SU375745A1

SU375745A1 - FREQUENCY-CONTROLLED ELECTRIC DRIVE

Info

Publication number: SU375745A1
Application number: SU1402367A
Authority: SU
Inventors: А. П. Хечум А. С. Ратников Е. Д. Шапиро В. М. Добровольский витель И. М. Штейн
Original assignee: Государственный проектный институт жпромэлектропроект
Priority date: 1970-02-17
Filing date: 1970-02-17
Publication date: 1973-03-23

Description

1one

Предлагаемый частотно-управл емый электропривод относитс к приводам с широким диапазоном регулировани скорости, в котором магнитный усилитель каждой фазы однотактный , трансформаторного типа, с выходом на удвоенной частоте. Каждый из выходов усилител образован четырьм обмотками магнитного усилител , расположенными на четырех отдельных сердечниках и включенными попарно-последовательно, а пары-встречно-последовательно , и двум диодами-демодул торами , включенными по схеме со средней точкой. Выходы усилител вместе с полуобмотками одной фазы двигател образуют мост, в каждую диагональ которого включены поочередно работающие в ключевом режиме тиристоры. Дл этого обмотки каждой фазы двигател должны быть разделены на две полуобмотки. В некоторых случа х такое разделение обмоток нежелательно.The proposed frequency-controlled electric drive relates to drives with a wide range of speed control, in which a magnetic amplifier of each phase is single-ended, of a transformer type, with an output at twice the frequency. Each of the amplifier outputs is formed by four windings of a magnetic amplifier, located on four separate cores and connected in pairs-series, and pair-on-counter-series, and two demodulator diodes connected according to the midpoint circuit. The amplifier outputs together with the semi-windings of one motor phase form a bridge, in each diagonal of which the thyristors, alternately operating in key mode, are switched. For this, the windings of each motor phase must be divided into two half windings. In some cases, this separation of windings is undesirable.

Кроме того, дл отдачи реактивной и активной мощности, приходитс включать однофазные двухполупериодные выпр мители параллельно и при этом дл правильного разделени нагрузки выпр мителей необходимо устанавливать электромагнитные делители тока.In addition, in order to deliver reactive and active power, one-phase full-wave rectifiers must be turned on in parallel, and at the same time, electromagnetic current dividers must be installed to properly distribute the rectifier load.

Цель изобретени - применение стандартных двигателей и повышение к.п.д. устройства .The purpose of the invention is the use of standard engines and increased efficiency. devices.

Цель достигаетс тем, что два выхода магнитных усилителей удвоенной частоты включены последовательно с двум поочередно работающими тиристорными ключами, а обмотка одной фазы двигател включена между общей точкой двух выходов усилител и общей точкой двух тиристорных ключей.The goal is achieved by the fact that two outputs of double-frequency magnetic amplifiers are connected in series with two alternating thyristor switches, and the winding of one motor phase is connected between the common point of the two outputs of the amplifier and the common point of two thyristor switches.

Кроме того, дл рекуперации энергии в сеть, использован собранный по мостовой схеме выпр митель, вход которого подключен параллельно обмотке одной фазы двигател , а выход выпр мител подсоединен к узлу рекуперации , выполненному на инверторе, ведомом сетью.In addition, for recovery of energy into the network, a rectifier assembled according to the bridge circuit is used, the input of which is connected in parallel to the winding of one motor phase, and the rectifier output is connected to the recovery unit performed on the inverter driven by the network.

На фиг. 1 изображена принципиальна схема питани одной фазы двигател с раздельными магнитными усилител ми; на фиг. 2 изображены изменени напр жени в зависимости от времени в различных част х схемы; на фиг. 3 изображена принципиальна схема питани одной фазы двигател с двум выходами одного усилител . На четырех тороидальных или П-образныхFIG. 1 shows a schematic diagram of the power supply of a single motor phase with separate magnetic amplifiers; in fig. Figure 2 shows voltage variations as a function of time in different parts of the circuit; in fig. Figure 3 shows a schematic diagram of the power supply of a single motor phase with two outputs of one amplifier. On four toroidal or U-shaped

