Электропривод постоянного тока

 

(73) Авторы изобретения.А. М. Дубников и И. Б. Копылов

Особое конструкторское бюро станкостроения (ОКБС) (74) Заявитель......а «)

1 "- (54) ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА

1

Изобретение относи гся к электроте » нже, преимущественно к системам автоматического управления частотой вращения исполнительного электродвигателя постоянного тока, и может быть исполь зовано, например, в станкостроении, в приводе подачи или главного движения механизмов станка.

Известен электропривод постоянного тока, содержащий трехфазный нулевой . тиристорный выпрямитель с анодной и катодной группами, электродвигатель, датчик частоты вращения, и схему управления. Схема управления состоит из регулятора, соедиенного с выходом датчика частоты вращения, системы импульснофазового управления, двух блоков формирования стробирующих импульсов и двух распределителей импульсов. Система импульсно-фазового управления содержит источник синхронизирующего напряжения, трехканальный фаэоимпульсный детектор с прямым и инверсным выходами в каж2 дом канале, два формирователя синхронизируюших импульсов в соответствии с двумя группами тиристоров и одноканаль. ный aíàëîãî-импульсный .преобразовательсо схемой логики. Выход регулятора

5 подключен к двум аналоговым входам одноканального аналого-импульсного преобразователя. Входы одного из формирователей синхрониэируюших импульсов соединены с прямыми выходами фаэоимпульсного детектора, входы другого формирователя соединены с инверсными вы-. ходами детектора, а выходы формировате« лей - с импульсными входами аналогоимпульсного преобразователя. Импульсы унравления, сформированные в аналогоимпульсном преобразователе, поступают на два распределителя. Каждый иэ распределителей импульсов состоит иэ элементов И по числу тиристоров в каждой группе. При этом первые входы элементов И первого распределителя соединены с первым выходом аналого-импульсного преобразователя, первые входы

95024

3 элементов И второго распределителя— с вторым выходом этого преобразователя, выходы элементов И первого распределителя связаны с соответствующими по фазе напряжения питания тиристорвми катодной группы, а выходы элементов

И второго распределителя — с тиристорами внодной группы. Распределение импульсов управления осуществляется с помощью подаваемых на другие входы О элементов И распределителей стробирую,щих импульсов шириной около

120 эл, град (1)

Недск:татками этого технического решения являются невысокие энергетичес- 1S кие характеристики привода из-за необходимости запаса по напряжению питания тиристорного выпрямителя вследствие ограниченности диапазона изменения углов управления тиристорами, в также понижен-2О ная надежность привода, обусловленная возможностью прорыва инвертора при значительном снижении напряжения сети зв счет возможного исчезковения импульсов управления тиристорами при резком выходе привода из режима подтормаживания. Кроме того, в электроприводе невозможно получение предельных динамических характеристик, прежде всего полосы пропускания при значительных

ЭДС двигателя, из-за наличия зоны нечувствительности по управлению, определяемой величиной ЭДС.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является электропривод постоянного тока, содержащий элекгродвигатель, якорная. обмотка которого подключена к тиристорному выпрямителю с катодной и внодной группами, датчик частоты вращения, жестко связанный с валом электродвигателя, регулятор, ю соединенный с выходом датчика частоты вращения, систему импульсно-фазового управления, включающую в себя одноканальный аналого-импульсный преобразователь с двумя аналоговыми и двумя.

45 импульсными входами и двумя выходами, гв-фазный источник синхронизирующего напряжения, элементы сравнения по числу тиристоров выпрямителя в каждой группе, причем первый вход 1-го элемента ""оединен с i-ым выходом н - -фазного источника сикхронизирующего напряжения, фаэо-импульсный детектор, каждый i -ый вход которого подключен к выходу 1-ro элемента сравнения, два формирователя синхронизируюших импульсов, выходы которых соединены с импульсными входами аналого-импульсного преобрвзовв8 ф теля, а также согласующего элемента, вход которого подключен к датчику ЭДС, а выход — к вторым входам элементов сравне п я системы импульсно-фвзового упрввления, первый и второй однополупериодные выпрямители с прямыми входами, третий и четвертый одкополупериодные выпрямигели с инверсными входами и два распределителя импульсов, каждый из которых составлен из элементов И, по числу тиристоров выпрямителя в каждой группе, при этом входы первого и третьего однополупериодных выпрямителей подключены к выходу регулятор а, выходы первого и второго однополупериодных выпрямителей подключены к одному аналоговому входу, и выходы третьего и четвертого выпрямителей, — к другому аналоговому входу аналого-импульсного преобразователя, выходы элементов И первого распределителя импульсов связаны с соответствующими тиристорами катодной группьГ, а выходы элементов И второго распределителя — с соответствую-. щими тиристорами анодной группы (2 ) .

Недостатками этого технического решения являк гся пониженные энергетические и динамические характеристики в электроприводе с шестифазным (трехфвэным мостовым) тиристорным выпрямителем из-за недоиспользования выпрямителя по углу управления, а также ограниченность технологических возможностей электропривода вследствие ограничения максимального угла управления тиристорами при инвертировании в зависимости от ЭДС двигателя, что не позволяет осуществлять режим торможения с малы ми значениями тока якоря при больших значениях ЭДС.

Пониженные энергетические и динамические характеристики электропривода обусловлены тем, что диапазон изменения фазы импульсов кв выходе аналого-импульсного преобразователя, отсчитываемой от фазы синхронизирующих импульсов, для шестифазного тиристорного выпрямителя составляет не более 60 эл. град., я диапазон изменения фазы синхронизирующих импульсов ограничен значением, соответствующим ЭДС двигателя.

