Вентильный двигатель

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в вентильных преобразователях частоты, предназначенных для частотного пуска высоковольтных синхронных машин. Целью изобретения является повышение надежности и улучшение энергетических показателей двигателя путем обеспечения постоянства угла выключения вентилей зависимого инвертора при изменяющихся токе и потокосцеплении. Для этого в вентильном двигателе на основе синхронной машины 1 с тиристорным зависимым инвертором 2 в цепи статора и возбудителем 3 в цепи ротора формирователь развертывающего напряжения 12 в узле 11 формирования рабочего угла управления выполнен с шестью интеграторами 15, в цепь обратной связи каждого из которых включен пороговый элемент 17, реализующий функцию идеального диода, и с дополнительным шестиканальным коммутатором 16, а задатчик сигнала управления 13 содержит датчик 18 потока, датчик 19 тока статора и сумматор 20. Входы интеграторов 15 подключены к выходам трансформаторного датчика напряжения 4, а выходы - к коммутатору 16 и к датчику потока 18. Другой вход коммутатора 16 подключен к выходу распределителя импульсов 10, а его выход и выход сумматора 20 - к входам компаратора 14, соединенного выходом с входом разрешения рабочего угла формирователя тактовых импульсов 9. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4484882/24-07 (22) 14.07,88 (46) 23.09.90. Бюл. N 35 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт электроэнергетики (72) P.Ä.Àáðàìoâè÷, А.П.Сытин, С.М.Гинзбург и Ю.Д.Виницкий (53) 621.316.717(088.8) (56) Колоколкин А.М. Система управления на интегральных микросхемах для высоковольтных преобразователей. — В сб.: Высоковольтные тиристорные преобразователи.

M., ЭНИН, 1981, с.151, фиг.5.

Абрамович Р,Д., Бояршинова А.Е., Сытин А.П. Система управления и регулирования тиристорного пускового устройства, — В сб.: Исследования, разработки, испытания и . опыт эксплуатации высоковольтных тиристорных преобразователей для энергетики.—

Л.: Энергоатомиздат, 1986, с.32 — 39.,, Я3„„1594658 А1 (si)s H02 К 29/00, Н 02 Р 5/408 (54) ВЕНТИЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в вентильных преобразователях частоты, предназначенных для частотного пуска высоковольтных синхронных машин. Целью изобретения является повышение надежности и улучшение энергетических показателей двигателя путем обеспечения постоянства угла выключения вентилей зависимого инвертора при изменяющихся токе и потокосцеплении..

Для этого в вентильном двигателе на основе синхронной машины 1 с тиристорным зависимым инвертором 2 в цепи статора и возбудителем 3 в цепи ротора формирователь развертывающего напряжения 12 в узле 11 формирования рабочего угла управления выполнен с шестью интеграторами 15, в цепь обратной связи каждого из которых включен пороговый элемент 17. реализую1594658 щий функцию идеального диода, и с дополнительным шестиканальным коммутатором

16, а задатчик сигнала управления 13 содержит датчик 18 потока, датчик 19 тока статора и сумматор 20. Входы интеграторов 15 подключены к выходам трансформаторного датчика напряжения 4, а выходы — к коммуИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано в вентиль ных преобразователях частоты, предназначенных для частотного пуска высоковольтных синхронных машин, номинальное напряжение которых в 3-10 раз превышает номинальное выходное напряжение преобразователя частоты, Пуск производится с уменьшением тока ротора синхронной машины по мере увеличения частоты вращения с тем, чтобы напряжение статора синхронной машины не превысило номинального для и реобразователя частоты значения. Соответственно, потокосцепление синхронной машины изменяется в 3 — 10 раз. Пуск производится по заданной технологической программе со стабилизацией частоты вращения на промежуточных оборотах, соответственно изменяется ток статора синхронной машины в процессе пуска.

Целью изобретения является повышение и улучшение энергетических показателей путем обеспечения постоянства угла выключения вентилей зависимого инвертора при изменяющихся токе и потокосцеплении.

На фиг.1 представлена функциональная схема вентильного двигателя; на фиг.2— временные диаграммы его работы.

Вентильный двигатель содержит синхронную машину 1 с тиристорным зависимым инвертором 2 в цепи статора и возбудителем

3 в цепи ротора, трансформаторный датчик 4 напряжения, вход которого подключен к выходу переменного тока зависимого инвертора, а выходы, образованные шестью соединенными в шестилучевую звезду выходными обмотками трансформаторов датчика, соединены с входами шестиканальных коммутаторов 5 и 6, выполненных на управляемых электронных ключах, выходы которых через узлы 7 и 8 ограничения предельных углов управления соединены с соответствующими входами разрешения предельных углов формирователя 9 тактовых импульсов, выходы которого через распределитель 10 импульсов соединены с соответствующими управляющими электродами тиристоров зататору 16 и к датчику 18 потока. Другой вход коммутатора 16 подключен к выходу распределителя импульсов 10, а его выход и выход сумматора 20 — к входам компаратора 14, соединенного выходом с входом разрешения рабочего угла формирователя тактовых импульсов 9, 2 ил. висимого инвертора 2 и соответствующими входами ключей шестиканальных коммутаторов 5 и 6, Вентильный двигатель содержит, кроме

