Устройство для управления реверсивным вентильным электродвигателем

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ РЕВЕРСИВНЫМ ВЕНТИЛЬНЬМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ ПО авт. св. 1001415, о т л ичаю .щеес я тем, что, с целью повышения быстродействия и улучшения динамических характеристик, в него введены ключ и инерционное звено, а блок управления выпрямителем снабжен корректирующим входом, который соединен с выхсэдом введенного инерционного звена, входом соединенного через введенный ключ с источником напряжения смещения, причем вход этого ключа подключен к выходу блока выбора -коммутации .

„.,Su„, 1064412 А

СО 03 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

3(51) Н 02 P б/00

1, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Й ABT0PCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 1001415 (21) 3443704/24-071(22) 28.05.82 (46) 30.12.83. Вюл. Р 48 (72) В.Ф.Шепелин и В.A.Алексеев (71) Всесоюзный оредена Трудового

Красного Знамени научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт релестроения: (53) 621.313.292-83 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 1001415 по заявке 3278607/24-07, кл. Н 02 P б/00, 1981. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ

РЕВЕРСИВНЫМ ВЕНТИЛЬНЬМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ по авт. св. Р 1001415, о т л ич а ю.щ е е с я тем, что, с целью повьиаения быстродействия и улучшения динамических характеристик, в него введены ключ и инерционное звено, а блок управления выпрямителем снабжен корректирующим входом, который соединен с выходом введенного инерционного звена, входом соединенного через введенный ключ с источником напряжения смещения, причем вхсщ этого ключа подключен к выходу блока выбора .коммутации.

1064412

Изобретение относится к электротехнике, м частности к регулируемому вентильному электроприводу, и может найти применение н электроприводах металлорежущих с танк ов и других механизмов. 5

По основному авт. св. Р 1001415 (известно, что устройство для управ» ления реверсивным вентильным электродвигателем, содержит выпрямительноинверторный преобразователь частоты, 0 блок управления ныпрямителем, один из выходов которого подключен к входу нуль-органа, датчик тока выпрямителя, блок управления инвертором, входы которого связаны через блок переключения режимов работы инвертора с выходами задатчика углов управления инвертором н двигательном режиме и задатчик углов управления инвертором в тормозном рЕжиме, блок выбора коммутации, связанный с выходом датчика положения ротора 1 J.

Устройство содержит также датчик нуля тока выпрямителя, блок формирования углов управления инвертором в режиме переключения, логическую схему совпадения и логический блок бестоыового переключения режимов работы, первый вход которого подключен к датчику нуля тока выпрямителя, второй вход — к выходу нуль-органа, первый выход — к блоку управления инвертором, нторой выход — к блоку управления выпрямителем, а третий выход к первому входу логической схемы совпадения, вторым входом подключенной 35 к выходу блока выбора коммутации, а выходом — через блок формирования углов управления инвертором в режиме переключения к первому входу задатчика углов управления инвертором в дви- 40 гательном режиме, второй вход которо го подключен к выходу датчика тока выпрямителя. Задатчик углов управления инвертором в тормозном режиме снабжен двумя дополнительными входами, один из которых подключен к выходу задатчика углов управления инвертором в двигательном режиме, а другой — к выходу датчика тока выпрямителя.

Недостатком известного устройства является то, что из-за наличия пульсаций напряжения на выходе инвертора и возможных бросков тока при переключении режимов работы в процассе отработки рассогласования частоты вращения нельзя убрать люфт и согласовать характеристики системы автома тического регулирования, что понижает быстродействие устройства и ухудшает его динамические характеристики60

Цель изобретения — повышение быстродействйя и улучшение динамических характеристик.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для управления реверсивным вентильным электродвигателем введены ключ и инерционное звено, а блок управления выпрямителем енабжен.корректирующим входом, который соединен с выходом введенного инерционного звЕна, вхоцом соединенного через нведенный ключ с источником напряжения смещения, причем вход этого ключа подключен к выходу блока выбора коммута(ии.

Благодаря выше указанному подключению вновь введенных элементов в нижнем диапазоне регулирования скорости, где малые входные сигналы управления, характеристики системы автоматического регулирования в двигательном и тормозном режимах согласованы, люфты отсутствуют и предлагаемое устройство имеет предельное для данной структуры быстродействие. Броски тока н силовой цепи иэ-эа пульсаций напряжений на выходе выпрямителя и инвертора в виду малой величины последних отсутствуют.

