Вентильно-индукторный электропривод
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах механизмов, к которым предъявляются требования по минимизации шумов и вибраций. Техническим результатом является повышения эффективности снижения шума и вибраций электродвигателя. В вентильно-индукторный электропривод, содержащий электродвигатель, обмотки статора которого подключены к выходу силового преобразователя, коммутация фаз которого осуществляется по сигналам с датчика положения ротора, введены управляемый ключ и последовательно соединенные блок выделения минимума, задатчик интенсивности и блок выделения максимума - узлы, формирующие регулируемый темп спадания тока в фазных обмотках электродвигателя при отключении фаз. 2 ил.
Изобретение относится к области управления вентильно-индукторными электроприводами (ВИП) и может найти применение преимущественно в электроприводах механизмов, к которым предъявляются требования по минимизации шумов и вибраций.
Виброакустические характеристики являются одним из важных потребительских свойств любого электромеханического преобразователя. Однако известно, что для вентильно-индукторного электропривода, который выполняется на базе индукторной машины с двойной зубчатостью магнитной системы, вызывающей шум и пульсации момента, проблема уменьшения шумов и вибраций особенно актуальна.
Теоретический и экспериментальный анализ электромагнитных процессов, происходящих в вентильно-индукторном двигателе (ВИД), показывает, что вибрации возникают в момент скачкообразного изменения наклона в кривой тока (производной тока). Поэтому наиболее сильные вибрации возникают в момент отключения фазы, так как резкое спадание тока вызывает такое же снижение электромагнитной силы.
Известен вентильно-индукторный электропривод, содержащий электродвигатель, подключенный к выходу управляемого преобразователя, цепь управления которого содержит регулятор скорости, ко входу которого подключен датчик частоты вращения, коммутатор фаз, вход которого соединен с датчиком положения ротора, а выход соединен с управляющими цепями преобразователя [1].
В этом электроприводе для уменьшения шумов осуществляют затягивание фронта спадания тока, но без учета параметров электропривода, что не гарантирует снижение шума.
Ближайшим к предлагаемому является вентильно-индукторный электропривод, содержащий электродвигатель, каждая фазная обмотка статора которого подключена к секции управляемого преобразователя, соединенного одним своим входом с выходом коммутатора фаз, вход которого соединен с датчиком положения ротора, регулятор скорости, датчик тока, подключенный ко входу регулятора тока, выход которого соединен со вторым входом (входом изменения напряжения) преобразователя [2].
Недостатком этого электропривода, как и аналога, является то, что при своей работе он совершенно не учитывает параметры системы электропривода, которые существенно влияют на процесс спадания тока. Как указано в описании прототипа, в этом электроприводе положительный эффект снижения уровня вибраций и акустического шума может быть достигнут "подбором количества дополнительных импульсов управления ключом и соотношений длительности дополнительных импульсов и пауз между ними". Поэтому применение его и тем более получение положительного эффекта от его использования затруднительны.
Изобретение решает задачу повышения эффективности снижения шума и вибраций электродвигателя.
Техническая задача решается за счет того, что в вентильно-индукторный электропривод, содержащий электродвигатель, каждая фазная обмотка статора которого подключена к выходу секции управляемого преобразователя, соединенного одним своим входом с выходом коммутатора фаз, вход которого соединен с датчиком положения ротора, регулятор скорости и датчик тока, выход которого подключен к одному из входов регулятора тока, подключенного своим выходом ко второму входу (входу изменения напряжения) преобразователя, введены управляемый ключ и последовательно соединенные блок выделения минимума, задатчик интенсивности и блок выделения максимума, при этом исполнительная цепь управляемого ключа одним выводом подсоединена к выходу регулятора скорости, а вторым - ко второму входу блока выделения минимума, а его управляющая цепь подключена к выходу коммутатора фаз, второй вход блока выделения минимума соединен с выходом датчика тока, а выход блока выделения максимума - со вторым входом регулятора тока.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показана схема электропривода; на фиг.2 - функциональная схема одного из вариантов выполнения задатчика интенсивности.
Вентильно-индукторный электропривод (фиг.1) содержит электродвигатель 1, каждая фазная обмотка 2 статора которого подключена к выходу секции управляемого преобразователя 3, регулятор 4 скорости и регулятор 5 тока, один вход которого соединен с датчиком 6 тока, а выход подключен ко входу изменения напряжения управляемого преобразователя 3, второй вход которого соединен с выходом коммутатора 7 фаз, ко входу которого подключен датчик 8 положения ротора. В электроприводе имеется также управляемый ключ 9 и последовательно соединенные блок 10 выделения минимума, задатчик 11 интенсивности и блок 12 выделения максимума, при этом исполнительная цепь управляемого ключа 9 одним выводом подсоединена к выходу регулятора 4 скорости, а вторым - ко второму входу блока 10 выделения минимума и первому входу блока 12 выделения максимума, а его управляющая цепь подключена к выходу коммутатора 7 фаз, второй вход блока 10 выделения минимума соединен с выходом датчика 6 тока, а выход блока 12 выделения максимума - со вторым входом регулятора 5 тока.
