Реверсивный вентильный электродвигатель

 

РЕВЕРСИВНЫЙ ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, содержащий синхронную маш1шу с двумя

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1007162 А

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3318552/24-07

: (22) 30.01.82 (46) 23.03.83. Бюл. № 11 (72) A. И. Иванов, Ю. И. Кирьянов, В. К. Лозенко, Л. Н. Негодяев и

А. М. Санталов (53) 621.313.392.024(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 39800 l, кл. Н 02 К 29/02, 197 1.

2. Авторское свидетельство СССР № 454649, кл. Н 02 К 29/02, 1973.

3. Вентильные двигатели и их применение на электроподвижном составе. Под ред. Б. Н. Тихменева, М., «Транспорт«, 1976, с. 50. вый комплект чувствительных элементов смещен относительно второго комплекта

lv на угол . > а датчик положения

2(n«) ротора установлен с угдом опережающей

Я коммутации, равным, от4(2n+ 4) лича ющийсятем, что, сцелью расширения области применения путем обеспечения идентичности характеристик обоих направлений вращения, он снабжен инвертором, чувствительные элементы первого комплекта датчика положения ротора для другого направления вращения подключены к управляющим цепям второго преобразователя частоты через инвертор, а чувствительные элементы второго комплекта датчика положения ротора подключены к управляющим цепям первого преобразователя частоты со сдвигом по сравнению с чувствительными элемен-. тами первого комплекта, а номера управляющих цепей первого преобразователя, соединяемых с соответствующим и чувстви. тельными элементами второго комплекта,. определяются выражением

K>=k + +L, где П >1,2,3;

К„- номер управляющей .цепи первого преобразователя частоты;

k - номер чувствительного элемента второго комплекта. (54) (57) РЕВЕРСИВНЫЙ ВЕНТИЛЬНЪ|Й ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, содержащий синхронную машину с двумя (2п +1)секционными якорными обмотками на статоре, смещенными в пространстве на

ja угол 1 эл. град. и подключен (п ), ными к выходам первого и второго пре образователей частоты, управляющие цепи которых для одного направления вра» щения связаны непосредственно с чупа вительными элементами первого и второго комплектов- датчика положения ротора, чувствительные элементы каждого комплекта установлены равномерно на статоре синхронной машины, причем пер-

Э

Л (° . °

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЙ -::=:.:,," "/

A АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

100T162

Изобретение относится к области элеИтротехники и, в частности, к электроприводу

Изобретение может быть использовано в лектроприводах органов управления подвижного объекта.

Известны высокоскоростные реверсивные вентильные электродвигатели, содержащие четырехсекционную якорную обмотку и ,многоканальное реле реверса. Электродвигатель обеспечивает идентичные электромеханические характеристики при правцм и левом направлениях вращения с одним комплектом чувствительных элементов датчика положения ротора, установленного с опережающей коммутацией на угол Ц = 45 эд. град. 11) и (2)

Недостатком данных устройств является то, что они не обеспечивают идентичные электромеханические характерис- 20 тики правого и левого направлений вращения при углах опережающей коммутации, отличных от 45 эл. град. Для вентильных магнитоэлектрических электродвигателей малой и средней мощности И необходимость в установке оптимальной опережающей коммутации в 45 эл. град, возникает при разработке супервысокоскоростных электродвигателей с частотами вращения 60000 об/мин и более. зо

Для электродвигателей нормального исполнения из соображений надежности и ресурса приняты существенно более низкие частоты вращения 6000-1200 об/мин.

В последнее время наметилась тенденция выполнения вентильных электродвигателей средней и болыиой мощности с двумя многосекционными якорными обмотками, смещенными в пространстве на определенный угол. Такое выполнение 4О вентильного электродвигателя уменьшает пульсации.

