Высокоскоростной вентильный электродвигатель
ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ по авт.св. № 1197018, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, он снабжен устройствами согласования напряжения с тремя входами, датчиком напряжения питания, датчиком ЭДС обмотки , логическими элементами ИЛИ и коммутирующими элементами, включенными в цепь между датчиком положения ротора и распределителями управляющих импульсов , причем входы устройства согласования напряжения соединены с датчиками напряжения питания и ЭДС обмотки и устройством переключения режима работы, выход соединен с управляющим входом коммутирующего элемента и одним из входов элемента ИЖ, другой вход которого соединен с устройством переключения режима работы, а выход - с входом распределителя (Л управляющих импульсов.
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
PECllVSllHH (19) (11) 4 А2 (5D 4 H 02 К 29/06
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ
K...."-(...я
I1В .,::,, „,„13 ей ЬЛ 11 (Л MA
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (61) 1197018 (21) 3514705/24-07 (22) 07.12.82" (46) 15. 11.86. Бюл. 1(42 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт электр омашиностроения (72) Н,П.Адволоткин, А. Н. Закладной, В.А.Компанейц, С.Л.Прядко, В.Г.Смоляр и А.Ю.Янковский (53) 621.313.13,014,2.621 382(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР
N9 1197018. кл. Н 02 К 29/02. 1981. (54)(57) ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ ВЕНТИЛЬНЫЙ
ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ по авт.св. В 1197018; отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, он снабжен устройствами согласования напряжения с тремя входами, датчиком напряжения питания, датчиком ЭДС обмотки, логическими элементами ИЛИ и коммутирующими элементами, включенными в цепь между датчиком положения ротора и распределителями управляющих импульсов, причем входы устройства согласования напряжения соединены с датчиками напряжения питания и ЭДС обмотки и устройством переключения режима работы, выход соединен с управляющим входом коммутирующего элемента и одним из входов элемента ИЛИ, другой вход которого соединен с устройством переключения режима работы, а выход — с входом распределителя управляющих импульсов.
1270844 .М
t0
30 дежность двигателя.
Изобретение относится к электротехнике, а именно к высокоскоростным электродвигателям, и может быть использовано в приводах высокооборотных механизмов, не требующих больших пусковых моментов, таких как компрессоры, насосы, центрифуг * и другие устройства.
По основному авт. св. Р 11970 18
;известен высокоскоростной вентильный электродвигатель, содержащий индук.тор, якорь с многофазной обмоткой, от каждой фазы которой выполнены отводы, датчик положения ротора, тиристорный коммутатор, через который к источнику питания подключена якорная обмотка, дополнительный коммутатор, через который к источнику питания подключены отводы якорной обмотки и каж. дый ключ которого состоит из последовательно соединенных вспомогательного тиристора и транзистора. Двигатель содержит также систему управления, включающую в себя усилителиформирователи, устройство переключения режима работы и распределители управляющих импульсов с двумя управляющими входами, выходы каждого из которых соединены с управляющими цепями силовых ключей обоих коммутаторов, один из входов — с выходом датчика положения ротора, а другой . вход — с устройством переключения режима работы.
Дополнительный коммутатор служит для пуска двигателя, когда питание, подаваемое с управляемого по напря1 жению источника, например с управляемого выпрямителя, существенно ниже номинального. При этом максимальное напряжение, подаваемое с источника питания на транзисторы дополнительного коммутатора, ограничено предельно допустимыми параметрами транзисторов. Благодаря тому, что дополнительный коммутатор подключен к отводам обмотки, частота вращения двигателя при его работе превосходит частоту вращения при работе двигателя с тиристорным коммутатором на том же напряжении питания . После разrона двигателя до частоты вращения, на которой возможна надежная работа с тиристорным коммутатором в режиме естественной коммутации,, осуществляется переключение с дополнительного коммутатора на основной -. тиристорный, а соответственно„ на другое число витков статорной обмот ки и, кроме того, «а другое (повышенное) напряжение питания. При снижении скорости имеет место обратная последовательность описанных процессов управления.
Недостаток известного электродвигателя обусловлен его низкой надежностью. Это объясняется тем, что при одновременном переключении по сигналу режима работы на другой коммутатор, другое число витков и дру° roe напряжение в устройстве отсутствует контроль и согласование происходящих при этом процессов, а именно соответствия входного напряжения
ЭДС, наведенной в обмотке статора. . Если при переходе с дополнительного коммутатора на основной не имеет существенного значения тот факт, что напряжение на входе коммутатора не успело возрасти до требуемого значения, например, вследствие наличия реактивных элементов в управляемом выпрямителе (это только приводит к некоторой неизбежной потере частоты вращения), то при обратном переходе, когда напряжение на входе дополнительного коммутатора, не успев снизиться до требуемого значения, уже подано на транзисторы, может иметь место выход из строя транзисторов от перенапряжений на их переходах, что и обусловливает низкую наЦель изобретения — повышение надежности электродвигателя.
