Двухзонный вентильный электродвигатель

 

ОП ИСАН

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союэ Советских

Социалистнческмх

Республнк

{ Яг (И) К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 25. 12. 78 (23) 2701326/24-07 (51) M. Кл.

Н 02 К 29/00 с присоединеммем заявки H9— (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР

fIO H306pCTCNHA н открытий

Опубликовано 23,11.80. Бюллетень М 43 (53) УДК 621.313.13.

014 2 621 382 (088.8) Дата опубликования описания 23 . 11. 80 (72) Автор изобретения

В. Ф. Шепелин (71) Заявитель (54) ДВУХЗОННЫЙ ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ

Изобретение относится к электротехнике, в частности к регулируемому электроприводу переменного тока.

Известны двухэонные электроприводы постоянного тока, состоящие из двигателя постоянного тока, управляемого выпрямителя, подключенного к якорю двигателя постоянного тока и управляемого выпрямителя, подключенного к обмотке возбуждения двигателя постоянного тока (1) .

Регулирование частоты вращения в таких электроприводах до номинальной осуществляется с постоянным моментом эа счет регулирования напряжения яко-т5 ря двигателя с помощью выпрямителя при постоянном возбуждений, а выше номинальной — с постоянной мощностью при постоянном напряжении якоря двигателя, меняя его ток возбуждения. 20

Недостаток таких двухэонных электроприводов состоит в ненадежности двигателя постоянного тока иэ-за наличия вращающегося коллектора двигателя постоянного тока и снижения перегрузочной способности иэ-за неудовлетворительной коммутации на высоких частотах вращения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является 30 двухзонный вентильный электродвигатель, состоящий иэ зависимого выпрямительного инверторного преобразователя частоты со звеном постоянного тока, синхронной машины с электромагнитным возбуждением и управляемого выпрямителя для питания обмотки возбуждения синхронной машины (2).

Двухэонный вентильный электродвигатель содержит управляемый выпрямитель, который подключен через инвертор к фазам синхронной машины. Обмотка возбуждения синхронной машины питается от второго управляемого выпрямителя. ИмеетСя трансформатор напряжения, датчик тока, выходы которых подключены к системе фазового управления и регулирования выпрямителя. К управляющим электродам тиристоров выпрямителей подключены выходы систем импульсного управления, входы которых подключены к .выходу блока сдвоения импульсов управления. Вх..ды блока сдвоения импульсов подключены к выходу систем регулирования выпрямителя и инвертора. Имеется регулятор пуска, вход которого подключен к датчику частоты вращений и положения ротора и выходу трансформатора. Выход регуля тора пуска подключен на вход систем 782069 рования иннертора. Имеется регулятор

12 - пуска, вход которого подключен к

« у датчику 13 частоты вращения и положения рбтора и выходу трансформатора

5."Выход регулятора пуска подключен на входы систем 7 и 11.

Регулятор 12 пуска предназначен, для управления коммутацией тиристо О "poB инвертора в зоне низких частот вращения, когда ЭДС фаз синхронной машины мала и недостаточна для осуществления коммутации (при малых частотах sращения коммутация тиристоров ийвертора осуществляется мето †управлен выпрямителем и инвертором.

Входы- регулятора йнвертора поДключены к датчику частоты вращения и поло— женйя ротора и к логическому устрой- ству выбора угла управления инвертора

-" входы которого подключены к выхойу .системы фазового управления и регулирования и выходам устройств задания

"- †угла управления тиристорами инвертора в двигательном режиме и тормозном режиме. Входы устройств подключены

" к датчику и источникам напряжения за

=да|+йя" у г"л ов управления.

Имеет ся система регулирования нып рямителя, выход которой подключен к управлявщим электродам тйрйсторон

" вйпрямителя, а вход через датчик нап ряжения к обмотке якоря синхронной машины и через эадатчик ЭДС к"дат:" чику частоты вращения. Второй вход задатчика ЭДС подключен к источнику эацающего напряже*ния.

Поддержание заданной и частоты

- вращения системой осуществляется riyтем воздействия на углы управления н6йтфямителя аналогично электроприво дам постоянного тока.

В режиме регулирования с ослаблен-, ным полем ЭДС обмоток синхронной машйны поддерживается на заданном уровне Е ; ослабление поля проксходит н функции частоты вращения.

Особенностью работы вентильного

Электродвигателя в режиме с ослаблен

"iKiR-полем является то, что с ростом частоты вращения увеличивается коммутационное сопротивление фаэ, а ЭДС враЯЖ йя; а -значит и коммутирующая

ЭДС фаз остается неизменной . Поэтому " "при некоторой частоте вращеййя воэ -

" мбжйб нарушение коммутации, прорыв инвертора и отключение вентильного электродвигателя защитой. Для йсключейня*данного явления при ослаблении потока возбуждения необходимо увели"=ЧИгь- угол регулирования тиристорав инвертора.

