Електропривод змінного струму

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в пуско-регулирующих устройства х. Известен электропривод переменного тока, содержащий асинхронный электродвигатель, тиристорный регулятор напряжения в одной из фаз статорной обмотки электродвигателя, блок управления тиристорами регулятора напряжения, элемент сравнения, датчик тока, блок контроля состояния тиристоров регулятора напряжения, датчик обратной связи по ЭДС вращения электродвигателя, состоящий из блока выделения ЭДС, генератора синусоидальных колебаний, пикового детектора [1]. Это устройство для применения в пуско-регулирующих системах электропривода оказывается излишне усложненным, так не требуется обратная связь по скорости при выходе электродвигателя на естественную характеристику, а также возникают большие .трудности при определении и вводе начальных условий в генератор синусоидальных колебаний. Область применения этого устройства ограничения несимметричными тиристорными регуляторами напряжения для асинхронных к.з. электродвигателей с обмотками статора, соединенными в звезду с выведенным нулевым проводом, что характерно для электродвигателей общепромышленного исполнения. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является электропривод переменного тока, содержащий асинхронный электродвигатель, тиристорный регулятор напряжения, силовая часть которого состоит из включенных встречно-параллельно в каждую фазу статора электродвигателя двух тиристоров, электромеханический датчик скорости, последовательно соединенные блок системы управления тиристорами регулятора напряжения и элемент сравнения [2}. Однако это устройство имеет малую надежность из-за наличия электромеханического датчика скорости. Датчик устанавливается на валу электродвигателя и кабелем связывается с системой управления электроприводом. В условиях работы взрывоопасных производств, например горных машин в шахтах, применение таких датчиков снижает надежность работы электропривода и увеличивает расходы на обеспечение взрывобезопасности электрооборудования. В основу изобретения поставлена задача создать такой электропривод переменного тока на базе тиристорного регулятора напряжения, в котором новое выполнение датчика обратной связи по ЭДС вращения электродвигателя позволило бы упростить схемное решение системы управления электроприводом и за счет этого повысить надежность всего привода. Электропривод переменного тока содержит трехфазный асинхронный двигатель, первый тиристорный регулятор напряжения в первой фазе статорной обмотки электродвигателя, три полупроводниковых ключа с двумя входами и одним выходом, первый датчик состояния тиристоров первого тиристорного регулятора напряжения, пиковый детектор с двумя входами и одним выходом, генератор синусоидального напряжения и блок управления, своими двумя выводами подключенный к управляющим электродам тиристорного регулятора напряжения, элемент сравнения, вход которого соединен с выходом пикового детектора, первый вход которого присоединен к выходу генератора синусоидального напряжения, выход элемента сравнения соединен с входом блока управления. Для достижения требуемого технического результата в него введены второй и третий тиристорные регуляторы напряжения, второй и третий датчики состояния тиристоров, три блока формирования сигналов, переходный трансформатор напряжения, три диода, три регулируемых резистора, второй и третий тиристорные регуляторы включены соответственно во вторую и третью фазы статорной обмотки, три регулируемых резистора, одни выводы которых заземлены, а другие неподвижные выводы присоединены к соответствующим фазным выводам вторичной обмотки трехфазного трансформатора напряжения, общие выводы фаз вторичной обмотки которого заземлены, первые входы трех полупроводниковых ключей присоединены к анодам соответствующи х трех диодов, катоды которых присоединены к подвижным выводам соответствующи х регулируемых резисторов, вторые входы полупроводниковых ключей присоединены к выходам соответствующи х блоков формирования сигналов, входы которых присоединены к выходам соответствующи х датчиков состояния тиристоров, выходы полупроводниковых ключей объединены и присоединены ко второму входу пикового детектора, соответствующие выводы фаз первичной обмотки трехфазного трансформатора напряжения присоединены к соответствующим выводам фаз статорной обмотки электродвигателя. Кроме того, предложена схема блока формирования сигнала. Введенный в устройство формирователь входного сигнала датчика ЭДС позволяет выделять полезный сигнал без импульсных помех, благодаря чему сигнал напряжения, пропорциональный скорости вращения двигателя формируется без