магнитопроводах 1-4 расположены сетевые обмотки 5-8, включенные попарно-встречно. Переменное напр жение на обмотках 7 и 8 должно быть сдвинуто на 90° относительно напр жени щ обмотках 5 и 6. При питанииmagnetic circuits 1-4 are network windings 5-8, included in pairs and counter. The alternating voltage on the windings 7 and 8 must be shifted by 90 ° relative to the voltage of the u windings 5 and 6. When powered

от трехфазной сети, дл получени сдвига вfrom a three-phase network to obtain a shift in

90° сетевые обмотки могут быть включены по схеме Скотта.90 ° power windings can be included in the Scott circuit.

Выход однотактного магнитного усилител на удвоенной частоте осуществл етс посредством четырех вторичных обмоток 9-12, включенных попарно-последовательно, а пары - последовательно-встречно, и двух диодов 13 и 14, включенных по схеме со средней точкой.The output of the single-ended magnetic amplifier at the double frequency is carried out by four secondary windings 9-12, connected in pairs-series, and the pairs - in series-counter, and two diodes 13 and 14, connected according to the circuit with a midpoint.

Управл ющие обмотки 15-18 включены последовательно и получают питание от многофазного источника задающей частоты 19 через блокирующий диод 20. Частота источника задающей частоты может измен тьс в широких пределах. Также измен етс амплитуда переменного напр жени на выходе источника 19, чем обеспечиваетс закон изменени напр жени в зависимости от частоты и нагрузки двигател .The control windings 15-18 are connected in series and receive power from a multi-phase source of reference frequency 19 through the blocking diode 20. The frequency of the source of reference frequency can vary within wide limits. The amplitude of the alternating voltage at the output of the source 19 is also changed, which ensures the law of voltage variation depending on the frequency and load of the engine.

Второй магнитный усилитель с выходом на удвоенной частоте выполнен на сердечниках 21-24. The second magnetic amplifier with output at double frequency is made on the cores 21-24.

Сетевые обмотки 25-28 и вторичные обмотки 29-32 с вентил ми 33 и 34 выполнены и соединены аналогично соответствующим обмоткам первого магнитного усилител .Network windings 25-28 and secondary windings 29-32 with valves 33 and 34 are made and connected similarly to the corresponding windings of the first magnetic amplifier.

Управл ющие обмотки второго магнитного усилител 35-38 включены на источник задающей частоты 19 через вентиль 39, пол рность которого противоположна пол рности вентил 20. Кроме того, если у оервого усилител к вентилю 20 подходит начало обмотки 15, то у второго усилител к вентилю 39 подходит конец обмотки 35. При таком соединении в один полупериод задающей частоты ток протекает через управл ющие обмотки 15-18, а в другой полупериод - через управл ющие обмотки 35-38.The control windings of the second magnetic amplifier 35-38 are connected to the source of frequency 19 through the valve 39, the polarity of which is opposite to the polarity of the valve 20. In addition, if the beginning of the winding 15 to the valve 20 is suitable for the second amplifier, then the second amplifier has the valve 39 the end of the winding 35 approaches. With such a connection, in one half-cycle of the master frequency, the current flows through the control windings 15-18, and in the other half-period - through the control windings 35-38.

При питании обмоток управлени полуволнами задающего напр жени на выходе пар вторичных обмоток Я 10, 11, 12, 29, 30 и 31, 32 по вл етс модулированное по амплитуде переменное напр жение частоты, удвоенной отсительно частоты питающей сети.When powering the control windings of the half-waves of the driving voltage at the output of the pairs of the secondary windings I 10, 11, 12, 29, 30 and 31, 32, an amplitude-modulated alternating voltage of the frequency doubled with the frequency of the supply network appears.

Папример, если сетевые обмотки 5, 5 и 7, S получают питание от сети переменного тока с частотой 50 гц, то на выходе пар вторичных обмоток 9, 10 и и, 12 по вл етс переменное напр жение с частотой 100 гц, модулированное по амплитуде в соответствии с полуволной синусоиды напр жени источника задающей частоты.For example, if the power windings 5, 5 and 7, S are powered from an AC network with a frequency of 50 Hz, then the output of the pairs of secondary windings 9, 10 and, 12 is an alternating voltage with a frequency of 100 Hz, modulated in amplitude in accordance with the half-wave sinusoid voltage of the source of the driving frequency.

