Управляемый электропривод

 

1. УПРАВЛЯЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД , содержащий тиристорный преобразователь частоты, который включает в себя трансформатор с вторичной обмоткой, соединенной в звезду, последовательно включенные управляемый мостовой выпрямитель, фильтр, мост диодов обратного тока и мостовой инвертор , выход которого подсоединен к соединенным в звезду обмоткам электродвигателя, а также систему управления выпрямителем и систему управления мостовым .инвертором, причем последняя содержит блок управления мостовым инвертором в двигательном режиме, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности рекуперации энергии и торможения , в него введены семь датчиков напряжения и компаратор, в.систему уп1равления мостовым инвертором введен блок управления им в режиме рекуперации энергии, .обеспечиваниций формирование управляющих импульсов для тиристоров инвертора в моменты превышения напряжения на обмотках двигателя над напряжением сети и имеющий шесть входов для подключения к ним выходов шести из семи введеиных датчиков напряжения, а также двенадцать логических элементов 2-2И2Ш1И , причем первые входы первых шести датчиков напряжения .соединены между собой и со средними точками вторичной обмотки трасформатора и обмотки электродвигателя, вторые, входы первых трех датчиков напряжения соединены соответственно с фазами фторичной обмотки трансформатора, вторые входы четвертого, пятого, ; 9 шестого датчиков напряжений соединены с соответствующими обмотками электродвигателя и с первым, вторым, третьим входами седьмого датчика напряжения , выход которого через упо§ мянутый компаратор соединен с вторым и через введеннь логический элемент НЕ с четвертыми,входагш логических элементов 2-2И-2ШШ, третьи входы которых соединены с выходами СО блока управления мостовым инвертором в двигательном режиме, первые входы О логических элементов 2-2И-2ИЛИ соедиDO нены с выходами блока управления: Мостовым инвертором в режиме рекуперации энергии, а выходы - с управляющими входами мостового инвертора. 2. Электропривод по п. 1, о т л ичающийся тем, что блок управления мостовым инвертором в режиме рекуперации энергии содержит вспомогательный управляемый мостовой выпрямитель , восемь одновибраторЬв, восемь компараторов, шесть диодов, причем отрицательный вывод вспомога

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СО14ИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

{19) {И)

{ ц 4 Н 02 P 6/02 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЮ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ggPr".-",.И1 „ j$

13,„,,„Ц 1

ВЩЛИОТБаА (21) 3696776/24-07 (22) 03.02.84 (46) 07 ° 12.85 ° Бюл. У 45

{ 71) Ленинградский ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени горный институт им. Г.В. Плеханова (72) А.В. Шипулин и В.С. Климаш. (53) 621.316.718,5 (088.8) (56) Патент ФРГ 11 2112185, кл. Н 02 Р 7/58, 1977.

Авторское свидетельство СССР

Ф 930544,, кл. Н 02 P 3/22, 1980.

Патент Японии Р 52-9282, кл. Н 2 P 7/28, 1977. (54)(57)1. УПРАВЛЯЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД, содержащий тиристорный преобразователь частоты, который включает в себя трансформатор с вторичной обмоткой, соединенной в звезду, последовательно включенные управляемый мостовой выпрямитель, фильтр, мост диодов обратного тока и мостовой инвертор, выход которого подсоединен к соединенным в звезду обмоткам электродвигателя, а также систему управления выпрямителем и систему управления мостовым инвертором, причем последняя содержит блок управле ния мостовым инвертором в двигатель" ном режиме, о т л, и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения эффективностй .рекуперации энергии и торможения, в него введены семь датчиков напряжения и компаратор, в .систему управления мостовым инвертором введен блок управления им в режиме рекуперации энергии,.обеспечивающий формирование управляющих импульсов для тиристоров инвертора в моменты превышения напряжения на обмотках двигателя над напряжением сети и имею.щий шесть входов для подключения к ним выходов шести из семи введенных датчиков напряжения, а также двенадцать логических элементов 2-2И2ИЛИ, причем первые входы первых шести датчиков напряжения, соединены между собой и со средними точками вторичной обмотки трасформатора и обмотки электродвигателя, вторые. входы первых трех датчиков напряжения соединены соответственно с фазамн фторичной обмотки трансформатора, ! вторые входь{.четвертого, пятого, шестого датчиков напряжений соеди1 иены с соответствующими обмотками электродвигателя и с первым, вторым, третьим входами седьмого датчика напряжения, выход которого через упомянутый компаратор соединен с вто- И рым и через введенный логический элемент НЕ с четвертыми, входами логических элементов 2-2И-2ИЛИ, третьи входы которых соединены с выходами блока управления мостовым инвертором в двигательном режиме, первые входы

