Вентильный электродвигатель

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕ Н И Я

К АВТОРСКОМУ СВИДЕ1ЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Соииалистических

Республик () 666158 (61) Дополнительное к авт. свод-ву— (22) Заявлено 08.01.73 (21) 1869752,24-07 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (43) Опубликовано 30.04.79. Бюллетень ¹ 1G (45) Дата опубликования описания 18.06.79 (51) М.1л.- Н 02 К 29,00

Государственный комитет по делам изобретений и открытий (53) УДК, 621.313.13. .014.2:621.382 (088.8) (72) Автор изобр етения

В. ф. Шепелин (71) Заявитель (54) ВЕНТИЛЪНЪ1й ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЪ

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано v. схеме управления зависимым преобразователем частоты со звеном постоянного тока, применяемым для коммутации обмоток 5 вентильного двигателя.

В схеме вентильного двигателя коммутация тиристоров ннвертора может осуществляться за счет ЗДС фаз двигателя.

Но в процессе пуска двигателя и при работе его на. низких скоростях возможен режим, когда ЗДС фаз двигателя становится соизмеримой с величиной падения напряжения на активном сопротивлении обмоток двигателя, и естественная коммутация ста- 15 новится невозможной. В этом случае пр; пуске двигателя и при работе его на низких скоростях коммутацию тиристоров инвертора осуществляют путем перевода выпрямителя в инверторный режим и обратно в такт с выходной частотой инвертора.

Во многих случаях, например при пуске двигателя с нагрузкой, целесообразно в режиме коммутации тиристоров инвертор:l методом прерывания тока работать с углом регулирования тиристоров инвертора р„=0, при котором момент, развиваемый двигателем, будет наибольшим, и лишь при переходе на режим естественной коммутации увеличить угол р„до 40 — 50 эл. град.

ЗО

Прн этом в момент переключения углов с р„= 0 на р„= 40 — 50 эл, град. должен быть исключен двухфазный режим работы двигателя с р„, близким к 50 эл. град. пзза малого вращающего момента, который приближенно может быть определен по формуле

Л1,„„= К.»! cos — 3 — —; 8 где 1, — ток. протекающий по двум фазам статора,двнгателя (третья фаза обесточена); р, — пугол опережения открывания тиристоров инвертора по отношению к точке пересечения фазы

ЗДС обмоток статора;

Кц — коэффициент пропорциональности между током и моментом.

0 угол поворота ротора, Из формулы видно, что при Р„,=О н нз1 менении 6 от 0 до — величина двигателя

3 будет колебаться в пределах от 0,866

К.».1 до А» 1,».

Если же принять P,„=50 эл. град, то

Л4„будет изменяться в пределах от 0,18

Кя 1д до 0,935 К» ° 1н

660158

Известны Всптильнь)е элсктродвигателп, Л КОТОРЫХ КОММУТ3ЦИЯ ТИРИСТОРОВ ПРИ ПУ ке осушествляется путем перевода Выпрям:<тсля в режим инвертора в такт с выхо <ной

<астотой ипвсртора (11.

1<едостатком Свигателя является отсутствие устройства <для автоматического и:-менения угла опережения Включения тирпсто,IOB ИПБЕРТОР3.

1".звестен также вентильпый элсктродв1<гатель, в котором <имеется указанное устройство (21. Этот двпгатс;и. содсрж <т с." храпнув машину, секции обмотки якоря ко

ТОПОЙ СОС . ППСНЫ С ВЫХОДОМ П<)СООРаэоватсля частоты с инвертором, уп;)ав Iillol!li цспп к 110чей которого соединены с BhIxo,<0. дат-(HK3 положения ротора и тах;ICTpll÷cским устройством через схемы импульсн<г фазОВO! 0 ), ïраВлспия Выпряъ?итслсм и пп<)ер, opoì, и устройство выбора режима ком лутации пнвертора, входы которого сосд<<нспь< с Выходом датчика положения nстора и с выходом тахометрического устройства, первый иь<ход соединен со Вхо.<о)1 систе.лы импульсно-фазового управленпп

Выпрямителем, второй вход — со входом системы импульсно-фазового управления IiliВертором. Данное техническое решение яп— ляется по своей технической сущности и до"тигасмому результату наиболее близким предлагаемому и может служить прототипом.

Недостатком устройства является то, что В нем переключение режимов можст произойти прп любых углах положения ротора в момент появления сигнала на выходе указателя снижения скорости. Поэтсму

В двигателе возможно появление малых

Вращающих моментов при больших тока. !