Наиболее близким к изобретению является реверсивный вентильный электродвигатель, содержащий синхронную маши- 4 ну с двумя (2 П +1) секционными якорными обмотками, смещенными в пространстве на угол (i /2(2 A +1) эл. град, и подключенными к выходам первого и второго преобразователей частоты, управ- о ляю цие пепи которых, для направления вращения вперед" связаны непосредственно с чувствительными элементами первого и второго комплектов датчика положения ротора, установленного с оперем;аннцей коммутацией на угол 8 = л /4(2 и +1) эл. град., где П 1, =,3, ... 533

Недостатком известного технического решения является невозможность обеспечения идентичных электромеханических характеристик при правом и левом направлениях вращения с первым и вторым комплектами чувствительных элементов датчика положения ротора, установленного с опережающей коммутацией на угол

8 = I< /4(2 П +1) эл. град.

Целью изобретения является расширение области применения путем получения идентичных электромеханических характеристик вентильного электродвигателя при реверсе.

Поставл нная цель достигается тем, что в реверсивном вентильном электродвигателе, содержащем синхронную машину с двумя (2 +1) секционными якорными обмотками, смещенными в пространстве на угол l /2(20 +1) эл. град, и подключенными к выходам первого и второго преобразователей частоты, управляющие цепи которых для направления вращения "вперед связаны непосредственно с чувствительными элементами первого и второго комплектов датчика положения ротора, установленного с опережающей коммутацией на угол 8 = n /4(2 П +1), дополнительно для направления вращения назад" чувствительные элементы первого комплекта датчика положения ротора подключены к управляющим цепям второго преобразователя частоты через инвертор, а чувствительные элементы второго комплекта датчика положения ротора подключены к управляющим цепям первого преобразователя частоты со сдвигом íà tl чувствительных элементов в направлении вращения вперед", где П = 1, 2, 3

На фиг. 1 изображена блок-схема реверсивного вентильного электродвигателя; на фиг. 2 — расположение чувствительных элементов датчика положения ротора для направлений. вращения вперед (фиг. -2а) и "назад (фиг. 2-б).

Реверсивный вентильный электродвигатель с двумя трехсекционными якорными обмотками содержит первый 1 и второй 2 преобразователи частоты, синхрон ную машину 3 и датчик 4 положенчя ротора. Преобразователи 1 и 2 частоты могут быть выполнены по любой известной схеме, например двухполупериодные, I и на любых известных переключающих приборах, например на транзисторах.

Синхронная машина 2 может быть любого типа, например с возбуждением от постоянных магнитов, и содержит нндук62 4 .первого 23 и второго 33 комплектов дав чика 4 положения ротора установлены со сдвигом на угол I< /6 эл. град. Дат Л чик положения ротора может быть любого типа, например индуктивный с подмагничиванием.

Для получения идентичных электрсвмеханических характеристик при вращении. назад чувствительные элементы 20-22 и 30-32 датчика 4 положения ротора должны быть смещены из положения, изображенного на фиг. 2а в направлении вращения вперед на угол 9 +2 эл.град, или на 7/6 i эл. град. При этом для направления смещения «назад«датчик 4 положения ротора окажется установлен также с опережающей коммутацией на угол 8 =н(12эл. град. (фиг. 2б) относительно линии нейтральной коммутации в направлении, противоположном вращению назад .—

Сравнивая расположения чувствительных элементов 20-22 и 30-32 датчика

4 положения ротора (фиг. 2а и 2б). можно сделать вывод, что для управления вентильным электродвигателем в режиме вращения "назад могут быть использованы те же Чувствительные элементы

20-22 и 30-32, которые были установлены для направления вращения вперед, но только.с измененной схемой их подключения к управляющим цепям 14-16, 24-26 преобразователей 1 и 2 частогът.

Для управления преобразователем 2 частоты в режиме вращения назад" следует использовать инверсные сигналы чувствительных-элементов 20-22 первого комплекта 20, а для управления первым преобразователем 1 частоты — сигналы чувствительных элементов 30-32 второго комплекта 33 со сдвигом íà один чувствительный элемент в направлении враще ния вперед, т.е. чувствительный элемент 30 должен быть связан с управляющей цепью .15 преобразователя частоты, а чувствительные элементы 31 и 32, соответственно, управляющими цепями 16 и 14.

