Двухзонный вентильный электродвигатель

 

ДВУХЗОННЫЙ ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ , содержащий синхронную машину, обмотки фаз которой подключены через управляемый инвертор и управляемый выпрямитель к сети переменного тока, блок задания углов управления тиристорами инвертора, выход которого соединен с входом блока фазового управления инвертором , отличающийся тем, что, с целью снижения трудоемкости настройки электропривода, в него введен источник смещения и регулятор выпрямленного напряжения инвертора, выход которого подключен к входу блока задания углов управления тиристорами инвертора, его первый вход подключен через датчик выпрямлениогб напряжения инвертора к зажимам постоянного тока инвертора, а второй g вход - к источнику смещения.

0% (И) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(59 Н 02 К 29 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ", ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3532789/24-07 (22) 31.12.82 (46) 15 ° 02.84. Бюл. Р 6 (72) В.Ф.Шепелин (71) Всесоюзный ордена Трудового

Красного Знамени научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт релестроения (53 ) 621.313.13.014.2 621.382(088.8) (56) 1. Патент Японии М 53-32844, кл. 55С2, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 3419454/2 4-07, кл. Н 02 К 29/00, .1982. (54)(57) ЦВУХЗОННЫЙ ВЕНТИЛЬНЦЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, содержащий синхронную мамину, обмотки фаз которой подключены через управляемый инвертор и уп- равляемый выпрямитель к сети переменного тока, блок задания углов управления тнристорами инвертора, выход которого соединен с входом блока Фазового управления инвертором, отличающийся тем, что, с целью снижения трудоемкости настройки электропривода, в него введен источник смещения и регулятор выпрямленного напряжения иивертора, выход которого подключен к входу блока задания углов управления тиристорами инвертора, его первый вход подключен через датчик выпрямленного напряжения инвертора к зажимам постоянного тока инвертора, а второй g вход — к источнику смещения.

1073851

25

55

Изобретение относится к области электротехники, в частности к элект рическим машинам для регулируемого электропривода переменного тока, и может быть использовано в металлорежущих станках.

Известен двухзонный вентильный электродвигатель, состоящий из зависимого выпрямительно-инверторного преобразователя частоты со звеном постоянного тока, синхронной машины

С электромагнитным возбуждением и управляемого выпрямителя для питания обмотки возбуждения синхронной машины. Поддержание заданной скорости. вращения осуществляется путем воздействия на углы управления выпрямителя 3 аналогично электроприводам постоянного тока. В режиме регулирования с ослабленным полем ЭДС обмоток синхронной машины поддерживается на заданном уровне; ослабление поля происходит в функции скорости вращения. Особенностью работы вентильного электродвигателя в режиме с ослабленным полем является то, что с ростом скорости вращения увеличивается коммутационное сопротивление фаз, а ЭДС вращения 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 L1).

Недостатком вентильного электродвигателя является дискретное регулирование 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 вентильногр электродвигателя.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является двухзонный вентильный электродвига тель, в котором углы открывания тиристоров инвертора изменяются непрерывно по оптимальному закону в функции скорости и тока нагрузки, а регулирование тока возбуждения осуществляется в функции величины амплитуды ЭДС фаз синхронной машины.

Двухзонный вентильный электродвигатель имеет управляемый выпрямитель, который подключен через инвертор к синхронной машине. Обмотка возбуждения синхронной машины питается от

5f

65 управляемого выпрямителя. Выходы трансформатора напряжения, датчика тока подключены к системе фазового управления и.регулирования выпрямителя. К управляющим электродам тиристоров выпрямителя и инвертора подключены выходы систем и импульсного управления, входы которых подключены к выходу блока сдвоения им пульсов управления, предназначенного дпя обеспечения одновременного открывания соответствующих тиристоров выпрямителя и инвертора в режиме прерывистых токов. Входы блока сдвоения импульсов подключены к выходу систем регулирования выпрямителя и инвертора. Вход регулятора пуска подключен к датчику скорости вращения и положения ротора. Входы блока фазового управления инвертора через логическое устройство выбора угла управления инвертора соединены с выходом блока задания углов управления THpHcTopos инвертора, состоящего из генератора пилообразных напряжений и управляющего органа. Входы блока подключены к датчику тока нагрузки и через пороговый элемент и согласующий усилитель — к датчику скорости. Общая точка порогового эле-мента и входа блока подключена через пороговый элемент к общей точке cxeMbr e.Вход системы импульсно-фазового

" управления выпрямителя подключен к выходу регулятора тока возбуждения.

Вход системы подключен также через регулятор амплитуды фаз синхронной машины и датчик амплитуды ЭДС фаз синхронной машины к зажимам синхронной машины (2).

Однако в вентильном электродвигателе затруднена настройка оптимального режима работы вентильного элек тродвигателя во второй зоне регулирования скорости (с постоянством мощности ). Действительно, для сохранения постоянства мощности для заданного тока нагрузки необходимо регулировать углы управления тиристорами инвертора так, чтобы напряжение на входных зажимах инвертора сохранялось приблизительно постоянным (если пренебречь падениями напряжения в тиристорах инвертора, коммутационных и фазах синхронной машины ).