Uenb изобретения — улучшение энергетических и динамических характеристик электропривода.

Поставленная цель достигается тем, что в электропривод дополнительно введены датчик тока якоря, звено зависимого от тока якоря ограничения максимальных углов открытия тиристоров, выпол8 4 ход i--го элемента И-HE первой группы подключен к второму входу (-3)-го элемента И-HE второй группы и второму входу -ой схемы И, первый вход которой подключен к выходу i -го элемента

И-HE второй группы, при этом входы

3-го элемента И-НЕ первой группы с нечетным порядковым номером (1=1, 3, 5) подключены к прямым, а входы -ro элемента И-НЕ этой группы с четным порядковым номером (i--2, 4, 6) — к инверсным выходам двух компараторов, входы которых соединены с { -2)-ым и (i 4)-ым нечетными выходами источника синхронизирующего напряжения.

Звено зависимого от така якоря ограничения максимального угла открытия тиристоров выполнено в виде двух диодов и двух резисторов, при этом одни разноименные электроды соответственно первого и второго диодов объединены и подключены к выходу датчика тока якоря, другие разноименные электроды этих диодов образуют выходы звена и соединены соответственно с входами второго и четвертого однополупериодных выпрямителей и через резисторы подключены к выходу датчика ЭДС.

На фиг. 1 представлена структурная схема электропривода постоянного тока", на фиг. 2-4 — примеры конкретной реализации звена зависимого от тока якоря ограничения максимального угла открытия тиристоров, формирователя синхронизируюших импульсов, и аналого-импульсного преобразователя соответственно.

Электропривод содержит электродвигатель 1, тиристорный выпрямитель 2 с катодной и анодной группами 3 и 4, датчик 5 частоты вращения, жестко связанный с валом электродвигателя 1, дат чик 6 ЭДС электродвигателя 1, регулятор 7, соединенный с выходом датчика

5 частоты вращения, систему импульснофазового управления, состоящую из одноканального аналого-импульсного преобразователя 8 с двумя аналоговыми и двумя импульсными входами и двумя выходами, м -фазный источник 9 синхронизируюшего напряжения, элементы 10 сравнения по числу тиристоров выпрямителя 2 в KEQKдой группе 3 и 4, причем первый вход -го элемента 10 соединен с -ым выходом тп-фазного источника 9 синхронизируюшего напряжения, фазоимпульсный детектор 11, каждый i -ый вход. которого подключен к выходу -го элемента

10 сравнения, формирователи 12 и 13 синхронизирующих импульсов, выходы

5 95924 ненное с двумя выходами, согласующий элемент выполнен в виде двухвходового сумматора, и выход регулятора подсоединен к второму входу согласующего элемента, а также введен блок ограничения фазы синхронизируюших импульсов, выполненный с аналоговыми и импульсными входами и прямыми и инверсными выходами, при. этом аналоговые входы блока ограничения фазы синхронизирую- 10 ших импульсов подключены к нечетным выходам источника синхронизируюшего напряжения, а импульсные входы - к выходам фазоимпульсного детектора, входы одного формирователя синхронизи- 5 руюших импульсов соединены с прямыми, а входы второго - с инверсными выходами блока ограничения фазы синхронизируюших импульсов, второй и третий входы

j-го элемента И первого распределителя 2й импульсов соединены соответственно, с -ым прямым и (-1)-ым инверсным выходами блока ограничения фазы синхронизируюших импульсов, а второй и третий входы -го элемента И второго распреде-25 лителя импульсов соединены, соответственно, с -ым инверсным и { -1)-ым прямым выходами блока ограничения фазы синхронизируюших импульсов,. выход дат чика ЭДС подключен K первому входу, 8 выход датчика тока — к второму входу звена зависимого от тока якоря ограничения максимального угла открытия тиристоров, первый и второй выходы которого подсоединены, соответственно, к входам второго и четвертого однополупериодных выпрямителей, где -порядковый номер элементов, связанных с одной и той же фазой источника питания тирис горного выпрямителя при прямом порядке следования фаз.

Блок ограничения фазы синхронизируюших импульсов содержит три компаратора с прямыми и инверсными выходами, входы которых образуют аналоговые вхо45 ды блока ограничения фазы синхронизируюших импульсов, первую группу из шести двухвходовых элементов И-НЕ, подкюпоченных к выходам компараторов, вторую группу из шести двухвходовых элемеи Ю тов И-НЕ, первый вход каждого i-го элемента которых соединен с -ым инверсным выходом фазоимпульсного детектора и образует j-ый импульсный вход блока ограничения фазы синхронизиру оших импульсов, и шести схем И с пря55 мым и инверсным выходами, образукяпими выходы блока ограничения фазы синхронизируюших импульсов, при этом вы7 95924 которых соединены с импульсными входами аналого-импульсного преобразователя 8, согласующий элемент 14, вход которого подключен к датчику 6 ЭДС» а выход — к вторым входам элементов 5

10 сравнения системы импульсно-фазового управления, однополупериодные выпрямители 15 и 16 с прямыми входами, однополупериодные выпрямители 17 и 18 с инверсными входами, два распределителя 19 и 20 импульсов, каждый из которых составлен из элементов И по числу тиристоров выпрямителя 2 в каждой группе 3 и 4, нри этом входы однополупериодных выпрямителей 15 и 17 подключены к выходу регулятора 7, выходы однополупериодных въптрямителей