5 того, узел 11 формирования рабочего угла управления с формирователем 12 развертывающего напряжения, задатчиком 13 сигнала управления и компаратором 14 с двумя входами, первый из которых соединен с вы10 ходом задатчика 13 сигнала управления, а второй — с выходом формирователя 12 развертывающего напряжения, причем выход компаратора 14 соединен с входом разрешения рабочего угла формирователя 9 так15 товых импульсов, Формирователь 12 развертывающего напряжения выполнен с шестью интеграторами 15 и с дополнительным шестиканальным коммутатором 16.

20 В цепь обратной связи каждого из интеграторов 15 включен пороговый элемент

17, реализующий функцию идеального диода, Задатчик 13 сигнала управления выпол25 нен с датчиком 18 потока, датчиком 19 тока статора и двухвходовым сумматором 20.

Входы интеграторов 15 подключены к соответствующим выходам трансформаторного датчика 4 напряжения, а выходы — к

30 входам дополнительного шестиканального коммутатора 16, управляющие входы которого соединены с соответствующими выходами распределителя 10 импульсов. Выход шестиканального коммутатора 16 образует

35 выход формирователя 12 развертывающего напряжения.

Входы датчика 18 потока соединены с выходами интеграторов 15. Выходы датчика

18 потока и датчика 19 тока соединены с

40- входами сумматора 20, выход которого образует выход задатчика 13 сигнала управления.

Вентильный двигатель работает следующим образом.

45 Ток статора синхронной макшины 1 (фиг.1) формируется зависимым инвертором путем преобразования постоянного входного тока инвертора 4 в переменный ток. Инвертор является источником активной

1594658

45

55 мощности для синхронной машины, а последняя является источником реактивной мощности, необходимой для. коммутации тока вентилями инвертора. Для надежной работы зависимого инвертора напряжение на вентиле инвертора (фиг.2а) должно характеризоваться углом выключения д, не меньшим, чем минимально допустимое значение — диии . В то же время активная мощность на выходе зависимого инвертора пропорциональна косинусу угла выключения д.

Следовательно, максимум активной мощности при сохранении надежности достигается при постоянстве угла выключения и его равенстве д „ независимо от текущих значений тока статора и потокосцепления синхронной машины. В предлагаемом устройстве равенство д =0«> достигается следующим образом. Напряжения с обмотки статора синхронной машины через трансформаторный датчик 4 поступают на аналоговые входы шестиканальных коммутаторов 5,6 и входы интеграторов 15, выходные сигналы которых поступают на дополнительный шестиканальный коммутатор 16. Одновременно на управляющие.входы коммутаторов 5,6 и 16 поступают сигналы с выходов распределителя 10 импульсов. При этом взаимная фазировка входных напряжений коммутаторов и сигналов управления такова, что узлы ограничения предельных углов (максимального 7 и минимального 8) формируют последовательности импульсов ограничения углов, обеспечивающие в блоке формирователя

9 тактовых импульсов ограничение рабочего угла управления в диапазоне а„,„ (ар < а„„,. Узел 11 формирования рабочего угла управления путем сравнения выходных сигналов формирователя 12 развертывающего напряжения и задатчика 13 сигнала управления формирует последовательность импульсов управления с углом ар, обеспечивая постоянство угла выключения д . Сигналы на входах (фиг.2б) интеграторов 15 совпадают по фазе с линейными напряжениями статора синхронной машины. Каждый интегратор выполнен, например, на базе операционного усилителя с интегрирующим конденсатором в цепи об.ратной связи, причем конденсатор зашунтирован нелинейным элементом, например диодом 17. Выходные напряжения интеграторов (фиг,2в) из-за наличия нелинейного элемента однополярны и с коэффициентом трансформации датчика 4 пропорциональныы (U/âð ò) (1 + cos àð t ), где О, мар†действующее значение и частота изменения

35 2 U 2 U

cos д—. c0sp+2 L td, (1) где U — действующее значение линейного напряжения синхронной машины; вр — круговая частота; /2 О/ вр — потокосцепление;

P=(180-а) — угол опережения; — сверхпереходная индуктивность и синхронной машины.

Условие срабатывания компаратора 14 имеет вид

Кур 2 0

cosð = и

К К у 2 и

КМ.2,т„

Kl К Дт ld, (2) напряжения статора. Причем выходные напряжения интеграторов достигают нуля и максимального значения в моменты перехода входных напряжений через нуль, амплитуда выходных напряжений интеграторов пропорциональна потоку (отношению U/ вр).

