Реверсивный вентильный электродви-гатель

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОИЖОМУ СВ ЕТИЗЬСТВУ («) 813608 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 27. 03. 79 {21) 2742217/24-07 с присоединаиием заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 15.0381.бюллетень W 10

Дате опубликования описания 170381 (51)М. Кл.з

Н 02 К 29/00

Государственный комитет

СССР но делам "изобретений и открытий (53) УДК 621.313.13.

014 2 ° 621 382 (088.8) (72) Автор изобретения

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

Изобретение относится к электротехнике, в частности к регулируемому электроприводу переменного тока и может найти применение в злектроприводах металлорежущих станков и других механизмов.

Известны реверсивные электроприводы постоянного тока, содержащие реверсивный двухкомплектный управляемый вы-1О прямитель, подключенный к двигателю по. стоянного тока (11 .

Недостатком данного электропривода является невысокая надежность.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является реверсивный вентильный двигатель,. содержащий выпрямитель, подключенный через сглаживающий дроссель и инвертор к секциям обмоток синхронной машины, регулятор скорости, сумматор, регулятор тока, выходы которых подключены к источнику задающего напряжения, задающего тока и датчику тока. Выход регулятора тока 2е подключен к системе фазового управления выпрямителя. Управление тиристоров выпрямителя и инвертора осуществляется от систем импульсного управления, входы которых через блок сдво ения импульсов подключены соответственно к системе фазового управления выпрямителя и инвертора. Выход датчика положения ротора подключен на вход системы фазового управления инвертора и вход устройства управления искусственной коммутацией, вход которого подключен на вход регулятора тока. Выход тахогенератора подключен на вход регулятора скорости, на вход индикато" ра направления вращения и к входам устройств выбора коммутации и задания в зависимости от вида коммутации (ес" тественная на высокой частоте вращения или искусственная методом прерывания тока на низкой частоте вращения) угла в двигательном и тормозном режимах, выходы которых подключены на вход логического устройства управления тиристорами инвертора. Выход логического устройства подключен на вход системы фазового инвертора. Имеется индикатор режима работы, один вход которого подключен через нуль-орган на выход регулятора скорости, а второй вход подключен к индикатору направления вра.щения. При реверсе вентильного двигателя в режиме торможения с заданной частотой вращения углы управления тиристорами инвертора задаются устройством, один вход которого подключен к

813608 тахогенератору, а второй к внешнему источнику. Подключение задающего устройства осуществляется логическим устройством в функции сигнала с индикатора режима работы. При разгоне ротора двигателя в другом направлении глы упрвления тиристорами инвертора адаются устройством. В тормозном ре жиме тиристоры работают с углом опережения открывания P > 90 эл. град. (выпрямительный режим), а в двигатель-щ ном — с Р с 90 эл. град. (инверторный режим) .

Максимальное среднее значение моМента синхронной машины в двигательном режиме и ее лучшие динамические характеристики достигаются при работе тиристоров инвертора с = О, а в тормозном режиме с = 180 эл.град. (eL = О) . При построении системы унравления вентильным электродвигателем необходимо обеспечить укаэанные 20 выше значения углов управления тиристоров инвертора. Такие значения углов можно получить подключением системы иМпульсного управления непосредственно к датчику положения ротора, ис- 5 ключив добавочные устройства зада-. ния угла управления (23.

Однако данный двигатель не реализует указанные законы управления, поэтому его недостатком является наличие блока задания угла управления тйристорами в тормозном режиме, н его не оптимальные динамические характеристики. Если в инверторном режиме при работе синхронной машины при высоких частотах вращения значение уг35 ла д определяется условиями коммутации, то в выпрямительном режиме угол сможет быть принят равным 180 эл.град, (А = О). При этом тормозной момент имеет наибольшее значение при задан- 40 нбм токе фаз синхронной машины. БыстРЕе машина будет отрабатывать и заданное системой автоматического регулирования снижение частоты вращения. Если принять в тормозном Режи- 45 ме P - =180 эл.град., то при ширине выходного импульса с датчика положения ротора 120 эл. град. можно осуществить торможение, а затем разгон ротора вентильного двигателя в режи- 51 ме коммутации методом прерывания тока без переключения углов управления, т.е. автоматически после перехода через нулевую частоту вращения становится равным d. (при ф

180 эл.град. в тормозном режиме, 180 эл. град. в двигательном режиме).