15 и 16 подключены к одному аналоговому входу, и выходы однополупериодных. выпрямителей 17 и 18 — к другому аналоговиму входу аналог -импульсного преобразователя 8, выходы элементов И распределителя 19 импульсов связаны с с оответс гвуюшими тиристорами катодной группы 3, а выходы элементов И распре- 25 делители 20 импульсов — с соотвфтствую.щими тиристорами анодной группы 4, блок

21 ограничения фазы синхронизируюших импульсов, датчик 22 тока якоря, звено 23 зависимого от тока якоря ограничения максимальных углов открытия тиристоров, согласующий элемент 14 выполнен с двумя входами и выход регулятора 7 подсоединен к

;второму входу согласующего элемента 14, блок 21 выполнен с аналоговыми и импульсными входами, и прямыми и mr»

BepcHbrMH выходами, при этом аналоговые входы блока 21 подключены к нечетным

1 выходам ис гочника 9, а импульсные sxoды - к выходам фазоимйульсного детектора 11, входы формирователя 12 сое- 40 динены с прямыми, а входы формирователя 13 — с инверсными выходами блока

21, второй и третий входы -го элемен-. та И распределителя 19 соединены соответственно с 4 -ым прямым и (1-1)-ым45 инверсным выходами блока 21; а второй и третий входы l-го элемента И распределителя 20 соединены соответственно с 1-ым инверсным и (1-1)-ым прямым выходами блока 21, выход датчика

6 ЭДС подключен к первому входу, а выход датчика 22, тока — к второму входу звена 23, первый и второй выходы которого подсоединены соответствен но к входам однополупериоднык выпрямителей 16 и 18.

Бпок 21 содержит компараторы 24 с прямыми и инверсными въжодами, входы

8 8 которых образуют аналоговые входы блока 21, группу 25 из шести двухвходовых элементов И-НЕ, подключенных к выходам компараторов 24, группу 26 из шести двухвходовых элементов И-НЕ, первый вход каждого i -го элемента которой соединен с j -ым инверсным выходом фазоимпульсного детектора 11 и образует i -ый импульсный вход блока 21, группу 27 из шести схем И с прямым и инверсным выходами, образующими выходы блока 21, при этом выход q -го элемента И-НЕ группы 25 подключен к второму входу (l-3)-ro элемента И-HE группы 26 и второму входу j -ой схемы

И группы 27, первый вход которой подключен к выходу i -го элемента И-НЕ группы 26, при этом входы 1-го элемента И-НЕ группы 25 с нечетным по-. рядковым номером (=1, 3, 5) подключены к прямым, а входы 1-ro элемента

И-HE этой группы с четным порядковым номером (1=2, 4, 6) — к инверсным вы- ходам двух компараторов 21, входы которых соединенът с (1-2)-ым и (1-4)-ым нечетными выходами источника 9.

Звено 23. (фиг. 2) содержит диоды

28 и 29 и резисторы 30 и 31, при этом одни разноименные электроды диодов 28 и 29 объединены и подключены к выходу датчика 22 тока якоря, другие разноименные электроды этих диодов образуют выходы звена 23, соединены соответственно с выхода ыпрямителей

16 и 18 и через резисторы 30 и 31 подключены к выходу датчика 6 ЭДС..

Формирователь 13 синхронизируклцих импульсов (фиг. 3) содержит шесть дифференцируюших мм ульее@, выполненных на Р -С цепочках 32-37, выходы которых подключены к входам шестивходового элемента ИЛИ 38. Входы этих цепо чек соединены с инверсными выходами бпока 21 ограничения фазы (фиг. 1), а выход элемента ИЛИ 38 соединен с первым импульсным входом преобразователя

8 (фиг. 1). Аналогичным образом samoa нен формирователь синхронизирующих импульсов 12, входы дифференцирующих, элементов которого соединены с прямыми . выходами блока 21 ограничения фазы, а выход элемента ИЛИ соединен с вторым имп пьсным входом преобразовате» ля 8.

Аналого-импульсный преобразователь

8 содержит (фиг. 4) два интегратора

39 и 40..Интеграторы 39 и 40 выполнены на интегральных усилителях 41 и

42 и имеют по три входа. Первый вход

9 2"48 10

При пуске электропривода направление врашения вала электродвигателя 1 и, следовательно, выбор работаюшей группы 3 или 1 тирис торов выпрялюителя 2 осушест«ляется в с оответствии с полярностьн> с»гнала управления на выходе. регулятора 7. При одной полярности этого с»гнала про одит однополупериодный вып1?ямит ель 1 5 с прямым входом, при другой — >>?днополупериодный вьп>рямитель

1 7 с инверсным входом. Напряжение у»рави»»я от ми>рямителей 15 или 17

9 Е1 интегратора 3" об>разует первый аналого»ый вход преобразователя 8 и подсоединен к выходам однополупериодных вы» ря мителе и 1, и 1 8, а второй вход этого интегратора образует первый импульсный вход преобразователя 8 и подсоединен к «ь>ходу формирователя 13 синхронизируюших импульсов. Первый вход интегратора ЛО образует второй аналоговый вход преобразователя 8 и подключен к выходам однополупериодных выпрял1»телей 15 и 16, а второй вход этого интегратора образует второй ими ульсньtA вход преобразо«ателя Р и .подключен к выходу формирователя,12 синхронизируюцшх импульсов. Третьи входы интеграторов 2-9 и 40 подключены. к источникам сл>ешения соответст«енно Ос „ и U, . Последовательно соединен ные диод 43 и резистор 14 образуют цепь однопапр а«пенно и пол ожительно и обратной связи усилителя 41 интеграто1>а

