Вентильный электродвигатель

 

Изобретение относится к электротехнике . Целью изобретения является повышение энергетических показателей вентильного электродвигателя isa счет снижения динамических потерь в ключах преобразователей частоты и потерь на вихревые токи и гистерезис. Указанная цель достигается тем, что в вентильном электродвигателе выход порогового элемента 8 соединен, например , с анодной группой ключей преобразователя частоты 4 и с катодной группой ключей преобразователя частоты 5. В результате в процессе работы обеспечивается изменение структуры вентильного электродвигателя , снижение частоты коммутации ключей преобразователей частоты 4,5. Это приводит к уменьшению мощности потерь в ключах преобразователей частоты; потерь на вихревые токи и гистерезис , а значит, повьшается КПД вентильного электродвигателя. 2 з.п. ф-лы, 4 ил. (Л со :л 4 со ел

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕ(МУБЛИН (19) (1!) (5D 4 Н 02 К 29/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР по делАм изОБРетений и ОтнРытий (21) 4040224/24-07 (22) 24.03.85 (46) 23.11.87. Бюл. ¹ 43 (72) В.И. Катаев, В.К. Лозенко, Н.А. Катаева и В.Ф. Шалагинов (53) 621.313.13.014.2:62!.382(088.8) (56) Заявка Японии ¹ 51-42726, кл. Н 02 P 5/16, 1976.

Разработка систем электропривода для органов управления подвижного объекта. — Отчет МЭИ, ¹ Г!7723, 1982, ч. II, с. 33-36. (54) ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является повышение энергетических показателей вентильного электродвигателя

;за счет снижения динамических потерь в ключах преобразователей частоты и потерь на вихревые токи и гистерезис.

Укаэанная цель достигается тем, что в вентильном электродвигателе выход порогового элемента 8 соединен, например, с анодной группой ключей преобразователя частоты 4 и с катодной группой ключей преобразователя частоты 5. В результате в процессе работы обеспечивается изменение структуры вентильного электродвигателя, снижение частоты коммутации ключей преобразователей частоты 4,5.

Это приводит к уменьшению мошности потерь в ключах преобразователей частоты; потерь на вихревые токи и гис- . Ф терезис, а значит, повышается КПД вентильного электродвигателя. 2 s.í; ф — лы, 4 ил.

С:, 1 13

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в элехтроприводах с вентильными электродвигателями.

Цель изобретения — повышение электрических показателей вентильного электродвигателя за счет снижения динамических потерь в ключах преобразователей частоты и потерь на вихревые токи и гистерезис.

На фиг. li представлена блок-схема .вентильного электродвигателя с двумя трехсекционными обмотками якоря; на фиг. 2 — эпюры напряжений, поясняющие работу вентильного электродвигателя; на фиг. 3 — блок-схема вентильного электродвигателя, вариант выполнения; на фиг. 4 — эпюры напряжений, поясняющие работу вентильного элект. Родвигателя, выполненного по другому варианту.

Вентильный электродвигатель содержит синхронную машину 1 с двумя якорными обмотками 2 и 3, сдвииутыми в пространстве на угол 30 эл. град. одна относительно другой. Обмотки 2 и 3 подключены через преобразователи 4 и 5 частоты к источнику 6 питания. Каждый преобразователь имеет анодную и катодную группы ключей. В цепь первой .якорной .обмотки 2 электрической машины включен датчик 7 тока, последовательно с которым соединен пороговый элемент 8, выход 9 которого связан с цепями 10 управления ключей по крайней мере одной, например, анодной группы первого.преобразователя 4 частоты и с цепями ll упь равления ключей по крайней мере одной, например, катодной группы второго преобразователя 5 частоты. Пороговый элемент 8 может быть выполнен в виде гистерезистного реле.

Вентильный электродвигатель рабо— тает следующим образом.