Пель изобретения - упрощение реверсивного вентильного электродвигателя и улучшение его динамических Щ характеристик.

Укаэанная цель достигается тем, что вход блока сдвоения импульсов подключен через первую пару ключей

"вперед и "назад" непосредственно ф5 к выходу датчика положения ротора, входы первой пары ключей подключены к выходу логического устройства управления тиристорами инвертора в режиме торможення и на низких частотах вращения ротора, входы логического устройства подключены к выходу индикатора режима работы, индикатору направления вращения Й устройству выбора коммутации, входы второй пары ключей вперед", "назад", включенной между входом блока сдвоения и системой фазового управления тиристорами инвертора в двигательном режиме, подключены непосредственно или через инвертирующие элементы к выходам индикатора направления вращения, устройства выбора коммутации и индикатора режима работы.

Благодаря подключению устройств в схеме реверсивного вентильного электродвигателя при оптимальной установке датчика положения ротора с шириной выходных импульсов 120 эл.град ., исключается специальный блок задания углов .Управления инвертора в двигательном режиме в обоих направлениях на низкой частоте вращения, при коммутации тиристоров инвертора методом прерывания тока, основанном на поочередном переводе тиристоров выпрямителя в инверторный режим, осуществляется при Pi = О (без учета реакции якоря синхронной машины), а в тормозном режиме - на всех частотах вращения при о = О, что соответствует наибольшему изменению момента при заданном измен»нии тока и лучшим динамическим характеристикам системы автоматического регулирования частоты вращения.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема реверсивного вентильного злектропривода; на фиг. 2 — временные диаграммы изменений выходных сигналов отдельных узлов схемы.

Реверсивный вентильный электродвигатель имеет выпрямитель 1, который подключен через сглаживающий дроссель 2, инвертор 3 к секциям обмоток синхронной машины 4, регулятор 5 скорости, сумматор 6, регулятор 7 тока, входы которых подключены к источникам задающего напряжения и тока (U>, ) и датчику 8 тока. Выход ревулятора 7 тока подключен к системе фазового управления выпрямителя 9. Управление тиристорами выпрямителя и инвертора осуществляется от систем 10, 11 импульсного управления, входы которых через блок 12 сдвоения импульсов подключены непосредственно к системе фазового управления выпрямителя 9 и через ключ 25, 26 - к системе 13 фазового управления инвертором (в двигательном режиме на высоких частотах вращения) . Имеется также датчик 14 положения ротора и тахогенератор 15, выход датчика положения ротора подключен к системе 13 фазового управле813608 ходе индикатора 17 направления вращения и втором входе 21 тажкже логическая единица. При этом на выходе индикатора режима работы — нулевой сигнал, соответствующий двигательному режиму работы синхронной маши1ны 4. На выходе устройства 18 выбора коммутации нулевой сигнал, соответствующий высокой частоте вращения и естественной коммутации тиристоров инвертора 3. В этом случае на выходах логических элементов И-HE 32-35 - единичный сигнал, а на выходе логических элементов И-НЕ 30, 31 — нулевой сигнал, запрещающий включение ключей 23, 24. На выходе логических элементов

И-HE 27, 28 единичный сигнал, разрешающий включение одного из ключей 25, 26 сигналом с индикатора 17 направления вращения. При направлении вперед на выходе индикатора 17 — единичный сигнал, и включен ключ 25, через который сигналы с системы 13 фазового управления инвертором поступают на блок 12 сдвоения импульсов. В блоке

12 образуется сумма коротких импульсов (по передним фронтам сигналов с блоков 9, 13), и в соответствии с зоной работы соответствующих тиристоров распределяется по управляющим электродам тиристоров выпрямителя и инвертора. Угол регулирования тиристоров инвертора определяется сигналом датчика 8 тока, пропорциональным току нагрузки синхронной машины. При подаче сигнала на реверс меняется знак U8 с плюса на минус, сигнал на выходе регулятора 5 скорости становится отрицательным, а на выходе нульоргана 22 — нулевым.

На входы индикатора 21 режима работы в этом случае поступают нулевой и единичный сигналы, что соответствует тормозному режиму работы синхронной машины 4. На выходе индикатора 21 появляется единичный сигнал, который через логический элемент И-НЕ 28 отключает ключ 25, одновременно выдавая запрет на включение ключа 26.

