Вентильный электропривод

 

Изобретение относится к электротехнике ,. Целью изобретения является увеличение КПД. Указанная цель достигается тем, что в вентильный электропривод введены блок сложения 16, блок 17 выделения модуля напряжения, делители напряжения 18,19, элемент сравнения 20, регулирующий усилитель 21 и управляемый импульсный стабилизатор 22. В результате с помощью стабилизатора 22 обеспечивается регулирование напряжения питания полупроводникового коммутатора 8 синхронной машины 1 пропорционально частоте ее вращения и развиваемого электромагнитного момента. Это позволяет уменьшить среднее значение падения напряжения на силовых транзисторах полупроводникового коммутатора 8 и, следовательно , потери мощности в них. 1 ил. г (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1390764 (51)4 Н 02 P 6/02, Н 02 К 29/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,ц

К Д BTOPCH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ и Щ 1„-. -,.- „ (21) 4! 47172/24 — 07 (22) 17. 11.86 (46) 23.04. 88. Бюл. № 15 (71) Московский текстильный институт им. А.Н.Косыгина (72) В.А.Соловьев, В.В.Бычков и В.В.Волынкин (53) 621.313.13.014.2.621:621.382 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1132329, кл. Н 02 К 29/06, 1984.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1279040, кл. Н 02 Р 6/02, 1985. (54) ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД (57) Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является увеличение КЦЦ. Указанная цель достигается тем, что в вентильный электро привод введены блок сложения 16, блок

17 выделения модуля напряжения, делители напряжения 18,19, элемент сравнения 20, регулирующий усилитель 21 и управляемый импульсный стабилизатор 22. В результате с помощью стабилизатора 22 обеспечивается регулирование напряжения питания полупроводникового коммутатора 8 синхронной машины 1 пропорционально частоте ее вращения и развиваемого электромагнитного момента. Это позволяет уменьшить среднее значение падения напряжения на силовых транзисторах полупроводникового коммутатора 8 и, сле- а довательно, потери мощности в них.

1 ил.

1390764

Изобретение относится к электротехнике, в частности к системам регулирования частоты вращения вентильных

Электродвигателей и может быть исЭ

Пользовано для привода и управления частотой вращения объектов различного назначения.

Цель изобретения — повышение КПД вентильного электропривода. 10

На чертеже изображена функциональная схема вентильного электропривода.

Вентильный электропривод содержит синхронную машину 1, ротор 2, который механически соединен с синусно- 15 косинусным датчиком 3 положения ротора 2, а секции 4 и 5 якорной обмотки через последовательно включенные датчики 6 и 7 тока подключены к выходам полупроводникового коммутатора 8, имеющего вход цепи питания, нереверсивный датчик 9 частоты вращения, механически связанный с ротором 2 син- хронной машины 1, выход которого подключен к блоку 10 изменения знака 25 напряжения, управляющий вход которого подключен к выходу блока 11 определения направления вращения, входы которого подключены к выходам датчиков 6 и 7 тока,.последовательно соединенные эадатчики 12 частоты вращения,. элемент 13 сравнения и регулирующий усилитель 14, Выходы датчика 3 положения ротора

2 соединены с выходами полупроводникового коммутатора 8, а его вход— с выходом регулирующего усилителя 14. Второй вход 15 элемента 13 сравнения подключен к выходу блока 10 изменения знака напряжения. Кроме того, электропривод содержит блок 16 сложения, блок 17 выделения модуля напряжения, два делителя 18 и 19 напряжения, трехвходовой элемент 20 сравнения, второй регулирующий усилитель

21 и управляемый импульсный стабилизатор 22 напряжения. Первый вход блока 16 сложения соединен непосредственно с выходом задатчика 12 частоты вращения, его второй вход через первый делитель 18 напряжения — с выхо5Q дом первого регулирующего усилителя

14, а выход через блок 17 выделения модуля напряжения — с первым входом трехвходового элемента 20 сравнения.

Второй вход элемента 20 сравнения

55 подключен к выходу второго делителя

19 напряжения, третий вход — к источнику напряжения смещения, а выход через второй регулирующий усилитель

21 — к управляющему входу стабилизатора 22 напряжения, выход которого соединен с входом делителя 19 напряжения и входом цепи питания полупроводникового коммутатора 8, а вход подключен к источнику питания.

Вентильный электропривод работает следующим образом.

Выходное напряжение задатчика 12 частоты вращения, соответствующее заданному направлению и значению частоты вращения синхронной машины 1, сравнивается в элементе 13 сравнения с выходным напряжением блока 10 изменения знака напряжения, представляющим собой напряжение обратной связи по частоте вращения. Выходное напряжение элемента 13 сравнения, прямо пропорциональное ошибке частоты вращения синхронной машины 1, усиливается первым регулирующим усилителем 14 и подается на вход синусно-косинусного датчика 3 положения ротора, на выходе которого возникают два гармонических напряжения, сдвинутых относительно друг друга на 90 эл. град, Эти напряжения поступают на входы полупроводникового коммутатора 9, работающего в усилительном режиме.

