Двухзонный вентильный электродвигатель

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3419454/24-07 (22) 06,04.82 (46) 23.07.83. Бюл, Н 27 (72) В.+.!Непелин (71) Всесоюзный ордена Трудового

Красного Знамени научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт релест роения (53) 621. 313 ° 13. 014. 2: 621. 382 (088,8) (56) 1. Gunter G61z, Peter Grumbrecht

und Frank Henstsche1 "Ober neu be-r i

triebsarten der Stromrichter - maзсЬ1пе synchroner Bauar t",Mi ss. Ber., AEG-TELEFUNKEN 48/19?5/4, 170-180.

2 . Авторское свидетельство CCCP

Ю 782069, кл. Н 02 К 29/00, 1978. (54)(5 ДВУХЗОННЫЙ ВЕНТИЛЬННЙ ЭЛЕК-.:

ТРОДВИГАТЕЛЬ, содержащий синхронную машину с датчиками скорости и положения ротора, последовательно соединенные управляемый выпрямитель и управляемый инвертор, выходы которого подключены к обмоткам якоря синхронной машины, обмотка возбуждения кото. рой соединена с тиристорным возбудителем, управляющим входом подключенным через систему импульсно-фазового управления к выходу регулятора тока возбуждения, входы которого соединены с датчиком и задатчиком тока возбуждения, блоки импульсного управления выпрямителем и инверторои, подключенные через .блок сдвоения импульсов к выходам блока фазового. управ„„ЯЦ„„1030942 пения и регулирования выпрямителя и блоку регулирования инвертора,соответственно, датчик тока якоря, под. ключенный к первым входам блока фазо" вого управления и регулирования выпрямителя и блока задания углов управле-. ния инверторои в двигательнои режиме, второй вход которого связан через пороговый элемент с выходом датчика скорости и вторым входом блока фазового управления и регулирования выпрямителя, а выход " с первым входои блока регулирования инвертора, третий вход блока фазового управления и регу пирования выпрямителя связан через трансфооматор напряжения с силовыии входами управляемого выпрямителя, вы- ® ход датчика положения ротора подключен к второиу вяоду блока регулирования инвертора, о т л и ч à ю щ и йс я тем, что, с целю уменьшения массы и габаритов и повышения надежно р сти, введены последовательно соединенные датчик и регулятор амплитуды

ЭДС фаз синхронной иашины с общим выводом, а также нелинейный элеиент, например стабилитрон, подключенный между вторыи входои блока задания yr- С© лов управления инвертором в двигатель- вы@ ном режиме и общим выводом, причем (Я выход регулятора амплитуды ЭДС . фаэ синхронной машины соединен с входом системы импульсно-Aasoeoro управления, никаких требования к нему из условий коммутации не предьявляется (инвертор работает в выпрямительном режиме ).

Недостатком вентильного электродвигателя является дискретное (егулирование угла управления инвертором при постоянстве ЭДС синхронной машины, что приводит к значительным колебаниям тока нагрузки в пределах данной ступени скорости вращения вследствие изменения угла коммутации и сдвига первых гармоник

ЭДС и тока Фаз синхронной машины, Закон регулирования скорости с постоянством мощности здесь не выполняется, что приводит к завышению установленной мощности и габаритов вентильного электродвигателя.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является двухзонный вентильный электродвигатель, содержащий синхронную машину с датчиками скорости и положения ротора, последовательно соединенные . управляемый выпрямитель и управляемый инвертор, выходы которого подключены к обмотке якоря синхронной машины, обмотка. возбуждения которой соединена с тиристорным возбудителем, управляющим входом подключенным через систему импульсно-фазового управления к выходу регулятора тока возбуждения., входы которого соединены с датчиком и задатчиком тока возбуждения, блоки импульсного уп-. равления выпрямителем и инвертором, подключенные через блок сдвоения импульсов к выходам блока фазового управления и регулирования выпрями- теля.и блока регулирования инвертора,.соответственно, датчик тока якоря, подключенный к первым входам блока фазового. управления и ре-. гулирования выпрямителя и.блока за-. дания углов управления инвертором в двйгательном.режиме, второй вход которого связан через пороговый элемент. с выходом датчика, скорости и вторым входом блока фазового управления и регулирования выпрямителя, а выход - с первым входом блока регулирования инвертора, третий вход блока фазового управления и регулирования выпрямителя связан через трансформатор напряжения с силовыми входами управляемого выпрямителя, выход датчика положения ротора