промежуточного преобразования напряжения ЭДС вращения в синусоидальную форму, что позволило значительно упростить схему устройства, исключив из нее генератор синусоидальных колебаний и элементы, обеспечивающие задание начальных условий и тем самым повысить общую надежность устройства. На фиг. 1 показана блок-схема электропривода переменного тока; на фиг. 2 - схема блока формирования сигнала; на фиг. 3 -диаграммы токов и напряжений в одной фазе; на фиг. 3а - ток фазы; на фиг. 3б напряжение на обмотке двигателя фазы; на фиг. 3в -напряжение на тиристорных элементах; на фиг. 3г выходные импульсы датчика состояния тиристоров; на фиг. 3д- напряжение на обмотке двигателя после выпрямления диодом; на фиг. 3е - преобразованный положительный импульс датчика состояния блока формирования сигнала; на фиг. 3ж -напряжение пропорциональное ЭДС вращения, которое пропускается ключом на вход пикового детектора. Электропривод переменного тока содержит трехфазный асинхронный электродвигатель 1, три тиристорных регулятора 2, 3, 4 напряжения, включенных в фазы электродвигателя 1, три полупроводниковых ключа 5, 6, 7, три датчика состояния 8, 9, 10, пиковый детектор 11, генератор 12 синусоидального напряжения, блок 13 управления, элемент 14 сравнения. Электропривод также содержит три блока 15, 16, 17 формирования сигнала, три диода 18, 19, 20, три регулируемых резистора 21, 22. 23, трехфазный трансформатор 24 напряжения. Каждые два выхода блока 13 управления подключены к управляющим электродам тиристоров тиристорных регуляторов 2, 3, 4 напряжения. Вход элемента 14 сравнения соединен с выходом пикового детектора 11, первый вход которого присоединен к выходу генератора 12 синусоидального напряжения, выход элемента 14 сравнения соединен с входом блока 13 управления. Одни неподвижные выводы регулируемых резисторов 21, 22, 23 заземлены, а другие - присоединены к соответствующим фазным выводам вторичной обмотки трехфазного трансформатора 24 напряжения, общие выводы фаз вторичной обмотки которого заземлены. Первые входы полупроводниковых ключей 5, б, 7 присоединены к анодам соответствующи х диодов 18,19, 20, катоды которых присоединены к подвижным выводам соответствующи х регулируемых резисторов 21, 22, 23. Вторые входы полупроводниковых ключей 5, 6, 7 присоединены к выходам соответствующи х блоков 15,16, Сформирования сигналов, входы которых присоединены к выходам соответствующи х датчиков 8, 9, 10 состояния тиристоров. Выходы полупроводниковых ключей 5, 6, 7 объединены и присоединены ко второму входу пикового детектора 11, соответствующие выводы фаз первичной обмотки трехфазного трансформатора 24 напряжения присоединены к соответствующим выводам фаз статорной обмотки электродвигателя 1. Каждый из блоков 15,16,17 формирования сигналов содержит компаратор 25, пороговый элемент 26, два инвертора 27,28, элемент 29 2И-НЕ, два резистора 30, 31, два конденсатора 32, 33. Одни выводы резистора 30 и конденсатора 32 соединены с выходом компаратора 25, входом порогового элемента 26 и одним входом элемента 29 2И-НЕ. Одни выводы резистора 31 и конденсатора 33 соединены с выходом порогового элемента 26 и входом первого инвертора 27, выход которого присоединен к другому входу элемента 29 2И-НЕ, выход которого соединен с входом второго инвертора, выход которого образует выход блоков 15, 16, 17, а вход компаратора 25 образует вход блоков 15, 16, 17. Другие выводы резисторов 30,31 подключены к шине источника питания. Другие выводы конденсаторов 32, 33 заземлены. Устройство работает следующим образом В период плавного пуска электродвигателя 1 тиристоры тиристорных регуляторов 2, 3, 4 плавно открываются и на выходах датчиков 8, 9, 10 состояния появляются сигналы логической единицы, соответствующие закрытому состоянию тиристоров. Далее логические сигналы через блоки 15,16,17 формирования сигналов поступают на управляющие входы полупроводниковых ключей 5, 6,7, замыкая последние. Блоки 15, 16, 17 задерживают и укорачивают импульс с датчиков 8, 9, 10 состояния на время переходных процессов в моменты включения и выключения тиристоров и ключи 5, 6, 7 не пропускают на вход пикового детектора 11 пики коммутационных перенапряжений. Полупроводниковые ключи 5, 6, 7 пропускают из фазного напряжения статора полезный сигнал, пропорциональный ЭДС вращения электродвигателя. ЭДС вращения с резисторов 21, 22, 23 через диоды 18, 19, 20 поступают на полупроводниковые ключи 5, 6, 7, а с них на вход пикового детектора 11. На другой вход пикового детектора 11 подаются от генератора 12 короткие положительные импульсы. На вход пикового детектора 11 поступает преобразованная ЭДС вращения в интервалы времени, когда тиристоры не проводят ток. На этом интервале ЭДС изменяется, принимая минимальное и максимальное значение. Пиковый детектор 11 запоминает ее максимальное значение на время, определяемое периодом следования обнуляющих детектор импульсов. Частота генератора 12 выбрана меньше, чем частота поступления на вход пикового детектора 11 значений ЭДС вращения в бестоковые паузы тиристоров от всех трех фаз. Таким образом, на вход пикового детектора 11 поступают значения ЭДС вращения, определенные в бестоковую паузу, причем паузы эти сдвинуты о тносительно друг др уга на 3-фазной сети 50 Гц на 120 эл.