Он формирует в секциях 4 и 5 якорной обмотки токи, прямо пропорциональные выходным напряжениям синусно-.косинусного датчика 3 положения ротора, ко.торые создают в статоре синхронной машины 1 вращающееся магнитное поле.

В результате взаимодействия его с магнитным полем, создаваемым постоянным магнитом ротора 2, образуется вращающий момент .синхронной машины

1, величина которого в связи с тем, что синусно-косинусный датчик 3 положения ротора представляет собой линейный элемент, пропорциональна выходному напряжению первого усилителя

14, а направление определяться знаком этого напряжения, вращающий момент приводит во вращение ротор 2 синхронной электрической машины 1 и нереверсивный датчик 9 частоты вращения.

При вращении датчика 9 на его выходе возникает напряжение положительной полярности, модуль среднего значения которого прямо пропорционален частоте вращения вентильного электро привода. Это напряжение поступает на вход блока 10 изменения знака напря1390764 ження. Его выходное напряжение равно модулю входного, а полярность определяется величиной напряжения на управляющем входе, поступающего с выхода блока Il определения направления вращения. При напряжении на управляющем. входе блока 10, соответствующем логическому "0", полярность его выходного напряжения будет положительной, а при напряжении, соответствующем логической "1" — отрицательной.

Величина выходного напряжения блока 11 определения направления вращения зависит от знака фазового сдвига ! поступающих на его входы выходных напряжений датчиков 6 и 7 тока. Эти напряжения имеют синусоидальную форму и сдвинуты друг относительно друга на 90 эл. град. При вращении рото- 0 ра 2 по часовой стрелке фазовый сдвиг отрицательный, а при противоположном вращении — положительный. При положительном фазовом сдвиге выход-. ных напряжений датчиков 6 и 7 тока 21 выходное напряжение блока 11 соответствует логической "1", при отрицательном — логическому "0".

Поэтому при положительной полярности выходного напряжения задатчика

12 частоты вращения, соответствующей заданию направления вращения синхронной машины 1 по часовой стрелке, полярность выходного напряжения блока

10 будет также положительной. При отрицательной полярности выходного напряжения задатчика 12 и вращении синхронной машины 1 против часовой стрелки полярность выходного напряжения блока 10 будет отрицательной. 40

Одновременно с этим выходное напряжение задатчика 12 частоты вращения поступает на первый вход блока

16 сложения. Это напряжение прямо пропорционально амплитуде ЭДС секций, так как ее величина находится также в прямо пропорциональной зависимости от частоты вращения электрической машины 1.

На второй вход блока 16 сложения через первый делитель 18 напряжения подается выходное напряжение первого регулирующего усилителя 14, которое прямо пропорционально амплитуде токов секций 4 и 5 и соответственно амплитудному значению падения напряжения на их активном сопротивлении.

Поэтому выходное напряжение блока 16 сложения будет прямо пропорционально алгебраической сумме амплитуд ЭДС и падению напряжения на активном сопротивлении секций 4 и 5 якорной обмотки.Абсолютное значение этого напряжения с выхода блока 17 выделения модуля напряжения подается на первый вход трехвходового элемента 20 сравнения. На его третий вход поступает напряжение источника смещения, величина которого прямо пропорциональна падению напряжения на силовых транзисторах, находящихся на границе насьнцения. На второй вход трехвходового элемента 20 сравнения через второй делитель 19 напряжения поступает напряжение, прямо пропорциональное напряжению питания полупроводникового коммутатора 8.

Сумма выходного напряжения блока

17 и напряжения смещения представляет собой сигнал задания напряжения питания полупроводникового коммутатора 8, обеспечивающего работу силовых транзисторов полупроводникового коммутатора 8 в усилительном режиме при минимально возможном среднем значении падения напряжения на них. При гармонической форме тока в каждой секции якорной обмотки ЭДС самоиндукции при амплитудном значении ЭДС вращения будет равна нулю, поэтому ее величина в сигнале задания напряжения питания полупроводникового коммутатора 8 не учитывается. Выходное напряжение трехвходового элемента 20 сравнения, пропорциональное разности заданного и истинного значений напряжения питания полупроводникового коммутатора 8, усиливается вторым регулирующим усилителем 21 и подается на управляющий вход импульсного стабилизатора 22 напряжения.

