Вентильный электропривод
Изобретение относится к электротехнике . Цель - повышение надежности путем опрокидывания инвертора. Для этого в вентильный электропривод введены вычислитель 19 угла управления тиристорами инвертора, компаратор 20, первый 21 и второй 22 датчики напряжения, первый 23 и второй 24 управляемые ключи. Резисторы в цепях второго входа регулятора 9 выпрямленного тока и задания регулятора 9 выпрямленного тока и задания регулятора 16 тока возбуждения выполнены секционированными , каждая из секций 27 и 33 этих резисторов шунтирована одним из управляемых ключей 23, 24, управляющие входы которых подключены к выходу компаратора 20, первый вход которого образует вход задания угла управления тиристорами инвертора 4, а второй вход соединен с выходом вычислителя 19 угла управления тиристорами инвертора, первый вход которого под
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ps )s Н 02 Р 6/02
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
1 (21) 4786567/07 (22) 30,01,90 (46) 07,12.91. Бюл. М 45 (71) Пермское отделение Всесоюзного научно-исследовательского, проектного и проектно-конструкторского института по комплексной электрификации промышленных объектов "Тяжпромэлектропроект" им.
Ф.Б.Якубовского, Губахинское производственное объединение "Метанол" (72) Г,А.Сторожев, А.Н.Шаров и С.Л.Ситников (53) 621.313.322.001.5(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР
М 1141526, кл. Н 02 К 29/00, 1985, Сторожев Г.А., Винокур B.M. Применение вентильного электродвигателя в высокоскоростном электроприводе безмоторного испытательного стенда. Инструктивные указания по проектированию электротехнических промышленных установок. Изд-во
ВНИПИ ТПЭП, 1986, М 1, с.6 — 10, „„Я „„1697251 Al (54) ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД (57) Изобретение относится к электротехнике. Цель — повышение надежности путем опрокидывания инвертора. Для этого в вентильный злектропривод введены вычислитель 19 угла управления тиристорами инвертора, компаратор 20, первый 21 и второй 22 датчики напряжения, первый 23 и второй 24 управляемые ключи. Резисторы в цепях второго входа регулятора 9 выпрямленного тока и задания регулятора 9 выпрямленного тока и задания регулятора 16 тока возбуждения выполнены секционированными, каждая из секций 27 и ЗЗ этих резисторов шунтирована одним из управляемых ключей 23, 24, управляющие входы которых подключены к выходу компаратора
20, первый вход которого образует вход задания угла управления тиристорами инвертора 4, а второй вход соединен с выходом вычислителя 19 угла управления тиристорами инвертора, первый вход которого под1697251
3 ! ! ключен к выходу датчика 17 выпрямленно о тока, второй вход — к выходу первого датчика 21 напряжения, псдкл сченнсго к выходу управляемого выпрямителя 2, третий вход — v, выходу второго датчика 22 напряжения, подключенного к двум фазам синхронной машины 1, а,етвертый вход соединен с выходом тахогенератора 6. Это позволяет обеспечить контроль фактического значения угла управления тиристорами инвертора, сравнивание его с заданным значением, определяемым коммутационной устойчивостью инвертора, и формирование команды на уменьшение выпрямленного тока с одновременным увеличением тока возбуждения при условии равенства заданного и фактического значений. В результатее э ого фактическое значение угла