1 1030942

Изобретение относится к электротехнике, в частности к регулируемому электроприводу переменного тока, и может быть и=пользовано в металлорежущих станках. 5

Известен двухзонный вентильный электродвигатель, состоящий из зависимости выпрямительно-инверторного преобразователя частоты со звеном постоянного тока, синхронной машины 10 с электромагнитным возбуждением и управляемого выпрямителя для питания обмотки возбуждения синхронной машины 1 ), Вентильный электродвигатель име- 15 ет выпрямитель, инвертор, с системами импульсно-фазового управления и регулятором скорости, синхронную машину с датчиком. положения ротора и тахогенератором, а также тиристор" 20 ныл возбудителем синхронной машины.

Для управления током возбуждения синхронной машины имеются стабилизатор тока возбуждения, датчик действующего значения напряжения на за- 25 жимах синхронной машины, модулятор характеристик синхронной машины, один из входов которого подключен к тахогенератору и регулятор напряжения.

Поддержание заданной скорости вра щения осуществляется путем воз,вействия на углы управления выпрямителя аналогично электрдприводом постоянного тока. .В режиме регулирования с ослаблен ным полем ЭДС обмоток синхронной машины поддерживается на заданном уровне F >,. ослабление поля происходит в функции скорости вращения, Особенностью работы вентильного электродвигателя в режиме с ослабленным полем является то, что с ростом частоты вращения увеличивается коммутационное. сопротивление фаз, а ЭДС вращения, а значит, и коммутирующая ЭДС фаз остается неизменной. Поэтому при некоторой скорости вращения возможно нарушение коммутации, прорыв инвертора и отключение, вентильного электродвигателя защитой

Для исключения данного явления при ослаблении потока возбуждения необходимо увеличивать угол регулирования тиристоров инвертора, которое осуществляется дискретно в функции скорости вращения. В режиме торможе 55 ния угол регулирования инвертора в вентильном электродвигателе принят постоянным, так как в этом режиме

3 . 10309 подключен к второму входу блока регулирования инвертора 2 $

Недостатком вентильног0 электродвигателя является значительный уровень пульсаций выходного напряжения выпрямителя особенно в режиме прерывистых токов, когда напряжение на выходе выпрямителя может снижаться до нуля 1, что требует установки на выходе датчика выпрямленного на- 10 пряжения громоздких фильтров, увеличивающих массу и габариты вентильного электродвигателя, Кроме того, вентильный-электродвигатель обладает тем недостатком, что не контролируется амплитуда

ЗДС фаз синхронной машины,. что снижает надежность его работы, так как при превышении ЭДС допустимого уровня тиристоры инвертора могут выйти из строя, Целью изобретения является уменьшение массы и габаритов и повышение надежности вентильного электродвигателя. 25