При этом закон изменения углов управления тиристорами инвертора в вентильном электродвигателе зависит от коэффициента усиления согласующего усилителя, уставок пороговых элементов и величины входного сопротивления управляющего органа.

Поэтому подобрать их оптимальные соотношения в случае отклонения параметров синхронной машины от расчетных довольно сложно. Кроме того, проверить правильность регулировки

1073851 режимов работы во второй зоне можно лишь на вращающейся машине, скорость которой достигает 4000 об/мин и более, Для.изменения параметров согласующего усилителя и уставок пороговых элементов приходится неод- 5 нократно отключать и включать электропривод с вентильным электродвигателем, причем работающим под нагрузкой, так как углы управления тиристорами инвертора зависят также и 10 от тока нагрузки.

Цель изобретения — снижение трудоемкости настройки электропривода с двухзонным вентильным электродвигателем для работы его во второй зо не с постоянством мощности.

Указанная цель достигается тем, что в двухзонный вентильный электро двигатель, содержащий синхронную ма шину, обмотки фаз которой подключены через управляемый инвертор и управляемый выпрямйтель к сети переменного тока, блок задания углов управления тиристорами инвертора, выход которого подключен к входу блока фазового управления инверто- 25 ром, введен источник смещения и регулятор выпрямленного напряжения инвертора, выход которого подключен к входу блока задания угла управления тиристорами инвертора, его пер- 30 вый вход подключен через датчик выпрямленного напряжения инвертора к зажимам постоянного тока инвертора, а второй вход — к источнику смещения. 35

Благодаря введенному регулятору выпрямленного напряжения инвертора настраивается уже не зависимость изменения углов управления тиристоров инвертора в функции изменения скорости двигателя, а лишь значение максимального напряжения инвертора, которое определяется величиной напряжения смещения на входе регулятора выпрямленного напряжения и может быть выставлено с помощью регули- 45 руемого резистора прямо на вращающемся электродвигателе. Углы управления тиристорами инвертора в этом случае всегда соответствуют оптимальным, когда на выходе инвертора Я} поддерживается максимальное напряжение, соответствующее максимальной мощности электродвигателя. !

На фиг. 1 представлена принципиальная схема вентильного электродвигателя; на фиг. 2 — графики изменения выпрямленного напряжения инвертора, амплитуды ЭДС фаз и тока возбуждения в зависимости от скорости вращения двигателя. 60

Вентильный электродвигатель содер жит синхронную машину 1, обмотки фаз которой подключены через управляемый инвертор 2 и управляемый выпрямитель 3 к сети переменного тока, блок 4 задания углов управления тиристоров инвертора, выход которого соединен с входом блока 5 фазового управления инвертором, регулятор 6 выпрямленного напряжения инвертора 2 выход которого подключен на вход блока 4 задания углов управления тиристоров инвертора, его первый вход подключен через датчик 7 выпрямленного напряжения инвертора к зажимам постоянного тока инвертора 2, а второй вход — к источнику смещения. Обмотка возбуждения синхронной машины 1 питается от управляемого выпрямителя 8. Выходы трансформатора напряжения 9, датчика тока

10 подключены к системе 11 фазового управления и регулирования выпрямителя 3. К управляющим электродам тиристоров выпрямителя 3 и инвертора 2 подключены выходы систем 12 и 13 импульсного управления выпрямителем инвертором, входы которых подключены к выходу блока 14 сдвоениь импульсов управления, пре;назначенного для обеспечения одновременного открывания соответствующих тиристоров выпрямителя и инвертора в режиме прерывистых токов. Входы блока 14 сдвоения импульсов управления подключены к выходу систем 11, 5 регулирования выпрямителя 3 и инвертора 2.

Вход регулятора 15 пуска подключен к датчику 16 скорости вращения и положения ротора. Выход регулятора пуска подключен к входу системы 11 5 управления выпрямителем и инвертором.

Регулятор пуска 15 предназначен для управления коммутацией тиристорон инвертора в зоне низких скоростей вращения, когда ЭДС фаз "инхронной машины мала и недостаточна для осуществления коммутации (при малых скоростях вращения коммутация тиристоров инвертора осуществляется методом прерывания тока, основанном на поочередном переводе тиристоров выпрямителя 3 в инверторный режим и обратно ).

Входы блока 5 подключены к датчику 16 скорости вращения и положения ротора и к логическому устройству 17 выбора угла управления инвертора 2, входы которого подключены к выходу системы 11 фазового управления и регулирования выпрямителем и выходам блоков 4, 18 задания угла управления тиристорами инвертора в двигательном и тормозном режиме. При этом блок 18 задает также угол управления тиристорами инвертора 2 в двигательном режиме при малой скорости вращения ° Входы блока 4 подключены к датчику тока нагрузки

10 и выходу регулятора 6.