1 застревание двигателя на промежуточной скорости в процессе разгона привода со статическим моментом на валу.

Цель изобретения — улучшение пусковых и регулировочных характеристик си11::ропного гентильного электродвигателя на низких скоростях при питании обмоток ста îDа от зависимого преобразователя часто"ы со звеном постоянного тока.

Указанная цель достигается тем что тахометрическое устройство выполнено в вид". ,вух дифференцирующих цепочек и двух

Одповибраторов, вход первой дифференп1 )ующей цепочки соединен с выходом дат<ика положения ротора, а выход — со в:In-,ом первого одновибратора, выход первого

)дновибратора соединен со входом второй дифференцирующей цепочки, выход которой оединен со входом второго одновибратора, ыполненного с возможностью обеспечения лительностп выходного импульса, большей .-,лительности выходного импульса псрвсго сдновиоратора, и входом устройства выбора режима коммутации, содержащего

:p«Irep, цепь связи и блокпру1оп,ий од<в

:ибратор, служащий для перевода выпрямптсля в пнверторнь<й режим, причем цепь свя"-и выполнсна в виде третьей дпфферспцпрующей цепочки, первый вход триггер. соединен с выходом первого одновпбратор

3 Второй вход триггера — с выходом вторсгo 0)повибратора, I:оторый также соединен со входом блокирующего одповибрато )3, 13L:хо.l триггера соединен со вхолом схсмы импульсно-фазового управления пнвертором и черсз цепь связи со Входом блокирую<пего одповпбратора. При этом вторая диффсрспппрующая цепочка может быть выпо.!пека с ВОзможпостьlо рсг,"лпрования пОстО)1. !1<ÎÉ ВPс. icпп.

Влагог<аря такому подключению элсмепТOB на одном пз выходов триггера при коммутации присторов ипвсртора методом прсрывапия тока сигнал Все время отсутствует (пулевой сигнал). Этому состояншо

20 триг сра в системе управления тиристорами

1п<всртора соответствует угол регулироваi i 1!Ii (3Ä, = О. В xz!0 vlclIT 11011>3ления В IccTO Il слевого сигнала на выходе триггера сдини:1I:0<.0 сигнала должна начаться естествен:13П

25 комму:ация тпристоров за счет ЭДС фаз статора, угол опережения включения тиристора инвертора изме.нится íà р„,==50 эл. гряд. Одновременно сигналом триггера через разделительный ко<<денсатор в последний ра", (при =0) запускается блокируюьцпй одновибратор, вызывая перевод тиристоров выпрямителя в пнверторпый pe a!»1 и закрыгие всех тпристоров ппвсртора.

В дальнейшем коммутация < Iip!!cTopn<; ппвертора будет осуществляться за счет

ЭДС фаз двигателя при угле регулирования тирпсторов (3,;, =- 45 — 50 эл. град.

На фиг. 1 изобра кена схема устройства ля управления ко.:<мутацией тп40 ;)псторов Вентильного ;1впгатсля: где 1-сппхроп1:ый двигатель; 2, .э — пнвертор <и выпрямитель пр "образоватсля частоты; 1 — сглаживающий дроссель; 5—

TiipiicTop для шунтирова:1ия сглаживания

45 дросселя; б — система импульсного справления тпристорамп инвертора (СИУ); 7— устройство управления тиристором 5; 8— с:-<стема импульсно-фазового уiipBB;ICHIIH тиристорамп выпрямителя (СИФУ); 9—

50 усилитель; 10 — тахо "енсpаTop,11 — датчик положения ротора, Вьшол)<енный, например, на бесконтактпо;i сельсине с модулировапием входного и демоду,."ированием

Вь<ходного сп палов с пoследующим греoб55 разованисм выходного сигнала в пмпульсы прямоугольной формы; 12 — система фа3o!)nl о управления (СФУ) тиристорами пнвертора; 18 — первая дифференцирующая цепочка; 14 — статический триггер выбора

60 режима коммутации тиристоров инвертора;

15 -- первый одновпбратор; 16 — BTОр3я дпфференцирующая цепочка, с регулируемым временем разряда конденсатора.; 17--Второй одновибратор; 18 — третья диффспснп IU . ющая цепочка; 19 — блокир ) 1оши11

660158 одповибратор; 20 — усилитель; 21 — pdltформаторы тока; 22 — дат щк к:; L, задающсе напряжение.

