Патент ссср 436426

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (>i) 436426

Союз Советски

Социалистических

Республик (61) Зависимое от авт. свидетельства 375745 (22) Заявлено 22.06.70 (21) 1443331/24-7 с присоединением заявки № (32) Приоритет

Опубликовано 15.07.74. Бюллетень № 26

Дата опубликования описания 23.12,74 (51) М. Кл. Н 02р 7 64

Государственный комитет

Совета Миниотров СССР па делам изооретений и открытий (53) УДК 621.316.718.5. .076.25-83 (088.8) (72) Авторы изобретения

И. М. Штейн, E. Д. Шапиро и В. М, Добровольский

Государственный проектный институт «Тяжпромэлектропроект> (71) Заявитель (54) ЧАСТОТНОУПРАВЛЯЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД

Известен частотноуправляемый электропривод по основному авт. св. № 375745, в котором в каждую из фаз двигателя переменного тока включен повышающий частоту сети, работающий в режиме модуляции с дальнейшей демодуляцией при помощи диодов магнитный усилитель.

В известном электроприводе два выхода магнитного усилителя соединены последовательно с двумя поочередно работающими тиристорными ключами, а обмотка одной фазы двигателя включена между общей точкой двух выходов усилителя и общей точкой двух тиристорных ключей.

При этом в электроприводе использован узел рекуперации энергии, собранный на мостовом выпрямителе, вход которого лодключен параллельно обмотке одной фазы двигателя, а выход в к узлу рекуперации, выполненному на ведомом сетью инверторе.

В известном электроприводе осуществляется принудительная коммутация тиристоров с помощью трехобмоточных дросселей насыщения с подмагничиванием и конденсаторов.

Этот узел не обеспечивает коммутации при подаче напряжения на тиристоры в виде синусоидальных полуволн, предел изменения частот также мал.

Предлагаемый электропривод отличается от известных тем, что в нем узел принудительной коммутации тиристора собран на многообмоточном дросселе с подмагничиванием, выпрямителе, резисторах, блокирующих диодах и конденсаторе, подключенном к выходу выпря5 мителя через блокирующий диод и ограничительный резистор, а также к тиристору через резистор и рабочую обмотку дросселя, параллельно которой включена цепочка из последовательно соединенных диода и резистора.

10 Такое выполнение электропривода обеспечивает коммутацию тиристоров как при работе с синусоидальными полуволнами, так и с постоянным напряжением, значительно увеличивает диапазон изменения частот (1: 100 п, где

15 и — целое число от 1 до 10), предотвращает самовозбуждение двигателей при работе на верхних частотах.

На фиг. 1 изображена схема одной фазы устройства коммутации предлагаемого элек20 тропривода; на фиг. 2 — кривая намагничивания коммутирующего дросселя.

На четырех тороидальных или П-образных магнитопроводах 1 — 4 расположены обмотки

5 — 8, включенные попарно-встречно. Перемен25 ное напряжение на обмотках 7 и 8 должно быть сдвинуто на 90 относительно напряжения на обмотках 5 и 6. При питании от трехфазной сети, для получения сдвига в 90 сетевые обмотки могут быть включены по схеме

30 Скотта.

436426

Выход однотактного магнитного усилителя на удвоенной частоте образуется четырьмя вторичными обмотками 9 — 12, включенными попарно-последовательно (пары включены последовательно-встречно чо отношению друг к 5 другу) и двумя диодами (вентилями) 13 и 14, включенными по схеме со средней точкой.

Управляющие обмотки 15 — 18 включены последовательно и получают питание от многофазного источника задающей частоты 19 че- 10 рез блокирующий диод (вентиль) 20. В источнике задающей частоты изменяется в широких пределах амплитуда и частота переменного напряжения для обеспечения необходимого закона изменения напряжения в зависимости 15 от частоты и нагрузки двигателя.

Второй магнитный усилитель с выходом на удвоенной частоте выполнен на сердечниках

21 — 24. Сетевые обмотки 25 — 28 и вторичные обмотки 29 — 32 с вентилями 33 и 34 выполне- 20 ны и соединены аналогично соответствующим обмоткам первого магнитного усилителя.

Управляющие обмотки 35 — 38 второго магнитного усилителя 38 включены на источник задающей частоты 19 через вентиль 39, поляр- 25 ность которого противоположна полярности вентиля 20. Кроме того, если у первого усилителя к вентилю 20 подходит начало обмотки

15, то у второго усилителя к вентилю 39 подходит конец обмотки 35. При таком соедине- 50 нии в один полупериод задающей частоты ток протекает через управляющие обмотки

15 — 18, а в другой полупериод — через управляющие обмотки 35 — 38. Резисторы 40 и 41 служат для уменьшения постоянной времени 55 этих обмоток.

