Устройство для управления реверсивным вентильным электродвигателем

( Р Ж ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ 10014153443704/24-07.28,05,8230.12,83. Вюл, Р 48В,Ф.Шепелин и В.А.АлеВсесоюзный оредена Труого Знамени научно-иский, проектно-конструнологический институт ЯО 1064412 А(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ РЕВЕРСИВНЫМ ВЕНТИЛЬНЬМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ по авт. св. Р 1001415, о т л ич а ю,щ е е с я тем, что, с целью . повьиаения быстродействия и улучшения динамических характеристик, в него введены ключ и инерционное звено, а блок управления выпрямителем снабжен корректирующим входом, который соединен с выходом введенного инерционного звена, входом соединенного через введенный ключ с источником напряжения смещения, причем вхсд этого ключа подключен к выходу блока выбора .коммутации.(известно, что устройство для управ;:ления реверсивным вентильным электродвигателем, содержит выпрямительноинверторный преобразователь частоты, 10блок управления ныпрямителем, одиниз выходов которого подключен к входунуль-органа, датчик тока выпрямителя,блок управления инвертором, входыкоторого связаны через блок переключения режимов работы инвертора свыходами задатчика углов управленияинвертором н двигательном режиме изадатчик углов управления инверторомв тормозном режиме, блок выбора коммутации, связанный с выходом датчикаположения ротора Г 11Устройство содержит также датчикнуля тока выпрямителя, блок Формирования углов управления инвертором врежиме переключения, логическую схемусовпадения и логический блок бестоыового переключения режимов работы,первый вход которого подключен к датчику нуля тока выпрямителя, второйвход - к выходу нуль-органа, первыйвыход - к блоку управления инвертором, нторой выход - к блоку управления выпрямителем, а третий выходк первому входу логической схемы совпадения, вторым входом подключенной 35к выходу блока выбора коммутации, авыходом - через блок формированияуглов управления инвертором в режимепереключения к первому входу задатчика углов управления инвертором в двигательном режиме, второй вход которо.го подключен к выходу датчика токавыпрямителя. Задатчик углов управления инвертором в тормозном режимеснабжен двумя дополнительными входами, один из которых подключен к выхо"ду задатчика углов управления инвертором в двигательном режиме, а другой - к выходу датчика тока выпрямителя,50Недостатком известного устройстваявляется то, что из-за наличия пульсаций напряжения на выходе инвертораи возможных бросков тока при переключении режимов работы в процассеотработки рассогласования частотывращения нельзя убрать люфт и согласовать характеристики системы автоматического регулирования, что понижает быстродействие устройства и ухудшает его динамические характеристики 60Цель изобретения - повышениебыстродействйя и улучшение динамических характеристик.Поставленная цель достигаетсятем, что в устройство для управления 5 реверсивным вентильным электродвигателем введены ключ и инерционноезвено, а блок управления выпрямителем снабжен корректирующим входом,который соединен с выходом введенного инерционного звЕна, вхоцом соединенного через нведенный ключ систочником напряжения смещения, причем вход этого ключа подключен к выходу блока выбора коммутации.Благодаря выше указанному подключению вновь введенных элементов внижнем диапазоне регулирования скорости, где малые входные сигналы управления, характеристики системы антома.тического регулирования в двигательном и тормозном режимах согласованы,люфты отсутствуют и предлагаемоеустройство имеет предельное для данной структуры быстродействие. Броскитока н силовой цепи иэ-эа пульсацийнапряжений на выходе выпрямителя иинвертора в виду малой величины последних отсутствуют.В верхнем диапазоне регулированияскорости, где уровень входных сигналов возрастает, характеристики системы автоматического регулирования вдвигательном и тормозном режимахраздвинуты и переключения иэ одногорежима н другой происходят плавно,что исключает броски тока в силовойцепи из-эа неравенства мгновенныхзначений напряжений на выходах выпрямителя и инвертора,На чертеже представлена схема предлагаемого устройстваУстройство содержит выпрямительноинверторный преобразователь 1, блок2 управления выпрямителем, .