Исходное состояние схемы::;3 13þù«.и сигнал равен нулю, и напряжение на выходе выпрямителя 8 отсутствует, сигналом с датчика положения ротора через СФУ 12 и СИУ б подается отпирающее напряжение на тиристоры инвертора 2, но ввиду отсуствия напряжения на выходе выпрямителя

8. ток в обмотках статора двигателя 1 пс протекает. Триггер 14 находится в полож=нии, когда на выходе сигнал отсутствует.

После подачи задающего напряжения

U„. на входе СИФУ 8 и на выходе выпрямителя 8 появляется напряжение, по двум фазам статора двигателя протекает ток, и, взаимодействуя с магнитным потоком ротора, создает вращающий момент. Ротор двигателя поворачивается на определенный угол. При этом на выхаде датчика положения ротора 11 появляется сигнал, который через конденсатор дифферснцирующсй цепочки запускает одновибратор 15 н сигналом с одновибратора 15 через КС-цепочку с регулируемым временем разряда конденсатора 1б запускается одновибратор 17, который, в свою очередь, запускает блокирующий одновибратор 19. При этом на обч входа статического триггера 14 подается сигнал с одновибраторов 15 и 17. Поскольку длительность выходного сигнала с одновибратора 17 больше, чем с одновибратора 15, то после возвращения одновибраторов 15, 17 в исходное состояние статический триггер 14 останется в таком положении, когда на его выходе, подключенном к СФУ 12, сигнал отсутствует, что соответствует углам регулирования р„,=0. Одновременно сигналом с одновибратора 19 через 5 силитель

20 углы управления тиристорами выпрямителя 8 переводится в р„,=20 эл. град, выпрямителb 8 переxoëèò в инверторный режим. Ток фаз двигателя начинает уменьшаться. После снижения тока до нуля сигналом с датчика тока 22 одновибратор 19 возвращается в исходное состояние и тиристоры выпрямителя 8 вновь переходят в выпрямительный режим. Ток в двигателе вновь нарастает до прежнего значения, но у>ке Ilo двум другим фазам, соответству1ошим другому положению датчика 11. Ротор двигателя вновь поворачивается на

60 эл. град. Если поворот ротора на

60 эл. град. произошел достаточно быстро, т. е. скорость двигателя достигла заданной величины, то к этому времени конденсатор

RC-цепочки 16 не успеет разрядиться, и несмотря на наличие сигнала на выходе одновибратора 15 одновибратор 17 не запускается. В этом случае сигнал подается только на первый вход статического триггера

14, который меняет свое состояние таким образом, что на его выходе, подключенном к СФУ 12, появляется сигнал. (. 11г1:. .лс м с тр.,irepa 14 углы регулпров; ., я 77;1 1,С*. >рсзв инвертора 2 изменяются

;.n,, — 50:-,7. 1рад. Одновременно через раз.сс., телы ый ко11дснсатор цепочки 18 запускается одновибратор 19, выдающий команду на гашек;1е ранее открытых тпрпсторов а

Это неооходпмо для предотвращения прорыва пнвертора 2, тпристоры кото нп О ((,: а ботали с р„, = 0 и сами ском:л тиров ать

10 ток не могли. В дальнейшем сигнал с датспка по7о>кенпя ротора 11 не IIpoxogIIT;13 однозпбраторы 17, 19 и коммутация тиристоров пнвертора 2 осуществляется за счет

ЗДС фаз двигателя.

15 i!3- с1211г. 2 про,c7.авлсны Bpeiiei-Iiiые диагp3Xlhlbi 113XICII IIIIII фазны. ЭДС, 1. < B CPK цпях А, В п С токов статора 1,1, i,,1, и момсптов двигате7я,Ч, прп естественной коммутации и прп коммутации методом преры20 ванпя тока, основанном на поочередном пегсгс ".с TllpllcTopoB выпрямителя в режим и:iBcpTîðà наоборот, Прп этом углы спада и нарастания тока pli коммутации методом прерывания тока для упрощения диа25 г,;аммы приняты равными нулю, а угол коммутации тока выражен через угол бестоковой зоны О„.

В пх.сковом режиме принято р„,=0, а в

pe>laIме естественной коммутации (=45 эл.

