы, первый вход которого подключен к датчику нуля тока выпрямителя, второй вход " к выходу нуль-органа, первый выход - к блоку управления инвертором, второй выход - к блоку управления выпрямителем, а третий выход - к первому 60 входу логической схемы совпадения,.вторым входом подключенной к выходу блока выбора коммутации, а выходом - через блок формирования углов управления инвертором в режиме переключе ния к первому входу эадатчика углов управления инвертором в двигательном режиме, второй вход которого подключен к выходу датчика тока выпрямителя.Кроме того, задатчик углов управления инвертором в тормозном режиме снабжен двумя дополнительными входами, один иэ которых подключен к выходу задатчика углов управления инвертора в двигательном режиме, а другой - к выходу датчика тока выпрямителя.Благодаря такому подключению вновь введенных элементов при переключении логического блока бестокового переключения режимов работы на низкой скорости при принудительной коммутации тиристоров инвертора на выходе блока формирования углов управления инвертором в режиме переключения присутствует сигнал, при котором на выходе эадатчика углов управления тиристоров инвертора в двигательном режиме на высокой скорости напряжения соответствует углам опережения открывания тиристоров инвертора при максимальном токе двигателя.После переключения или после перехода на естественную коммутацию сигнал на выходе блока формирования углов управления инвертором в режиме переключения изменяется таким обра-зом, чтобы углы управления тиристорами инвертора установились в соответствии с током нагрузки двигателя.На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.Устройство содержит выпрямитель- но-инверторный преобразователь 1, блок 2 управления выпрямителем, один иэ выходов которого подключен к входу нуль-органа 3, датчик 4 тока выпрямителя, блок 5 управления инвер-. тором, входы которого связаны через блок б переключения режимов работы инвертора с выходами эадатчика 7 уг-. лов управления инвертором в двигательном режиме и задатчика 8 углов управления инвертором в тормозном ,режиме, блок 9 выбора коммутации, связанный с выходом датчика 10 положения ротора, датчик 11 нуля тока выпрямителя, блок 12 формирования углов управления инвертором в режиме переключения, логическую схему 13 совпадения, логический блок 14 бестокового переключения режимов работы, первый вход которого подключен к датчику 11 нуля тока выпрямителя,второй - к выходу нуль-органа 3, первый выход - к блоку 5 управления инвертором, второй - к блоку 2 управления выпрямителем, а третий - к первому входу логической схемы 13 совпадения, вторым входом подключенной к выходу блока 9 выбора коммутации, а выходомчереэ блок 12 формирования углов управления инвертором в режиме переклю1001415 Пб двум. фазам синхронной машины . 15 протекает ток, ротор поворачивается на определенный угол, При поступлении импульса на переключение фаэ двигателя с датчика 10 положения ротора сигналом с блока 16 управления ,искусственной коммутацией управляющий орган 28 переводится в состояние, соответствующее углу управления тиристоров выпрямителя 19ф 150 эл. град., и выпрямитель переходит в инверторный режим, Ток, ранее работавших фаз двигателя, спадает до нуля и тиристоры инвертора 21 закрываются. После спадания тока до нуля сигнал на управляющем органе вновь принимает прежнее значение и чения к первому входу задатчика 7 углрв управления инвертором в двигательном режиме, второй вход которого подключен к выходу датчика 4 тока выпрямителя.Задатчик 8 углов-управления инвертором в тормозном режиме имеет два дополнительных входа, один иэ которых подключен к выходу задатчика 7 углов управления инвертором в двигательном режиме, а другой - к выходу 10 датчика 4 тока выпрямителя.Якорные обмотки синхронной машины . 15 подключены к выходу выпрямитель-, но-инверторного преобразователя 1, вход блока управления искусствен ной коммутацией подключен.к датчику 10 положения ротора, а выход - к входу блока 2 управления выпрямителем. Датчик 17 скорости подключен к входу блока 2 управления выпрями телем. Задатчик 18 углов управления инвертором в двигательном и тормозном режимах на низкой скорости через блок 6 переключения режимов работы инвертора связан с блоком 5 уп равления инвертором.Выпрямительно-инверторный преобразователь 1 содержит выпрямитель 19, сглаживающий дроссель 20, инвертор 21, 30Блок 5 управления выпрямителем состоит.из регулятора скорости 22, регулятора 23 тока, вход. 24 которого подключен через ключи 25 к датчику 4 тока выпрямителя и на вход регуля тора скорости 23. Реверсивный выход регулятора тока 24 подключен через выпрямитель на ключах 26 и усилителе 27 и управляющий орган 28 к блоку 29 фазового управления выпрямителем. 