Наличие сигнала, поступающего с . выхода порогового элемента 8 на цепи

10 и 11 управления ключей, свидетельствует о том, что указанные ключи закрыты. Пусть на интервале времени t< -t< (фиг. 2) токи в обмотках . электродвигателя нарастают. При достижении выходным сигналом датчика 7 тока первой якорной обмотки 2 синхронной машины в момент времени t порога срабатывания U первого по-рогового элемента 8 на его выходе

9 появляется управляющий сигнал U>, 54351 2 который, поступая на цепи 10 и II управления ключей преобразователей

4 и 5 частоты, отключает якорные обмотки 2 и 3 синхронной машины от ис5 точника питания. В рассматриваемом случае токи первой и второй якорных обмоток спадают через открытые ключи оставшихся во включенном состоянии групп и диоды моста обратного тока и поддерживаются согласно действующим

ЭДС самоиндукции и взаимоиндукции секций синхронной машины. В общем случае возможно закрытие всех ключей преобразователей 4 и 5 частоты, и токи обмоток спадают через источник питания через мост обратного тока, при этом спад токов значительно ускоряется действием напряжения источника питания, включенного встречно.

В момент времени 1 напряжение на выходе датчика 7 тока достигает порога отпускания U гистерезистного реле 8; на его выходе 9 появляет25 ся управляющий сигнал, который, поступая на цепи 10 и 11 управления. ключей, разрешает прохождение управляющих сигналов на управление ключами указанных групп преобразователей

Эб 4 и 5 частоты. Обмотки 2 и 3 синхронной машины подключены к источни,ку питания, и токи в них нарастают.

При укаэанном сдвиге в пространстве между якорными-обмотками и сину35 соидальным распределением индукции в воздушном зазоре форма тока во второй якорной обмотке 3 несколько отлична от формы тока в первой обмотке, если ЭДС вращения имеет значение, соО измеримое с величиной напряжения ис4 точника питания. В этом случае в режиме пуска формы токов будут совпадать с точностью до разброса параметров обмоток синхронной машины.

45 Для улучшения формы тока второй якорной обмотки при значительных частотах вращения в вентильном электродви.гателе целесообразно применение тра/ пецеидального распределения индукции в воздушном зазоре электрической машины. Для повышения надежности работы в вентильном электродвигателе необходимо предусмотреть блок контроля тока и отключения второй обмотки вентильного электродвигателя от источника питания в аварийных режимах работы, например при коротком замыкании. Предполагается, что вентильный электродвигатель работает в нормальСкорость нарастания тока в обмотках электрической машины является функцией ее параметров,для рассматриваемого случая в функции F(†).

U -Е

2Rñ

Скорость спада тока зависит от величины напряжения источника питания.

Частота коммутации силовых ключей преобразователей частоты в общей случае является функцией при постоянном напряжении источника питания вида

F(U„ -Е)=F(U„-С пФ). С возрастанием частоты вращения и в двигательном режиме при заданных параметрах токового коридора, например при ограничении тока, происходит снижение частоты коммутации силовых ключей преобразователей частоты. Генератор 14 импульсов с регулированием частоты следования выходных сигналов в функции F(U„-Е) может быть реализован на делителе частоты, вход которого подключен к выходу 21 управляемого переключателя 15 а выход — к управляющему входу 19 указанного переключателя.

При регулировании частоты следования выходных сигналов генератора импульсов в функции частоты вращения генератор 14 импульсов представляет собой последовательно соединенные тахогенератор постоянного тока, установленный на валу электрической машины, и частотно-импульсный модулятор.

В этом случае, если вентильный электродвигатель снабжен датчиком положения ротора, генератор 14 импульсов регулируемой частоты может быть реализован на логических элементах. Генератор 14 импульсов может быть выполнен в виде генератора импульсов постоянной частоты.

Первое и второе гистерезистные реле 8 и 13 могут быть выполнены на ! основе аналогового компаратора с положительной обратной связью.

Управляемый переключатель 15 может быть выполнен на базе двухпоэиционного реле, обмотка управления которого является управляющим входом указанного переключателя, а три контакта — его двумя входами и выходом.

Управляемый переключатель может быть выполнен на базе логических элементов.

Преобразователи 4 и 5 частоты могут быть как однополупериодные, так и двухполупериодные. з 1354351 ных режимах работы, поэтому аварийные режимы не рассматриваются.