град. Частота генератора 12 выбрана равной 100 Гц. На выходе пикового детектора 11 получаем максимальное значение ЭДС вращения на интервале 10 мс, затем пиковый детектор 11 обнуляется коротким импульсом генератора 12, пиковый детектор 11 запоминает новое значение ЭДС и хранит его в течение 10 мс и далее цикл обнуление-хранение повторяется. Таким образом пиковый детектор 11 фиксирует максимальное значение ЭДС вращения на отрезке времени равном 10 мс и подает его на вход элемента 14 сравнения, где оно алгебраически суммируется с сигналом задания и поступает на вход блока управления 13, сдвигающей соответствующим образом управляющие импульсы тиристоров относительно синусоиды напряжения сети, регулируя напряжение на двигателе. Блоки 15, 16,17 формирователя работают следующим образом. Импульс с уровнем логической единицы (фиг. 2) с датчика состояния тиристоров одной из фаз регулятора поступает на вход компаратора 25, начинается заряд конденсатора 32 через резистор 30. Когда напряжение на конденсаторе 32 достигает величины порога срабатывания порогового элемента 5, начинается заряд конденсатора 33 через резистор 31 и напряжение на конденсаторе 33 достигает величины порога срабатывания инвертора 27. На выходе инвертора 27 сигнал с конденсатора 33 инвертируется и поступает на второй вход элемента 29 2И-НЕ, на первый вход которого поступает сигнал с конденсатора 32. Выходной сигнал элемента 29 2И-НЕ инвертируется инвертором 28, на выходе которого образуется сигнал логической единицы. Сигнал сформирован на средней части входного импульса. Ширина импульса зависит от соотношения постоянных интегрирующи х цепочек - резисторов 30, конденсатор 32 и резистор 31, конденсатор 33. Можно рассмотреть работу предлагаемого устройства на примере одной фазы. Кривые диаграмм для всех фаз Ά, В, С аналогичны, но сдвинуты соответственно между собой на 120 эл.град. В интервалах времени (1)-(2), (3)-(4)(фиг. 3) тиристоры в фазе выключены и на кривой тока (фиг. 2а) видны разрывы. В интервалах (2)-(3), (4)-(1) тиристоры проводят ток. На фиг. 36 в кривой напряжения на обмотке двигателя в интервалах (1)-(2), (3)-(4) видна огибающая напряжения (ЭДС вращения) с амплитудой меньшей, чем сетевое. Эта ЭДС наводится на отключенной фазе двигателя магнитным потоком, вызванным током ротора и ее амплитуда пропорциональна скорости вращения ротора. Напряжение на тиристорах (фиг. 3в) вызывает срабатывание датчиков 8, 9, 10 состояния тиристоров. На выходе датчика состояния 8 в непроводящий для тиристоров момент времени (интервалы 1-2, 3-4 на фиг. 3) формируются положительные импульсы логической единицы, показанные на фиг. 3г. Выходной импульс с датчика 8 состояния через блок 17 формирования сигнала поступает в управляющую цепь полупроводниковогоключа 7. Диод 20 пропускает на полупроводниковый ключ 7 только положительную полуволну ЭДС как показано на фиг. 3д. На фиг. 3с показан преобразованный положительный импульс. На выходе блока 17 формирования сигнала образуется импульс с задержкой по отношению к импульсу с выхода датчика 8 на время от начала импульса (фиг. 3г) до п унктирной линии и заканчивающийся раньше на время от пунктирной линии до конца импульса. Это позволяет включить полупроводниковый ключ 7 выходным импульсом с блока 17 после прекращения переходного процесса при отключении тиристоров и выключать его раньше, чем начнется следующий переходный процесс. На фиг. 3ж показана ЭДС вращения, выделенная из положительной полуволны фазного напряжения. Эта ЭДС вращения подается на вход пикового детектора 11. Из фиг. 3ж видно, что из ЭДС устранены выбросы, вызванные переходными процессами при коммутации тиристоров. При работеэлектропривода разгон двигателя при номинальной нагрузке происходит почти линейно во времени и время разгона не зависит от нагруженности электродвигателя. Данная схем выделения ЭДС вращения отличается большей надежностью, так как в ней отсутствуют дифференцирующие цепи и элемент, моделирующий ЭДС вращения. Это позволяет использовать данное изобретение во взрывозащищенном электроприводе с повышенной степенью надежности.