Способ управления асинхронным тяговым электроприводом

 

Использование: частотное управление синхронным тяговым электроприводом электропоездов переменного тока. Сущность изобретения: способ управления электроприводом, питающимся от сети однофазного переменного тока через двухполупериодный мостовой управляемый выпрямитель, фильтр и автономный трехфазный инвертор, заключается в том, что осуществляют искусственную коммутацию тиристоров инвертора, одновременно контролируют частоту напряжения инвертора, а регулирование частот контролируемого напряжения осуществляют до максимального значения, не превышающего 1/3 частоты напряжения питающей сети, контролируют ток на выходе выпрямителя и в момент достижения частотой напряжения инвертора 1/3 значения частоты питающей сети снимают управляющие импульсы и отключают фильтр, коммутирующие конденсаторы инвертора , и с выдержкой времени, равной времени спада указанного тока до нуля, переходят на режим естественной коммутации , включая поочередно по два тиристора противоположных плеч выпрямителя и по три тиристора инвертора - два с одной стороны , один с другой групп моста. 2 ил. со С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5о5 Н 02 P 7/62

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1у % 4Ф . л

Х1 1 0".!

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

4 ) 1, <А >,I с 1

1. " (Л

О

О

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4867536/07 (22) 26.06,90 (46) 23.07,92. Бюл. ¹ 27 (71) Рижский технический университет. (72) И,Я.Ранькис и И.Ф.Титов (56) Иньков Ю.М. и др. Преобразовательные полупроводниковые устройства подвижного состава. — M.; Транспорт, 1982, с.131.

Иньков Ю,М. и др. Преобразовательные полупроводниковые устройства подвижного состава, — M.: Транспорт, 1982, с,249, (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ ТЯГОВЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ

{57) Использование: частотное управление синхронным тяговым электроприводом электропоездов переменного тока. Сущность изобретения: способ управления электроприводом, питающимся QT сети однофазного переменного тока через двухполупериодный мостовой управляемый

Способ относится к электротехнике, в частности к электрооборудованию транспорта, и может быть использован при выполнении тягового асинхронного электропривода электропоездов переменного тока, Известен способ управления асинхронным тяговым приводом от сети однофазного переменного тока через непосредственный преобразователь частоты с искусственной коммутацией (см. рис,6.2 и описание к нему на с.131 книги "Преобразовательные полупроводниковые устройства подвижного состава", авторы Ю.М,Иньков и др., М,:

Транспорт, 1982). Недостатками этого способа являются плохие регулировочные свойства при естественной коммутации и

„„SU „„1750018А1 выпрямитель, фильтр и автономный трех. фазный инвертор, заключается в том, что осуществляют искусственную коммутацию тиристоров инвертбра, одновременно контролируют частоту напряжения инвертора, а регулирование частот контролируемого напряжения осуществляют до максимального значения, не превышающего 1/3 частоты напряжения питающей сети, контролируют ток на выходе выпрямителя и в момент достижения частотой напряжения инвертора

1/3 значения частоты питающей сети снимают управляющие импульсы и отключают фильтр, коммутирующие конденсаторы инвертора, и с выдержкой времени, равной времени спада указанного тока до нуля, переходят на режим естественной коммутации, включая поочередно по два тиристора противоположных плеч выпрямителя и по три тиристора инвертора -" два с одной стороны, один с другой групп моста. 2 ил. необходимость ввода узла искусственной коммутации для устранения этого недостатка, что снижает энергетическую эффективность привода, так как при этом возникают дополнительные потери мощности и повышенный нагрев элементов преобразователя.

Наиболее близким по технической сущности является способ управления асинхронным приводом от сети однофазного переменного тока через управляемый выпрямитель — фильтр и автономный инвертор тока или напряжения (см. схему рис.12.8 на с.249 указанной книги).

Недостатком этого способа также является плохач энергетическая эффективность

1750018

25

40

55 при длительной работе на максимальной частоте.

Целью изобретения является улучшение энергетических показателей.