В соответствии с другим вариантом вентильный электродвигатель снабжен датчиком 12 тока (фиг. 3), включен5 ным в .цепь второй обмотки 3 синхронной машины 1, и вторым пороговым элементом 13, последовательно соединенным с датчиком 12 тока, генератором 14 импульсов, управляемым переключателем 15, первый 16 и второй 17 информационные входы которого подключены соответственно к выходам 9 и 18 первого 8 и второго 13 порогоного элементов, управляющий вход 19 к выходу 20 генератора 14 импульсов, а выход 2! — к цепям 10 и 11 управления ключей указанных групп первого

4 и второго 5 преобразователей частоты. °

По сигналу с выхода генератора 14 импульсов осуществляется коммутация выходных сигналов первого и второго пороговых элементов на цепи 10 и !l управления ключей преобразователей

4 и 5 частоты. При наличии управляющего сигнала на входе 19 управляемого переключателя 15 на его выход 21 передается сигнал с первого порогового элемента 8, а при отсутствии. указанного сигнала — с второго порогового элемента.

На интервале времени t, -"t. (ôèã. 4) осуществляется контроль тока в пер35 вой обмотке якоря синхронной машины.

Форма тока первой якорной обмотки определяется параметрами токового коридора, а второй — параметрами отключающих импульсов. В момент . времени t исчезает управляющий сигнал с входа 1 9 управляемого переключателя 15 и на интервале времени С осуществляется контроль тока во второй якорной обмотке. Переход из токового коридора (интервал времени t,—

t ) при прямом формировании тока в первой якорной обмотке к косвенному формированию тока (интервал -t>) в указанной обмотке сопровождается переходным процессом, который сглаживает этот переход. Как показали исследования, наибольший эффект сглаживания достигается в том случае, когда частота переключения управляемого переключателя 15 в 5-7 раз превышает частоту коммутации силовых ключей преобразователей 4 и 5 частоты.

S4351

U - z

Тон

Ютаоой адМтни в о,оя

vg Umi 4 z dg

5 13

Изменение структуры вентильного электродвигателя позволяет снизить частоту коммутации силовых ключей преобразователей частоты в

2 (L+M„)+ЗМп

2(Е+М") 3M Р Это позволит

+ z u эить мощность потерь в ключах преобразователей частоты, потери в электрической машине на вихревые токи и гистерезис и повысить за счет этого

КПД вентильного электродвигателя.

Это приводит к улучшению массогабаритных показателей теплоотвода силовых ключей, что способствует миниатюризации вентильного электродвигателя.

Формула изобретения

1. Вентильный электродвигатель, содержащий синхронную машину с двумя якорными обмотками, каждая из которых подключена к преобразователю частоты, составленному из анодной и катодной групп управляемых ключей, соединенных между собой по мостовой схеме, источник питания, к которому подключены входы преобразователей частоты, датчик тока, включенный в цепь первой якорной обмотки синхронной машины, пороговый элемент, вход которого соединен с выходом датчика тока, а выход — с управляющими цепями ключей одной из групп первого преобразователя частоты, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения энергетических показателей за счет снижения динамических потерь в ключах преобразователей частоты и потерь на вихревые токи и ruc)p терезис, выход порогового элемента соединен с уйравляющими цепями ключей одной из групп второго преобразователя частоты.

2. Электродвигатель по п. I, о т)g л и ч а ю шийся тем, что введены второй датчик тока, включенный в цепь второй якорной обмотки синхронной машины, второй пороговый элемент, вход которого соединен с выхо2р дом второго датчика тока, управляемый переключатель и генератор импульсов, выходом подключенный к управляемому входу управляемого переключателя, посредством которого

25 организовано соединение выхода первого и второго пороговых элементов с указанными группами управляемых ключей преобразователей частоты.

3. Электродвигатель по п. 1, о т30 л и ч а ю шийся тем, что генератор импульсов выполнен с возможностью регулирования частоты следования выходных импульсов.

1354351

Ул Е1

V7 (i þ;{iî

$g Й

Фиа ч

Составитель А. Головченко

Редактор В. Петраш Техред И.Попович Корректор N. Шароши о

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

Заказ 5710/52 Тираж 659 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

1

ut

ыЕ

reit