I логических элементов 2 2И-2ИЛИ соединены с выходами блока управления: мостовым инвертором в режиме реку! перации энергии, а выходы — с управ- ляющими входами мостового инвертора.

2. Электропривод по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что блок управления мостовым инвертором в режиме рекуперации энергии содержит вспомогательный управляемый мостовой выпрямитель, восемь одновибраторов, восемь компараторов, шесть диодов, причем отрицательный вывод вспомога1197031 тельного мостового выпрямителя соединен с прямыми входами третьего, четвертого, пятого компараторов и с инверсным входом первого компаратора, а положительный вывод соединен с прямыми входами шестого, седьмого, восьмого компараторов и с инверсным входом второго компаратора, выходы компаРаторов соединены с входами одновибратора, выходы которых являются выходами блока управления мостовым инвертором в режиме рекуперации

Изобретение относится к области электроники, в частности к электроприводу, и может быть использована для частотного управления электродвигателем переменного тока, а также в преобразовательной технике.

Целью изобретения является повышение эффективности рекуперации энергии и торможения.

На фиг. l приведена схема преобразователя частоты; на фиг. 2 — блок

-.управления инвертором в режиме рекуперации; на фиг. 3 — формы напряже-. ний и токов в фазах трасформатора и электродвигателя, а также в дросселях фильтра при алгоритме работы в режиме рекуперации энергии в сеть с частотой вращения двигателя, например, равной трети от .частоты сети.

Устройство включает в себя питающий трансформатор 1, вторичная обмотка которого включена в звезду, А, В, С вЂ” фазы вторичной обмотки трансформатора, подключенный к выходу трансформатора управляемый мостовой выпрямитель 2, состоящий из тиристоров

3-8, фильтр 9; подключенный к выходу выпрямителя и состоящий из дросселей 10 и ll и конденсатора 12, мостовой инвертор 13, состоящий из ти.— ристоров 14-19, обратный мост 20, подключенный входом к выходу мостового инвертора 13, а выходом — к фильтру 9 и состоящий из диодов 2126, электродвигатель 27, включенный в звезду и подключенный началами обмоток к выходу мостового инвертора

13, а средней точкой к средней точке

10 !

35 энергии, инверсные входы третьего, четвертого, пятого компараторов через введенные диоды, направленные анодами к их входам, соединены соответственно с анодами четверного, пятого, шестого диодов, катоды которых соединены соответственн, с инверсными входами шестого, седьмого, восьмого компараторов, н являются входами блока управления мо— стовым инвертором в режиме рекуперации. вторичной обмотки трансформатора, А, В, С вЂ” фазы электродвигателя, систему 28 управления мостовым выпрямителем, датчик 29 напряжения, подключенный к фазам двигателя и состоящий иэ.трансформатора, выпрямителя и фильтра, компаратор 30, подключенный входами к датчику 29 напряжения и источнику напряжения задания управления напряжением в преобразователе, датчики 31.-36 напряжения, первые входы которых соединены между собой и со средними точками вторич-. ной обмотки трансформатора и двигателя, вторые входы датчиков 31-33 соединены с фазами двигателя и входами датчика 29, вторые входы датчиков 34-36 соединены с. фазами вторичной обмотки трансформатора.

Система управления мостовым инвертором содержит блок 37 управления инвертором в двигательном режиме, блок управления 38 инвертором в режиме рекуперации энергии, логические элементы 2-2И-2ИЛИ 39-50, первые входы которых соединены с выходами блока 38 управления мостовым инвертором в режиме рекуперации, третьи входы соединены с выходами блока 37 управления инвертором в двигательном режиме, вторые и через элемент НЕ четвертые входы соединены через компаратор 30 с выходом 29 напряжения, а выходы соединены с управляющими входами мостового инвертора 13.