Датчик 18 потока формирует выходной сигнал, равный амплитуде выходных напряжений интеграторов, Датчик 19 тока статора формирует выходной сигнал, пропорциональный с коэффициентом Кд входному току инвертора ld.

При каждом переключении распределителя 10 импульсов происходит запирание прежде открытого ключа дополнительного коммутатора 16 и отпирание очередного ключа. На интервале между переключениями распределителя импульсов выходное напряжение дополнительного коммутатора (фиг,2г) равно выходному напряжению одного из интеграторов 15. При каждом переключении на выход коммутатора 16 поступает напряжение, отстающее от имевшегося на выходе прежде на 60 эл;град. Когда выходной сигнал шестиканального коммутатора 16 достигает уровня выходного сигнала задатчика

13 сигнала управления,. срабатывает компаратор 14 (фиг.2д), формирователь 9 тактовых импульсов формирует очередной сигнал переключения распределителя 10. Далее процессы повторяются аналогичным образом, Именно это и позволяет получить положительный эффект — постоянство угла выключения зависимого инвертора независимо от величины потокосцепления и тока статора.

Действительно, угол выключения д зависимого инвертора определяется соотношением

1594658 где К р коэффициент трансформации датчика 4 напряжения;

Т, — постоянная времени интеграторов

15;

К, 4О сов Р- выходное напряжение

Щ> и формирователя 12 развертывающего напряжения в момент перед срабатыванием компаратора 14; 2U

2 Ктр — — выходное напряжение датчика в„Т, 18 потока, равное амплитуде выходных напряжений интеграторов 15;

К - коэффициент, с которым выходной сигнал датчика 18 потока поступает на вход сумматора 20;

-(Кдг4) — выходной сигнал, датчика 19 тока статора;

К вЂ” коэффициент, с которым выходной сигнал датчика 19 тока поступает на вход сумматора 20.

Если установить значения коэффициентов равными

К = 0,5 С03 диин, (3) к3 =2LII—

Кдт Ти то (2) выглядит следующим образом 2 0 20 и — соз P = = cos дмин 2 L Iid

С9р С0р (4) 2 0

Подставив значение . сов Р иэ (4) в (1), получают равенство д =дмин независимо от потокосцепления и тока!д.

Таким образом, описанное построение формирователя развертывающего напряжения, задатчика сигнала управления и их связей позволяет обеспечить постоянный угол выключения вентилей зависимого инвертора при изменении потокосцепления и тока статора синхронной машины, благодаря чему повышается надежность и улучшаются энергетические показатели в сравнении с известным решением.

Формула изобретения

Вентильный двигатель, содержащий синхронную машину с тиристорным эависймым инвертором в цепи статора и возбудителем в цепи ротора, трансформаторный датчик напряжения, вход которого подклю1 чен к выходу переменного тока зависимого ин вертора, а выходы, образован н ые шестью соединенными в шестилучевую звезду выходными обмотками трансформаторов

5 датчика, соединены с входами двух шестиканальных коммутаторов, выполненных на управляемых электронных ключах и подключенных через соответствующие узлы ограничения предельных углов управле10 ния тиристорами к входам разрешения предельных углов формирователя тактовых импульсов, выходы которого через распределитель импульсов соединены с соответствующими управляющими элект15 родами тиристоров зависимого инвертора и с соответствующими управляющими входами ключей указанных шестиканальных коммутаторов, узел формирования рабочего угла управления с формирователем раз20 вертывающего напряжения, задатчиком сигнала управления и компаратором с двумя входами, первый из которых соединен

- c выходом задатчика сигнала управления, а второй — с выходом формирователя раз25 вертывающего напряжения, причем вь ход компаратора соединен с входом разрешения рабочего угла формирователя тактовых импульсов, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и улучшения

30 энергетических показателей путем обеспечения постоянства угла выключения вентилей зависимого инвертора при изменяющихся токе статора и потокосцеплении, формирователь развертывающего напряжения узла

35 формирования рабочего угла управления выполнен с шестью интеграторами, в цепь обратной связи каждого из которых включен пороговый элемент, реализующий функцию идеального диода,и с дополнительным шес40 тиканальным коммутатором, а задатчик сигнала управления выполнен с датчиком потока, датчиком тока статора синхронной машины и двухвходовым сумматором, причем входы интеграторов подключены к соот45 ветствующим выходам трансформаторного датчика напряжения, а выходы — к входам дополнительного шестиканального коммутатора, управляющие входы которого соединены с соответствующими выходами

50 распределителя импульсов, выход допол.- нительного шестиканального коммутатора образует выход формирователя развертывающего напряжения, входы датчика потока в задатчике сигнала управления

55 соединены с выходами интеграторов, выходы датчика тока статора и датчика потока соединены с соответствующими входами сумматора, выход которого образует выход эадатчика сигнала управления.

1594658

Фиг.2

Составитель Жилин

Техред M.Моргентал Корректор О.Кравцова

Редактор И.Шмакова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101. Заказ 2836 Тираж 442 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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