39, при этом диод 43 подключен катодом к прямому входу, а резистор 4 -1 к выходу у =и п теля l 1. Последовательно соединенные диод 45 и резистор 46 обра зуют цепь однонаправленной положительной обратной связи усилителя 42 интегратора 40, причем диод 45 подключен катодом к прямому входу, а резистор

46 — к выходу усилителя 42. Выход интегратора 39 подключен к входу дифференцирук>шего элемента 47, выполненного в виде R -С цепочки, а выход элел ента

47 образует первый выход преобразователя 8 и соединен с входами элементов

И распределителя 19 импульсов. Выход инегратора 40 подклн?чен к входу дифференцируюшего элемента 48, выполненно»

ro также в виде R -С цепочки, а выход элемента 18 образует второй выход преобразователя 8 и соединен с входами элементов И распределителя 20 импульсовв.

Электропривод работает следуюшим

I образом.

1О

55 поступает на»ервый или второй аналоговые входы преобразо«ателя 8t образуел>ые аналоговьtt t входол соответственно интеграторов 39 и 40 (фиг. 4). Каждый из эх интеграторов представляет собой одноканальный преобразователь напряжения у»равления в и.тульсы, фаза которых относительно фазы формирования cNHKpoн»зируютцих импульсов о»ределяется вел»чи»ой напряжения управле п я. Синхронизируницие импульсы от форл>ирователей 13 и 12 поступают HB импульсные входы соответствукяцих и»теграторов 39 и 40.

11р» этом короткио»о д(петель»ости синхронизирун»цио импульсы имек1т положительную полярность и подан?тся соответст«енно »а инверсные входы у<-илителей

:1 1» 42, на которые нос.ту»ают также напряжения управце>гия и напряжение смешения U t. t и Ut y . .1 lptt пали ttttt синхрони з»руюшего импульса напряжение на выходе, например интегратора 39 скачком становится отрицателыгым» ра«»ым наприжению насы1цения Y< ttëèòåëÿ 11. HaItptt?Ketttte управления и наиряжение Ut. имен?т отрицательную полярность и в и омежутке MB?Kgу синхро»»з»руюшими ил>пульсами напряжение»а выходе интегратора 39 уменьшается по величине. При переходе этого напряжения через нулевое значение вступает в действие однонаправленная по..ожительная обратная связь, выполненная на резисторе 44 и диоде

:13, подключенном катодом к прямому входу усилителя 11. В результате напряжение на выходе интегратора 39 скачком становится равным напряжению насыше»ия усилителя 41 положительной полярности. Образуюшийся на выходе усилителя 41 импульс поступает на вход дифференцируюшего элемента 47, выполненного на R -С цепочке, выход которого образует первый выход преобразователя

8. Напряжение смешения определяет начальную фазу импульсов управления на выходе преобразователя 8 при нулевом значении напряжения управления, соответствуюшую концу интервала между синхронизируюшими импульсаМи. Аналогичным образом формирук>тся импульсы на выходе интегратора 40, которые поступают на вход дифференцнрукацего элемента 48. Выход двух ди>1»1еренцирую>цих элементов 47 и 48 представляк т собой два выхода одноканального преобразовате ля 8 в соответствии с двумя группами

3 и 4 тиристоров. При этом на первом и втором выходах преобразователя 8 фор- мируются импулы:ы управления всеми

11 95924 тиристорами соответственно катодной 3 и &нодной 4 групп тиристоров.

Переменное синхронизируюшее напряжение на каждом» -ом выходе источника 9 совпадает пэ фазе с напряжением на аноде» -го тиристора катодной группы 3 тиристорного выпрямителя 2, а мгновенное значение этого напряжения определяется из соотношения О=О pòï ь ф+ -(1-a)6a3 эл.грац.Приэтомперемен- . 10 ное синхронизируюшее напряжение на каждом 1-ом выходе источника 9 отстает от напряжения на (1-1)-ом выходе на

90 an град., а напряжение на последнем выходе (» =6) опережает на»5

60 эл. град. напряжение на первом выходе (»=1). Напряжение»-го выход источника 9 подается на» -ый из элементов 10 сравнения. С выхода этого элемента разность между синхронизирующим напряжением и напряжением от согласующего элемента 14, пропорциональ.ным в соответствуълцих масцггабах сумме напряжений от датчика ЭДС 6 и регулягора 7, поступает HB вход»-го канала фазоимпульсного детектора. 1 1.

При этом в двигательном установив» шемся режиме работы электропривода напряжения датчика ЭДС 6 и регулятора ую полярность H c MH» З0 руются на входе согласующего элемента

14. От выхода элемента 14 напряжение поступает на входы элементов 10 сравнения полярностью, определяемой работающей группой тиристоров выпрямителя 2..

A именно при работе тиристоров катодной группы 3 напряжение на выходе согласующего элемента 14 имеет .отрицательную полярность, а при работе тиристоров анодной группы 4 это напряжение имеет положительную полярность.

На инверсных выходах детектора 11 имеет мес го сигнал 1, когда напряжение на выходе элемента 14 по величине больше мгновенного значения синхронизирующего напряжения. При этом на выходах групп 26 элементов И-HE сигнал 1" формируется, когда мгновенное значение синхронизируюшего напряжения по величине больше напряжения на выходе согласукяцего элемента 14.