Поставленная цель достигается тем, что в двухзонный вентильнь:- электродвигатель, содержащий синхронную .машину с датчиками скорости и положения ротора, последовательно соединенные управляемый выпрямитель и управляемый инвертор, выходы которого подключены к обмоткам якоря синхронной машины, обмотка возбуждения которой соединена с тиристорным возбудителем, управляющим входом З5 подключенным через систему импульсно-Aaaosoro управления к выходу регулятора тока возбуждения, входы которого соединены с датчиком и задатчиком тока возбуждения, блоки импуль=ного управления выпрямителем и инвертором, подключенные через блок сдвоения импульсов к выходам блока фазового управления и регулирования выпрямителя и блоку регулирования инвертора соответственно, датчик тока якоря, подключенный к.первым входам блока фазового управления и регулирования вырпямителя и блока задания углов управления инвертором в двигательном режиме, второй вход которого связан через пороговый элемент с выходом датчика скорости и вторым входом блока фазового управления и регулирования выпрямителя, а 55 выход - с первым входом блока регулирования инвертора, третий вход блока фазового управления и регулирования выпрямителя связан через трансформатор напряжения с силовыми входами управляемого выпрямителя, выход датчика положения ротора подклю чен к второму входу блока регулирования инвертора, дополнительно введены последовательно соединенные да> чик и регулятор амплитуды ЭДС фаз синхронной машины с общим выводом, а также нелинейный элемент., например стабилитрон, подключенный между вторым входом блока задания углов управления инвертором в двигательном режиме и общим выводом, причем выход регулятора амплитуды ЭДС фаз синхронной машины соединен с входом системы импульсно-фазового управлеv ния, На чертеже изображена схема двухзонного вентильного электродвигателя.

Двухзонный вентильный электродвигатель имеет управляемый выпрямитель I, который подключен через инвертор 2 к синхронной машине 3. Обмотка возбуждения синхронной маBlHHbl 3 питается от тиристорного возбудителя 4. Имеется трансформатор

5 напряжения, датчик 6 тока якоря, выходы которых подключены к блоку 7 фазового управления и регулирования выпрямителя. К управляющим электродам тиристоров выпрямителя 1 и ин. вертора 2 подключены выходы .блоков.

8 и 9 импульсного управления, входы которых подключены к выходу .блока

10 сдвоения импульсов, предназначенного для обеспечения одновременного открывания соответствующих тиристоров выпрямителя и инвертора в режиме прерывистых токов. Входы блока 10 сдвоения импульсов подключе иы к выходам блока 7 управления и регулирования выпрямителя и блока .

11.регулирования инвертора. Имеется регулятор пуска 12, в ход которо" го подключен к датчикам 13 скорости вращения и положения ротора и выходу трансформатора 5 напряжения. Выход регулятора 12 пуска подключен на входы блока 7 управления и регулирования выпрямителя и блока 11 регулирования инвертора °

Регулятор 12 пуска предназначен для управления коммутацией тиристоров инвертора в зоне низких частот вращения, когда ЗДС фаэ синхронной машины мала и недостаточна для осуществления коммутации (при

1030942 6

55 малых частотах вращения коммутация тиристоров инвертора осуществляется методом прерывания тока, основанном на поочередном переводе тиристоров выпрямителя 1 в инверторный р4жим и обратно), Входы блока 11 регулирования инвертора подключены к датчикам 13 скорости вращения и положения ротора и к логическому блоку 14 вы" бора угла управления инвертора, входы которого подключены к выходу блока 7 фазового управления и регу- . лирования выпрямителя и выходом блоков 15 и 16 задания углов управления инвертором в двигательном и тормозном режимах. При этом последний задает также угол управления тирис-. торами инвертора 2 в двигательном режиме при малой скорости вращения.

Выходы блока 15 задания углов. управления инвертором подключены к датчику 6 тока якоря и через пороговый элемент 17 и согласующий усилитель 18 к датчику 13 скорости, Имеется система импульсно-фазово"

: го управления 19, выход которой подключен к регулятору 20 тока возбуждения, входы которого подключены к задатчику тока возбуждения и датчику

21 тока возбуждения. Вентильны электродвигатель содержит датчик 22 амплитуды ЭДС фаз; выход которого подключен иа вход регулятора 23 максимальной амплитуды ЭДС фаз, состоящего из усилителя на транзисторе, коллектор которого подключен на вход системы импульсно-фазового управления 19. Блок 15 задания углов управления инвертором состоит иэ генератора 24 пилообразных .напряжений. и управляющего органа 25. Иежду ! общим выводом и выходом блока 15 . задания углов управления включен нелинейный элемент (стабилитрон) 26.

