Вентильный электродвигатель

 

СОЮа СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) (51) 4 H 02 К 29/СО

y3!

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕ ГЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 38) 9290/24-07 (22) 28. ) 1 .84 (46) 15.09.86. Бюл. Ф 34 (7)) Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова (72) В.А. Чихняев и А.А. Афанасьев (53) 621.313.!3.014.2:621.382(088.8) !

56) Патент Японии Ф 52-20644, кл. 55 С 2, 1977.

Conf. Ree. Ind. Арр1. Яос. IEEElAS. 16, Annu. Meet., Philadelph1а, Ра, )98), 0crober 5-9, Нью-Йоркр)982

696 †7. (54) ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ . (57) Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при создании электроприводов с вентильными электродвигателями (ВД), коммутация обмоток которых осуществляется -aBHcHM(w преобразователем частот со звеном постоянного тока. Целью изобретения является повышение надежности. ВД содержит выпрямитель 1, выход которого последовательно с дросселем 2, шунтирвванным тиристором 3, подключен к входу инвертора 4, выход к-рого соединен с обмотками якоря синхронной эл. машины 5. Управляющие цепи тиристоров выпрямителя через систему импульсно-фазового управления 6 подключены к устройству выбора режимов коммутации 7, к-рое одновременно подключено к устройству управления

8 тиристором 3, а также в упразляющему входу ключа режимов работы 9 инвертора. Управляющие цепи тиристоров инвертора могут быть подключены через устройство управления 10 и ключ режимов работы 9 и к выходу распределителя импульсов 11 и к вы1757770 ходу системы импульсно-фазового управления 12, к-рая через датчик напряжения 13 подключена к обмоткам якоря синхронной эл, машины 5. Тран" сформатор тока 14 соединен. с входом датчика тока 15, выход к-рого соединен с первым входом первого интегратора 16, второй вход к-рого соединен с потенциометром !7 цепи задания момента нагрузки. Выход первого интегратора 16 подключен к входу интегратора 18, выход к-рого соединен с входом компаратора 19, выход к-рого соединен с входом распределителя импульсов 11 входом обнуления

20 интегратора 18 и с входом устройства выбора режимов коммутации 7.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании электроприводов с вентильным электродвигателем, коммутация обмоток которого осуществляется зависимым преобразователем частоты со звеном постоянного тока.

Цель изобретения - повышение надежности путем исключения источника повышенной частоты, служащего для питания обмотки возбуждения в. рабочем режиме.

На фиг. 1 изображена схема вентильного электродвигателя, на фиг.2развернутая схема нескольких узлов функциональной схемы; на фиг. 3 временные диаграммы напряжений на элементах схемы.

Вентильный электродвигатель содержит выпрямитель 1, выход которого последовательно с дросселем 2, шунтированным тиристором 3, подключен к входу инвертора 4, выход последнего соединен.с обмотками якоря синхронной электрической машины 5. Управляющие цепи тиристоров выпрямителя через систему 6 импульсно-фазового управления подключены к устройству

7 выбора режимов коммутации, которое одновременно подключено к устройству

8 управления тиристором 3, а также к управляющему входу ключа 9 режимов

Входы установки исходного состояния распределителя импульсов 11 соединены с выходами фазочувствительного выпрямительного устройства 21, входы к-рого соединены с обмотками якоря синхронной машины 5 через ключ 22, управляющая катушка к-рого подсоединена к первому входу блока 23 определения начального положения ротора, а второй и третий выходы соединены с управляющими входами распределителя импульсов. Данная структурная схема ВД исключает необходимость в источнике повышенной частоты для питания обмотки возбуждения в рабочем режиме, что способствует повышению надежности. 3 ил. работы инвертора. Управляющие цепи тиристоров инвертора могут .быть подключены через устройство 10 управления и ключ режимов работы и либо к

5 выходу распределителя 11 импульсов, или к выходу системы 12 импульснофазового управления, которая через датчик 13 напряжения подключена к обмоткам якоря синхронной машины.