РегУлирование угла управления ти= "ф3Жтюров ийнертора осуществляется дыскретно в функциФ частоты вращения, задатчиком. В режиме торможения угол

""регулирования иннертора н вейтйльйом

"" "эМектроднйгателе принят nocioяйййм,, "так КаК в- этом режиме никаких требо° наний к нему из условйй коммутаций " Не предъявляется (иинертор работает в выпрямительном режиме) .

Недостатком этoro вентиюл ного электр дВигателя являются низкие энер

1 åÒè÷åñêèå покаэателй и колебайия частотнт-вращения из-за дискретного рФгулйр Увания-угла управления инвертором при постоянстве ЭДС синхронной машины.

Цель изобретения — повышение энер= "" ген йческих показателей и равномерносТй вращеййя "з а счет" оптимальнoro уй аЪленая углом опережения, включения

",при регулировании"частоты вращения ослаблением потока возбуждения.

Указанная цель достигается тем, что один из входов устройства задания углов управления тиристорами инвертора в двигательном режиме подключен к выходу датчика тока возбуждения вентильного электродвигателя, второй иэ входов подключен через стабилитрон к тахогенератору.

При небольшом ослаблении поля управления углами открывания тиристорон

1О инвертора осуществляется н функции тока возбуждения, а затем, когда относительное изменение тока возбуждения с ростом частоты вращения становйтся незначительным, управление углами открывания тиристоров инвертора происходит в функции частоты вращенйя вентиль ного электроднигателя.

Таким образом, предлагаемый нен- =" --тильный электродвигатель позволяет уПрйнлять углами опережения открывания THpNcTopoB иннертора по оптималь— ному закону, что снижает его массу и габариты.

На фиг. 1 представлена принципи— альная схема предлагаемого вентиль— ного электродвигателя; на фиг. 2 график необхОдимогО изменения угла опережения; на фиг. 3 — график изменения пилообразного напряжения системы фазового управления тиристорами

30 йнвертора и соотношения сигналов управления.

Двухзонный вентильный электроднигантель имеет управляемый выпрямитель

1, который подключен через иннертор

35 2 к синхронной машине 3. Обмотка ноз— буждения синхронной машины 3 питается от управляемого выпрямителя 4.

Имеется трансформатор 5 напряжения, датчик б тока, выходы которых подклю40 чены к сйстеме 7 фазоно1 о управления и"регулирования выпрямителя. К упранляющим электродам тиристоров выпрямителя 1 и 2 пбдключены выходы систем

8, 9 имйульсного управления, входы которьа< подключены к выходу блока 10 5 "сдвоенная имйульсов управления, предназначенного для обеспечения одновремеййогб -"бткр%й ания соответствующих тифисто жв вьптрямителя и инвертора

""н" режиме прерывистых токов. Входы

50 блока 10, Сдвоенйя импульсов подклю-чены к выходу системы 7 регулироваййя выпрямителя и системы 11 регули782069 бО

=-48+ 2. a

65 дом прерынанйя тока, основанном на поочередном переводе тиристоров выпрямителя 1 в инверторный режим и обратно)-.

Входы регулятора 11 подключены к датчику 13 частоты вращения и положения ротора и к логическому устройству 14 выбора угла управления инвертора 2, входы которого подключены к выходу системы 7 фазового управления и регулирования и выходам устройств

1 5, 16 задания угла управления тиристорами инвертора в двигательном и тормозном режимах соответстненно. При этом устройство 16 задает также угол управления тиристорами иннертора 2 в двигательном режиме при малой часто- 15 те вращения. Входы устройства 15 под ключены к датчику 17 тока возбуждения, датчику 6 тока нагрузки и через стабилитрон 18 и согласующий усилитель

19 — к датчику 13 частоты вращения . 2О

Имеется система 20 регулирования выпрямителя 4, выход которой пОдключен к управляющим электродам тиристоров выпрямителя, а вход подключен к регулятору 21 выпрямленного напряжения инвертора и тока возбуждения синхронной машины. Вход регулятора

21 подключен к источнику задающего напряжения 0 и датчику 22 выпрямленного напряжения иннертора 2. Устройство 15 задания углов управления тиристорами инвертора состоит из генератора 23 пилообразных напряжений и управляющего органа 24.

На фиг. 2 представлена кривая необ- ходимого изменения угла опережения открывания тиристорон иннертора относительной частоты вращения -ф-- в двигательном режиме вентильного электродвигателя при номинальйом токе для коммутационного сопротивления фаз, 4О равного 0,2 о.е. (в долевых величйнах по отношению к номинальному ) рассчитанная iio формуле"" "

Tll Я „

lb - тесов(1-х д" 1

hl (рп а) у 45 и

Если увеличить ф„,, вместо 36 эл. град, до 43 эл.град., то коэффициент мощности двигателя вместо 9М=0,3249 станет <99 =0,6249, т,е. Ухудшится °

Величины необходимого приращения угла В в функции тока возбуждения

М

Ь, тока нагрузки hfdf и в функции частоты вращения гцкз предст вЬ а лены на фиг. 2.

