Статический преобразователь частоты для синхронного электропривода

(19) О 1)4 Д 1 Н 02 РЗ/ РЕТЕНИ и- тоСЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) 1, Патент США 11 3906315,кл, 318 в 2, Н 02 Р 3/20,2. Статический преобразовательчастоты типа СПЧС/700 Шкафуправления (контролер), Технические описания и. инструкция по эксплуатации ТВ 6, 388 .376 ТО; Таллин,ПО ТЭЗ им, М.И,Калинина, 1981,с. 4, рис. .1 (прототип).(54)(57) СТАТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ДЛЯ СИНХРдННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА, содержащий последовательно включенные управляемый выпрямитель, реактивный накопитель иинвертор тока, выход которого предназначен для подключения синхронного двигателя, систему управления преобразователем, включающую.узел рекуперативного торможения,первым управляющим выходом соединенный с входом регулятора выходного тока выпрямителя, вторым управляющим выходом подключенный кодному входу генератора управляющихимпульсов инвертора, другими входами соединенного с выходом датчиканапряжения противо-ЭДС инвертора и.выходом эадатчика пусковой частоты,третий управляющий выход узла рекуперативного торможения соединенс одним управляющим входом узла отключения преобразователя, и узелблокирования импульсов управленияинвертором, о т л и ч а ю щ и йс,я тем, что, с целью повышениянадежности остановки синхронного.двигателя без свободного выбега,в систему управления преобразова-телем,введены первый и второй логческие элементы И-НЕ и первый и врой узлы задержки, а генератор управляюцих импульсов снабжен входомблокирования, причем вход первогологического элемента И-НЕ подключенк третьему управляющему выходу узла рекуперативного торможения, входвторого логического элемента соединен с выходом генератора управляющиимпульсов инвертора, выходы логических элементов И-НЕ объединены иподключены к входу первого узла задержки, выходом соединенного с входом узла блокирования импульсов управления инвертором, входом блокирования генератора управляющих импулсов инвертора и входом второго узлазадержки, выходом подключенного к дргому управляющему .входу узла отключения преобразователя.Изобретение относится к электротехнике и преобразовательной технике, вчастности к тиристорным преобразователям частоты для пуска, синхронизации. с сетью и рекуперативного торможения мощных синхронных двигателейв приводах компрессоров, воздуходувок, обратимых агрегатов гидроаккумулирующих станций,Известен статический преобразователь частоты для синхронного электропривода, который содержит включенные последовательно управляемый выпрямитель, звено постоянного тока иинвертор, регулятор частоты, регулятор тока и пороговый элемент Я .В известном преобразователе динамическое торможение двигателя осуществляется за счет подачи постоянного тока в какие-либо две фазы статорной обмотки,Недостатком известного преобразователя является то, что для синхронного двигателя при данном возбуждении,кроме тормозного динамического момен та, значителен знакопеременный синхронный момент, определяемый токомвозбуждения и статора, что приводитк недопустимым динамическим электромеханическим воздействиям на элек троприводной агрегат.Наиболее близким к изобретениюявляется статический преобразовательчастоты для синхронного электропривода, содержащий последовательновключенные управляемый выпрямитель,реактивный накопитель и инвертор тока, выход которого предназначен дляподключения синхронного двигателя,систему управления преобразователем,включающую узел рекуперативного торможения, первым управляющим выходомсоединенный с входом регулятора выходного тока выпрямителя, вторымуправляющим выходом подключенный кодному входу генератора управляюРщих импульсов инвертора, другимивходами соединенного с выходом датчика напряжения противо-ЭДС инвертора и выходом задатчика пусковойчастоты, третий управляющий выходузла рекуперативного торможенияСоединен с одним.управляющим входомузла отключения преобразователя, атакже узел блокирования импульсовуправления инвертором 12,Однако известный преобразовательне обеспечивает надежной остановки синхронного двигателя без свободного выбега, так. как отключение преобразователя после рекуперативноготорможения осуществляется иэ режима непрерывного тока статора свозможным неконтролируемым переходом на режим динамического торможения,Цель изобретения - повышениенадежности остановки синхронного двигателя без свободного выбега,Поставленная цель достигаетсятем, что в статический преобразователь частоты для синхронногоэлектропривода, содержащий последовательно включенные управляемыйвыпрямитель, реактивный накопитель и инвертор тока, выход которого предназначен для подключениясинхронного двигателя, систему управления преобразователем, включающую узел рекуперативного торможения, первым управляющим выходомсоединенный с входом регуляторавыходного тока выпрямителя, вторым управляющим выходом подключенный к одному входу генератора управляющих импульсов инвертора,другими входами соединенного с выходом датчика напряжения противо-ЭДСМнвертора и выходом задатчика пусковой частоты, третий управляющийвыход узла рекуперативного торможения соединен с одним управляющимвходом узла отключения