Трансформатор 14 тока соединен с входом датчика 15 тока, выход которого соединен с первым входом первого интегратора 16, второй вход которого соединен с потенциометром 17 цепи задания момента нагрузки. Выход первого интегратора 16 подключен к входу интегратора, 18, выход которого соединен с входом компаратора 19, выходом соединенного с входом распре20 делителя 11 импульсов, входом 20 об)

1 нуления интегратора 18 и входом устройства 7 выбора режимов коммутации.

Входы установки исходного состояния распределителя 11 импульсов соединены с выходами фазочувствительного выпрямительного устройства 21, входы которого соединены с обмотками якоря синхронной машины 5 через ключ 22, управляющая катушка которого подсоединеиа к первому выходу блока 23 определения начального положения ротора, а второй н третий выходы соединены с управляющими входами распределителя импульсов. Ин 1257770

45 теграторы 16 и 18 и компаратор 19 образуют блок моделирования уравнения движения ротора. Фазочувствительное устройство 21 предназначено для получения информации о положении ротора двигателя относительно статора в неподвижном состоянии. Входы устройства 21 подключены через ключ 22 к выходу инвертора, т.е. к обмотке якоря синхронной машины 5. 10

Выходы 24-26 блока 23 подключены к входам 27 и 28 распределителя 11.

Устройство 21 имеет три одинаковых канала с трансформатором 29 согласования. Трансформатор 29 питается от 15 той же сети, что и обмотка возбужде1 ния. Поэтому напряжения, поступающие с фаз обмотки якоря синхронной машины 5 на диодные мосты 30 каждого као нала, могут быть сдвинуты на 180 20 или совпадать по фазе. Одна из точек диодного моста 30 подключена к входу операционного усилителя 31, работающего в релейном режиме. Конденсатор

32 предназначен для сглаживания выпрямленного напряжения, а диод 33 для шунтирования отрицательного сигнала на выходе усилителя 31. Блок

23 определения начального положения ротора предназначен для управления 30 катушкой ключа 22 (первый выход 24) и распределителем 11 импульсов (второй 25 и третий 26 выходы) с целью обеспечения взаимосвязанной последовательности срабатывания элементов устройства 21 и распределителя импульсов 11. Блок 23 состоит из известных соединенных последовательно и параллельно схем транзисторной задержки, время срабатывания которых 40 определяется величиной емкости конденсаторов в базовой цепи транзисторов, а также двух микросхем 34 и 35 для получения инвертированного сигнала выходов 25 и 26.

Распределитель 11 импульсов служит для распределения поступающих с выхода компаратора 20 импульсов на три канала и формчрует их длительность. Он состоит из трех 3 K- 50 триг г еров 36-38, счетные входы ко то- рых соединены через микросхему 39 с выходом компаратора 19, через управляющий вход 27 — с блоком 23, а потенциальные входы соединены с 55 элементами микросхем И-НЕ 40-51. С выходом 52 триггера 36 соединены входы 53-55 микросхем И-НЕ 43, 47

: и 51. Элементы 40-51 регламентируют последовательность срабатывания триггеров 36-38. Входы 56-58 установки исходного состояния распределителя 11 соединены с потенциальными входами триггеров 36-38 через элементы 59-61. Управляющий вход 28 соединен с одним из входов элементов

4l-49.

На фиг. 3 приняты следующие обозначения: 3 — момент времени включения вентильного двигателя; 15 -время включенного состояния ключа 22;

1„ — время паузы между моментом отключения ключа 22 и моментом годачи управляющего сигнала 0,, — момент времени записи в распределитель

ll импульсов кодированной информации о положении ротора электрической машины 5; 4„ †моме времени подачи уп2 равляющего сигнала U или момент появления тока в якорной цепи двигателя; т, — время нарастания тока двигателя от нуля до тока статической нагрузки, пропорционального напряжению

0п с потенциометра 17; Llп — постоянное напряжение на втором входе компаратора 19; U; — напряжения выходов блоков схемы управления вентильным двигателем, где — номер обозначения блока или номер выхода блока.