40Управление тиристорами выпрямителя осуществляется от блока 30 им пульсного управления выпрямителя, вход которого через блок 31 сдвоения импульсов подключен к выходу блока 29 фазового управления выпрямителем.Блок 5. управления инвертором содержит блок 32 импульсного- управления, блок 33 фазового управления и ключи 34, включенные между выходом блока 33 фазового управления и одним из 50 входов блока 32 импульсного управления.Блок 6 переключения режимов работы инвертора имеет блок 35 определения режимов работы, первый и второй. 55 входы которого подключены на первый и второй выходы логического блока 14 бестокового переключения режимов работы, а третий вход - .к выходу блока 36 определения направления вра- Щ щения, имеются также управляемые ключи 37 - 39, включенные между за-, датчиками 18,7 и 8 углов управления инвертором и блоком 33 фазового уп.= равления инвертором, и логические 65 схемы 40-42 И-НЕ. Выход логической схемы 42 подключен на вход ключа 38, первый ее вход - к выходу блока 9 выбора коммутации, а второй вход на выход блока 35 определения режимов работы, выход логической схемы 41 подключен к входу ключа 37, первый ее вход соединен через логическую схему И-НЕ 40 с выходом блока 9 выбора коммутации, а второй - с выходом блока 35 опреде-, ления режимов работы.Блок 12 формирования углов управления инвертором в режиме переклю-. чения состоит из Й-С цепочки 43, один зажим конденсатора которой подключен к общей точке с.емы, а второй - к входу задатчика 7 углов управления инвертором в двигательном режиме, управляемого ключа 44, включенного выходными зажимами к выводам конденсатора,. вход ключа через логическую схему 45 И-НЕ связан с выходом схемы 13 совпадения.Схема работает следующим обра.- . зом.В исходном состоянии задающее на" пряжение Ю " 0 на выходе регулятора 23 скорости, регуляторе 24 тока, нуль-органе 3 - нулевые сигналы. и логический блок 14 находится в состоянии, соответствующем нулевому сигналу с нуль-органа 3, например, "Впереди; При этом включены ключи 34, соответствующие направлению "Вперед", и на два тиристора инвертора 21.подаются управляющие,импуль" сы. Однако ток в силовой цепи не протекает и двигатель находится в неподвижном состоянии;поскольку углы управления тиристоров выпрямителя 19 .близки к 150 эл. град. (задающеенапряжение 0 0).При подаченапряжения О соответствующего направлению фВперед", на выходе регулятора 23 скорости, регулятора 24 тока и управляющего органа 28 появится сигнал, который переводит углы управления тиристорами выпрямителя в выпрямительный режим.Нулевым сигналом с логической схе-, мы И-НЕ 45 ключ 44 включен и конденсатор К-С цепочки 43 закорочен. При этом напряжение на выходе эадатчика 7 углов управления инвертором в двигательном режиме определяется напряжением смещения О и соответствует З 0 углам управления Ф 60 эл.град., необходимых для коммутации максимального тока двигателя.Схема подготовлена для перехода наестественную коммутацию. 35При достижении скорости двигателем заданного значения, когда становится возможной естественная коммутация, на выходе блока 9 выбора коммутации появится "1" и при нали чии "1" на третьем выходе логического блока 14 бестокового переключения режимов работы на выходе логической схемы 13 совпадения появится "0",а на выходе схемы И-НЕ 45 - "1" Ключ 44 закрывается и конденсатор К-С цепочки 44 начинает заряжаться. Одновременно ключ 37 открывается, а ключ 38 закрывается и углы управления тиристоров инвертора 21 будут определяться задатчиком 7 углов управления инвертором в двигательном режиме и в первый момент максимальны и равны 60 эл.град. По мере Заряда конденсатора,Й-С цепочки углы управления уменьшаются и после его полного 55 заряда будут определяться разницей сигналов от источника смещения О и О и сигналом с датчика 4 тока, выпрямителя, являясь минимально возможным -из условий коммутации тока 60 нагрузки.Аналогичным образом работает. схема и при переключении режимов работы двигателя на высокой скорости с той ,лишь разницей, что на выходе блока 9 65 45 ток в фазах двигателя, но уже других, соответствующих новому положению датчика 10 положения ротора, нарастает до прежнего значения. Ротор двигателя вновь поворачивается на 60 эл.град. до прихода следующего 5 импульса с того же датчика.