Р уменьшается и уходит из области значений, где возможно опрокидывание инвертора. 2 ил, Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в широко регулируемых электроприводах с вентильными двигателями, к которым предъявля отся треоования повышенной наде>кнсстл, например, в элек .роприводах компрессоров, вентиляторов, дымссосов химических производств с непреоывным технологическим процессом, Цель изобретения -- повышение наде>кности вентильного электропривода путем исключения опрокидывания лнвертсра, 14а фиг. 1 изображена блок-схема вентильного злектрспривода., на фиг, 2 Ьлок схама вычислителя угла управления тиристорами инвертора, Бентильный электрспривод (фиг. I) содержит синхронную машину 1. секции якорной обмотки которой подключены к выходу управляемого выпрямителя 2 через сглаживающий дроссель 3 в звене постоянного така и инвертор 4, Вход выпрямителя поцключен к сети. Датчик 5 поло>кения ротора и тахсгенера "op 6 механически связаны с ротором синхронной машины 1, Вентильный электропривод содержит также задатчик 7 час:оты вращения, последовательно соединенные регулятор 8 частоты вращения, аегуля:,0p 9 выпрямленного тока и первую систему 10 импульсно-фа 3ового управления, вь.ходом псдключенну с к управляющему входу выпрямителя 2, релейный элемент 11, входом подключенный к выходу регулятора 8 частоты вращения, вход обратной связи которо.-о псдкл|очен к выходу тахогенератора 6, а прямой вход соединен с выходом задатчика 7 частоты вращения. Выход релейного элемента 11 подключен к первому входу блока 12 управления инвертсром, второй вход которого подключен к выходу датчика 5 положения ротора, а выход — к входу второй сис-гемы 13 импульсно-фазового управления, выходом подключенной к упр вляющему входу инвертора 4, Обмотка
45 возбу>кдения синхронной машины 1 подключена к выходу тиристорного возбудителя 14, вход управления которым подключен к выходу третьей системы 15 импульсно-фазового управления, вход которой соединен с выходом регулятора 16 тока возбуждения.
Тиристорный возбудитель 14 снабжен входом для подключения к сети. Вентильный электропривод содержит также датчики
17 и 18 тока, Датчик 17 тока включен в цепь выпрямленного тока выпрямителя
2, а датчик тока 18 — e цепь обмотки возбу>кдения. Выход датчика 17 выпрямленного тока подключен к .второму входу регулятора 9 выпрямленного тока и к первому входу регулятора 16 тока возбуждения.
Выход датчика 18 тока возбуждения подключен к второму входу регулятора 16 тока возбуждения„третий вход которого образует вход Озтв задания тока возбуждения, Дополнительно вентильный электропривод содержит вычислитель 19 угла управления тиристорами инвертора Р, компаратор
20, первый 21 и второй 22 датчики напряжения и первый 23 и второй 24 управляемые ключи, Регулятор 9 выпрямленного тока выполнен на операционном усилителе 25, цепь обратной связи по выпрямленному току которого образована резистором, состоящим из последовательно соединенных первой 26 и второй 27 секций, во входной цепи установлен резистор 28, а цепь обратной связи усилителя 25 состоит из резистора 29 и конденсатора 30.
Регулятор 16 тока возбуждения выполнен на определенном операционном усилителе 31, во входную цепь которого включен резистор задания с последовательно соединенными первой 32 и второй 33 секциями, в цепь обратной связи по току возбуждения включен резистор 34, в цепь задания по выпрямленному току включен резистор 35, а цепь обратной связи усилителя 31 состоит из резистора 36 и конденсатора 37, 1697251
arccos Од — К п!др
Кзыл
Вторая секция 27 резистора в цепи второго входа регулятора 9 выпрямленного тока зашунтирована первым управляемым ключом 23, вторая секция 33 резистора в цепи задания регулятора 16 тока возбуждения зашунтирована вторым управляемым ключом 24, управляющие входы обоих ключей подключены к выходу компаратора 20, первый вход которого образует вход U p задания угла управления тиристорами инвертора j3, а второй вход соединен с выходом вычислителя 19 угла управления тиристорами инвертора ф первый вход которого подключен к выходу датчика 17 выпрямленного тока, второй вход — к выходу первого датчика 21 напряжения, подключенного к выходу управляемого выпрямителя 2, третий вход — к выходу второго датчика 22 напряжения; подключенного к каким-либо двум фазам синхронной машины 1, а четвертый вход соединен с выходом тахогенератора 6.