Потенциометр 17 задает напряжение пропорциональное заранее известной величине статического нагрузочного момента. По знаку он противоположен сигналу датчика 15 тока и не вызывает предварительного интегрирования интегратора 16. Последний начинает интегрировать только тогда, когда напряжение с датчика 15 тока превысит напряжение с потенциометра

17. Следовательно, он работает по сигналу разности полного и статического нагрузочного тока, а это пропорционально разности моментов. Компаратор 19 при совместной работе с интегратором 18 реализует функцию преобразования дважды интегрированного сигнала разности датчика 15 тока и потенциометра 17 ((1<„ — jl„-) в дискретные импульсы. Это осуществляется сравнением двух сигналов на

I входе компаратора 19 и действием обратной связи между выходом компаратора !9 и ключом интегратора 18.

Ключ при замыкании приводит к нулевое состояние выход интегратора 18.

Время между двумя последовательными

3 импульсали равно времени поворота ротора на угол 60 зл. град.

Вентильный двигатель работает следующим образом.

В момент tz включается напряжение задания Ц . Система импульсно-фазо0 вого управления 6 выдает сигналы управления на тиристоры выпрямителя

° Исходное состояние схемы вентиль ного двигателя: задающий сигнал U равен нулю, и напряжение на выходе выпрямителя 1 отсутствует. После включения тумблера 62, находящегося в блоке 23 нулевого состояния, на выходе 24 появляется сигнал 0 и включается ключ 22 t,ìîìåíò времени

Ц . Переменное напряжение, поданное в обмотку возбуждения синхронной электрической машины 5, трансформируется в три фазы статорной обмотки и поступает на входы фазочувствительного выпрямительного устройства

21. Б зависимости от положения ротора относительно стентора на выходах распределителя ll импульсов создается соответствующая комбинация еигналов (положительных и нулевых), которые подаются на входы установки начального состояния распределителя 11. Одновременно в момент времени 1 с выхода 25 блока 23 подает". ся сигнал разрешения 0 в распределитель 11 импульсов через управляющий вход 28. В момент времени 11 с выхода 26 блока 23 через вход 27 распределителя 11 импульсов на счетные входы триггеров 36-38 подается стробирующий сигнал 0 записи исходной информации, которая поступает в распределитель 11 импульсов через входы 56-58 и элементы 59-61 микро"схемы. Происходит ориентирование триггеров 36-38 в требуемое положение (напряжения Рц,,,U „, Ц,", ), т.е. в соответствие с положением ро" тора синхронной машины 5. С выходов распределителя 11 импульсов сигналы через ключ 9 поступают в устройство

10 управления тиристорами, усиливаются в нем и подаются к управляющим электродам двух тиристоров инверто,ра 4. По истечении выдержки времени

1 ключ 22 отключается. С выходов фа зочувствительного выпрямительного устройства 21 сигналы становятся равнымн нулю, а на входе 28 распределителя импульсов 11 устанавливается единичный сигнал 0 . Зми сигнаЮ лы в дальнейшем не препятствуют работе распределителя 11 импульсов.

Состояние триггеров 36-38 не изменяется.

Напряжение с выпрямителя I подается на инвертор 4, а через его два открытых тиристора — к двум обмоткам якоря синхронной машины 5. Появляется ток двигателя, который через трансформатор 14 тока поступает на вход датчика 15 тока и подается на вход интегратора 16. Напряжение U« пропорциональное полному току синхронной машины 5, увеличивается до величины 0„, снимаемого с потенциометра .7 за время 4 достижения током двигателя величины тока статической нагрузки. Как только напряжение О« станет больше Ц, „ ротор синхронной машины 5 выводится из неподвижного состояния и интегратор 16 начинает интегрировать. На его выходе увеличивается напряжение 8<, темп увеличе- ния которого эавис.;т от разности напряжений 0« — Ut1 °

На вход интегратора 18 подается увеличивающееся напряжение 0, под действием которого интегратор 18 интегрирует до напряжения уставки "и

При соотношении напряжений 0, 3 U на выходе компаратора 19 скачком появляется сигнал 11,q . .По каналу обратной связи сигнал. замыкает ключ интег-.