Указанная цель достигается тем, что электродвигатель дополнительно снабжен устройством согласования напряжения с тремя входами, датчиком напряжения питания, датчиком ЭДС обмотки, коммутирующим элементом и логическим элементом ИЛИ, причем входы устройства согласования напряжения соединены с датчиком напряжения питания и ЭДС обмотки и устройством переключения режима работы, выход соединен с входом коммутирующего элемента, включенного в цепь между датчиком положения и распределителями управляющих импульсов, а также с одним из входов элемента ИЛИ, другой вход которого соединен с устройством переключения режима работы, а выход— с входом распределителя управляющих импульсов.
70844
3 12
На фиг. I представлена блок-схема электродвигателя, на фиг, 2 — схема устройства согласования напряжения, на фиг. 3 — диаграммы напряжений, снимаемых с эпементов электродвигателя .
Высокоскоростной вентильный электродвигатель содержит мостовой тиристорный коммутатор 1 с силовыми ключами 2-7, через которые к источнику питания подключены фазы 8 — 13.
Параллельно тиристорному коммутатору 1 подключен дополнительный коммутатор 14 с силовыми ключами 15 — 20, каждый из которых, например ключ 15, состоит из последовательно соединенных тиристора 21 и транзистора 22, шунтированных в обратном направлении диодом 23, Через силовые ключи
15-20 коммутатора 14 с источником питания соедийены отводы 11-13 статорной обмотки. Силовые ключи коммутаторов 1 и 14, через которые с источником питания соединена одна ита же фаза статорной обмотки, своими управляющими цепями связаны с одним и тем же распределителем 24 управляющих импульсов. Согласно фиг.1 с распределителем 24 управляющих импульсов через усилители-формирователи 25-27 соединены управляющие цепи силовых ключей 2 и 15.
Каждый распределитель 24 управляющих импульсов соединен своим входом через коммутирующий элемент 28 с датчиком 29 положения ротора, а другим входом через логический элемент ИЛИ 30 — с устройством 3 1 пе.реключения режима работы . Электродвигатель снабжен датчиком 32 напряжения питания и датчиком 33 ЭДС, снимаемой с фаз якорной обмотки, например с отводов 11-13 якорной обмотки, выходы которых соединены с входами 34 и 35 устройства 36 согласования напряжения. Третий его вход 37 соединен с устройством 3 1 переключения режима работы, а выход 38 - с управляющим входом 39 коммутирующего элемента 28 и свободным входом логического элемента ИЛИ 30 °
Устройство 36 согласования напряжения (фиг. 2) обеспечивает управление коммутирующим элементом 28 в зависимости от соотношения значеж и напряжения питания и ЭДС обмотки в моменты переходы с дополнительного коммутатора 14 на основной и
1О
<5
40 наоборот, т.е, в моменты перехода с искусственной коммутации на естественную и наоборот.
Устройство 36 согласования напряжения содержит формирователь 40 импульсов, обеспечивающий формирование импульсов по переднему и заднему фронтам сигнала, поступающего с устройства 31 переключения режима рабЬты, схему 41 совпадения, .осуществляющую выдачу импульса при совпадении амплитуд напряжения питания и
ЭДС, снимаемых соответственно с датчиков 32 и 33, а также триггер 42 с двумя устойчивыми состояниями, на один вход 43 которого поступает сигнал с формирователя 40 импульсов, на другой вход 44 — сигнал со схемы
4 1 совпадения, а выход является выходом 38 устройства 36 согласования напряжения.
Формирователь 40 импульсов выполнен на логических элементах НЕ 45-47 и логических элементах И-НЕ 48-50.
Схема 41 совпадения содержит потенциометр 51, нуль-органы 42 и 53, выпрямители 54 и 55 и логические элементы И-НЕ 56-58, Нуль-органы 52 и
53 осуществляют сравнение по амплитуде сигналов, поступающих с датчиков 32 и 33, и с помощью выпрямителей 54 и 55 выдают сигнал в моменты совпадения амплитуд ЭДС и напряжения. Логические элементы И-НЕ 56-58 обеспечивают прохождение сигналов с нуль-органов 52 и 53 на вход 44 триггера 42.