При питании обмоток управления полуволнами задающего напряжения на выходе пар вторичных обмоток 9 — 10, 11 — 12, 29 — 30 и

31 — 32 появляется переменное напряжение 40 удвоенной частоты относительно частоты питающей сети, модулированное по амплитуде.

Например, если сетевые обмотки 5 — 6 и 7 — 8 получают питание от сети переменного тока с частотой 50 Гц, то на выходе пар вторичных 45 обмоток 9 10 и 11 — 12 появляется, переменное напряжение с частотой 100 Гц, .модулированное по амплитуде в соответствии с полуволной синусоиды напряжения источника задающей частоты. 50

Включение управляющих обмоток через вентили с изменением полярности вентилей и управляющих обмоток второго усилителя относительно первого вызывает поочередное появление на парах выходных обмоток пакета 55 модулированных по амплитуде синусоид удвоенной частоты, огибающие которых (сверху и снизу) являются полуволнами синусоиды задающей частоты.

После двухполупериодного вы прямления по- 60 средством вентилей 13, 14 и ЗЗ, 34, осуществляющих выпрямление модулированных колебаний по двухполупериодной схеме выпрямления со средней точкой, на выходах 42 — 43 и

43 — 44 магнитных усилителей появляется па- 65 кет модулированных по амплитуде синусоидальных однополярных полуволн учетверенной по отношению к сети частоты, огибающая которых также является синусоидальной униполярной полуволной более низкой задающей частоты.

Вентили 13, 14 и 33, 34 не только осуществляют выпрямление модулированных колебаний, т. е. демодуляцию, но также создают внутреннюю положительную обратную связь в тот полупериод задающей частоты, когда действует данный усилитель, т. е. протекает ток через управляющую обмотку. В эти моменты направление тока через обмотку управления и вторичные обмотки усилителей совпадают. Следовательно, на выходах магнитных усилителей униполярные полуволны напряжения задающей частоты появляются поочередно, т. е. в тот полупериод, когда появляется полуволна напряжения на выходе 42 — 43, на выходе 43 — 44 напряжение равно нулю и наоборотт.

Таким образом, из однополярного пакета модулированных полуволн учетверенной по отношению к сети частоты формируются однополярные синусоидальные полуволны выходного напряжения более низкой задающей частоты, перемежающиеся с паузами. Для превращения однополярных полуволн в переменное напряжение обмотка 45 одной фазы двигателя включена между средней точкой 43 двух выходов 42 — 43 и 43 — 44 и средней точкой 46 устройства принудительной коммутации 47. Это устройство состоит из двух тиристорных ключей (тиристоров) 48 и 49 и коммутирующего дросселя 50. Коммутирующий дроссель выполнен на сердечнике ППГ 51, на котором расположены две коммутирующими обмотки 52 и 53 и обмотка подмагничивания

54. В связи с тем, что на выходах 42 — 43 и

43 — 44 напряжение появляется поочередно и имеет форму синусоидальных полуволн, заряд коммутирующих конденсаторов от выходов магнитных усилителей-удвоителей исключается. В предлагаемом устройстве заряд коммутирующих конденсаторов 55 и 56 осуществляется от вопомотательных источников 57 и

58 постоянного тока через блокирующие диоды 59 и 60 и ограничительные резисторы 61 и 62. На управляющие электроды 63 и 64 тиристоров 48 и 49 подаются отпирающие импульсы, При очередной подаче отпирающего импульса на управляющий электрод одного из тиристоров, например на управляющий электрод 63 тиристора 48, происходит разряд конденсатора 55 через коммутирующую обмотку

52, тиристор 48 и балластный резистор 65, в результате чего происходит гашение ранее включенного тиристора 49, так как напряжение, наводимое в коммутирующей обмотке 53, при разряде конденсатора 55 через обмотку

52 является отрицательным относительно тиристора 49. После гашения тиристора 49 начинается заряд конденсатора 56 от источника постоянного тока 58 через резистор 62 и бло436426 гасящим обмоткам дросселей подключены разрядные резисторы 70 и 71 через блокирую-. щие диоды 72 и 73.

Предлагаемое изобретение дает возможность осуществлять принудительную комму55 тацию в известном частотно-управляемом электроприводе, т. е. в электроприводе, на выходах которого имеются однополярные синусоидальные полуволны, перемежающиеся с паузами, а не постоянное напряжение.

Устройство дает возможность производить

60"

65 5 кирующий диод 60. Ток через нагрузку (обмотку 45) в это время протекает через тиристор 48 и обмотку 52 от точки 46 к точке 43, т. е. протекает в нагрузке 45 справа налево.

Когда напряжение на выходе 42 — 43 стано- 5 вится равным нулю, логическая схема подает очередной импульс на управляющий электрод

64 тиристора 49, в результате чего включается тиристор 49 и выключается тиристор 48.