Сущность изобретения заключается в том, что в асинхронном тяговом электроприводе, питающемся от сети однофазного переменного тока через двухполупериодный мостовой управляемый выпрямитель, фильтр и автономный трехфазный инвертор, при котором осуществля«от искусственную коммутацию тиристоров инвертора, одновременно контролируют частоту напряжения инвертора, а регулирование частоты контролируемого напря>кения осуществляют до максимального значения, не превышающего 1/3 частоты напря>кения сети, дополнительно контролируют ток на выходе выпрямителя и в момент достижен«ия частотой напряжения инвертора 1/3 значения частоты питающей сети, снимают управляющ«ле импульсы и отключают фильтр, коммутиру«ощие конденсаторы инвертора, и с выдержкой времени, равной врем . -ни спада указанного тока до нуля, переходят на режим естественной коммутации, включая поочередно по два тиристора противоположных плеч выпрямителя и по три тиристора инвертора — два с одной стороны, один с другой групп моста

На фиг.1 изображена схема реализации предложенного способа управления при двигателе от трехфазного инвертора тока; на фиг.2 — то же,от инвертора напря>кения, Схема устройства на фиг,1 состоит из трансформатора 1, управляемого выпрямителя на тиристорах 2, 3 и 4, 5, управляющие входы которых подключены попарно к формирователю импульсов 6, дросселя 7 и конденсатора 8 фильтра, входного дросселя инвертора тока 9, трехфазного тиристорного моста инвертора из тиристоров 10, 11, 12, 13, 14, 15 и им последовательно включенных диодов 16, 17, 18, 19, 20, 21, К трехфазным выводам моста подключен асинхронный двигатель 22, а между фазами инвертора включены коммутирующие конденсаторы

23, 24, 25, 26,. 27, 28. Управляющие импульсы на тиристоры моста инвертора формируются блоком 29, Последовательно в цепи питания моста включен датчик нулевого тока 30, формирующий при нулевом токе логический сигнал высокого уровня на входы элементов разрешения работы формирователя импульсов управляемого выпрямителя

31 и формирователя импульсов инвертора

32, Управление формирователем импульсов управляемого выпрямителя предусмотрено от регулятора напряжения 33, выход которого через другой элемент разрешения 34 подключен к разрешающему входу формирователя 6, к которому подключен и выход элемента 31.

Управление формирователями импульсов инвертора предусмотрено от регулятора частоты 35, выход которого через элемент разрешения 36 подключен к разреша«ощему входу формирователя 29, к которому подключен и выход элемента 32, К двум фазам двигателя подкл«очен измеритель частоть«37, к выходу которого подключены катушки контакторов 38, 39.

Контакты 40, 41 первого шунтиру«от дроссели 7 и 9 и отключают конденсаторы фильтра

8. Контакты 42, 43, 44, 45 другого конта ктора откл«очают ме>кфазовые конденсаторы 2328 инвертора. Выход 37 подключен также через инвертиру«ощие элементы 46, 47 к другим входам разрешающих элементов, соответственно 34 и 36, и через элемент временной. задержки 48 — к другим входам элементов разрешен«ия 31 и 32.

Для обеспечения нормального параллельного функционирования выходов элементов 31, 34 и 32, 36 они отделены диодами соответственно 49, 50, 51, 52, Схема работает следующим образом, При частоте напряжения на выходе инвертора меньшей максимальной сигнал на выходе лзмерителя частоты равен нулю, Катушки контакторов 38, 39 обесточены и контак«40 разомкнут, а 41 — 45 замкнуты. На выходе элемента временной задер>кки 48 сигнал равен нул«о, и элементы 31,32 отключа«от датчик нулевого тока от разрешающих входов формирователей 6 и 29. На выходе элементов 46 и 47 имеется единичный логически«й сигнал, и поэтому управление формирователями 6 и 29 осуществляется соответственно от регуляторов напря>кения

33 и частоты 35 через элементы разрешения

34 и 36.