На диаграммах сигналов, снимаемых с элементов двигателя (фиг. 3), индекс в обозначении сигнала соответствует элементу, с которого этот сигнал снимается.
Электродвигатель работает следующим образом.
При наличии сигнала на пуск электродвигателя с устройства 3 1 переключения режима работы отсутствует сиг нал О на распределитель 24 управляюЪ1 щих импульсов 24, благодаря чему обеспечивается коммутация фаз якорной обмотки двигателя с помощьютранзисторов 22 дополнительного коммутатора 14, При этом запитывается только часть обмотки, поскольку через дополнительный коммутатор 14 к источнику питания подключены отводы
11-13. Управление ключами дополнительного коммутатора 14 осуществля12708
3 ется с помощью сигналов датчика 29 положения ротора, поступающих только на управляющие цепи транзисторов
22 ° Тиристоры 2 — 7 в этом режиме работы заперты, дополнительные тиристоры 21 отперты.
По достижении двигателем частоты вращения, при которой обеспечивается надежная работа тиристорного коммутатора 1 в режиме естественной коммутации, осуществляется переход с дополнительного коммутатора 14 на основной, при котором, помимо пе реключения на другие силовые ключи, обеспечивается пер еключ ение на другое число витков фаз якорной обмотки и на другое (повышенное) напряжение питания. B отличие от прототипа, в котором такое переключение осуществляется без контроля значений ЭДС и напряжения питания, в предлагаемом электродвигателе переклю чение обеспечивается только при равенстве значений ЭДС подключаемой обмотки и напряжения питания. Сигналы пропорциональны по амплитуде значениям ЭДС и напряжения, поступающим с датчика 33 ЭДС и датчика
32 напряжения на входы 35 и 34 устройства 36 согласования напряжения, На схеме 4 1 сравнения обеспечивается сопоставление поступающих сигналов по амплитуде на нуль-органах 52 и 53 и в случае равенства амплитуд выдача сигнала на вход триггера 44, разрешающая работу двигателя на тиристорах 2-7 основного коммутатора
1. Пока напряжение питания не достигнет по амплитуде значения ЭДС, формирователь 40 импульсов выдает на вход 43 триггера 42 сигнал, запрещающий работу коммутатора 1.
На фиг. 3 U — сигнал с устройства 31 переключения режима работы, подаваемый при работе в режиме естественной коммутации. Логический элемент НЕ 46 осуществляет инвертирование сигнала, а логические элементы 45, 47 — 50 обеспечивают выдачу импульсов У по переднему фронту оигналов U „и U
Поступление импульсов U возоб новляется только при подаче сигнала на вход 44 триггера 42. Это происходит при равенстве значений напряжения питания и ЭДС фаз якорной обмотки. Сигналы U y и U пропорциональные напряжению питания и ЭДС поступают на входы нуль-органа 52, который срабатывает при равенстве поступающих сигналов U и Uq При этом с выхода выпрямителя 54 снимается импульс, который формируется с помощью логического элемента И-НЕ 56.
На другой вход элемента И-НЕ 56 поступает сигнал U> с устройства переключения режима работы. Его наличие обеспечивает срабатывание.логического элемента И-НЕ 56 только при переходе с искусственной коммутации на естественную. Сигнал U>, продублированный на элементе И-НЕ 58, поступает на вход 44 триггера 42, обеспечивая снятие импульса U4, запрещающего прохождение импульсов U g с датчика 29 положения ротора на тиристорный коммутатор 1, Аналогичным образом работает тракт, включающий в себя нуль-орган 53, выпрямитель 55 и логический элемент ИНЕ 57, предназначенный для перевода двигателя с режима естественной коммутации на режим работы с искусственной коммутацией. При этом запрещающий импульс. U4z имеет место в период неравенства значений ЭДС и напряжения, а именно в период, характеризуемый снижением напряжения на входе коммутаторов до значения, соответствующего значению ЭДС на фазах якорной обмотки.
Сигналы U 5, U и У характеризуют работу двигателя в режимах искусственной и естественной коммутации на дополнительном коммутаторе 14 и основном коммутаторе 1, Технико-экономический эффект от внедрения предлагаемого электродвигателя обусловлен повышением надежности работы дополнительного транзисторного коммутатора, а следовательно, срока службы устройства в целом.
l i ()8
4ht.2
1270844
52
53
Редактор А.Огар
Заказ 6250/55 Тираж 631 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5
Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4
Ъ б /а 7 ж
Vpp
Ь õ
52
V$g
Ъ ы
lf
5В
Составитель А.Санталов
Техред Л. Олейник Корректор В.Бутяга