Вычислитель 19 угла управления тиристорами инвертора (фиг. 2) вычисляет действующее в системе вентильного электропривода значение угла управления тиристорами инвертора Р и состоит из инвертирующего перемножителя 38, в котором перемножаются сигналы от датчика 17 выпрямленного тока и от тахогенератора 6 с коэффициентом усиления К, сумматора
39, в котором складывается результат перемножения в перемножителе 38 с сигналом от датчика 21 выпрямленного напряжения, делителя 40, осуществляющего деление выходного сигнала сумматора 39 на выходной сигнал усилителя 41 с коэффициентом усиления Кз, на вход которого поступает сигнал от датчика 22 напряжения на обмотке статора синхронной машины, блока
42 арккосинуса, осуществляющего вычисление функции арккосинуса по значениям аргумента отделителя 40. Выходом блока 42 является действующее в системе вентильного электропривода значение угла управления тиристорами инвертора Р
Вентильный электропривод работает следующим образом, Выходной сигнал задатчика 7 частоты вращения, в качестве которого применительно K электроприводу дымососов химических производств может выступать оператор при ручном задании частоты вращения или автоматический регулятор разрежения при авматическом управлении, сравнивается на входе регулятора 8 частоты вращения с сигналом фактической частоты вращения от тахогенератора 6. В двигательном режиме, которому соответствуют режим разгона и ра10
40 бота на установившейся частоте вращения, выходной сигнал регулятора 8 имеет положительную полярность. По этому сигналу блок 12 управления инвертором выдает команду на поступление импульсов от датчика
5 положения ротора в систему 13 импульсно-фазового управления в порядке, соответствующем двигательному режиму,и с углом управления j3, определяемым коммутационной устойчивостью инвертора 4, например, 45О. Величина выходного сигнала регулято- . ра 8 частоты вращения служит также заданием для регулятора 9 выпрямленного тока и сравнивается на его входе с сигналом от датчика 17 выпрямленного тока. Выходной сигнал регулятора 9, определяемый результатом сравнения, воздействует на систему 10 импульсно-фазового управления выпрямителем 2, устанавливая значение его выходного напряжения, соответствующее заданной частоте вращения.
Сигнал задания тока возбуждения Oared, суммируясь на входе регулятора 16 тока возбуждения с сигналом от датчика 17 выпрямленного тока, сравнивается с сигналом от датчика 18 тока возбуждения. Выходной сигнал регулятора 16 воздействует на вход системы 15 импульсно-фазового управления тиристорным возбудителем 14, определяя требуемое значение тока возбуждения.
Вычислитель 19 угла управления тиристорами инвертора Р вычисляет по сигналам датчика 17 выпрямленного тока, датчика 21 выпрямленного напряжения, датчика 22 напряжения на обмотке статора синхронной машины 1, тахогенератора 6 фактическое значение угла Р в соответствии с выражением где Ug„- — выходное напряжение управляемого выпрямителя; и — частота вращения;
U> — линейное напряжение на обмотке статора двигателя;
4э — выпрямленный ток;
3 Хан
К = — — — коэффициент, учитываю+ пном щий зависимость индуктивного сопротивления синхронной машины Х н от частоты вращения;
3 V2
Кз = — — коэффициент, определяе7Е мый схемой инвертора.