Включение управл ющих обмоток через вентили с изменением пол рности вентилей и управл ющих обмоток второго усилител относительно первого вызывает поочередно по вление на парах обмоток пакета модулированных по амплитуде синусоид удвоенной частоты , огибающие которых (сверху и снизу) вл ютс полуволнами синусоиды задающей частоты .Turning on the control windings through the valves with the polarity of the valves and the control windings of the second amplifier relative to the first causes alternately the appearance of double-amplitude modulated sinusoidal amplitude modulated waveforms on the windings of the pairs, the envelopes of which (top and bottom) are half-waves of the frequency sine wave.

После двухполупериодного выпр млени посредством вентилей 13, 14 и 33, 34, осуществл ющих выпр мление модулированных колебаний по двухполупериодной схеме выпр млени со средней точкой, на выходах магнитных усилителей 40, 41 и 41, 42 по вл етс пакет модулированных по амплитуде синусоидальных полуволн учетверенной частоты, огибающа которых также вл етс полуволной задающей частоты.After full-wave rectification by gates 13, 14 and 33, 34, which rectify the modulated oscillations in a full-wave rectification circuit with a midpoint, the output of the magnetic amplifiers 40, 41 and 41, 42 shows an amplitude-modulated sinusoidal half-wave modulated output. frequencies whose envelope is also the half-wave of the master frequency.

Вентили 13, 14 и 33, 34 не только осуществл ют выпр мление модулированных колебаний (демодул цию), но также создают внутреннюю положительную обратную св зь в тот полупериод задающей частоты, когда действует данный усилитель, т. е. ток протекает через его управл ющую обмотку. В эти моменты направление тока через обмотку управлени и вторичные обмотки усилителей совпадают . Таким образом, на выходах магнитных усилителей полуволны напр жени по вл ютс поочередно, т. е. в тот полупериод, когда по вл етс полуволна напр жени на выходеValves 13, 14 and 33, 34 not only carry out the rectification of the modulated oscillations (demodulation), but also create an internal positive feedback in the half-cycle of the master frequency when this amplifier operates, i.e., the current flows through its control winding. At these moments, the direction of the current through the control winding and the secondary windings of the amplifiers coincide. Thus, at the outputs of the magnetic amplifiers, the half-wave voltage appears alternately, i.e. in the half-period when the half-wave voltage appears at the output

40-41, на выходе 41-42 напр жение равно нулю и наоборот.40-41, at output 41-42, the voltage is zero and vice versa.

Крива а фиг. 2 изображает кривую напр жени UK на выходе задающего генератора 19. Крива б изображает модулированное напр жение удвоенной частоты f/g-io, возникающее на зажимах пары вторичных катушек 9- 10. Огибающие модулированного напр жени изображены пунктиром. Крива в изображает модулированное напр жение t/n-ia на зажимах пары вторичных катушек //-12. Это модулированное напр жение вл етс зеркальным отображением кривой 6, т. е. в любой момент времени эти напр жени равны по амплитуде и противоположны по знаку.Curve and FIG. Figure 2 shows the voltage curve UK at the output of the master oscillator 19. Curve b depicts the modulated voltage of double frequency f / g-io appearing at the terminals of a pair of secondary coils 9-10. The bend of the modulated voltage is depicted by a dotted line. The curve in represents the modulated voltage t / n-ia at the terminals of a pair of secondary coils // - 12. This modulated voltage is a mirror image of curve 6, i.e., at any given time, these voltages are equal in amplitude and opposite in sign.

Кривые г и (3 изображают модулированные напр жени и С/з1-з2, которые возникают соответственно на зажимах пар вторичных катушек 29-30 и 31-32.Curves r and (3 depict modulated voltages and C / 3-1-2, which appear respectively at the terminals of the pairs of secondary coils 29-30 and 31-32.