Для налравления вращения "назад чувствительные элементы 20-22 комплекта 23 датчика 4 положения ротора подключены к управляющим цепям 24. 26 второго преобразователя 2 частоты через инвертор 35 и три двухвходовые . логические схемы 36-38 совпадения, а чувствительные элементы 30-32 второго

35 .комплекта 33 датчика 4 положения ротора подключены к управляющим цепям 1514 первого преобразователя 1 частоты через три двухвходовые логические схемы 39-41 совпадения со сдвигом на один

40 чувствительный элемент в направлении вращения вперед". Вторые входы логических схем 36-41 совпадения объединены и подключены к другому выходу назад блока 34 задания направления вращения. .Реверсивный вентильный электродвигатель

I. подключен к источнику 42 электрической энергии. Для направления вращения вперед датчик 4 положения ротора установлен с опережающей коммутацией на угол

6 =. Р/12 эл. град. (фи . 2а) относительно .линии нейтральной коммутации (ЛНК) в направлении, противоположном вращению электродвигателя ЛНК 20 и

J3HK 30 обозначают положения одноимен- 55 ных чувствительных элементов 20 и 30 при нейтральной коммутации. Одноимен- . ные чувствительные элементы 20 и 30

3 10071 тор 5 и две трехсекционные якорные обмотки 6 и 7, смещенные в пространстве л на угол 1(/6 эл. град. Якорная обмотка

6 подключена к выходам 8-10 первого преобразователя частоты l, а якорная обмотка 7 — к выходам 11-13 второго лреобразователя частоты 2. Для налравле ния вращения "вперед" управляющие цепи

14-16 первого преобразователя 1 частоты связаны через двухвходовые логичес- 10 кие схемы 17-19 совпадения с чувствительными элементами 20-22 первого комплекта 23 датчика 4 положения ротора непосредственно, а управляющие цепи

24-26 второго преобразователя 2 частоты15 связаны через двухвходовые логические схемы 27-29 совпадения с чувствительными элементами 30-32 второго комплекта ЗЗ. Вторые входы логических схем

17-19, 27-29 совпадения обьединены и и подключены к одному выходу блока 34 задания направления вращения, например

»вперед". Для направления вращения вперед" условно принят следующий порядок чередования сигналов чувствительных 25 элементов датчика 4. положения ротора:

20-21-22 и 30-31-32.

Реверсивный вентильный электродвигатель работает следующим образом.

При поступлении сигнала на вращение

«вперед» логические схемы 17-19 и

27-29 совпадения обеспечивают поступле ние сигналов с чувствительных элементов 20-22 датчика 4 положения ротора на управляющие цепи 14-16 первого преобразователя 1 частоты, а сигналов с чувствительных элем ентов 30-32 на

5 10dT

8 2п(к„ 11 к1 gn tl

В

=-Я w к2 2nt<, управляющие цели 24-26 второго преобразователя 2 частоты. Электродвигатель вращается "вперед" с углом опережаюи щей коммутации, равным 3 - "/1 эл.град.

Логические схемы 36-38 и 39-41 совпар 5 дения отключены, поскольку на их вторых входах отсутствует сигнал управления с блока 34 задания направления вращения.

При поступлении сигнала на вращение назад" логические схемы 17-19 и

27-29 совпадения отключаются, а включаются логические схемы 36-41 совпадения, которые обеспечивают поступление инвертированных в инверторе 35 сигналов с чувствительных элементов 20-22 1 датчика 4 положения ротора на одноименные управляющие входы 24-26 преобразователя 2 частоты, а сигналов с чувствительных элементов 30-32 — на управляющие цепи 15-14 соответственно. 20 со сдвигом на один чувствительный элемент в направлении вращения вперед .

Выявленные закономерности схемы подключения чувствительных элементов датчика положения ротора к управляющим 25 цепям преобразователей частоты при реверсе также справедливы и для (2 ц+1)секционной якорной обмотки синхронной машины, где rl 1, 2, 3 ....

Пусть синхронная машина содержит зо две (2.П +1)-ч=екционные якорные обмотки, смещенные в пространстве на угол

Я /2(2п +1) эл. град. Датчик положения ротора содержит два комплекта чувствительных элементов. В каждом комплекте имеется (2 tl +1) чувствительных элемента. Одноименные чувствительные элемен,ты разных комплектов спец)ены друг от носительно друга на угол l2(2 й+

t+1) эл. град. Чувствительные элементы

I в комплекте размещены равномерно со сдвигом на угол — 1 — „- эл. град. Датчик с 1 положения ротора установлен с опережаю- . щей коммутацией на угол 8- эл. град.