В рассматриваемом электроприводе задатчик интенсивности, как и вся система управления электроприводом, могут быть реализованы программным путем (при использовании микропроцессорной системы управления), при этом задатчик интенсивности функционально может быть выполнен так, как показано на фиг.2.
В изображенном на фиг. 2 варианте задатчик 11 интенсивности содержит последовательно включенные релейный элемент 13, интегратор 14 с двумя уровнями ограничения выходного сигнала и интегратор 15, причем выходы интеграторов 14 и 15 подключены ко входам релейного элемента 13.
Работает электропривод следующим образом.
Коммутация фазных обмоток 2 статора электродвигателя 1 осуществляется в функции положения его ротора посредством коммутации ключей преобразователя, т.е. путем периодической подачи на фазные обмотки электродвигателя положительных импульсов напряжения в заданной последовательности. Уровень подаваемого на обмотки напряжения U определяется выходным сигналом релейного регулятора 5 тока.
Как уже указывалось, причиной возникновения шумов и вибраций является скачкообразное изменение тока в момент отключения электропривода при подаче на его обмотки напряжения обратной полярности. В предлагаемом электроприводе сигнал 
вкл с выхода коммутатора 7 фаз определяет момент включения фазы, т.е. при наличии на управляющей цепи ключа 9 этого сигнала выходной сигнал регулятора 4 скорости подается на вход блока 12 выделения максимума. Этот же сигнал подается на один из входов блока 10 выделения минимума, на второй вход которого подается сигнал iф датчика тока. Поскольку при подаче напряжения на обмотку ток iф в ней мал, то на вход задатчика 11 интенсивности через блок выделения минимума будет проходить сигнал с датчика тока. На выходе задатчика 11 интенсивности в первый момент сигнал тоже мал. Пока сигнал на выходе задатчика 11 интенсивности мал, на вход регулятора 5 тока поступает сигнал задания тока, определяемый выходным сигналом регулятора 4 скорости, который и определяет уровень напряжения, подаваемого на электродвигатель. По мере роста тока iф сигнал на выходе интегратора 14 и задатчика интенсивности 11 будет увеличиваться.
При поступлении с коммутатора 7 фаз на управляющий вход переключателя 9 сигнала откл он переключается в положение “0”, в результате чего меньшим на входе блока 10 выделения минимума становится сигнал задания, который и подается на вход задатчика 11 интенсивности. Наличие двух интеграторов в задатчике интенсивности обеспечивает параболический характер начальных этапов нарастания и спадания тока в фазной обмотке. Поскольку уровни ограничения выходных сигналов блоков 13 и 14 различны для положительной и отрицательной полярностей выходного напряжения, то темп спадания выходного сигнала задатчика 11 интенсивности будет меньше, чем темп его нарастания. Темп спадания тока определяется настройками задатчика интенсивности.
Таким образом, введение задатчика интенсивности и обеспечение, тем самым, регулируемого темпа спадания тока позволяют уменьшить пульсации момента и соответственно повысить эффективность уменьшения шума.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Международный патент №PCT/SE90/00422, заявл. 15.06.1989.
2. Способ снижения шума реактивного индукторного двигателя. Патент РФ №2166228, кл. Н 02 Р 6/00, 8/00, заявл. 06.01.99 - прототип.
Формула изобретения
Вентильно-индукторный электропривод, содержащий электродвигатель, каждая фазная обмотка статора которого подключена к выходу секции управляемого преобразователя, регулятор скорости и регулятор тока, один вход которого соединен с датчиком тока, а выход подключен ко входу изменения напряжения управляемого преобразователя, второй вход которого соединен с выходом коммутатора фаз, ко входу которого подключен датчик положения ротора, отличающийся тем, что в него введены управляемый ключ и последовательно соединенные блок выделения минимума, задатчик интенсивности и блок выделения максимума, при этом исполнительная цепь управляемого ключа одним выводом подсоединена к выходу регулятора скорости, а вторым - ко второму входу блока выделения минимума и первому входу блока выделения максимума, а его управляющая цепь подключена к выходу коммутатора фаз, второй вход блока выделения минимума соединен с выходом датчика тока, а выход блока выделения максимума - со вторым входом регулятора тока.
РИСУНКИ