В верхнем диапазоне регулирования скорости, где уровень входных сигналов возрастает, характеристики системы автоматического регулирования в двигательном и тормозном режимах раздвинуты и переключения иэ одного режима н другой происходят плавно, что исключает броски тока в силовой цепи из-эа неравBHKTBB мгновенных значений напряжений на выходах выпрямителя и инвертора, На чертеже представлена схема предлагаемого устройства °

Устройство-содержит выпрямительноинверторный преобразователь 1, блок

? управления выпрямителем, .один из выходов которого подключен к входу нуль-органа 3, датчик 4 тока выпрямителя, блок 5 управления иинертсром, входы которого св язаны через блок 6 переключения режимов работы инвертора с выходами задатчика.7 углов управленияя и нв ертором в дв ига тель ном режиме задатчик 6 углов упрандения инвертором в тормозном режиме, блок 9 выбора коммутации, связанный с выходом датчика 10 положении. ротора, датчик 11 нуля тока выпрямителя, блок 12 формирования углов управления инвертором в режиме переключения, логическую схему 13 совпадения, логический блок 14 бесктокового переключения режимов работы, первый вход которого подключен к датчику

11 нуля тока выпрямителя,,второй— к выходу нуль-органа 3, первый выход - к блоку 5 управления инвертором, второй — к блоку 2 управления выпрямителем, а третий — к первому входу логической схемы 13 совпадейия, вторым входом подключенной к выходу блока выбора коммутации 9, а выходом — через блок 12 формирования углов управления инверотором н

1064412

° режиме переключения к первому входу задатчика 7 углов управяения инвертором в двигательном режиме,.второй вход которого подключен к выходу. датчика 4 тока выпрямителя.

Задатчик 8 углов упраьления инвер- 5 тором в тормозном режиме имеет.два дополнительных входа, один из которых подключен к выходу задатчика 7 углов управления инвертором в двигательном режиме, а другой — к выходу датчика 10

4 тока выпрямителя.

Якорные обмотки. синхронной машины

15 подключены к выходу выпрямительноинверторного преобразователя 1, вход блока 16 управления искусственной коммутацией подключен к датчику 10 положения ротора, а выход — к входу блока .2 управления выпрямителем.

Датчик 17 скорости подключен к входу блока 2 управления выпрямителем. Задатчик 18 углов управления инвертором в двигательном и тормозном режимах на низкой скорости через блок 6 переключения режимов равботы инвертора связан с блоком 5 управления инвертором.

Выпрямительно-инверторный преобразователь 1 содержит выпрямитель 19, сглаживающий дроссель 20 и инвертор

21.

Блок 2 управления выпрямителем имеет корректирующий вход 22 и состоит из регулятора 23 скорости, регулятора 24 тока, один из входов которого подключен через ключи 25 к датчику 4 тока выпрямителя. Выход регулятора 24 тока подключен через выпрямитель на ключах 26 и усилителе 27 и управляющий орган 28 к блоку 29 фазового управления выпрямителем.

Тиристоры выпрямителя управляются 40 от блока 30 импульсного управления выпрямителя, вход которого через блок

31 сдвоения импульсов подключен к выходу блока 29 фазового управления выпрямителем. 45

Блок 5 управления инвертором содер. жит блок 32 импульсного управления, блок 33 фазового управления и ключи

34, включенные между выходом блока

33 фазового управления и один из входов блока 32 импульсного управления.

Блок 6 переключения режимов работы инвертора имеет блок 35 определения, режимов работы, первый и второй входы которого подключены на пер5 вый и второй выходы логического блока 14 бестокового переключения режимов работы, а третий входк выходУ блока 36 определения направления вращения; имеются также 60 управляемые ключи 37 — 39, включенные между задатчиками 18,7 и

8 углов управления инвертором и блоком 33 фазового управления ин° вертором, а также логические схемы 65

И-НЕ 40 - 42. Выход логической схемы 42 йодключен на вход ключа 38, первый ее вход — к выходу блока 9 выбора коммутации, а второй вход— на выход блока 35 определения режимов работы; выход логической. схемы 41 подключен к входу ключа

37, первый ее вход соединен через логическую схему И-НЕ 40 с выходом блок а 9 выбора к оммутации, а в торой — с выходом блока 35 определения режимов работы.

