Вентильный электродвигатель

 

Изобретение относится к электротехнике . Целью изобретения является расширение диапазона регулирования частоты вращения. Цель достигается введением в вентильный электродвигатель по крайней мере одной дополнительной группы, например, 32 ключей 33, 34, 35 преобразователя частоты 5. Одни выводы ключей 33, 34, 35 объединены и подключены к зажиму 18 источника питания. Другими силовыми выводами указанные ключи связаны с секциями 19, 20, 21 соответственно обмотки 4 якоря. В результате в электроприводе при управлении от источника управляющего сигнала имеется возможность перестраивать структуру электропривода и получать различные механические характеристики. При этом обеспечивается рекуперация энергии в источник питания. 6 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1372575

А2 (51)4 Н 02 Р 6/02 Н 02 К 29/06

13, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ К ОТКРЫТИЙ (61)- 1241364 (21) 4065058/24-07 (22) 06.05.86 (46) 07.02.88. Бюл. Ф 5 (72) В.И.Катаев, В.К.Лозснко и Н.А.Катаева (53) 62-83: 621 ° 316. 7 18. 5 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1241364, кл. И 02 К 29/06, 1984. (54) ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является расширение диапазона регулирования частоты вращения. Цель достигается введением в вентильный электродвигатель по крайней мере одной дополнительной группы, например, 32 ключей

33, 34, 35 преобразователя частоты 5.

Одни выводы ключей 33, 34, 35 объединены и подключены к зажиму !8 источника питания. Другими силовыми выводами указанные ключи связаны с секциями 19, 20, 21 соответственно обмотки

4 якоря. В результате в электроприводе при управлении от источника управляющего сигнала имеется возможность перестраивать структуру электропривода и получать различные механические характеристики. При этом обеспечивается рекуперация энергии в источник литания. 6 ил.

1372575

Изобретение относится к электротехнике, может быть использовано в электроприводах с вентильными электродвигателями и является усовершенствованием изобретения по авт. св.

Ф 1241364.

Цель изобретения — расширение диапазона регулирования частоты вращения.

На фиг. 1 представлена блок-схема вентильного электродвигателя с двумя трехсекционными обмотками якоря; на фиг.2 — схема блока управления ключами вентильного электродвигателя; на фиг.3 — блок-схема вентильного электродвигателя с четырьмя трехсекционными обмотками якоря; на фиг.4 эпюры напряжений управляющих сигналов вентильного электродвигателя, иэобра- 20 женного на фиг.1; на фиг.5 — механические характеристики вентильного электродвигателя с двумя группами обмоток якоря; на фиг.6 — механические характеристики вентильного элект- 25 родвигателя, изображенного на фиг.3.

Вентильный электродвигатель содержит электромеханический преобразователь 1, выполненный на базе синхронной машины, снабженной индуктором 2 (фиг.1) с числом пар полюсов, равным р, и якорем с двумя обмотками 3 и 4.

Каждая группа обмоток составлена из трех секций, подключенных к выходу преобразователя 5 частоты.

Преобразователь 5 частоты содержит две основные группы 6 и 7 ключей.

Группа 6 составлена из трех ключей

8-10, одни силовые выводы которых объединены и подключены к зажиму 11 источника постоянного тока. Другие силовые выводы ключей 6 — 8 первой основной группы соединены соответственно с секциями 12- 14 первой обмотки

3 якоря. Вторая основная группа 7

45 составлена из трех ключей 15 — 17, одни силовые выводы которых объединены и подключены к второму зажиму 18 источника постоянного тока. Другие силовые выводы ключей 15 — 17 соединены соответственно с секциями 19

2 1 второй обмотки 4 якоря.

Преобразователь частоты содержит дополнительную группу, составленную из последовательно соединенных между собой ключей 22-27. Точки соединения

55 ключей 22 — 27 подключены соответственно к секциям 19 — 2 1 второй обмотки 4 якоря. Точки соединения ключей

23 — 27 и 22 подключены соответственно к секциям 14, 12 и 13 первой обмотки 3 якоря. Преобразователь 5 частоты может быть снабжен по крайней мере одной из 2(n-1) дополнительных групп ключей. Для вентильного электродвигателя с числом обмоток якоря, равным 2, такой группой может быть, например, группа 28, составленная из трех ключей 29 — 31, одни силовые выводы которых соединены между собой и подключены к зажиму 11 источника постоянного тока. Другие силовые выводы ключей 29-31 соединены, например, соответственно с секциями 12

14 первой обмотки 3 якоря. Согласно указанной формуле для вентильного электродвигателя с двумя обмотками якоря число дополнительно вводимых групп может равняться двум, т.е. вентильный электродвигатель может содержать вторую дополнительную группу, например, 32 ключей, аналогичную первой группе 28. Вторая дополнительная группа 32 составлена из трех ключей

33 — 35 ° Одни силовые выводы этих ключей объединены и подключены к зажиму 18 источника постоянного тока.