Результат вычисления сравнивается на входе компаратора 20 с сигналом задания
1697251
10 15
M = Kl 4О 55 угла U3), величина которого выбирается несколько мень<>>8>л зна >ения, определяемогс установленным блоком 12 yr>p3836H! I>I инВ8РТОООМ И! Хо ЦЯ и 3 КОМ МУ1 3!jио ННОЙ УСTOM IMBQCTM MHв8pTOD3 4 значением 45 Если Вьн<одной сигнал Вычислителя 19 M6PbLLI8, cI8iM CMEHаЛ ОЗ>>, На ВЫ><ОДЕ KO>4nа р3тОра 2О Г>рисутстВует нулеВОЙ сиГнал, первый 23 и второй 24 управляемые ключи закрыты и !03ооТ3 вентильного элекгропривода прписходит в аписа-:ном нормальном режиме. R ходе осущесгвления требуемых технологическим процэссс! изменений корос гн ых режимов,>1>>мососов В результате нег>оавильных, 6or!bLLIM8 приращения ча(;т>зты Вращения прM р>/чном уГ>раэлении или Оаэлаживания авто" матического регуля. ора разре>кения при авТо>1aTM I8cKo> уг равлении, >то также приВОДит к резким и большим по Вели-IMH6 из>48нениям значения ->астоты Вращения, Выпрямленный TQK 1.». дост>>гает значений, iPM котОРых факт li>8cK08 з>>3 >ение Уrf 3 71 В coGTB8TcTBM> с (1) становится большим, чем эаданн08 значение, onp8qc!1F!8!F08 блОком 12 управления инвертог>ом M установле>>! >с е на входе у>>равления к(>мпаратора 20. При равенстве или npeBb!u!8HMM фактическим СИГНЭЛОМ 7"> ЗЗДВННОГО ЗНВЧ8НИЯ ВЫХОДНОЙ СИГнаЛ I В Цепи 06pBTHQM связи реГулятора 9 Рыпрямлен>!ого То!<3 при(>оди! .;. 7>>8>1>> ению коэ<ьфициента усиления регулятора 9 по этому каналу, Koropb>M L.np8,L, Bë>I(!òcÿ В соотВетст" вии с Выра:ке>гием Rzg Крr<><; = (.2) 26 -=>То, В ВОЮ О >8РВДЬ, П РИВОДИТ K УМеньшени>о выпрямле >IOI! . (0><3 3 28,эначен><8 тока . Ф. будет уp3BHQE!BLB!8 на входе регулятора 9 сиг-<3поМ по каналу обратной связи пр! ме>->ьпе », чвм "Q L!1yHrMрпвания::>начени>1 В:irl рямленнОГО тОка, благодаря повью>ен>>к> K03ффициента усиления реГулЯтора 9 Г!О этому каналу. Уменьц>ение выпрямленно-о тока В cîответствии с выражен>18M (1} Влечет умен!шение фактического значения углаP, а значит, и удаление его из области значений, больших заданного, при которых возникает аварийный режим опрокидывания инвертора, вызывающий отключение вентильного привода защитой. Сохранение работоспособности вентильного приВода в рассмотренных режимах повышает его надежность, что необходимо для химических производств с непрерывным технологическим процессом. Шунтирование секции 33 резистора в цепи задания регулятора 16 тока возбуждения приводит к увеличению коэффициента усиления этого регулятора по каналу задания тока возбуждения в соответствии с выражением KpTD г<З6 (3) Рзг и, следовательно, к увеличению тока возбуждения, а значит, и потока синхронной машины. Благодаря этому момент и динамические свойства вентильного электропривода, несмотря на уменьшение выпрямленного тока i не изменяются, что видно из известного выражения где Ф- поток синхронной машины; К вЂ” коэффициент пропорциональности, если подобрать соответствующим образом отR29 Rx ношение резисторов и >:(27 + Вгб ВЗ2 + ЙЗЗ При уменьшении темпа задаваемых приращений частоты вращения до требуемых значений выпрямленный ток Idp уменьшается, фактическое значение угла Р на выходе вычислителя 19 также уменьшается, и когда оно становится меньше, чем заданное значение, выходной сигнал компаратора 20 становится равным нулю, управляемые ключи 23 и 24 закрываются, вводя тем самым в соответствующие цепи секции 27 и 33 резисторов. flpM этом вентильный электропривод возвращается в исходное состояние, Таким образом, контроль фактического значения угла Р и выработка команды на уменьшение выпрямленного тока 1<>В с соответствующим увеличением тока возбуждения при приближении фактического значения Р к заданному позволяют избежать режимов опрокидывания инвертора при ошибках оператора в задании частоты вращения и связанных с этим отключений вентильного электропривода по защите, Это повышает надежность вентильного электропривода. 