Блок 1 2 формирования углов управления инвертором в режиме переклю чения состоит из Р -С-цепочки 43, один зажим конденсатора которой подключен к общей схемы, а второй— к входу задатчика 7 Углов управления инвертором в двигательном режиме, управляемого ключа 44, включенного выходными зажимами к выводам конденсатора; вход ключа 44 через логическую схему И-НЕ 45 связан с выходом схемы 13 совпадения.

Кроме того, регулятор 24 тока может быть соединен с ключами 26 через нелинейное звено 46, второй вход которого через функциональный преобразователь 47 электродвижущей силы подключен к выходу датчика 17 ск орос ти.

Устройство содержит также ввденные ключ 48 и инерционное звено 49, выход которого соединен с корректирующим входом 22 блока. управления выпрямителем, а вход — через введенны ключ 48 "оединен с источником напряжения смещения U . Вход введенного ключа 48 подключен к выходу блока 9 выбора коммутации.

Устройство для управления реверсивным вентильным электродвигателем работает следующим образом..

В исходном состоянии задающее; напряжение U> 0. На выходе регулятора 23 скорости, регулятор".24 тока, нелинейного звена 46, нуль-органа

3 — нулевые сигналы и логический блок 14 бестокового переключения режимов работы находится в состоянии, соответствующем нулевому сигналу с нуль- органа 3, например вперед. При этом включены ключи 34, соответствую. щие направлению вперед,. и на два тиристора инвертора 21 подаются управляккцие импульсы. Однако ток в силовой цепи не протекает и двигатель находится в неподвижном состоянии, поскольку углы управления тиристоров выпрямителя 19 максимальным и близки к 150 эл.град. (задающее напряжеЗЗО) °

При подаче U>, соответствующего направлению вперед, на выходе регулятора 23 скорости, регулятоРа

24 тока и управляющего органа 28 появится сигнал, который уменьшает углы управления тиристорами выпря1064412 мителя и переводит его в выпрямительный режим. По двум фазам двигателя 15 начинает протекать ток, уо" тор поворачивается на определенный угол. При поступлении импульса на переключение фаз двигателя с датчика 10 положения ротора сигналом с блока 16 управления искусственной: коммутацией управляющий орган 28 переводится в состояние, соответствующее углу управления тиристоров выпрямителя p-p и выпрямитель переходит в инверторный режим. Ток) ранее работавших фаз двигателя спадает до нуля и тиристоры.инвертора закрываются. После спадания тока до нуля сигнал на управляющем органе 28 ннонь принимает прежнее значение и ток в фазах, двигателя, но уже в других, соответствующих новому положению датчика 10 положения ротора., нарастает до прежйего значения. Ротор двигателя вновь повора чивается на 60 эл.град. до прихода следующего импульса с датчика 10 положения ротора.

При этом на выходе блока 35 определения режима работы электропривода 1 что соответствует двигательному режиму работы, на выходе блока 9 выбора коммутации — 0, что соответствует низкой скорости и принудительной коммутации выше описанным способом тока тиристоров иннертора.

Нулевым сигналом с логической схемы H — HH 41 ключ 37- включен, а единичным сигналом с блока 35 определения режима работы электропривода и единичным сигналом слогической схемы И-HE 42 ключи 39 и 38 отключены и инвертор работает с углами опережения открывания тиристорон р-„ 0 задаваемых зада тчик ом 1 8..

При достижении двигателем! заданной скорости, когда становится возможной естественная коммутация, на выходе блока 9 выбора коммутации появится 1, ключ 38 закрывается, а ключ 37 открывается. При этом при наличии 1 на третьем выходе логического блока 14 бестокового переключения режимов работы на выходе логической схемы И-НЕ совпадения

13 появится 0 и конденсатор на выходе блока 12 формирования углов управления иннертора в режиме пере-: ключения начинает заряжаться и по мере его заряда результирующий сиг". нал на входе задатчика 7 углов управления инвермора в двигательном режиме уменьшается. Уь)еньшаются и глы управления тиристорами инверто а с максимальных, соответствующих п рвому моменту переключения (равных ориентировочно 60 эл.град.) до соответствующих работе с естественной коммутацией тиристоров инвер«тора за счет электродвйкущей силы фаэ двигателя (ранных ориентировочно 30-4 0 эл . град). !