преобразователя, а также узел блокирования импульсов управления инвертором, в систему управления преобразователем введены первый и второй логические элементы И-НЕ и первый и второй узлы задержки, а генератор управляющих импульсов снабжен входом блокирования, причемвход первого логического элементаИ-НЕ подключен к третьему управляющему выходу узла рекуперативного тбрможения, вход второго логического элемента соедикен с выходомгенератора управляющих импульсовинвертора, выходы логических элементов И-НЕ объединены и подключенык входу первого узла задержки, выходом соединенного с входом узлаблокирования импульсов управленияинвертором, входом блокированиягенератора управляющих импульсовинвертора и входом второго узлазадержки, выход подключенного к друО Распределение импульсов по венти лям выпрямителя и инвертора осуществляется соответствующими системами управления 26. Подключение преобраэогому управляющему входу узла отключения преобразователя.На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема предлагаемого преобразователя; на фиг, 2 - 5 диаграммы работы преобразователя в режиме рекуперативного торможения и остановки синхронного двигателя,Статический преобразователь частоты для синхронного электропривода содержит последовательно включенные управляемый выпрямитель 1, реактивный накопитель 2,и инвертор тока 3, выход 4 которого предназначен для подключения синхронного дви гателя 5, систему управления 6 преобразователем, включающую узелрекуперативного торможения, первым управляющим выходом 8 соединенный с входом регулятора выходного тока 9 20 выпрямителя 1, вторым управляющим выходом 10 подключенный к одному входу генератора 11 управляющих импульсов инвертора 3, другими входами соединенного с выходом датчика 12 напря-. 25 жения противо-ЭДС инвертора и выхоф дом задатчика пусковой частоты 13. Третий управляющий выход 14 узла рекуперативного торможения 7 соединен с одним управляющим входом 5 узла отключения 16 преобразователя., а также узел 17 блокирования импульсовуправления инвертором 3. В систему управления 6 преобразователем введены первый 18 и второй 19 логические элементы И-НЕ и первый 20 и второй35 21 узлы задержки. Вход первого логического элемента И-НЕ подключен к третьему управляющему выходу 14 узла рекуперативного торможения, вход40 второго логического элемента соединен с выходом 22 генератора 11 управляющих импульсов инвертора, выходы логических элементов И-НЕ объединены и подключены к входу первого узла задержки, выходом 23 соединенно 45 го с входом узла 17 блокирования импульсов управления инвертором, входом 24 блокирования генератора 11 управляющих импульсов инвертора и входом второго узла задержки, выхо"50 дом 25 подключенного к другому упУравляющему входу узла отключения преобразователя. вателя к питающей сети и синхронному двигателюосуществляется выключателями 27 и 28. Узлы задержки могут состоять иэ интегрирующей ВС-цепочки 29 и порогового элемента 30 .На фиг, 2 приняты следующие обозначения:31 - сигнал на входе первого логического элемента.И-НЕ;32 - сигнал на выходе 1 О узла 7 рекуперативного торможения;33 - сигнал на входе второго логического элемента 19;34 - сигнал на входе первого узлами. задержки 20;35 - сигнал на входе порогового элемента 30 первого узла задержки 20;36 - сигнал на выходе первого 20 узла задержки;37 - сигнал на входе . порогового элемента 30 второго узла задержки 21;38 - сигнал на выходе второго узла задержки 21;39 - положение выключателя 28;40 - положение выключателя 27;4 - ток двух фазных обмоток электроприводного агрегата;42 - сигнал на выходе 8 узла рекуперативного торможения 7;43 - ток в звене реактивного накопителя;44 - обороты электроприводного агрегата.Статический преобразователь частоты для синхронного электропривода работает следукщим образом. В исходном состоянии, когда синхронный двигатель питается от сети или идет процесс его разгона или регулирования оборотов от преобразователя частоты, управляющие сигналы на выходах узла рекуперативного торможения и первого и второго узлов задержки отсутствуют,При подаче на вход узла 7 рекуперативного торможения команды "Торможение" на его выходах 8 и 10 формируются управляющие сигналы, обеспечивающие перевод инвертора 3 в выпрямительный режим, например, эа счет подачи на вход генератора 1 сигнала, пропорционального выходному напряжению преобразователя (диаграмма 32), и работу выпрямителя в режиме стабилизации тока, причем изменением величины тока можно осуществлять регулирование илиО 20 При уменьшении. оборотов двигате ля до величины, не допускающей работы инвертора в режиме естественной:коммутации, а также в случае, опрокидывания инвертора на выходе 8 узла рекуперативного торможения 55 рОявляется сигнал,. обеспечивающий работу выпрямителя в режиме искусственной, коммутации его выходного тока по статорным обмоткам двигатестабилизацию темпа торможения синхронного двигателя.