2п и1

Приняв за начало отсчета точку, соответствующую положению ЛНК 30 (фиг. 2а) для второго комплекта чувствительных элементов, а за положительное направление отсчета - направление вращения вперед", для координат („„ и

< „ . кгых чувствительных элементов первого и второго комплектов (для направления вращения "вперед ) получим

i62 6

Координат ", и у и к-ты чувствительных элементов первого и второго комплектов для направления вращения назад могут быть определены следук шим образом к„= к„ п 28

В и

Н В к = +12+ и 28

После вычисления для указанных координат получим н i (7 n+2 k -1) к1 °: 2n+1

=8 н 8 (2n+2kz-<)

2 n «

Координаты p, смещенных на эл.град.

К алых чувствительных элементов первого комплекта, сигналы которых инверсны сигналам чувствительных элементов с координатами („, определяются слеВ дующими выражениями — В i<(QII 2k -<) к4 яп

Сравнивая (4) и (5), можно сделать вывод, что координаты (чувствительк ных элементов второго комплекта для направления вращения "назад" соответствуют координатам (, „смещенных на

В и эл. град. одноименных (k„= kg) чувствительных элементов первого комплекта для направления вращения вперед .

Т.е. инверсные сигналы с чувствительных элементов первого комплекта могут быть использованы для управления вторым преобразователем частоты для направления вращения «назад", Возможность. использования чувствительных элементов второго комплекта для управления первым преобразователем частоты для направления вращения назад» может быть установлена в результате решения уравнения вида ) к

В

Используя (2) и (3) получим

2 к к2 k„+n Ô1. Т.е. для управления К -той управляющей целью первого преобразователя частоты для направления вращения назад испо1пзованы сигналы К -того чувствительного элемента второго комплекта, порядковый номер которого определен из (6). Например, для управления первой управляющей цепью первого преобразоьтгеля частоты

7. 10 следует использовать (A +2)-ой чувствительный элемент второго комплекта датчика положения ротора.

С точки зрения достижения поставленной цели безразлично, в какую сторону осуществлять сдвиг при подключении чувствительных элементов второго комплекта к управляющим цепям первого преобразователя частотьп в направлении вращения вперед или назад . Но, поскольку., всего в комплекте имеется (2й +1) чувствительных элементов, то . удобнее говорить о кратчайшем сдвиге на.п чувствительных элементов в направлении вращения вперед . В частности, для трехсекционной якорной обмотки (И 1) требуется сдвиг H& один чувствительный элемент, т.е. чувствительный элемент ЗО второго комплекта должен быть подключен к управляющей цепи 15 первого преобразователя Х частоты. Для направления вращения вперед к указанной управляющей цепи 15 подключен .чувствительный элемент 21 первого . ,. комплекта.

07162 8

Для пятисекционной якорной обмотки (П =2} требуется сдвиг на два чувствительных элемента, и т.д.

S Изобретение решает задачу обеспечения идентичных электромеханических характеристик правого и левого направлений вращения реверсивного вентильного электродвигателя с одним блоком чувстви1е тельных элементов датчика положения ротора, установленного с опережающей . коммутацией на угол I /4(2п14) эл. град., где (2ll+1) - число секций щ ной из двух якорных обмоток, смещенных в пространстве на угол Я /2(20+1.), а

Il 1, 2, З .... Фактические значения углов опережающей коммутации для П

1, 2, 3 составляют, соответственно, : 18,9 и 6,4 эл. град., что находится в

20 диапазоне оптимальных значений. этих углов. Учитывая пологий характер функций в области оптимальный значений уг лов,- опережающей коммутации, можно . считать такое приближение доста2$ точным»

1007162

1007 1 62 пнr N

/ р g мхово

Фиг. 2

Составитель В. Комаров

Редактор Н. Пушненкова Техред A.ди Корректор А. Йэятко

Закаэ 2151/75 Тйраж 685 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Москва, -35, Раушская наб., д. 4/5

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