Другие силовые выводы ключей 33 — 35 соединены соответственно с секциями

19 — 21 второй обмотки 4 якоря.

Обмотки 3 и 4 якоря установлены с фиксированным фазовым сдвигом, равным (2- Ч )

m.n. p

1 (-1) где t = --.— — — единичная функция

1М В (m=19 число фаз вентильного электродвигателя; число обмоток якоря; р — число пар полюсов.

Для рассматриваемого случая фиксиро)! ванный угол равен --. Если ключи 6-7, бр

15-17, 22-27, 29-31, 33-35 выполнены в виде полностью управляемых, то встречно-параллельно каждому ключу должен быть включен диод, причем диоды у ключей 22-27 управляемые и находятся в разомкнутом состоянии при параллельной работе обмоток 3 и 4 во избежание током короткого замыкания.

Блок управления ключами преобразователя 5 частоты (фиг.2) содержит

1372575 источник 36 управляющих сигналов с двенадцатью выходными каналами 37-48.

Источник управляющих сигналов представляет собой датчик углового поло5 жения ротора синхронной машины. Каналы 37-39 датчика 36 подключены к управляющим входам ключей 8-10 через первый блок 49 запрета с управляющим входом 50. Каналы 40-45 датчика 36 углового положения связаны с управляющими входами ключей 22-27 через последовательно соединенные функциональный преобразователь 51 и второй блок

52 запрета с управляющим входом 53.

Каналы 40-45 указанного датчика через последовательно соединенные третий

54 и четвертый 55 блоки запрета с управляющими входами 56 и 57 соответственно связаны с управляющими входами ключей 29-31. Дополнительные выходы блока 54 запрета подключены к управляющим входам ключей 33-35 преобразователя частоты. Управляк.цие входы ключей 15-17 соединены с каналами 46- 25

48 датчика 36 непосредственно. Управляющий вход 50 блока 49 запрета и управляющий вход 57 блока 55 запрета объединены.

Управляющий вход 53 блока 52 запрета и управляющий вход 56 блока 54 запрета подключены соответственно к входу 57 и выходу инвертора 58.

При выполнении синхронной машины вентильного электродвигателя с че35 тырьмя обмотками якоря, т.е. при наличии еще двух обмоток 59 и 60 якоря, вентильный электродвигатель содержит дополнительные группы 61-63 из после40 довательно соединенных ключей, подключенные к секциям 12-14, 19-21 и секциям 64 обмоток 3,4,59 и 60 и ключам основных. групп 6 и 7 по описанной схеме. Согласно формуле 2(n-1) вен45 тильный электродвигатель с четырьмя обмотками якоря будет содержать 6 групп ключей, т.е. наряду с группами

28 и 32 он будет содержать дополнительные группы 65-68 с тремя ключами в каждой группе. Соединение ключей

50 в каждой из групп и подключение их к обмоткам якоря осуществляется по той же схеме, что и в случае выполнения синхронной машины вентильного электродвигателя с двумя якорными обмотками. При этом силовые ключи 69 и 70 групп 65 и 66 связаны с секциями 64 обмоток 59 и 60 соответственно.

Вентильный электродвигатель работает следующим образом.

Наличие сигнала на ключе, соответствующего одной из эпюр напряжений (фиг.4), соответствует открытому состоянию ключа, На интервале времени

,-с вентильный электродвигатель работает с последовательным соединением обмоток 3 и 4 якоря (фиг. 1). Это обеспечивается тем, что на управляющих входах 50 и 53 блоков 49 и 52 запрета (фиг.2) присутствуют разрешающие единичные сигналы, а на управляющем входе 56 блока 54 запрета — запрещающий сигнал. Коммутация ключей 8 — 10, 15 — 17 и 22-27 осуществляется по алгоритму, представленному на фиг.5.

Этому режиму соответствует механическая характеристика 71.

На интервале времени t -t,вентильный электродвигатель работает с подключением к источнику питания только одчой обмотки 4 якоря, что соответствует случаю, когда вентильный электродвигатель снабжен только одной из 2(п-1) дополнительных групп. Этот режим обеспечивается блокировкой управляющих сигналов посредством блоков

49, 52 и 55 запрета, поступающих на ключи 8-10, 22-27 и 29-31. Разрешающие сигналы поступают на ключи 15-17 и 33-35. Этому режиму работы соответствует механическая характеристика 72 (фиг. 5) .