На фиг. 2 показана схема блока управления инвертором в режиме реку3 1197 перации, в которую входят вспомогательный тиристорный выпрямитель 51, состоящий из тиристоров 52-57, трансформаторов 58, диодов 59, подключенный входами к выходам датчиков

34-36 напряжения, компараторы 6067, причем отрицательный вывод вспомогательного выпрямителя соединен с прямыми входами компараторов 62-64 и с инверсным входом компаратора 60, а положительный вывод соединен с прямыми входами компараторов 65-67 и с инверсным входом компаратора 61, прямые входы компараторов 60 и 61 подключены к нулевым точкам вторич- 15 ной обмотки трансформатора и электродвигателя, инверсные входы компараторов 62-64 через диоды 68-70, направленные анодами к компараторам, подключены соответственно к выходам 20 датчиков 31-33 напряжения, инверсные входы компараторов 65-67 через диоды

71-73, направленные катодами к компараторам, подключены также к выходам датчиков 31-33. Выходы компараторов 60-67 подключены к входам одновибраторов 74-81, выхрды которых являются выходами блока управления. инвертором в режиме рекуперации энергии. ЗО

Выпрямитель 2 служит для выпрямления напряжения питающего трансформатора 1.и регулирования его по вели- чине посредством системы управления выпрямителем 28. Выпрямленное напря- 5 жение сглаживается фильтром 9 и подается на вход инвертора 13, который управляется блоком 37 управления инвертором в двигательном режиме, ли- бо блоком управления инвертором в ре-4О жиме рекуперации. Обратный мост служит для обмена энергией между электродвигателем и конденсатором 12 в двигательном режиме. Датчики 31-36 напряжения, выполненные, например, в виде потенциометров, понижают величину напряжения до необходимого уровня и подают в схему управления инвертором 38 сигналы, пропорциональные мгновенной величине напряжения О в фазах вторичной обмотки трансформатора и электродвигателя. Датчик

29 напряжения подает на компаратор

30 сигналы, пропорциональные величи-.. не напряжения на двигателе. Компа- у ратор имеет релейную характеристику и оценивает пропорциональность между напряжением в системе управления

031 4 выпрямителем и с помощью логических элементов 2-2И-2ИЛИ 39-50 подключает к инвертору один из блоков управления.

Система управлениявыпрямителем 28 представляет собой стандартную схему с регулированием по углу открывания тиристоров. Блок управления инвертором в двигательном режиме представляет собой стандартную схему для управления инверторами с общей, групповой, фазной или индивидуальной коммутацией тиристоров.

Вспомогательный мостовой выпрямитель 51 состоит из маломощных тиристоров, на управляющие электроды которых подается переменное напряжение через трасформаторы 58 и диоды 59, причем обмотки трансформаторов включены так, чтобы угол отпирания составил 90 эл. град., и предназначен для преобразования напряжения таким образом, чтобы его форма была удобна для сравнения с напряжением нагрузки, компараторы 60-67 сравнивают величины сигналов, подаваемых со вспомогательного выпрямителя 51

I и датчиков. 31-33 напряжения, одновибраторы 74-81 позволяют получить на выходе положительный импульс напряжения при подаче на его вход логической единицы.

На фиг. 3 представлены: 82 — форма напряжения на вторичной обмотке трансформатора, 83 — форма напряжения на выходе выпрямителя 2, U

Ц вЂ” диаграммы состояния тиристоров

3-8 выпрямителя, 84 — форма напряжения на фазах электродвигателя, 85 и 86 — формы, напряжений на положительном и отрицательном выводах вспомогательного выпрямителя 51, 01 — " — диаграммы состояния тиристоров 14-19 инвертора, 87 — форма тока, проходящего через индуктивность фильтра 1 О, 88 — форма тока, проходящего через индуктивность фильтра 11, А, В, С вЂ” формы тока в фазах электродвигателя в моменты времени t<, С, t» Ь .

Устройство работает следующим об- разом.

В двигательном режиме с компаратора 30 на входы логических элементов 2-2И- 2ИЛИ подается логический нуль, через логические элементы на тиристоры инвертора поступают сиг1197031. валы с блока 37 управления инвертором в двигательном режиме, При резком торможении, либо при увеличении частоты вращения выше синхронной на выходе компаратора 30 появляется логическая единица, логические элементы 2-2И-2ИЛИ переводятся в режим, при котором на тиристоры инвертора и их схемы коммутации подаются сигналы с выходов одновибраторов 74-81.