При работе двигателя на низких скоростях ключ (введенный) 48 нуне».. вым сигналом с блока 9 выбора коммутации закрыт, вход инерционного звена 49 шунтирован, на его выходе сигнал отсутствует и начальнь1е углы коммутацию тока тиристоров инвертора

21 за счет электродвижущей силы фаз двигателя на выходе блока 9 выбора . коммутации появляется 1 и ключ

48 размыкается. При этом напряжение с источника смещения через введенною инерционное звено 49 поступает на корректирующий нход 22 блока, управления выпрямителем и соответственно

40 на вход управляющего органа 28, увеличивая его начальные углы управления до 130-135 эл.град.,причем не мгновенно, а по мере заряда конденсатора введенного инерционного звена 49, постоянная времени заряда; которого выбрана таким образом, что= бы система автоматического регулиро-. вания могла отработать дополнительное возмущение и исключить нозможное колебание скорости двигателя.

Дополнительно к этому на вход управляющего органа 28 подается сиг-, нал с третьего выхода логического блока 14 бестокового переключения режимов работы, длительностью примерно равной 0,001 с, который появляется в момент его переключения.

Данным сигналом управляющий орган

28 кратковременно переводится в состояние, coo TB етствующее максимальным углам управления тиристоров выпрямителяя, к от орые после зав ершени я переключения логического блока 14 уменьшаются до значений, соответствукщих заданий скорости вращения. управления тиристорами выпрямителя, 10 соответствующие U =О, близки к 120 эл.град (что соответствует границе появления положительного напряжения на выходе выпрямителя 19, а значит и тока в звене постоянного тока

15 преобразователя частоты) . Люфт в системе автоматического регулировайия отсутствует и быстродействие электропривода максимальное.

При работе на низких скоростях двигателя с углами управления тиристорами инвертора (=О колебание напряжения на выходе инвертора 21 в двигательном и тормозном режимах незначительны: и переключения режимов работы выпрямителя 19 при отработке сигналов рассогласования в режиме поддержания заданной скорости не приводят к появлению бросков тока в обмотках якоря двигателя.

После возрастания скорости двигателя и переходе на естественную

1064412 Благодаря этому исключаются не,управляемые броски тока в быстродействующих электроприводах.

При переключениях режимов работы двигателя при холостом ходе имеется лишь одна временная задержка, длитель-5. ность которой ввиду ее малой величины недостаточна;для исключения бросков тока. Увеличение же ее приводит к затягиванию процессов переключения режимов работы под нагрузкой и ухуд- 10 щает динамические характеристики элек троп рив ода .

Обратное изменение начальных углов управления тиристоров выпрямителя до Ы»„= 120 эл. град. происходит при 15 снижении скорости двигателя в момент появления 0 на выходе блок 9 выбора коммутации и может. осуществлятьLa скачком, поскольку электропривод находится, в режиме торможения, и идет интенсивное уменьшение скорости.

Таким обраЗом, при переключении режимов работы устройства на высоких скоростях углы управления тиристорами выпрямителя вначале увеличиваются д5 до большого значения, что требуется для установившегося режима работы, а затем плавво уменьшаются до нужных значений. Благодаря этому выпрямленное напряжение на выходе выпрямителя также возрастает плавно, регулятор тока успевает отработать плавно изменяющиеся я сигналы и исключить б роск и тока в силовой цепи преобразователя частоты.

В области низких скоростей вращения, где входные сигналы малы, быстродействие устройства остается предельно возможным для данной структуры . системы автоматического регулирования, что повышает точность останова двигателя при позиционировании в металлорежущих станках, а также улучшает. чистоту обработки детали при сйловом резании в зоне малых скоростей вращения двигателя, где отработка возмущающих сигналов происходит медленно.

Таким образрм, изобретение позволяет повысить быстродействие и улучшить динамические харак теристики электропривода и может быть использо-. вано в быстродействующих вентильных электроприводах с асинхронным двигателем и преобразователем частоты со звеном постоянного тока.

1064412

Составитель A.Áàáàê

Тех ред Т.Фанта Корректор Ю.Макаренко

Редактор Н.Ковалева

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ,10355/56 Тираж 687 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

11.3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д .4/5