35 ратора 18, который шунтирует (разряжает) конденсатор, ограничивая длн" тельность сигнала с выхода компаратора 19. Напряжение (импульс) 11 с выхода компаратора 19 поступает в устройство выбора режимов коммутации 7, которое выдает игнал в систему 6 импульсно-фазового управления тиристорами выпрямителя 1, переводя его в инверторный режим, и одновременно в устройство 8 управления тиристором 3, включая его для шунтирования дросселя 2; а также в распределитель ll импульсов, изменяя состояние одного ч иэ триггеров (выход U„) . Через ключ

9 режимов работы и устройство 10 уп50 равления тиристорами снимается управ-, ляющий сигнал с одного тиристора ийвертора 4 и подается управляющий сигнал на следующий тиристор, который в свою очередь,„ подключает другую обмотку якоря синхронной машины 5.

В этот момент времени происходит режим коммутации инвертора 4 путем запирания тока выпрямителя.

1257770

Возвращение выпрямителя 1 в выпрямительный режим и отключение тиристора 3 происходит после исчезновения тока двигателя и выдержки времени, равной времени восстановления з;пирающих свойств тиристора. Интегратор 16 продолжает интегрировать, а интегратор 18 интегрирует с нулевого состояния под действием изменяющегося (увеличивающегося напря- i0 жения U с выхода интегратора 16.

Последующие моменты коммутации происходят аналогично.

Когда частота следования импульсов с компаратора 19 достигает определенной величины (частота вращения ротора примерно 8-10Х от номинальной), устройство выбора режима коммутации 7 в нужный момент вре- yg мени переключает ключ 9 на систему

12 фазового управления. Следователь.но, инвертор 4 переводится в режим работы с естественной коммутацией с синхронизацией от напряжения, снимае-2S мого с фаз обмоток синхронной машины 5 через датчик 13 напряжения.

Одновременно прекращается подача сигналов управления с устройства 7 выбора режимов коммутации в систему

6 импульсно-фазового управления и устройство 8 управления тиристором 3.

° .

Вентильный электродвигатель может быть применен в электроприводах, в которых пусковой режим работы не является основным. Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я.

Вентильный электродвигатель, содержащий ротор с обмоткой возбуждения, статор с обмоткой якоря, подключенной к цепи питания переменного тока через преобразователь частоты со звеном постоянного тока, содержащий управляемый выпрямитель, дроссель с шунтирующим тиристором и тиристорный инвертор, управляющие цепи тиристоров инвертора связаны через переключатель с выходом системы импульсно-фазового управления инвертором и выходом распределителя импульсов, управляющие входы системы импульсно-фазового управления связаны с выходом датчика выходного, напряжения инвертора, устройство выбора ражимов коммутации, выход которого связан с управляющим входом системы импульсно-фазового управления выпрямителем, управляющим входом шунтирующего тнристора и управляющим входом переключателя, блок определения начального положения ротора, выход которого подключен к установочному входу распределителя импульсов, содержащий переключатель для подключения обмотки возбуждения к цепи переменного тока, и фазочувствительное устройство, вход которого связан с выходом инвертора, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности, он снабжен датчиком входного тока выпрямителя, цепью задания момента нагруз-. ки и модЕлирующим блоком, выполненным в виде соединенных последова- . тельно по входу-выходу первого и второго интеграторов и компаратора, второй интегратор выполнен с входом обнуления, первый вход первого интегратора соединен с выходом датчика входного тока выпрямителя, второй вход первого интегратора связан с выходом цепи задания момента нагрузки, выход компаратора связан с управляющим входом распределителя импульсов и с входом обнуления второго интегратора, а вход устройства выбора режимов коммутации связан с выходом компаратора.

1257770

1257770

Составитель А. Санталов

Техред Л.Сердюкова КорректорИ. Демчик

Редактор Л. Пчелинская

Тираж 631 Подписное

BHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 5036/54

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4