Таким образом, на выходах каждого

1 -го канала де гекгора ll формируются прямоугольные импульсы, положение переднего и заднего фронгов которых относительно момента перехода через ноль напряжения на соответствующем » -ом выходе источника 9 определяется величиной напряжения на вьиоце соглаеую-, 8 12 щего элемента 14, т.е. величиной ЭДС двигателя Ед и напряжением на выходе регулятора 7 Величина напряжения на выходе датчика 6 ЭДС выбирается таким образом, чтобы отношение амплитуды синхронизирующего напряжения на выходе источника 9 к напряжению на выходе согласующего элемента 14 при нулевом значении напряжения о г регулятора 7 было равно отношению амплитуды напряжения питания выпрямителя 2 к ЭДС исполнительного двигагеля 1. При этом фаза заднего фронта импульсов на выходах каждого 1-ro канала детектора 11 сос гветствует углу управления тиристорами катодной группы 3, а переднего фронта — анодной группы 4 в.режиме холостого хода двигателя.

Импульсы с инверсных выходов детектора 11 поступшот на вход элемента группы 26 И-НЕ, а с их выхода — на вход элементов групп 27 блока 21 ограничения фазы синхронизирующих импульсов. В формирователе 13 сиихронизируюших импульсов импульсы от инверсных выходов элементов группы 27 бнока 21 дифференцируются и собирщс гся в одну последовательность, которая затем поступает на первый импульсный вход преобразователя 8. При этом фаза синхронизируюших импульсов соответствует фазе заднего фронта импульсов от элементов И-HE группы 26. Аналогичная операция производится с импульсами, поступакецими от прямых выходов элементов группы 27 блока 21 в формирователе 12, с выхода которого последовательность импульсов поступает на второй импульсный вход преобразова геля 8. В формирователе 13 синхронизирующих импульсов (фиг. 3) импульсы от шести элементов группы 27 блока 21 поступак г на вход шести дифференцирующих элементов, выполненных на R -С цепочках 3237. Импульсы с выходов R -С цепочек

32-37 подаются на шесть входов эле-. мен .га ИЛИ 38, образующего выход формирователя 13 . С выхода элемента 38 последовательность импульсов подается на первый импульсный вход преобразователя 8. Аналогично формируются синхронизируюшие импульсы в формирователе 12, поступающие на второй импульсный вход преобразователя 8. В результате на каждый из импульсных входов преобразователя 8 подается последовательность синхронизирующих ил йульсов, причем в установившемся режиме времен13 9592 ной сдвиг между импульсами в каждой последовательности составляет 60 эл; град, На второй вход согласующего элемен гв 14 подается напряжение с выхода. регулятора 7. Таким образом, осущест вляегся дополнительное изменение фазы синхронизирующих имп ньсов, обеспечивакицее полный диапазон изменения углов открытия тиристоров выпрямителя 2, Величина напряжения на выходе регулятора 1О

7 определяет падение напряжения в якорной цепи двигателя или в установившемся режиме электропривода ток якоря. Обеспечение полного диапазона изменения углов открытия тиристорного выпрямите» 15 ля существенно улучшает энергетические

I и динамические .характеристики привода с шестифазным (трехфазным мостовым) выпрямителем.

Твк как диапазон изменения фазы 20 импульсов на выходе преобразователя 8 относительно фазы синхронизирующих импульсов составляет 60 an. град, то диапазон изменения фазы синхронизирующих импульсов должен составлять 25 60 эл. град., что обеспечивает полный диапазон углов открытия тиристоров, составляющий 180 an. град.

При этом однако необходимо обеспечить ограничение изменения фазы син- ЗО хронизирукхцих импульсов значением

«60 эл. град. Для обеспечения этого ограничения синхронизирующее напряжение от трех нечетных выходов (1=1, 3, 5) источника 9, соответствующее фазам

А, В, С сети, поступает на входы cocvrветственно трех компараторов 24 с прямыми и инверсными выходами. Входы этих компараторов образуют три аналоговых входа блока 21 ограничения фазы синхронизирующих импульсов. На входы каждого элемента И-HF группы 25 блока 21 поступак г с выходов компараторов 24 два тмпульса шириной 180 зл. град, передние фронты которых сдвинуты по фазе на 120 зл. град, В результате на выходе каждого из элементов И-НЕ группы

25 имеет место пауза длительностью

60 эл. град. в течение каждого периода напряжения сети. При этом пауза на вы50 ходе 1-го элеметгга г чппы 25 отстает от паузы на выходе (1=1)-го элемента группы 25 на 60 эл. град. Это достигается подключением двух входов ii -го элемента И-НЕ с нечетным порядковым

55 номером (1=1, 3, Г>) к прямым, а входов i -го элемента И-HE с четным порлдковы;.t номером (i =2, t, 6) — к инверс,п,1м гыходам двух компараторов 24, 48 14 входы которых соединены с (i -2)-ым и (i-4)-ым нечетными выходами источника 9 синхронизирующего напряжения.

При этом (i -2)-ый и (1-4)-ый нечеч ные выходы источника 9 связаны с фазой источника питания выпрямителя 2, опережающей -ую фазу соответственно

120 и 240 эл. град.