Выход системы 19 импульсно-фазового управления выпрямителя Зподключен к управляющим электродам тирис1073851

4 торов выпрямителя 8, а вход - к регулятору 20 тока возбуждения синхI ронной машины. Входы регулятора 20, состоящего из операционного усили.теля, подключены к источнику задающего напряжения 27 и, датчику 21 5 тока возбуждения ° Вентильный электродвигатель содержит датчик 22 амплитуды ЭДС фаз синхронной машины, выход последнего подключен к входу ,регулятора 23 максимальной амплиту- f0 ды ЭДС, состоящего иэ усилителя на транзисторе, коллектор которого подключен к входу системы импульснофазового управления 19. Блок 4 задания углов управления тиристоров инвертора состоит из генератора 24 пилообразных напряжений и управляющего органа 25. На фиг. 1 и 2 обозначено: 26-30 - источники напряжения, U< - выпрямленное напряжение инвертора, 0 — амплитуда напряжения на зажимах синхронной машины, п — скорость вращения двигателя, пн щ - номинальная скорость вращения двигателя. Схема работает следующим образом.

В исходном состоянии 05 = 0 . и углы управления тиристорами выпрямителя 3 о(. « 160 эл.град. С датчика

16 через логическое устройство 17 и блок 18 сигнал управления поступа- 30 ет на два тиристора инвертора 2. Од,накр при О = 0 ток в силовой:цепи отсутствует и ротор синхронной машины неподвижен. При этом сигнале источника 27 через регулятор 20 и систе- 35 му 19 углй управления .выпрямителя 3 устанавливаются такой величины, чтобы по обмотке возбуждения синхронной машины протекал ток, создающий номи« нальный поток возбуждения., 40

При появлении задающего напряжения

30 углы управления тиристорами выпрямителя становятся меньше 90 эл.град и по двум фазам синхронной машины протекает ток, создавая вращающий момент. До 5-10 1ц частоты тока фаз статора синхронной машины коммутация тиристоров инвертора осуществляется методом прерывания тока с углами опережения открывания тиристоров)3 О., При достижении граничной частоты ре-. 50 гулятор пуска 15 выдает сигнал перехода на коммутацию тиристоров инвертора за счет ЭДС фаз синхронной машины. При этом углы управления устанавливаются задатчиком 4 и зависят 55 от величины тока нагрузки.

До номинальной скорости сигнал .с выхода датчика 7 на входе регулятора 6 меньше сигнала источника смет О щения 26 и на выходе регулятора 6 сигнал равен нулю.

Тиристоры инвертора в этом режиме работают с углами управления, зависящими лишь от тока нагрузки, а синхронная машина 1 имеет полный поток возбуждения.

При достижении ротором двигателя номинальной скорости напряжение на выходе датчика 7 становится равным сигналу источника смещения 26. При дальнейшем росте скорости двигателя сигнал на выходе датчика 7 превышает сигнал источника смещения 26, на вы ходе регулятора 6 появляется напряжение H углы управления тиристорами инвертора увеличиваются, сохраняя неизменным (или несколько увеличивая ) выпрямпениое значение ЭДС инвертора, несмотря на значительное воэрастание амплитуды ЭДС фаэ синхронной маи ины иэ-за роста скорости двигателя при неизменном токе возбуждения.

При достижении ЭДС фаз синхронной машины предельного значения сигнал с выхода датчика 22, поступающий на переход эмиттер-база транзистора регулятора 23, становится равным запирающему сигналу от источника 28.

Дальнейшее возрастание ЭДС приводит к открытию транзистора, шунтированию входа системы импульсно-фазового управления 19, уменьшению тока возбуждения и возрастанию скорости двигателя. При работе в этом режиме регулирования скорости ЭДС фаз синхронной машины поддерживается практически неизменной (степень ее увеличения при росте скорости до максимальной в функции возрастания напряжения на выходе выпрямителя 1 определяется коэффициентом усиления транз и стора ре гул ятора. 2 3 ) .

В качестве датчика выпрямленного напряжения инвертора может быть использована, например, оптронная пара, включенная на выход выпрямительного моста, зажимы переменного тока которого через добавочный резистор подключаются на входные зажимы инвертора 2.

Разгон электропривода до номинальной скорости с предлагаемым вентильным электродвигателем осуществляется с полным потоком. При этом сигнал, подаваемый с источника смещения 26 через потенциометр на вход операционного усилителя регулятора 6,должен быть максимальным. После достижения номинальной скорости двигателя движок потенциометра, подключенного к источнику смещения напряжения 26, устанавливается в положение, когда снимаемый с него сигнал становится равным сигналу с датчика 7. Данную операцию выполняют один раз, KOHTpo» . лируя лишь величину напряжения на зажимах инвертора. При этом не требуется останова электропривода, что значительно упрощает его наладку и снижает ее трудоемкость (от нескольких часов до нескольких минут).

1073851

Таким образом, благодаря введению снижение трудоемкости настройки электрегулятора выпрямленного напряжения ропривода,что сокращает эатраты на ре-i чнвертора,достигается значительное монт и обслуживание электропривода.

1073851

incor(И. NNEC

<Н0М

Составитель А. Санталов

Редактор И. Колесникова Техред В.Далекорей

Корректор A - Ференц

Подписное

Ф

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

Закаэ 375/52 Тираж 667., ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам нэобретений и открытий

11303Ь, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5