один извыходов которого подключен к входунуль-органа 3, датчик 4 тока выпрямителя, блок 5 управления иинертсром,входы которого связаны через блок 6переключения режимов работы инверторас выходами задатчика .7 углов управления инвертором в двигательном режимеи задатчик 6 углов упрандения инвертором в тормозном режиме, блок 9выбора коммутации, связанный с выходом датчика 10 положении ротора,датчик 11 нуля тока выпрямителя,блок 12 Формирования углов управления инвертором в режиме переключения, логическую схему 13 совпадения,логический блок 14 бесктоковогопереключения режимов работы, первыйвход которого подключен к датчику11 нуля тока выпрямителявторой -к выходу нуль-органа 3, первый выход - к блоку 5 управления инвертором, второй - к блоку 2 управлениявыпрямителем, а третий - к первомувходу логической схемы 13 совпадейия, вторым входом подключенной квыходу блока выбора коммутации 9,а выходом - через блок 12 Формирования углов управления инверотором нрежиме переключения к первому входузадатчика 7 углов управяения инвертором в двигательном режиме, второйвход которого подключен к выходудатчика 4 тока выпрямителя.Задатчик 8 углов упраьления инвертором в тормозном режиме имеет двадополнительных входа, один из которыхподключен к выходу задатчика 7 угловуправления инвертором в двигательномрежиме, а другой - к выходу датчика 104 тока выпрямителя.Якорные обмотки. синхронной машины15 подключены к выходу выпрямительно.инверторного преобразователя 1, входблока 16 управления искусственнойкоммутацией подключен к датчику 10положения ротора, а выход - к входублока .2 управления выпрямителем.Датчик 17 скорости подключен квходу блока 2 управления выпрямителем. Задатчик 18 углов управленияинвертором в двигательном и тормозном режимах на низкой скорости черезблок 6 переключения режимов равботыинвертора связан с блоком 5 управления инвертором.Выпрямительно-инверторный преобразователь 1 содержит выпрямитель 19,сглаживающий дроссель 20 и инвертор21.Блок 2 управления выпрямителемимеет корректирующий вход 22 и сос"тоыт из регулятора 23 скорости, регулятора 24 тока, один из входов которого подключен через ключи 25 к датчику 4 тока выпрямителя. Выход регулятора 24 тока подключен через выпрямитель на ключах 26 и усилителе 27 иуправлякщий орган 28 к блоку 29 фазового управления выпрямителем,Тиристоры выпрямителя управляются 40от блока 30 импульсного управлениявыпрямителя, вход которого через блок31 сдвоения импульсов подключен квыходу блока 29 фазового управлениявыпрямителем. 45Блок 5 управления инвертором содержит блок 32 импульсного управления,блок 33 Фазового управления и ключи34, включенные между выходом блока33 Фазового управления и один извходов блока 32 импульсного управления.Блок 6 переключения режимов работыинвертора имеет блок 35 определения,режимов работы, первый и второйвходы которого подключены на пер 5вый и второй выходы логическогоблока 14 бестокового переключениярежимов работы, а третий входк выход 9 блока 36 определения направления вращения; имеются также 60управляемые ключи 37 - 39, включенные между задатчиками 18,7 и8 углов управления инвертором иблоком 33 Фазового управления ин вертором, а также логические схемы 65 И-НЕ 40 - 42. Выход логической схемы 42 йодключен на вход ключа 38,первый ее вход - к выходу блока 9выбора коммутации, а второй вход -на выход блока 35 определения режимов работы; выход логическойсхемы 41 подключен к входу ключа37, первый ее вход соединен черезлогическую схему И-НЕ 40 с выходомблока 9 выбора коммутации, а второй - с выходом блока 35 определения режимов работы.Блок 12 Формирования углов управ.ления инвертором в режиме переключения состоит из Р-С-цепочки 43,один зажим конденсатора которойподключен к общей схемы, а второй -к входу задатчика 7 Углов управленияинвертором в двигательном режиме,управляемого ключа 44, включенноговыходными зажимами к выводам конденсатора; вход ключа 44 через логическую схему И-НЕ 45 связан с выходомсхемы 13 совпадения.