Кривые е и ж изображают соответственноCurves e and g represent respectively

напр жени 6/40-41 и возникающие на выходах 40-41 и 41-42, т. е. модулированное напр жение после выпр млени (демодул ции ) . Огибающа однопол рного пакета модулированных полуволн учетверенной частотыvoltages 6 / 40-41 and arising at outputs 40-41 and 41-42, i.e., modulated voltage after rectification (demodulation). Envelope of unipolar modulated half-wave packet of quadruple frequency

изображена пунктиром.depicted by the dotted line.

Таким образом из однопол рного пакета модулированных полуволн учетверенной частоты формируетс однопол рна полуволнаIn this way, a single-half half-wave is formed from a single-pole package of modulated half-waves of the quadruple frequency.

выходного напр жени . Дл превращени однопол рных полуволн в переменное напр жение , обмотка одной фазы двигател 43 (см. фиг. 1) включена между общей точкой двух выходов 40-41 и 41-42 и общей точкой 44output voltage To transform unipolar half-waves into alternating voltage, the winding of one phase of the motor 43 (see Fig. 1) is connected between the common point of the two outputs 40-41 and 41-42 and the common point 44

соединени двух тиристорных ключей 45 и 46. Ключи 45 и 46 включаютс поочередно посредством логической схемы 47, котора воздействует на включение тиристорных ключей. Включение очередного тиристорного ключаconnections of two thyristor switches 45 and 46. Keys 45 and 46 are alternately turned on by means of logic circuit 47, which affects the activation of the thyristor keys. Turn on the next thyristor key

происходит в те периоды, когда работает данный магнитный усилитель, т. е. на его выходе по вл етс одпопол рна полуволна. Например , если на выходе 40-41 по вл етс однопол рна полуволна (крива е фиг. 2), тоIt occurs during those periods when this magnetic amplifier is working, i.e., at its output, a unipolar half-wave appears. For example, if a unipolar half wave appears at exit 40-41 (curve e of fig. 2), then

включаетс тиристорный ключ 45.the thyristor switch 45 is turned on.

Включение тиристорного ключа 46 происходит в то врем , когда на выходе 41-42 по вл етс однопол рна полуволна. При включении тиристорного ключа 45 точка 44 получает положительный потенциал, т. е. ток по нагрузке 43 протекает справа налево. При включении ключа 46 положительный потенциал получает точка 41 и ток по нагрузке течет слева направо. Если нагрузка чисто активна , напр жение на зажимах нагрузки /741-44 имеет вид изображенный на кривой з (фиг. 2). Наличие индуктивности в фазах двигател и наличие сглаживающей емкости 48 приводит к сглаживанию пульсаций в кривой напр жени t/4i-44 и она получает вид, изображенный на кривой и (фиг. 2).Turning on of the thyristor switch 46 occurs at the time when the unipolar half-wave appears at the output 41-42. When the thyristor switch 45 is turned on, the point 44 receives a positive potential, i.e. the current through the load 43 flows from right to left. When the key 46 is turned on, the positive potential receives point 41 and the load current flows from left to right. If the load is purely active, the voltage at the load clamps / 741-44 has the form shown in curve 3 (Fig. 2). The presence of inductance in the phases of the engine and the presence of a smoothing capacitance 48 leads to the smoothing of the pulsations in the voltage curve t / 4i-44 and it gets the form shown in the curve and (Fig. 2).

Крива к показывает диаграмму замкнутого состо ни тиристорного ключа 45, а крива л - диаграмму замднутого состо ни тиристорного ключа 46. Замкнутое состо ние ключа изображено зачерненным пр моугольником . Как отмечалось выше, включение ключей осуществл етс посредством логической схемы 47, воздействующей на управл ющие электроды тиристорных ключей всех фаз двигател .Curve k shows the closed state diagram of the thyristor key 45, and curve L shows the closed state diagram of the thyristor key 46. The closed state of the key is depicted by a black box. As noted above, the activation of the keys is carried out by means of a logic circuit 47 acting on the control electrodes of the thyristor keys of all phases of the motor.