Импульсы от выхода i -го элемента группы 25 поступакл на вторые входы

i-го элемента группы 27 и (i-3} го элемента группы 26, на первые входы которого подаются импульсы от детекто ра 11. При этом (1-3)-ый элемент груп пы 26 связан с фазой источника пигания выпрямителя 2, опережающей i-ую фазу на 180 зл. град. В результате на втором входе 1 ых элементов групп 26 и 27 в течение каждого периода напряжения сети имеют место импульсы длительностью 300 эл. град., фаза переднего фронта котогых отстает нв

120 эл. град. от начала положительной полуволны напряжения сети на аноде

i --го тиристора соответственно катодной

3 и анодной 4 группы.

Вследствие этого на втором входе

i-го элемента И-HE группы 26 формируется сигнал "0" в интервале от 60 до 120 эл. град, относительно начала положительной полуволны напряжения источника питания TB 1 нв аноде 1-го

1 тиристора катодной группы 3. При этом на выходе i-го элемента группы 26 и прямом выходе i-го элемента группы 27 формируется сигнал «1", а на инверсном выходе i-го элемента группы 27 сигнал 0 даже при сигнале "1 " от

i -го канала детектора 11.

Таким образом, если отрицательное напряжение на выходе согласующего элемента 14 меньше мгновенного значения синхронизируюшего напряжения от источника 9, соответствующего углу

60 эл. град., то фаза переднего и заднего фронтов импульса на выходе элемен тов групп 26 и 27 определлется значением напряжения на выходе элемента 14, Если же отрицательное напряжение на выходе элемента 14 превышвает мгновенное значение синхронизирующего напряжения, соответствующее углу

60 эл. град., то фаза переднего фронта импульса на выходе 1-го злемеита группы 26 постоянна и составляет

60 эл. град по отношению к анодному напряжению на 1 -ом тиристоре катодной группы 3, а длительно<..ть импульса также составляет 60 эл. град. При этом

15 95924 на втором входе 1-го элемен га И группы 27 сигнал 0" с выхода -ro эле— ллента группы 25 формируется со сдвигом на 180 эл. гряд. по отношению к сигнаду ня втором входе < -го элемента группы 26. Так кяк к этому моменту на вы-! ходе 1-го элемента группы 26 формируется сигнал "0", то импульсы ог элемента группы 25 на выходе элементов группы 27 не оказывают влияния ня ря- 1р боту электропривода.

При изменении знака напряжения HQ выходе согласующего элемента 14, например, при изменении направления вращения вяла двигателя 1, не оказывают 1 влияния ня работу электропривода импульсы от элемен гов труппы 25 HB Bbrходе элементов группы 26. Это является следствием того, что в интервале формирования паузы HB входе -го элел епю та группы 26 от (1 — 3)-го элемента группы 25 на выходе 1-го кяняля детектора

11 имеет место сигнал "0", при этом на выходе элемента группы 26 — сигнал "1".

2S

Иа втором входе -го элемента группы 27 формируе гся сигнал 0" в интервале от 60 до 120 эл. град. относительно начала положительной полуволны напряжения источника питания выпрямителя

2 на аноде i --го тиристора янодной

30 группы 4. В этом случае, если положительное напряжение на выходе элемента

14 по величине л еньше отрицательного синхронизируюшч го напряжения, соответствукицего углу 240 эл. град., то фаза переднего и заднего фрон гов импульса на прямом и инверсном выходах i-го элемента группы 27 определяется значением напряжения на выходе элемента 14.

Если же положительное напряжение на выходе элемента 14 по величине больше отрицательного синхронизирующего напряжения от источника «Я, соответствующего углу 240 эл. гряд., то фаза импульсов на прямом и инверснол выхо-. дах -го элемента группы 27 постоянна. При этом фаза переднего фронта импульса ня инверсном выходе i --го элемента группы 27 составляет

60 эл. град по отношению к началу положительной полуволны напряжения исто пщка питания выпрямителя 2 на аноде i --го тиристора анодной группы 4, а длительносгь импульса также составляет 6,0 эл. град. 55

Таким образом, в электроприводе осуществляется ограничение фазы синхро— низируюших импульсов при любых знячениях напряжения ня выходе согля ук>щего элемента 14, что улучтпает энергетические и динамические характеристики электропривода с шетифазным тиристорным выпрямителем за счет полного использования тиристорного вьптрямителя ,с обеспечением высокого быстродействия электропривода и его надежности.

Распределение импульсов управления от преобразователя 8 по тиристорам производится в распределителях 19 и

20 при помощи прямоугольных импульсов, модулированных по ширине и фазе, поступающих с выходов элементов групп 27 на второй и третий входы элементов И распределителей 19 и 20. Эти импульсы определяют интервал возможного изменения углов управления 3 -ыл тиристором катодной 3 или анодной 4 групп выпрямителя 2 при текущем значении напряжения от согласующего элемента

14. В установившемся режиме работы электропривода этот интервал равен

6О эл, град. При этом на второй и третий входы i --го элемента И распределителя 19 поступают импульсы соответственно от прямого выхода i -го элемента группы 27 и инверсного икода (1-1)-го элемента группы, 27 блока 21 ограничения фазы синхронизируюших импульсов. На второй и третий входы i-го элемента И распределителя 20 подаются импульсы соответственно от инверсного . выхода 1-го элемента группы 27 и прямого выхода (i-1)-го элемента группы

27 блока 21.