На интервале времени t 2 t< вен тильный электродвигатель работает с параллельным подсоединением обмоток

3 и 4 якоря к источнику питания. Это соответствует случаю, когда вентильный электродвигатель снабжен двумя дополнительными группами 28 и 32 ключей с ключами 29-31 и 33-35 соответственно. Этот режим обеспечивается наличием разрешающих сигналов на входах 50, 56 и 57 блоков 49, 54 и

55 запрета и запрещающих сигналов на входе 53 блока 52 запрета. Происходит коммутация ключей 8-10, 15-17, 29-31 и 33-35 по алгоритму, представленному на фиг.5. Этому режиму соответствует механическая характеристика 73.

При выполнении синхронной машины с четырьмя обмотками 3,4,59 и 60 якоря возможно получить восемь механических характеристик 74-81 (фиг,6) вентильного электродвигателя. Обеспечивается это следующим образом.

5 137257

Механическая характеристика 74 соответствует параллельному подключению к источнику питания четырех обмоток 3, 4, 59 и 60 якоря при заблокированных ключах дополнительных групп

61 — 63.

Механическая характеристика 75 соответствует параллельному подключению к источнику питания обмоток 59, 60 и 4 якоря при заблокированных ключах групп 6, 28 и 61 — 63.

Механическая характеристика 76 соответствует параллельному подключению к источнику питания двух обмоток

4 и 60 якоря при заблокированных ключах групп 6,28, 61-63, 67 и 68.

Механическая характеристика 77 соответствует подключению к источнику питания одной обмотки 4 якоря при разблокированных ключах только двух групп 7 и 32.

Механическая характеристика 78 соответствует параллельному подключению к источнику питания двух групп 26 обмоток 3 и 59, 4 и 6 якоря, причем обмотки в группах соединены последовательно. Это обеспечивается разблокировкой следующих групп ключей преобразователя 5 частоты: 6, 61, 68 и

69, 63, 7.

Механическая характеристика 79 соответствует последовательному подключению к источнику питания обмоток

60 и 4 якоря при заблокированных ключах групп 6, 28, 32, 61, 62, 67, 68

35 и 70.

Механическая характеристика 80 соответствует последовательному подключению к источнику питания обмоток

4, 59 и 60 якоря при заблокированных ключах групп 6,28, 32, 61 и 68-70.

Механическая характеристика 81 соответствует последовательному подключению к источнику питания обмоток 4

3, 4, 59 и 60 якоря при заблокированных ключах дополнительных групп 28, 32 и 67-70.

Вентильный электродвигатель с обмотками якоря 3, 4, 59 и 60 может быть снабжен по крайней мере одной из 2(п-1)=6, например третьей, дополнительной группой 68 ключей. Такой вентильный электродвигатель может

6 обеспечить две механические характеристики 81 и 79.

Предлагаемое техническое решение позволяет в случае отказа, связанного, например, с обрывом секций обмоток якоря или ключей преобразователя частоты, изменить алгоритм работы вентильного электродвигателя так, чтобы отказ укаэанных элементов привел только к определенному сокращению функциональных воэможностей вентильного электродвигателя, но не повлиял на его работоспособность.

Управление вентильным электродвигателем может осуществляться как по разомкнутой схеме, например, от задающего генератора, так и по замкнутой схеме по сигналам датчика положения ротора.

Ввод в структуру преобразователя частоты по крайней мере одной из

2(n-1) дополнительных групп по ключей в каждой позволит реализовать многоскоростной электродвигатель, расширить возможность регулирования за счет варьирования структуры вентильного электродвигателя, реализовать режим генераторного торможения с отдачей энергии в сеть при переходе от более скоростного режима к менее скоростному, повысить надежность вентильного электродвигателя за счет резервирования, при этом обмотки якоря могут работать как совместно, так и раздельно.

Формула изобретения

Вентильный электродвигатель по авт. св. У 1241364, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования частоты вращения, введена по крайней мере одна из 2(п-1) дополнительных групп ключей, число которых в группе равно числу фаз вентильного электродвигателя, при этом одни силовые выводы ключей в группе объединены и подключены к соответствующему зажиму источника питания, другой силовой вывод каждого ключа соединен с соответствующей секцией одной иэ групп якорных обмоток вентильного электродвигателя.

1372575

1372575 .77

38

53

4д

41

42

43

44

4В

47

4В

9

22

И

24

2Е

27

18

17

29 ,УО

Л

Л7 ,УФ

Я

0,5

1372575

g7

05 иг. b

Составитель А.Головченко

Техред М.яндык КорректоР Л. Пилипенко

Редактор В.Петраш

Заказ 497/53 Тирах 583 Подписное

ВПИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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