При этом преобразователь питания асинхронного двигателя работает по системе управляемый выпрямитель-фильтр-инвертор тока с искусственной коммутацией тиристоров инвертора. В момент установления на двигателе частоты напряжения, равной 1/3 частоты напряжения сети, на выходе измерителя 37 устанавливается единичнь«й логический сигнал, сигналы на выходах элементов 34 и 36 принимают нулевой логический уровень, и формирователи 6 v 29 . отключаются, снимая сигналы управления с выпрямителя и инвертооа, Одновременно запускается элемент временной задержки

48 и срабатывают контакторы 38, 39, контактами 40 — 45 шунтируя дроссели фильтра и инвертора и отключая конденсаторы фильтра и инвертора.

1750018 денсатора 8 фильтра, трехфазного 5 тиристорного моста инвертора из тириеторов 9, 10, 11, 12, 13, 14, им параллельно включенных диодов 15, 16, 17, 18, 19, 20. К трехфазным выводам моста подключен

После определенной временной задержки на выходе элемента 48 появляется единичный сигнал, подключающий через элементы 31, 32 выход датчика 30 к разрешающим входам формирователей 6,29..

Работа управляемого выпрямителя и тиристоров инвертора при этом определяется сигналами датчика 30.

В момент спада тока питания инвертора до нуля на выходе датчика тока появляется единичный логический сигнал, который, попадая на разрешающий вход формирователей 6, приводит к включению в поло>кительном полупериоде сетевого напряжения питания тиристоров 2, 3, а на разрешающий вход формирователей 29 — к включению в условно первом положительном полупериоде сетевого напряжения тиристоров 10, 11, 12, во втором по порядку положительном полупериоде тиристоров

12, 13, 14, в третьем положительном полупериоде тиристоров 14, 15, 10, потом 10, 11, 12 и тд.

При появлении единичного логического сигнала на выходе датчика в отрицательном полупериоде питающего сетевого напряжения формирователи б включают тиристоры

4,5 выпрямителя, а формирователь 29 включает в первом отрицательном полупериоде после условно первого поло>кительного пол- упериода тиристоры 11, 12, 13, во втором отрицательном полупериоде — тиристоры

13, 14, 15, в третьем — тиристоры 15, 10, 11 и т,е. два с одной стороны, один с другой групп моста.

Таким образом тиристоры инвертора переходят на режим пофазного распределения однополярных синусоидальных импульcos тока, протекающих по цепи питания моста. Тиристоры моста инвертора работают в режиме естественной коммутации. Так как фильтр, дроссель инвертора и коммутирующие конденсаторы при этом отключены, система работает с максимальным КПД при практически синусоидальном токе питающей сети, При пофазном распределении тока по изложенному алгоритму частота напряжения двигателя в три раза меньше частоты питающего напряжения, Схема устройства на фиг.2 состоит из трансформатора 1, управляемого выпрямителя на тиристорах 2,3 и 4,5, управляющие входы которых подключены попарно к формирователю импульсов б, дроссели 7 и конасинхронный двигагель 21 и выводы узла искусственной коммутации 22. Питание узла 22 осуществляется от дополнительной обмотки 23 трансформатора через выпря5 митель 24.

Управляющие импульсы на тиристоры

9 — 14 формируются блоком 25. Управляющие импульсы на тиристоры узла 22 формируются блоком 26. Последовательно в цепи

10 питания моста включен датчик тока 27, формирующий при нулевом токе логический сигнал высокого уровня на входы элементов разрешения работы формирователя импульсов выпрямителя 28 и формирователя

15 импульсов инвертора 29. Управление формирователем импульсов управляемого выпрямителя предусмотрено от регулятора напряжения 30, выход которого через дру гой элемент разрешения 31 подключен к

20 разрешающему входу формирователя б, к которому п одключей "и вых о"д "элемента 28.

Управление формирователями импульсов инвертора и узла искусственной коммутации осуществляется регулятором чаСтоты

25 32, выход которого через элемент разрешения 33 подключен к разрешающим входам формирователей 25, 26, причем к входу формирователя 25 подключен и выход элемента

29.