При этом значения токов возбуждения для заданных частот вращения приняты по нормальной характеристике холостого хода синхронных машин.

Пользуясь данными кривых, можно получить эмпирическую формулу для расчета угла Ъ

Причем, слагаемое сааб действует при )" =1 до точки А, оставаясь н а, дальнейшем практически постоянным, . а слагаемое с ate действует после точки A (— 2.,25).

Схема работает следующим образом.

В исходном состоянии 0 =0 и углы управления тиристорами выпрямителя 1

d- =160 эл.град, С датчика 13 через устройстна 16,14 сигнал управления поступает на дна тиристора интертора

2.Однако при U =0 ток в силовой цепи отсутствует и ротор синхронной маши- ны неподвижен. При этом сигналом 0> через регулятор 21 и СИФУВ2 20 углы управления выпрямителя 4 устанавливаются такой величины, чтобы по обмотке возбуждения синхронной машины протекал ток, создающий номинальный поток возбуждения.

При появлении задающего напряжения

U углы управления тиристорами выпря3 мителя 1 становятся меньше 90 эл.град. и по двум фазам синхронной машййы протекает ток, сЬздавая вращающий момент. До 5-10 Гц частоты статора синхронной машины коммутация тирис- торов инвертора осущестнляется методом прерывания тока с углами опережения открывания тиристоров р =О. При достижении граничной частот1ы регулятор 12 пуска выдает сигнал перехода на коммутацию тиристоров инвертора за счет ЭДС фаз синхронной машины.

При этом углы управления устанавливаются задатчиками 15 и зависят от величины тока нагрузки.

До номинальной частоты вращения ток возбуждения постоянен и сигнал с датчика 17 тока не изменяется. Сигнал по скорости с усилителя 19 также меньше порога стабилитрона 18 и не поступает на вход управляющего органа 24.

При достижении номинальной частоты вращеФйя ЭДС синхронной машины возрастает настолько, что сигнал с датчика 22 напряжения становится близким к напряжению 0 и сигнал с регулятора

21 начинает уменьшаться, углы управления тиристорами выпрямителя 4 увеличиваются и ток возбуждения уменьшается. Частота вращения синхронной машины возрастает при неизменном выпрямленном напряжении инвертора 2.

Одновременно уменьшается сигнал с датчика 17 тока и результирующий сигнал с управляющего органа 24. Углы управления тиристорами инвертора 2 увеличиваются, обеспечивая коммутационную способность иннертора при росте коммутационного сопротивления из-за увеличения частоты вращения.

При достижении час-,отой вращения за- данной величины, когда сигнал с датчика 13 частоты вращения и усилителя 19 становится равным порогу стабилитрона, вступает в дейстние канал регулирования углов р инвертора 2 по

782069 частоте вращения ротора синхронной машины, обеспечивая соблюдение заданного закона изменения угла ф в соответствии с графиком фиг. 2. Поэтому сдвиг первых гармоник тока и напряжения фаз синхронной машины получается минимальным, минимальные и величины токов фаз синхронной машины и потери активной мощности, а значит и ее нагрев. Это в конечном итоге приводит к снижению массы и габаритов синхронной машины примерно на 5-10%.

Формула .изобретения

Двухзонный вентильный электродви- 15 гатель, содержащий индуктор с обмоткой возбуждения, якорь с обмоткой, фазы которой подключены через инвертор и управляемый выпрямитель к сети переменного тока, системы фазового щ управления выпрямителя и инвертора, выходы которых подключены через блок сдвоения импульсов и системы импульсного управления к управляющим электродам.тиристоров выпрямителя и инВертора, устройства задания угла управления тиристоров в двигательном

=" и тормозном режимах, выходы которых подключены через. логическое устройство к входу системы управления инюО вертором, управляемый выпрямитель для питания обмотки возбуждения синхронной машины с системой регулирования тока возбуждения и выпрямленного напряжения инвертора, входа которой подключены к источнику задающего напряжения, датчику выпрямленного напряжения инвертора и датчику тока возбуждения, тахогенератор и датчик положения ротора, о т л и ч а ю щ и и .с я тем, что, с целью повышения энергетических показателей и равномерности вращения, при регулировании его частоты вращения с постоянной мощностью, один из входов устройства задания углов управления тиристорами инвертора в двигательном режиме подключен к выходу датчика тока возбуж-дения вентильного электродвигателя, второй из входов подключен через стабилитрон к тахогенератору .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1 . Тулупов В . Д. Автоматическое регулирование сил тяги и торможения в электроподвижном составе. М., "Транспорт", 1976, с. 41-43.

2. GBnter Goiz, Peter Grumbrecht

und Frank Hentschei "Uber neve Betriebsarten der Stromrichtermaschine

synchroner Bauart", Miss. Ber. AEGTELEFUNEEN 48, 1975, 4, 170-180.