Схема работает следующим образом.

В исходном состоянии напряжение

U>0 и углы управления тиристорами вйпрямнталя 1 о 160 эл.град. Сигнал управления поступает на два тиристора инвертора 2.

Однако, при напряжении 0 =0 ток в силовой цепи отсутствует и ротор синхронной машины неподвижен, При этом сигналом И; через регулятор 20 тока возбуждения углы управления тиристорного возбудителя 4 устанавливаются такой величины, чтобы по обмотке возбужден я синхронной машины

35 протекал ток, создающий номинальный поток возбуждения.

При появлении задающего напряжения U> углы управления тиристорами выпрямителя 1 становятся меньше

90 эл.град и по двум фазам синхрон"ой машины протекает ток, создавая вращающий момент..До частоты статора синхронной машины 5-10 Гц коммутация тиристоров инвертора осуществляетСя методом прерывания тока с углами опережения открывания тиристоров

Р0. При достижении граничной частоты регулятор 12 пуска выдает сигнал перехода на коммутацию тиристоров инвертора за счет ЭДС фаэ синхронной машины. При этом углы управления устанавливаются блоком 15 задания углов управления инвертором и зависят от величины тока нагрузки.

До номинальной скорости сигнал на входе порогового элемента 17 с датчика скорости меньше его уставки и не проходит на вход блока 15 задания углов управления инвертором.

Тиристоры инвертор< в этом режиме работают с углами управления, зависящими лишь .от тока нагрузки, а синх ронная машина 3 имеет полный поток возбуждения, .При достижении ротором двигателя номинальной скорости напряжение на выходе датчика скорости становится равным уставке порогового элемента

17. При дальнейшем росте скорости двигателя на выходе порогового эле мента 17 появляется сигнал и углы управления тиристорами инвертора уве. личиваются, сохраняя неизменным (или несколько увеличивая ) выпрямленное значение ЭЛС инвертора, несмотря на значительное возрастание амплитуды

ЭДС фаз синхронной машины из-за роста скорости двигателя при неизменном токе возбуждения.

При достижении ЭДС фаэ синхронной машины предельного значения сигнал с выхода датчика 22 амплитуды ЭДС, поступающий на переход эмиттер-база транзистора регулятора 23 максимальной амплитуды ЭДС, становится равным запирающему сигналу. Дальнейшее возрастание ЭДС приводит к открытию транзи"тора, шун тированию входа системы импульснофазового управления 19, уменьшению тока возбуждения и возрастанию. скорости двигателя. При работе в этом режиме регулирования скорости ЭДС

10309

ВНИИПИ Заказ 5231/56 Тираж 687 Подписное

Филиал Ilflll "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

7.

Фаз синхронной машины поддержива-. ется практически неизменной (степень ее увеличения при росте скорости до максимальной в функции воз-. растания напряжения на выходе выпрямителя 1 определяется коэффициентом усиления транзистора}. Характерис" тика нелинейного элемента 26 должна быть подобрана таким образом, чтобы после вступления в действие 1в регулятора 23 максимальной амплитуды

ЭДС углы управления тиристорами инвертора при росте скорости не измемялись, В качестве датчика 22 амплитуды

ЭДС фаз может быть использован, например, трехфазный мостовой выпрямитель на диодах„ уровень пульсаций напряжения на выходе которого при холостом ходе двигателя не превышает 133, в то время как на выходе управляемого выпрямителя 1 при холостом ходе двигателя наблюдаются

i.ðîåàëû до нуля.

Поэтому величина фильтра в данном вентильном электродвигателе требуется меньше, что сокращает его массу и габариты. Вентильный двигатель обладает повышенной надежностью,. так как максимальное значение амплитуды

ЭДС фаз ни. при каких скоростях не может превысить значение, заданное уставкой регулятора максимальной, амплитуды ЭДС фаэ синхронной машины.