В этом случае нагрузка получает питание от 10 выхода 43 — 44, и ток через нагрузку течет от точки 43 к точке 46, т. е. слева направо, а разряд коммутирующего конденсатора происходит через коммутирующую обмотку 53, тиристор 49 и балластный резистор 66. 15

Таким образом, при каждом очередном включении тиристорного ключа происходит гашение ранее работавшего ключа и изменение направления тока в нагрузке.

Роль цепи подмагничивания коммутирую- 20 щего дросселя объясняется кривой намагничивания, изображенной на фиг. 2.

В цепь обмотки подмагничивания включен линейный дроссель 67 с воздушным зазором, реостат 68 и дополнительнь1й источник по- 25 стоянного тока 69. Ампервитки обмотки подмагничивания выбирают с таким расчетом, чтобы ампервитки рабочей обмотки, определяемые током нагрузки, были меньше ампервитков обмотки подмагничивания. Поэтому 30 при самом большом рабочем токе магнитопровод находится в насыщенном состоянии и коммутирующая обмотка представляет собой малое индуктивное сопротивление. При разрядке коммутирующего конденсатора через коммутирующую обмотку, ток, протекающий через эту обмотку, возрастает, и значение индукции из точки а переходит в точку в, индуктивное сопротивление коммутирующей обмотки возрастает, в результате чего ток разряда 40 не может превысить определенного предела.

Для того, чтобы ограничить ток, который может возникнуть оТ э.д.с., наводимой в оомотке подмагничивания 54, при очередном разряде конденсатора 55 или 56 в цепи подмагничива- 4> ния включен линейный дроссель 67, в магнитопроводе которого имеется воздушный зазор.

Индуктивность этой обмотки выбрана так, чтобы она в несколько раз превышала индуктивность обмотки 52 или 53, приведенную к контуру подмагничивания.

Для того, чтобы, перевести магнитную характеристику из точки в в точку а (фиг. 2) после очередного гашения тиристора, параллельно коммутацию при очень малых частотах задающего напряжения и, следовательно, при малых амплитудах синусоидальных полуволн на выходах 42, 43 и 43, 44, так как зарядка конденсаторов 55 и 56 происходит от отдельных источников, напряжение которых остается неизменным. Постоянная времени RC-контура, состоящего из ограничивающего резистора, например 61, и конденсатора 55, должна быть выбрана с таким расчетом, чтобы она была меньше полупериода наивысшей задающей частоты. Энергия, запасаемая конденсатором, при каждом заряде должна быть достаточной для принудительной коммутации тока, протекающего через тиристорные ключи в момент коммутации. При низком coscp нагрузки запас энергии конденсатора должен быть больше, так как ток в момент прохождения напряжения через нуль в этом случае будет больше. Преимущество постоянства напряжения источников 57 и 58 заключается также в том, что емкость конденсаторов значительно уменьшается, так как запас энергии в конденсаторе пропорционален емкости и квадрату напряжения, уменьшение емкости конденсатора дает возможность предотвратить самовозбуждение двигателя на верхних пределах частоты.

Для осуществления рекуперативного торможения двигателя и отдачи реактивной мощности применяется однофазный мост, состоящий из диодов 74 — 77.

Вход моста подключен параллельно нагрузке, т. е. к обмоткам одной фазы двигателя 45, а выход — к шинам рекуперативного торможения 78.

К шинам рекуперативного торможения подключены выходы 79 и 80 выпрямительных мостов других фаз двигателя. Шины рекуперативного торможения подключены к преобразователю 81, в качестве которого может применяться тиристорный инвертор, ведомый сетью, или машинный преобразователь постоянного тока в переменный, например двигатель постоянного тока, приводящий трехфазный генератор переменного тока. Выходы

82 и 83 источника задающей частоты 19 подключены к обмоткам управления магHIITFIblx усилителей других фаз.

Предмет изобретения

Частотноуправляемый электропривод по авт. св. М 375745, отл и ч а ю щи йся тем, что, с целью увеличения глубины регулирования и повышения устойчивости, узел принудительной коммутации тиристора собран на многообмоточном дросселе с подмагничиванием, выпрямителе, резисторах, блокирующих диодах и конденсаторе, подключенном к выходу выпрямителя через блокирующий диод и ограничительный резистор, а также к тиристору через резистор и рабочую обмотку дросселя, параллельно которой включена цепочка из последовательно соединенных диода и резистора.

436426.у у

Фие,".

Составитель Б. Минц

Техред Т. Курилко

Корректор В. Кочкарева

Редактор И. Шубина

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 3440/13 Изд, № 1843 Тираж 722 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, 5К-35, Раушская наб., д. 4/5