При этом на выходе блока 35 определения режима работы появится "1", что "соответствует двигательному режиму работы вентильного электродвига теля, на выходе блока 9 выбора коммутации - "0", что соответствует низкой скорости и принудительной коммутации вышеописанным способом тока тиристоров инвертора15Нулевым сигналом с логиеской схемы И-НЕ 41 ключ 37 включен, а единичным сигналом с блока 35 определения режима работы и логической схемы И-НЕ 42 ключи 38 и 39 отключены и инветор работает с углами опережения открывания тиристоров Ф О, задаваемых задатчиком 18. выбора коммутации в этом случае постоянно сохраняется "1" а сигнал на переключение ключа 44 поступает с,третьего выхода логического блока 14 бестокового переключения режимов работы (при переключении логического блока 14 бестокового переключения режимов работы на третьем его выходе кратковременно появляется "0"). В двигательном режиме при этом включен ключ 38 и значение углов управления определяется величиной напряжения на выходе задатчика 7 углов управления инвертором в двигательном режиме, а в тормозном режиме включен ключ 39 и значение углов управления тиристоров инвертора определяется величиной напряжения на выходе задатчика 8 углов управления инвертором в тормозном режиме.Если коэффициент усиления усилителя в задатчике 8 углов управления инвертором в тормозном режиме равен единице, то при отсутствии тока нагрузки напряжение на выходе задатчи-, ков 7 и 8 углов управления тиристорами инвертора в двигательном и тормозном режимах равны, и углы управления тиристоров инвертора в двигательном и тормозном режимах равны (с(. = Р ). При появлении тока нагрузки углы управления тиристоров инвертора в двигательном режиме растут, а в тормозном режиме уменьшаются, компенсируя таким образом разный знак коммутационного падения напряжения в двигательном и тормозном режимах и сохраняя неизменным напряжение в звене постоянного тока преобразователя.Сигнал на вход логической схемы 13 .совпадения взамен сигнала с треть-. его выхода логического блока 14 бестокового переключения режимов работы может быть подан также и с выхода блока 35 определения режима работы через дополнительный блок дифференцирования фронтов сигналов. Таким образом, благодаря использованию вновь введенных элементов углы опережения открывания тиристоров инвертора в статических режимах будут, минимально возможными из условий ком- мутации, что уменьшает угол сдвига между первыми гармониками тока и ЭДС, синхронной машины, уменьшает величину тока, необходимого для создания заданного значения момента, значит уменьшает потери в синхронной машине и снижает ее массу и габариты ориентировочно на 5-10) . Кроме того, поддержание равенства углов управления тиристорами инвертора в двигательном и тормозном режимах позволяет полностью использовать управляе,мый выпрямитель по напряжению, что снижает массу и габариты преобраэовыпрямителя, второй вход - к выходу нУль-органа, первый выход - к блоку управления инвертором, второй выход - к блоку управления выпрямителем, а третий выход - к первому входу логической схемы совпадения, вторым входом подключенной к выходу блока выбора коммутации, а выходом - через блок формирования углов управления инвертором в ре- О жиме переключения к первому входузадатчика углов управления инвертором в двигательном режиме, второй вход которого подключен к выходу 1 атчика тока выпрямителя.5 2.Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что,задатчик углов управления инвертором в тормозном режиме снабжен двумя дополнительными входами, один из которых подключен к выходу эадатчика углов управления инвертора в двигательном режиме, а другой - к выходу датчика тока выпрямителя.Источники информации,5 принятые во внимание при экспертизе формула изобретения 1. Устройство для управления реверсивным вентильным электродвигателем, содержащее выпрямительноинверторный преобразователь частоты, . блок управления Выйрямителем,.одни из выходов которого подключен к входу нуль-.органа, датчик тока выпрямителя, блок управленйя инвертором, вхо. ды которого связаны через блок переключения режимов работы инвертора с выходами задатчика углов управления инвертором в двигательном режиме и задатчика углов управления инвертором в тормозном режиме, блок выбора коммутации, связанный с выходом 20 датчика положения ротора, о т л ич а ю щ.е е с я тем, что, с целью снижения массы и габаритов вентиль" ного электродвигателя за счет поддержания минимальных углов управления ключей инвертора, в него введены датчик нуля тока выпрямителя, блок формирования углов .управления инвертором .в режиме переключения, логическая схема совпадения и логичес- ЗО кий блок бестокового переключения режимов работы, первый вход кото. рого подключен к датчику нуля тока вателя, а, значит,. и вентильногоэлектродвигателя в целом. 1. Авторское свидетельство СССР 9 782069, кл. Н 02 К 29/00, 1978.2.:Оцпйег Ьо 1 л, Рейег ;ЗгцаЬгесЬ цпб ГгапМ НепзйасЬе 1 пОЬег пе Вей. г 1 еЬзагйеп бег Зйговг 1 сМегаасЫпе зупсЬгоЬег Вацагй". 91 ев.Вег АЕОТе 1 еЕцп 1 еп, 48(1975)4.орректор И.Ватрушкин аказ 1441/72 Тираж 685 П ВНИИПИ Государственного комитета ССС по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., додписное Филиал ППП "Патентф, г. Ужгород, ул. Проектная