Однополупериодные вьгпрямители 1 8 и 16 обеспечивают поддержание угла безопасного инвертирования для инверторной группы тиристоров. Напряжение с выхода звена 23 зависимого от тока . якоря ограничения максимального угла открытия тиристоров поступает на вход аналого-импульсного преобразователя Я через один из однополупериодных ebrrrpaмителей 18 или 16 в зависимости от полярности выходного напряжения звеня

2-3. Полярность и знячение напряжения на выходе звена 23 определяется напряжением на выходе датчика 6 ЗДС и ог» раничивяется в зависимости от величины тока в якоре двигателя. Пршшипияльняя электрическая схема конкретного исполнения звена 23 зявисил1ого от тока якоря ограничения максимального угля отк ьгтия тиристоров пригеденя н» ф1п..

Напряжение от датчика 6 =)L1C под -нл я через резисторы 30 и 31 соотвег «твен.но на KATQJI диода 28 и анод диг>дя

Кроме того, предлагаемый электропривод имеет расширенные технологические возможности, так как может работать в режиме подтормаживвния с малыми значениями тока якоря при значительных

ЭДС двигателя, что позволяет, например, осуществлять спуск неуравновешенного ,груза с большой скоростью при малых значениях тормозного момента.

17 98Ж образующих выходы звена 23. На другие электроды диодов 28 и 29 поступает напряжение от датчика 22 тока.

В двигательном режиме работы электропривода угол открытия тиристоров выпрямительной,группы (отсчет ведется относительно угла, соответствующего холостому ходу двигателя) определяется напряжением, поступакзиим от регулятора 7 через однополупериодный выпрями- 1в тель 17 или 15 нв соответс гвуюший вход аналого-и.импульсного преобразователя 8, в также непосредственно от регулятора 7 нв второй вход согласующего . элемента 14, .выполненного в виде двух- 1$ входового сумматора, Напряжение на другом входе аналого-импульсного преобразователя 8 определяется напряжением, пропорциональным в личине выходного напряжения звена 23, поступающим через однополупериодный выпрямитель 16 или 18. При переходе злектропривода в режим подтормаживания полярнос гь напряжения на выходе регулятора 7 меняется и проводивший до этого однополупериодный выпрямитель 17 илн 15 запирается. Напряжение на выходе выпрямителя 1 5 или 1 7 при этом стайовится больше напряжения на выходе однополупериодного выпрямителя 16 или

18. В результате выпрямитель 16 или

18 оказывается закрытым, а Угол управления тиристорвми инверторной группы определяется напряжением регулятбрв 7.

При выходе из подтормвживания снова

Ю

3S меняется полярность напряжения на выходе регулятора 7, запирается однополупериодный выпрямитель 15.или 17, и на вход аналого-импульсного преобразователя 8 поступает напряжение от одно-.

40 полупериодного выпрямителя 16 или 18, величина которого пропорциональна напряжению на выходе звена 23. Твк как фаза синкронизируюших импульсов определяется ие только ЭДС двигателя 1, но и значением напряжения на выходе регулятора

7, то при выходе из подтормаживания эта фаза может принимать предельное максимальное значение, отсчитываемое: от угла естественного открытия тиристоров. Для обеспечения безопасного.инвертирования нвпряжение.от датчика 6 ЭДС, -. поступающее на вход звена 23, должно подаваться в значительно болыпем масштабе по сравнению с известным. Использование в качестве составпяющей, определяющей угол безопасного инвер ги рования, напряжения на выходе регулятора 8 не обеспечивает безопасного ии4Я 18 вертирования иэ-зв дискретного изменения фвзь синхронизирующих импульсов. и воэможности ступенчатого изменения на выходе регулятора 7. Большое значение напряжения, пропорционального ЭДС двигателя, на входе звена 23 приводит к увеличению динамического отклонения частоты вращения в переходных режимах при подтормвживвнии, и даже может привести к появлению автоколебвний.

В схеме предлагаемого электропривода увеличение динамического отклонения частоты вращения при подтормаживвнии устраняется ограничением выходного напряжения звена 23 с помощью напряжения, поступающего на второй вход этого звена от датчика 22 тока. При работе тиристорного выпрямителя в инверторном режиме полярность напряжения на выходе датчика ЭДС и датчика 22 тока одинакова и определяется работающей группой тнристоров выпрямителя 2. Знак и величина напряжения на выходе звена 23 определяется знаком и величиной ЭДС двигателя, а величина этого напряжения в инверторном режиме для работающей группы тиристоров при больших .значениях

ЭДС двигателя 1 зависит от величины тока в якоре двигателя 1. В результате

: осуществляется изменение угла безопасного инвертирования в зависимости от величины тока в якоре, чем обеспечивается безопасное инвертирование без увеличения динамического отклонения частоты вращения двигателя 1. Кроме того, при использовании звена зависимого от тока якоря ограничения максимального угла открытия гиристоров возможно инвертирование энергии при больших значениях ЭДС. и малых значениях тока якоря двигателя, что расширяет технологические возможности электроприводв.

Таким образом, достигается улучшение энергетически и динамических харахтеристик электропривода с шестифазным (трехфазным мостовым) управляемым выпрямителем, а также надежное функционирование этого электропривода.

21 959 ходы блока ограничения фазы синхрони» зируюшнх импульсов, при этом выход

3-го элемента И-НЕ первой группы под ключен к второму входу (l-3)-го элемента И-HE второй группы и второму входу -ой схемы И, первыф вход которой подклкяен к выходу i -го элемента И-HE второй группы, нри этом входы 3 -го элемента И-НЕ первой группы с нечетным порядковым номером (i=1, 3, 5) подключены к прямым, а входы

i-го элемента И-НЕ этой группы с чу ным порядковым номером. (=2, 4, 6)K инверсным выходам двух компараторов, входы которых соединены с (i -2)-ым и,(1-4)-ым нечетным выходами источника синхронизирующего напряжения.