30 К двум фазам инвертора подключен измеритель частоты 34, к выходу которого подключена катушка контактора 35 с контактами 36. 37. Контакты 36 шунтирует дроссель фильтра; а контакт 37 отключает

35 конденсатор фильтра. Выход 34 также подключен к входам инвертирующих элементов

38, 39, выходы которых подключены x äðóгим входам разрешающих элементов 31, 33. а также к входу элемента временной задер40 жки 40, выход которого подключен к другому входу элементов разрешения 28, 29

Диоды 41-44 предусмотрены для нормального функционирования элементов разрешения 28, 29, 31, 33.

45 Схема на фиг.2 работает следующим образом. Если частота на выходе инвертора меньше максимальной, сигнал на выходе измерителя 34 равен нулю, катушка контактора 35 обесточена и фильтр включен. Управление формирователем 6 сигналов на

50 тиристорах выпрямителя осуществляется от регулятора напряжения 30, а управление формирователями 25, 26 тиристоров моста инвертора и узла искусственной коммутации — от регулятора частоты 32. При этом

5 реализуется частотное регулирование скорости двигателя с искусственной коммутацией инвертора напряжения.

При максимальной рабочей частотедвигателя, равной 1/3 напряжения сети, сигнал

1750018 на выходе измерителя 34 становится равным логической единице. Срабатывает контактор, контактом 36 шунтируя дроссель фильтра, à кантактором 37 отключая кон. денсатор, Один из сигналов на входах элементов 31 и 33 становится нулевым, и отключается управление формирователями б и 25, 2б от регуляторов напряжения и частоты, т,е. прекращается формирование импульсов управления на тиристоры выпрямителя, моста инвертора и узла искусственной коммутации.

Одновременно запускается элемент временной задержки 40. Когда на выходе элемента 40 появится сигнал высокогологического уровня, при нулевом токе через датчик 27 (единичный логический сигнал на его выходе) сигналы высокого логического уровня появляются на выходе элементов 28 и 29, запускающих через диоды 42, 43 соответственно формирователи импульсов тиристоров выпрямителя и моста инвертора.

При этом внутренняя логика узла 6 обеспечивает включение при положительном сетевом напряжении тиристорав 2, 3, а при отрицательном — 4, 5. Внутренняя логика узла 25 обеспечивает поочередное включение при каждом запускающем сигнале трех тиристоров: 9, 10, 11; 10, 11, 12; 11, 12, 13;

12, 13, 14; 13, 14, 9; 14, 9, 10; 9, 10, 11... т.е. два с одной стороны, один с другой групп моста.

Таким образом управляемый выпрямитель и мост инвертора переходят в режим пофазного распределения сигналов практически синусоидального тока по фазам двигателя при естественной коммутации тиристоров.

Выключение фильтра. отключение коммутирующих элементов инвертора и переход на естественную коммутацию позволяет примерно на 5 улучшить КПД системы

5 преобразования и в 2-3 раза потери электроэнергии в фильтре и элементах искусственной коммутации инвертора.

Формула изобретения

Способ управления асинхронным тяговым электроприводом, питающимся от сети однофазного переменного тока через двухполупериодный мостовой управляемый вы15 прямитель, фильтр и автономный трехфазный инвертор, при котором осуществляют искусственную коммутацию тиристаров инвертора, одновременно контролируют частоту напряжения инверто20 ра, а регулирование частоты контролируемого напряжения осуществляют до максимального значения, не превышающего 1/3 частоты напряжения питающей сети, отличающийся тем, что, с целью

25 улучшения энергетических показателей, дополнительно контролируют ток на выходе выпрямителя и в момент достижения частотой напряжения инвертора 1/3 значения частоты питающей сети снимают

30 управляющие импульсы и отключают фильтр, коммутирующие конденсаторы инвертора, и с выдержкой времени, равной времени спада укаЪаннаго тока до нуля, переходят на режим естественной коммута35 ции, включения поочередно по два тиристора противоположных плеч выпрямителя и по три тиристора инвертора — два с одной стороны, один с другой групп моста, v л

1750018

Составитель И.Ранькис

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор О,Ципле

Редактор О. Стенина

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2602 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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