Предположим, что вентильный электропривод работает с постоянной наг-, рузкой, а выходное напряжение.задатчика 12 частоты вращения имеет положительную полярность. При увеличении его величины возрастают выходные напряжения элемента 13 сравнения и пер- вого регулирующего усилителя 14. Оба эти напряжения будут иметь положительную полярность. Увеличиваются амплитудные значения токов в секциях

4 и 5 якорной обмотки синхронной машины 1, и вентильный электропривод будет разгоняться до вновь заданного значения частоты вращения. Одновременно увеличиваются выходное напряже1390764 ние блока 16 сложения и соответственно выходное напряжение трехвходового элемента 20 сравнения. Это приводит к повышению напряжения на входе цепи

5 питания полупроводникового коммутатора 8 на величину, равную сумме прироста амплитуд ЭДС и падения напряжения на активном сопротивлении секций

4 и 5 якорной обмотки. При этом сред- 10

Нее значение падения напряжения на силовых транзисторах полупроводникового коммутатора 8 остается постоянным.

При уменьшении выходного напряжения задатчика 12 частоты вращения по-. 1ярность выходных напряжений элеменТа 13 сравнения и первого регулируюп1его усилителя 14 становится отрицаТельной. Электромагнитный момент, 20 развиваемый синхронной машиной 1, мейяет свое направление., и она перехо-Дит в тормозной режим работы. ЧастоТа вращения вентильного электропривоДа начинает уменьшаться до вновь заданной. Выходное напряжение блока 16

Сложения уменьшается и, в итоге, уменьшается напряжение на входе цепи

Питания полупроводникового коммутатора 8. ЭДС секций 4 и 5 якорной обмот- 30 ки, и напряжение на входе цепи питания полупроводникового коммутатора 8 при работе вентильного электропривода в этом режиме направления согласны, поэтому средние значения падения напряжения на силовых транзисторах полупроводникового коммутатора 8 возрастают. Однако в связи с тем, что выходное напряжение блока сложения равно разности выходных напряжений задатчика 12 частоты вращения и первого делителя 18 напряжения, напряжение на входе цепи питания полупроводникового коммутатора 8 меньше, чем при работе электропривода в устано- 45 вившемся режиме. При достижении вентильным электроприводом заданной частоты вращения полярность выходных напряжений элемента 13 сравнения и

rfåðâoão регулирующего усилителя 14 становится положительной и синхрон50 ная электрическая машина 1 начинает работать в двигательном режиме. На входе цепи питания полупроводникового коммутатора 8 устанавливается напряжение, равное сумме амплитуд

ЭДС и падения напряжения на активном сопротивлении секций 4 и 5 якорной обмотки и среднего значения падения напряжения на силовых транзисторах полупроводникового коммутатора 8, при котором они не входят в режим насыщения.

При отрицательной полярности выходного напряжения задатчика 12 частоты вращения в установившемся и в переходных режимах вентильный электропривод работает аналогично. Таким образом, вентильный электропривод позволяет повысить КПД при работе на низких частотах вращения, что достигается за счет регулирования при помощи импульсного стабилизатора 22 напряжения питания полупроводникового коммутатора 8 синхронной машины 1 пропорционально частоте ее вращения и развиваемого электромагнитного момента. Это позволяет уменьшить среднее значение падения напряжения на силовых транзисторах полупроводникового коммутатора 8 и соответственно потери мощности в них.

Формула изобретения

Вентильный электропривод, содержащий синхронную машину, ротор которой механически соединен с синусно-косинусным датчиком положения ротора, а секции якорной обмотки через последовательно включенные датчики тока подключены к выходам полупроводникового коммутатора, имеющего вход цепи питания, нереверсивный датчик частоты вращения, механически связанный с ротором синхронной машины, выход которого подключен к блоку изменения знака напряжения, управляющий вход которого подключен к выходу блока определения направления вращения, входы которого подключены к выходам датчиков тока, последовательно соединенные задатчик частоты вращения, элемент сравнения и регулирующий усилитель, при этом выходы синусно-косинусного датчика положения ротора соединены с входами полупроводникового коммутатора, а его вход с выходом регулирующего усилителя, второй вход элемента сравнения подключен к выходу блока изменения знака напряжения, отличающийся тем, что, с целью повьппения КПД, введены блок сложения, блок выделения модуля напряжения, два делителя напряжения, трехвходовой элемент сравнения, вто)390764

Составитель А.Иванов

Техред А. Кравчук Корректор Л.Патай

Редактор В.Данко

Заказ 1781/54

Тираж 583 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 рой регулирующий усилитель и управ- . ляемый импульсный стабилизатор напряжения, при этом первый вход блока сложения соединен непосредственно с выходом задатчика частоты вращения, его второй вход через первый делитель напряжения — с выходом первого регулирующего усилителя, а выход через блок выделения модуля напряже" 10 ния — с первым входом трехвходового эЛемента сравнения, второй вход которого подключен к выходу второго делителя напряжения, третий вход— к источнику напряжения смещения, а выход через второй регулирующий усилитель подключен к управляющему входу импульсного стабилизатора напряжения, выход которого соединен с входом второго делителя напряжения и входом цепи питания полупроводникового коммутатора, а к входу подключен источник питания.