Логическа схема получает сигналы от датчиков напр жени 49 и 50. Однопол рные полуволны напр жени после формировани попадают на систему триггеров и схем совпадени , управл ющих системой поочередного включени тиристорных ключей всех фаз двигател .The logic circuit receives signals from voltage sensors 49 and 50. Unipolar voltage half-waves, after being formed, fall on a system of triggers and coincidence circuits that control the system for alternately switching on the thyristor switches of all phases of the motor.

Выключение тиристорных ключей производитс посредством устройства принудительной коммутации 51. Момент выключени тиристорных ключей совпадает с окончанием унипол рных импульсов изображенных на кривых е и ж фиг. 2.The switching off of the thyristor switches is carried out by means of a forced switching device 51. The moment of turning off the thyristor switches coincides with the end of the unipolar pulses shown on curves e and f of FIG. 2

Дл осуществлени рекуперативного торможени двигател и отдачи реактивной мощности примен етс однофазный выпр мительный мост, состо щий из диодов 52-55.A single-phase rectifying bridge consisting of diodes 52-55 is used to effect regenerative engine braking and reactive power output.

Вход моста подключен параллельно к обмоткам одной фазы двигател 43, а выход - к шинам рекуперативного торможени 56. К шинам рекуперативного торможени подключены выходы 57 и 58 выпр мительных мостов других фаз двигател . Шины рекуперативного торможени подключены к преобразователю 59, в качестве которого может примен тьс тиристорный инвертор, ведомый сетью, или машинный преобразователь посто нного тока в переменный, например двигатель посто нного то.ка, привод щий в действие трехфазный генератор переменного тока или одно корный преобразователь. Напр жение на шинах рекуперации 56 должно быть несколько выше максимального напр жени на обмотке 43 при двигательном режиме.The input of the bridge is connected in parallel to the windings of one phase of the motor 43, and the output is connected to the regenerative braking buses 56. The outputs 57 and 58 of the rectifying bridges of the other motor phases are connected to the regenerative braking buses. Regenerative braking buses are connected to a converter 59, which can be a thyristor inverter driven by a network or a machine DC / AC converter, such as a DC motor that drives a three-phase AC generator or a single core converter. The voltage on the recovery bus 56 should be slightly higher than the maximum voltage on the winding 43 in motor mode.

В некоторых случа х, например, в случае трехфазного двигател , обмотки которого включены в звезду можно соединить точки 4 трех фаз и вентили 52 и 53 сделать общимиIn some cases, for example, in the case of a three-phase motor, the windings of which are included in a star, it is possible to connect points 4 of three phases and make valves 52 and 53 common

дл всех трех фаз. В этом случае вместо 12 диодов достаточно иметь 8 диодов.for all three phases. In this case, instead of 12 diodes, it is enough to have 8 diodes.

Б качестве магнитных усилителей, можно нрименить многофазные магнитные усилители с выходом на удвоенной частоте. В этом случае частота пульсаций полуволн выходного напр жени в три раза выше, чем в случае однофазной двухполупериодной схемы, т. е. при частоте питани 50 гц получаетс частотаAs magnetic amplifiers, it is possible to apply multi-phase magnetic amplifiers with output at double the frequency. In this case, the ripple frequency of the half-wave output voltage is three times higher than in the case of a single-phase full-wave circuit, i.e., at a supply frequency of 50 Hz, the frequency is obtained

пульсаций 600 гц, причем выходна частота также может быть повышена.ripple 600 Hz, and the output frequency can also be increased.

Выводы 60 к 61 многофазного источника задающей частоты 19 служат дл питани обмоток управлени усилителей других фаз.Pins 60 to 61 of a multiphase frequency reference source 19 serve to power the control windings of amplifiers of other phases.

На схеме фиг. 1 питание одной фазы двигател осуществл етс от двух отдельных магнитных усилителей с выходами на удвоенной частоте. Возможна также схема с одним магнитным усилителем с двум комплектами выходных обмоток и одним комплектом управл ющих и сетевых обмоток, котора представлена на фиг. 3. В этом случае сетевые обмотки 62-65 и выходные обмотки первого выхода 66-69 с диодами 70, 71 включены аналогично тем же обмоткам первого усилител , показанного на фиг. 1.In the diagram of FIG. 1, one motor phase is supplied from two separate magnetic amplifiers with outputs at double frequency. A circuit with one magnetic amplifier with two sets of output windings and one set of control and network windings, which is shown in FIG. 3. In this case, the network windings 62-65 and the output windings of the first output 66-69 with the diodes 70, 71 are connected in the same way as the first windings of the first amplifier shown in FIG. one.