После подключения синхронногодвигателя и преобразователю еслион питался от сети, начинаетсяйроцесс рекуперативного торможения,причем коммутация тока по статорным обмоткам двигателя осуществляется за счет напряжения на статорных обмотках, величина которогоопределяется током возбуждениясинхронного двигателя и его оборотами. В таком режиме рекуперативного торможения ток реактивногонакопителя непрерывен, а величинасинхронного тормозного момента постоянна и зависит от угла управления инвертором, напряжения на синхронном двигателе и его статорногртока, При этом частота, импульсовна выходе 22 генератора 11 управляющих импульсов инвертора 3 синхронизирована с частотой вращениясинхронного двигателя за счет напряжения противо-ЭДС инверторапоступающего на вход генератора 1с выхода датчика,12,.Указанный режим работы преобразователя продолжается до уменьше-ния оборотов синхронного двигателя до такой величины, при которойкоммутация тока реактивного накопи-,теля за счет напряжения синхронного двигателя становится недопустимой, так как это может привести к , 35опрокидыванию инвертора и последующему протеканию постоянного тока подвум неконтролируемым статорным обмоткам двигателя. Режим протекания постоянного тока создает знакопер еменныймомент на вапу синхронного двигателяи тем самым затягивает процесс его,торможения, поскольку величина динамического тормозного момента притоке статора много меньше номиналь 45ного и недостаточна для остановкиэлектропривода с большими маховымимассами,ля за счет кратковременного уменьшения тока до нуля,Одновременно подается управляющийсигнал на вход узла отключения 16 ивход первого логического элементаИ-НЕ 18, выход которого снимает блокировку с работы первого узла задержкй 20, Однако отключение преобразователя не происходит, так как работа узла отключения блокирована выходным сигналом второго узла задержки 21, Продолжается дальнейшее торможение синхронного двигателя в условиях синхронизма, т,е, за счетсинхронной составляющей электромагнитного момента, определяемой током статора и током возбуждения, нов режиме прерывистого тока статора,При этом по мере уменьшения оборотов синхронного двигателя он переходит в режим шагового вращения (илиблизкий к шаговому), причем частота шагового вращения определяетсявосновном эадатчикам пусковой,частоты, так как сигнал противо-ЭДСи сигнал на выходе 1 О узла рекуперативного торможения 10 (он пропорционален напряжению на синхронномдвигателе) уменьшаются практическидо нуля.В режиме шагового (или близкогок нему) вращения на вал синхронного двигателя действует знакопеременный синхронный мояент, которыйс началом каждого такта работыгенератора 11 (т.е. переключениятока по статорным обмоткам) ускоряет ротор, а затем тормозитего до полной остановки (или незначительного вращения). В таком режиме. с поступлением каждого тактовогоимпульса с выхода 22 генератора 11 (диаграмма 33).на вход вто- .рого логического элемента И.-НЕ 19на его выходе и на входе первогоузла задержки 20 (диаграмма. 34) формирувтся нулевой потенциал, обеспечивающий установку первого узлазадержки 20 в исходное состояние(конденсатор интегрирующей цепочки разряжен - диаграмма 35, сигнална блокирование генератора 11 иимпульсов управления инвертором свыхода 23 узла задержки 20 не поступает - диаграмма 36) .При частоте выходных импульсовгенератора 1, близкой к пусковойМастоте, определяемой эадатчиком13, длительность единичного потенци71648 ала на входе узла задержки 20 возрастает, что обеспечивает заряд конденсатора интегрирующей ВС-цепочки 29 до более высокого уровня (диаграмма 35), который достигнет порога переключения порогового элемента 30 . На выходе 23 (диаграмма 36) первого узла задержки 20 формируется нулевой потенциал, обеспечивающий подачу команды на вход узла 17 блоки-. 1 О рования выходных импульсов управле" ния инверторрм 3 и вход 24 блокирования выходных импульсов генератора 11При этом обеспечивается гарантированная остановка синхронного двигателя, так как статорный ток продолжает поступать именно в те его обмотки, которые создают тормозной вращающий момент, Длительность протекания выходного тока выпрямителя по этим статорным обмоткам определяется постоянной времени второго узла задержки 21. После срабатывания порогового, элемента.30 второго узла задержки 21 с его выхода подается команда на 47 8вход узла отключения 6 и происходит отключение преобразователя (выключаются выключатели 27 и 28 либо блокируются импульсы управления преобразователем).Такой резим работы преобразова. теля при рекуперативном торможении гарантирует надежную остановку электроприводного агрегата, так как рекуперативное .торможение электропривода продолжается и при работе пре-, образователя в режиме искусственной коммутации (диаграммы 43 и 44), когда напряжение на электроприводном агрегате недостаточно дляосуществления естественной коммутации тирнс. торов инвертора. Это позволяет уменьшать обороты электропривода в режиме рекуперативного торможения до величины, соответствующей шаговому режиму вращения синхронного двигателя с последующей подачей статорного тока в те его обмотки, протекание тока по которым обеспечивает синхронный тормозной момент, что гарантирует надежную остановку электропривода без режима свободного выбега.164847 О г Составитель В.Тарасна Техред Л,Микеш. Редактор М,Ци Заказ 4196/5 Подпиенноцо комитета СССРетений и открытийРаушская наб д, 4/ е В 113035 ППП "Патент",; ул. Проектная, 4 3 3 Тираж 64 ПИ Государст о делам иэоб Москва, Ж