Кроме того, регулятор 24 токаможет быть соединен с ключами 26через нелинейное звено 46, второйвход которого через функциональныйпреобразователь 47 электродвижущейсилы подключен к выходу датчика 17скорости.Устройство содержит также ввденные ключ 48 и инерционное звено 49,выход которого соединен с корректирующим входом 22 блока. управлениявыпрямителем, а вход - через введенны 3 ключ 48 "оединен с источникомнапряжения смещения 0 . Вход введенного ключа 48 подключен к выходублока 9 выбора коммутации,Устройство для управления реверсивным вентильным электродвигателемработает следующим образомВ исходном состоянии задающее;напряжение 0 О. На выходе регулятора 23 скорости, регулятор".24 тока,нелинейного звена 46, нуль-органа3 - нулевые сигналы и логическийблок 14 бестокового переключения режимов работы находится в состоянии,соответствующем нулевому сигналу снуль-органа 3, например вперед. Приэтом включены ключи 34, соответствующие направлению вперед, и на дватиристора инвертора 21 подаются управляющие импульсы. Однако ток в силовой цепи не протекает и двигательнаходится в неподвижном состоянии,поскольку углы управления тиристороввыпрямителя 19 максимальным и близкик 150 эл.град. (задающее напряжение 030)При подаче 03, соответствующегонаправлению вперед, на выходерегулятора 23 скорости, регулятоРа24 тока и управляющего органа 28появится сигнал, который уменьшаетуглы управления тиристорами выпря 1064412мителя и переводит его в выпрями- тельный режим. По двум Фазам двигателя 15 начинает протекать ток, уо" тор поворачивается на определенный угол. При поступлении импульса на переключение Фаз двигателя с датчика 10 положения ротора сигналом с блока 16 управления искусственной: коммутацией управляющий орган 28 переводится в состояние, соответствующее углу управления тиристоров выпрямителя )-ри выпрямительп переходит в инверторный режим. Ток) ранее работавших фаз двигателя спадает до нуля и тиристоры.инвертора закрываются. После спадания тока до нуля сигнал на управляющем органе 28 ннонь принимает прежнее значение и ток в фазах, двигателя, но уже в других, соответствующих новому положению датчика 10 положения ротора., нарастает до прежйего значения. Ротор двигателя вновь повора чивается на 60 эл.град. до прихода следующего импульса с датчика 10 по. ложения ротора.При этом на выходе блока 35 определения режима работы электропривода1 что соответствует двигательному режиму работы, на выходе блока 9 выбора коммутации - 0, что соответствует низкой скорости и принудительной коммутации выше описанным способом тока тиристоров иннертора.Нулевым сигналом с логической схемы И-НЕ 41 ключ 37 включен, а единичным сигналом с блока 35 определения режима работы электропривода и единичным сигналом слогической схемы И-НЕ 42 ключи 39 и 38 отключены и инвертор работает с углами опережения открывания тиристорон р-0 задаваемых задатчиком 18.При достижении двигателем заданной скорости, когда становится возможной естественная коммутация, на выходе блока 9 выбора коммутации появится1 , ключ 38 закрывается, а ключ 37 открывается. При этом приналичии1на третьем выходе логического блока 14 бестокового переключения режимов работы на выходе логической схемы И-НЕ совпадения 13 появится О и конденсатор на выходе блока 12 формирования углов управления иннертора в режиме пере-. ключения начинает заряжаться и по мере его заряда результирующий сиг, нал на входе задатчика 7 углов управления инверФора в двигательном режиме уменьшается, Уь)еньшаются и глы управления тиристорами инверто а с майсимальных, соответствующих првому моменту переключения (равных ориентировочно 60 эл.град.) до соответствующих работе с естественной коммутацией тиристоров инвер.45 50 55 60 65 денсатора введенного инерционногозвена 49, постоянная времени заряда.