З0

Из фиг. 2 Bliдно, что, если на протяжении угла поворота ротора между точками а и о не произошло переключения на естественную комхiутац111o (левая часть фпг 2), то может ВО3111;кнуть двухфазны11 13сж!! м

ПС „ВОН2Ч11ЛЬII ЫХ! Уl 70М OTIwPLI 133IIIIR, О 111 l

1 !Iм Iq j3>ö и, к21 слсдствllс ма 7blм BP3III310u;им моментом. Если же в точке а происходит псрек.71очснпс на режим естествен40 ной коммутации (правая часть фпг. 2), то между точками а и б снижения вращающегося момента, двигателя нс происходит, à B точке б начинается естественная коммутация с протеканием тока по всем трем фа45 зам двигателя.

Момент двигателя в этом режиме сни".3åòñÿ незначительно (около 13 — 14%), Таким образом, в вентильном электродвигателе обеспечивается автом3тическоc

50 переключение системы управления с 17„,=0

II3 р„,=50 эл. град. в момент выдачи и;— пульсов с датчика положения в 3„, =О, в строго опродсленном положении ротора, что улучшает пусковые свойства 7впгатсля.

Формула изобретения

1. Вентильпый1 электродвигатель, содержащий синхронную машину, секции обмогки RkopR которой соединены с выходом преобразователя частоты с пнвертором, управляющие цепи кл1очей которого соединены с выходом, датчика положения ротора 1< тахометрическим устройством через схемы импульсно-фазового управления выпрями660158 7

1 V

1 --. д

1

1 )

J ! !

Г

1

i.

1 !

Т Т

| 1; 79 ! ..

» — — ) 7 1 теле r: ин",åðòîðoì. и устройство вылбор.: режима коммутации иивсртора, вхо !ы которо-о соединены с выс(одом датчи«а r.oëo?I(åI. r.II ротора и с гыхс !Ом т.:,хоме".ри !еского устройства, пер!зый и.!хо., сое ипеп со Входом системы импул! сио-фа.ового управления выпрямителем, вто;и.." зыхо!д — со входом системы импульсно-ф;— зовогс управления иивсрторсм, о т л и ч а ю;и и и с я тем, что, с целью улучшения и сксв1> .х характеристик ДВигатсля, тахсм(.TРическос устройство выполнено В виде двух дифферснцирующих цспочск и двух (.д!!(1u Iáðàòoð0â, вход первой диффсренцп 1?:(:-! цсй цепочки соединен с выхоiriì гатщ!ка и» лс?кс11!!я ротора. а Выход c(> Б;О !Ом IcpBO: о одновпбратора, выход псрвого одновибратора соединен со входом второй диффсрсицпрующсй цепочки, выход которой соедиис!r

=о входом в-.оного одновибр-,òîðà, выпо.1-! епного с возможностью обеспечения дли(сльности выходного импульса, (бо !ьп1е:! (лительности выходного импульса пс ?вого сдиовибратора, и входом устройства выббор» ком (!ута»ции, сдср кащсго тригге:.

1 цепь связи !! блокирующий одновибратор, служа!!?н!й для !1ерсзсда выпрямителя В н;ВСРТОРИЫ!! РС?КИМ, и;1:1ЧСМ ЦСИЬ СВЯЗИ ВЫи»лиепа в виде третьей ифферениирующей ц ч!о;ки, первый Вход Tprrr.r сра соединен с

Вы?к!дом пeprrn!.о одr-.oâèÑpàтсра, а выход

Второго одповиоратора соединен со входом блокирующего одновибратора и со вторым

10 в,одом триг!сра, Выхо.!, тр1гггсра cour!Ire:I со гхсдом схемы импульсно-фазового управ.;сг!Iran. Ипвертором, п через цепь связи — со входом блокирующего од!!Овибратсра.

2. 3;!Сктрсдвигатсль пс и. 1, о т л и и а ю15 и, и и с я тем, что вторая д1!фферс1-:цируюи!ая цспочка Выпо IrreHB с возмс;кностью ;e. гулирования ее постоянной времеш:.

Источники информации, принятые з!!

В1:имаиие при экспертизе:

1. Патент Вее! èêoáp! Iòàrrr;è ¹ 1246970, к,r. Н 2 А, 22.09.77.

2. Патент CIIlA;¹ 3696278, кл. 318-138, 2:".10, 2, 660158

Фиг.2

Корректор И. Симкин»

Редактор В. Левитов

Заказ 315/513 Изд. № 289 Тираж 865 Подписное

НПО Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент>, 4

1 г ()!

Составитель А. Санталов

Техред Л. Котова