1697251 что имеет важное значение для электроприводов, используемых в непрерывных технологических процессах химических производств, где недопустимы даже кратковременные остановки оборудования. 5 Формула изобретения Вентильный электропривод, содержащий синхронную машину, секции якорной обмотки которой подключены через инвер- 10 тор и сглаживающий дроссель к выходу управляемого выпрямителя, снабженного входом для подключения к сети переменного тока, датчик положения ротора и тахогенератор, механически связанные с ротором 15 синхронной машины, задатчик частоты вращения, последовательно соединенные между собой регулятор частоты вращения, регулятор выпрямленного тока и первую систему импульсно-фазового управления, вы- 20 ходом подключенную к управляющему входу управляемого выпрямителя, релейный элемент, входом соединенный с выходом регулятора частоты вращения, вход обратной связи которого подключен к выхо- 25 ду тахогенератора, а прямой вход соединен с выходом задатчика частоты вращения, выход релейного элемента подключен к первому входу блока управления инвертором, второй вход которого соединен с выходом 30 датчика положения ротора, а выход — с входом второй системы импульсно-фазового управления, выходом подключенный к управляющему входу инвертора, обмотка возбуждения синхронной машины под- 35 ключена к выходу тиристорного возбудителя, вход управления которого соединен с выходом третьей системы импульсно-фазового управления, входом соединенной с выходом регулятора тока возбуждения, 40 датчики тока, один из которых включен в цепь выпрямленного тока управляемого выпрямителя, а другой — в цепь обмотки возбуждения, выход датчика выпрямленного тока подключен к второму входу регулятора выпрямлеMного тока, образованному резистором обратной связи по выпрямленному току, и к первому входу регулятора тока возбуждения, выход датчика тока возбуждения подключен к второму входу регулятора тока возбуждения, третий вход которого образован резистором задания тока возбуждения, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем исключения опрокидывания инвертора, введены четырехвходовый вычислитель угла управления тиристорами инвертора, компаратор, первый и второй датчики напряжения, первый и второй управляемые ключи, а резисторы в цепях второго входа регулятора выпрямленного тока и задания регулятора тока возбуждения снабжены вторыми секциями последовательно соединенными с первыми секциями, причем вторая секция резистора в цепи второго входа регулятора выпрямленного тока зашунтирована первым управляемым ключом, вторая секция резистора в цепи задания регулятора тока возбуждения зашунтирована вторым управляемым ключом, управляющие входы ключей подключены к выходу компаратора, первый вход которого образует вход задания угла управления тиристорами инвертора, а второй вход соединен с выходом вычислителя угла управления тиристорами инвертора, первый вход которого подключен к выходу датчика выпрямленного тока, второй вход — к выходу первого датчика напряжения, подключенного к выходу управляемого выпрямителя, третий вход — к выходу второго датчика напряжения, подключенного.к двум фазам синхронной машины, а четвертый вход соединен с выходом тахогенератора, Составитель В, Тарасов Техред M.Mîðãåíòàë КоРРектоР Т. Колб Редактор О, Головач Производственно-издательский комбинат "Патент", r, ужгород, ул,Гагарина, 101 Заказ 4315 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-ЗБ, Раушская наб., 4/5!n3pBTop3 2О СТ3НОВИТСЯ p3BHb>M единичному значению. которое подается на управляющM!.ç В>;Оды управля Mbl>< кл>очей 23 и 24, последние Огкрываются и шун rMpy>QT соответствен>->О секцию 2"7 резистора В Цепи Об(!с тной связи реГуля" тора 9 Вь>прл.">ле>-.ног. така и секцию 33 В цепи задания регупятора >6 тска возбуждения. Шу>>т>>ров>1>>>ле секции .л резистооа