Второй комплект выходных обмоток 72-75 включаетс с обратной пол рностью относительно диодов 76 и 77. Если в первом комплекте выходных обмоток к диодам подключены начала обмоток, то во втором комплекте - концы обмоток. Обмотки управлени 78-81 получают питание от источника задающей частоты 82.The second set of output windings 72-75 is included with reverse polarity relative to diodes 76 and 77. If in the first set of output windings, the windings beginnings are connected to the diodes, then in the second set the ends of the windings are connected. The control windings 78-81 are powered from a reference frequency source 82.

В один полупериод задающей частоты внутренн обратна св зь осуществл етс первым комплектом выходных обмоток и диодами 70, 71.In one half cycle of the master frequency, the internal feedback is carried out by the first set of output windings and the diodes 70, 71.

В другой цолупериод задающей частоты обратна св зь осуществл етс вторым комплектом выходных обмоток и диодами 76, 77.In the other master frequency loop, the feedback is performed by the second set of output windings and the diodes 76, 77.

Тиристорные ключи 83, 84 работают поочередно аналогично тиристорным ключам в ранее описанной схеме (фиг. 1). Обмотка одной фазы двигател 85 также включена между средней точкой двух выходов и средней точкой двух тиристорных ключей. Цепи рекуперации в схеме фиг. 3 не показаны, они осуществл ютс тем же способом, что и цепи рекуперации в схеме фиг. 1.Thyristor keys 83, 84 work alternately similarly to thyristor keys in the previously described scheme (Fig. 1). The winding of one phase of the motor 85 is also connected between the midpoint of the two outputs and the midpoint of the two thyristor switches. The recovery circuit in FIG. 3 are not shown, they are carried out in the same manner as the recovery circuits in the circuit of FIG. one.

Схема фиг. 3 имеет то преимущество, что количество сердечников уменьшаетс вдвое, однако верхний предел частоты и выходна The circuit of FIG. 3 has the advantage that the number of cores is halved; however, the upper limit of the frequency and the output

мощность в схеме фиг. 1 выше.power in the circuit of FIG. 1 above.

Предлагаема система дает возможность получить широкие пределы регулировани скорости при синусоидальной форме напр жени . При частоте питающей сети 50 гц иThe proposed system makes it possible to obtain wide limits for speed control under sinusoidal voltage. With a mains frequency of 50 Hz and

шестифазных магнитных усилител х можно получить верхний предел регулировани частоты 45 гц, а также переход на работу выше синхронной скорости от 55 до 80 гц при к.п.д. от 80 до 90% в зависимости от мощности привода .Six-phase magnetic amplifiers, you can get the upper limit of the frequency control 45 Hz, as well as the transition to work above the synchronous speed from 55 to 80 Hz with efficiency. from 80 to 90% depending on the drive power.

Предлагаема система не требует трансформаторов и дросселей.The proposed system does not require transformers and chokes.

Предмет изобретени Subject invention

Claims

1. A frequency-controlled electric drive, in each of the phases of the AC motor of which an up-frequency network is switched on, operating in modulation mode with further demodulation using diodes, a magnetic amplifier, characterized in that, in order to use standard motors,

two outputs of the magnetic amplifier are connected in series with two alternately working thyristor switches, and the winding of one motor phase is connected between the common point of the two outputs of the amplifier and the common point of two thyristor keys.

2. The electric drive according to claim 1, characterized in that, in order to increase the efficiency, an energy recovery unit is used, assembled on a bridge rectifier, the input of which is connected in parallel to the winding of one motor phase, and the output is to the recovery unit, performed on a network driven inverter.

FIG.

CV

ihwi

UE-U

a) b

11-K

and.

29-30

/

wt

cot

Uk

FIG, IS