В режиме рекуперации энергии в сеть преобразователь работает следующим образом. Предположим к моменту времени t1 открыт тиристор 7.

Синусоидально изменяющееся напряжение в фазе С вторичной обмотки трансформатора 1 уменьшается по амплитуде, сигнал, пропорциональный его величине, подается с датчика 36 напряжения на вспомогательный мостовой вйпрямитель 51 и преобразуется так, что на компараторы 60-67 не подаются напряжения двух фаз одновременно, а затем поступает на прямой вход компаратора 62.

При генераторном режиме в фазах электродвигателя наводится синусоидальная ЭДС. К моменту времени tl напряжение в фазе А электродвигателя .направлено встречно напряжению в фазе С вторичной обмотки трансформатора 1. Сигнал, пропорциональный его величине, через диод 68 подается на инверсный вход компаратора 62.

В момент времени t< при достижении уровня сигнала на инверсном входе компаратора 62 выше, чем на прямом входе, на выходе компаратора появляется логическая единица, импульс на выходе логического устройства 45 открывает тиристор 14. Образуется цепь: фаза С вторичной обмотки трансформатора 1, открытый тиристор 7, дроссель 10 тиристор 14, фаза А электродвигателя. Поскольку напряжение в фазе А электродвигателя выше по амплитуде, чем в фазе С вторичной обмотки трансформатора, ток течет против тока сети в обмотке трасфор-. матора, энергия передается в сеть.

В момент времени 1 напряжение в фазе С вторичной обмотки трансформатора меняет свою полярность. Сигнал сменившейся полярности подается на вспомогательный выпрямитель 51. При снижении напряжения на инверсном

10 электродвигателя. Поскольку напряжение в фазе С электродвигателц выше, чем в фазе В .вторичной обмотки трансформатора, ток течет против

35 тока сети в обмотке трансформатора, 40

-входе компаратора 60 до нуля на его выходе появляется логическая единица, импульс с выхода логического элементе 39 переключает схему коммутации для эапирания тиристора 14. Ток прекращается.

К моменту времени t открыт тирис9 тор 6, напряжение в фазе В вторичной обмотки трансформатора уменьшается по амплитуде. Сигнал, пропорциональный его величине, преобразуется в выпрямителе 51 и поступает на прямой вход компаратора 67. Напряжение в фазе

С электродвигателя направлено встречно напряжению в фазе В вторичной обмотки трасформатора и увеличивается по амплитуде, сигнал, пропорциональный его величине, через диод 73 подается на инверсный вход компаратора 67.

В момент времени при достижении уровня сигнала на инверсном входе компаратора 67 выше, чем на прямом входе, на выходе этого компаратора появляется логическая единица, импульс на выходе логического элемента 50 открывает тиристор 19. Образуется цепь: фаза В вторичной обмотки трансформатора 1, открытый тиристор

6, дроссель ll, тиристор 19, фаза .С энергия передается в сеть.

В момент времени t4 напряжение в фазе В вторичной обмотки трансформатора меняет свою полярность, сигнал сменившейся полярности подается на выпрямитель 51. При снижении напряжения на инверсном входе комнаратора 61 до нуля на его выходе появляется логическая единица, импульс с выхода логического элемента 44 переключает схему, коммутации для запирания тиристора 19. Ток прекращается.

Затем сравнивают сигналы, пропор. циональные напряжениям фазы А вторичной обмотки трансформатора и фазы А электродвигателя и т.д.

В режиме рекуперации для исключения запирания тиристоров выпрямителя при коммутации тнристоров инвертора тиристоры выпрямителя должны управляться длинными (длинными

7 1197031 8 стробированными) импульсами, либо сигналы, синхронные с сигналами, для их отпирания должны подаваться отпирающими тиристоры инвертора.

1197031

1197031

Фие.J

t, gati

Редактор В. Иванова

Заказ 7574/56 Тираж 645 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

УМ иу

4I3f

ЮФ7

ФМ

Составитель Г. Иыцык

Техред О.Ващишина КоРректор А. Тяско