3. Электропривод по п.п. 1 и 2,i о тI л и ч а ю ш и Я с я тем, что, звено зависимого от тока якоря ограничения

248 22 максимального угла открытия тиристорой выполнено в виде двух диодов и двух резисторов, при этом одни разноименные электроды соответственно первого и второго диодов объединены и подключены к выходу,.датчика тока якоря, другие разноименные электроды этих диодов образуют выходы звена и соединены соответс гвенно с входами второго и четверто10 го однополупернодных выпрямителей и через резисторы подключены к выходу датчика ЭДС.

Источники информапии, принятые во внимание при эвспертизе

1. Трехфазный тиристорный электропривод 3 60/80 А. Руководство фирмы

Bose% Рйг.3192)9 l (ЕеЬг. 76}.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке % 2821034/24-07, кл. Н 02 Р 5/06, 1979.

19 96924

Формула изобретенйя

1. Электропривод госгоянного тока, содержащий электродвигатель, якорная обмотка которого подключена к тиристорному выпрямителю с кагодной и анодной группами, .датчик чес готы вращения, жестко связанный с валом электродвигателя, датчик ЭДС электродвитателя, регуля гор, соединенный с выходом датчика частоты вращения, систему импульсно-фа- )O зового управления, вкпючающую в себя одноканальный аналого-импульсный преобразователь с двумя аналоговыми и двумя импульсными входами и двумя выходами, rn -фазный источник синхронизируюшего напряжения, элементы сравнения по числу тиристоров выпрямителя, в каждой группе, причем первый вход

3-го элемента соединен с i -ым выходом то - фазного источника синхронизирующвго уэ напряжения, фазо-импульсный детектор. каждый i-ый вход которого подключен к выходу i -го элемента сравнения, два формирователя синхронизирующих импульсов, выходы которых соединены с импульсными входами аналого-импульсного преобразователя, а также согласующий элемент, вход которого подключен к дат чику ЭДС, а выход — к вторым входам элементов сравнения системы импульснофезового управления, первый и второй однополупериодные выпрямители с прямыми входами, третий и четвертый однополупериодные выпрямители с инверс- . ными входами и два распределителя импульсов, каждый из которых составлен из элементов И по числу тиристоров выпрямителя в каждой группе, при этом входы первого и тре гьего однополупериодных выпрямителей подключены к выходу регулятора, выходы первого и второго

40 однополупериодных выпрямителей подклк чены к .одному аналоговому входу, а выходы третьего и четвертого выпрямителей — к другому аналоговому входу аналого-импульсного преобразсвателя, выходи элементов И первого распределителя импульсов связаны с соответствующими тиристорами катодной группы, а выходы элементов И второго распределителяс соответствующими тиристорами анодной группы, отличающийся тем, что, с д6лью улучшения энергетических и динамических характеристик электропривода, в него дополнительно введены датчик тока якоря, звено зависимого от тока якоря ограничения максимальных углов открытия тиристоров, выполненное с двуми выходами, согласующий элемен г

8 20 выполнен в виде двухвходового сумматора, и выход регулятора подсоединен к второму входу согласующего элемента, а также введен блок ограничения фазы синхронизирующих импульсов, выполненный с аналоговыми и импульсными входами и прямыми и инверсными выходами, при этом аналоговые входы блоке ограничения фазы синхронизирующих импульсов подключены к нечетным выходам ис гочника синхронизирующего напряжения, а импульсные входы — к выходам фазоимпульсного детек гора, входы одного формирователя синхронизирующих импульсов соединены с прямыми, а входы второго - с инверсными выходами блока ограничения фазы синхронизирующих импульсов, второй и третий входы 1 -го элемента И первого распределителя импульсов соединены соответственно с -ым прямым и (j-1)-ым инверсным выходами блока ограничения фазы синхронизирующих импульсов, а второй и третий входы 1-го элемента И- второго распределителя импульсов соединены соответственно с 1-ым инверсным и (1-1)-ым прямым выходами блока ограничения фазы синхронизирукяцих импульсов, выход датчика ЭДС подключен к первому входу, а выход датчика тока.— к второму входу звена зависимого от тока якоря ограничения максимального угла открытич тиристоров, первый и второй выходы которого подсоединены со-. ответственно к входам второго и четвертого однополупериодных выпрямит лей, где -. порядковый номер элементов, связанных с одной и той же фазой источника питания тиристорного выпрямителя при прямом. порядке следования фаз, 2. Электропривод по п.1, о т л и— ч е ю шийся тем, что блок ограничения фазы синхронизируюших импульсов содержит три компаратора с прямыми и инверсными выходами, входы которых образуют аналоговые входы блока ограничения фазы сияхрони зующих импуль. сов, первую .группу из шести двухвходо вых элементов И-НЕ, подключенных к выходам компараторов, втору1о группу из шести двухвходовых элементов И-НЕ, первый вход каждого i--го элемента которых соединен с i -ым инверсным выходом фазоимпульсного детектора и образует f -ый импульсный вход блока ограничения фазы синхронизирующих импульсов, и шести схем И с прямым и инверсным выходами, образующими выСоставитель Кряхтунова

Редактор И. Касярдя Текред М.Коштура Корректор 11. Рокшан

Заказ 7023/74 Тираж 721 П одлисное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Москва, М(-35, Раун|скан ня6., д, 4 5 илиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 1