которого выбрана таким образом, чтобы система автоматического регулиро-,вания могла отработать дополнительное возмущение и исключить нозможноеколебание скорости двигателя. Дополнительно к этому на вход управляющего органа 28 подается сиг-,нал с третьего выхода логического блока 14 бестокового переключения режимов работы, длительностью примерно равной 0,001 с, который появляется в момент его переключения. Данным сигналом управляющий орган28 кратковременно переводится в состояние, соответствующее максимальным углам управления тиристоров выпрямителя, которые после завершения переключения логического блока 14 уменьшаются до значений, соответствукщих заданнрй скорости вращения. тора за счет электродвйкущей силы фаэ двигателя (ранных ориентировочно 30-40 эл.град).При работе двигателя на низких скоростях ключ (введенный) 48 нуне; вым сигналом с блока 9 выбора коммутации закрыт, вход инерционного звена 49 шунтирован, на его выходе сигнал отсутствует и начальнце углыуправления тиристорами выпрямителя, 10 соответствующие 0:О, близки к 120эл.град (что соответствует границепоявления положительного напряженияна выходе выпрямителя 19, а значити тока в звене постоянного тока 15 преобразователя частоты) . Люфт всистеме автоматическогорегулировайия отсутствует и быстродействиеэлектропривода максимальное.При работе на низких скоростяхдвигателя с углами управления тиристорами инвертора (:О колебание напряжения на выходе инвертора 21 вдвигательном и тормозном режимахнезначительны; и переключения режимов работы выпрямителя 19 при отработке сигналов рассогласования врежиме поддержания заданной скорости не приводят к появлению бросковтока в обмотках якоря двигателя.После возрастания скорости двигателя и переходе на естественнуюкоммутацию тока тиристоров инвертора21 за счет электродвижущей силы фаз двигателя на выходе блока 9 выбора, коммутации появляется 1 и ключ 48 размыкается. При этом напряжениес источника смещения через введенноеинерционное звено 49 поступает на корректирующий нход 22 блока, управления выпрямителем и соответственно 40 на вход управляющего органа 28,увеличивая его начальные углы управления до 130-135 эл.град.,причем не мгновенно, а по мере заряда кон-Благодаря этому исключаются не,управляемые броски тока в быстродействующих электроприводах.При переключениях режимов работы двигателя при холостом ходе имеется лишь одна временная задержка, длитель. ность которой ввиду ее малой величины недостаточна;для исключения бросков тока. Увеличение же ее приводит к затягиванию процессов переключения режимов работы под нагрузкой и ухуд щает динамические характеристики элек троп рив ода .Обратное изменение начальных углов управления тиристоров выпрямителя до Ы= 120 эл.град. происходит при 15 снижении скорости двигателя в момент появления 10 на выходе блок 9 выбора коммутации и может, осуществляться скачком, поскольку электропривод находится в режиме торможения, и идет интенсивное уменьшение скорости.Таким обраЗом, при переключении режимов работы устройства на высоких скоростях углы управления тиристорами выпрямителя вначале увеличиваются д 5 до большого значения, что требуется для установившегося режима работы, а затем плавно уменьшаются до нужных значений. Благодаря этому выпрямленное напряжение на выходе выпрямителятакже возрастает плавно, регулятортока успевает отработать плавно изменяющиеся сигналы и исключить броскитока в силовой цепи преобразователячастоты,В области низких скоростей вращения, где входные сигналы малы, быстродействие устройства остается предельно возможным для данной структурысистемы автоматического регулирования, что повышает точность остановадвигателя при позиционировании вметаллорежущих станках, а такжеулучшает чистоту обработки деталипри сйловом резании в зоне малых ско.ростей вращения двигателя, где отработка возмущающих сигналов происходит медленно,Таким образрм, изобретение позволяет повысить быстродействие и улучшить динамические характеристики электропривода и может быть использо-. вано в быстродействующих вентильных электроприводах с асинхронным двигателем и преобразователем частоты со звеном постоянного тока.1064412 Составитель А.Бабакедакто Н.Ковалева Техред Т,ФантаКорректор Ю.Макаренко е Филиал ППППатент , г. Ужгород, ул. Проектная,аз,10355/56 Тираж 687ВНИИПИ Государственного копо делам изобретений и11.3035, Москва, Ж, Рауш Подпистета СССРкрытийая наб д,