Единичный сигнал с выхода индикатора 21 подается и на входы логических элементов И-НЕ 32, 33. При наличии логической единицы на втором входе 32 и выходе индикатора 17 направления вращения на выходе логического элемента 32 появится нулевой сигнал, который переключит логический элемент

И-НЕ 30, и íà его выходе появится единичный сигнал, который включит ключ 24. На вход блока 12 сдвоения импульсы будут поступать непосредственно с датчика. При положении ротора с фазой ah = 0 инвертор переходит в выпрямительный режим, а выпрямитель 1 — в инверторный режим. Двигатель тормозится, а энергия торможения рекуперируется в питающую сеть. ния инвертора, индикатору 17 направления вращения, устройству 18 выбора коммутации, и через ключи 23, 24 на выход блока 12 сдвоения импульсов.

Выход устройства 16 управления искусственной коммутацией тиристоров инвертора методом прерывания тока на низких частотах вращения подключен на вход регулятора 7 тока, один выход подключен непосредственно или через ключ

23 блока 19 на выход датчика 14 положения ротора, а второй вход подключен к выходу устройства 18 выбора коммутации 18. Выход тахогенератора подключен на вход регулятора 5 скорости.

Имеется логическое устройство 20 управления тиристорами инвертора в дви- 15 гательном режиме на низких частотах вращения и в тормозном режиме на всех частотах вращения, выходы которого подключены на соответствующие входы ключей 23 и 24, один вход логического Щ устройства подключен к выходу индикатора 21 режима работы, второй входна выход устройства 18 выбора коммутации, третий и четвертый входы подключены непосредственно и через инвертирующий логический элемент

И-HE 29 к выходу индикатора 17 направления вращения. Первый вход индикатора 21 режима работы подключен на выход индикатора 17 направления вращения 7, а второй вход через нульорган 22 — на выход регулятора скорости. Первые входы ключей 25, 26 подключения задания углов управления тиристоров инвертора в двигательном режиме на высоких частотах вращения

35 подключены соответственно непосредственно и через логический элемент

И-HE 29 на выход индикатора направления вращения 17, вторые и третьи входы ключей через логические эле- 4Q менты И-HE 27, 28 подключены на выход индикатора 21 режима работы и устройства выбора коммутации.

0 i — задающие напряжения час3 3 тоты вращения и тока, 6 - частота 4> вращения ротора синхронной машины, 0 О, 0 " — напряжение

5» 1т 18 г1 на выходе регулятора скорости, индикатора направления вращения, устройства выбора коммутации, индикатора режима работы и двух выходах логического устройства, Ц О, U>>, 026 в диаграммы состояния ключей (Π— включен, 1 — отключен).

U — напряжение на выходных зажимах выпрямителя.

Работает схема при реверсе следующим образом.

Пусть в исходном состоянии на входе имеет +U и ротор вентильного двигателя вращается в направлении

"вперед". В этом случае на выходе регулятора 5 скорости положительный сигнал, на выходе нуль-органа 22 и первом входе индикатора 21 режима работы — логическая единица, на вы8136О8

Формула изобретения

П ри снижении частоты вращения ниже границы уставки устройства 18 выбора коммутации сигнал на его выходе становится единичным, включается устройство 16 управления искусственной

Коммутацией. При этом никаких переключений в логическом устройстве 20

;,не происходит, так как на вход лагиеских элементов И-НЕ 34 и 35 потупает нулевой сигнал с логического

Элемента И-НЕ 36, вход которого подключен к индикатору 21 режима работы.

После торможения до нулевой частоты вращения начинается процесс разгона в другом направлении беэ каких1 либо добавочных переключений в схеме.

После перехода нулевой частатц вращения фаза ЭДС синхронной машины меняется на 180 эл. град. При атом угол А= 0 становится f5 = О. При данном значении угла регулирования продолжается процесс разгона до момента срабатывания устройства 18 выбора коммутации. При этом сигнал на ега выходе становится нулевым, запрет на включение ключей 25, 26 снимается, устройство 16 отклю ается, сигналы на выходе логического устройства 20 становятся нулевыми, ключ 24 отключается, а включается ключ 26 сигналом с индикатора 17 направления вращения.

Дальнейший разгон до заданной частоты вращения происходит при естественной коммутации тиристоров, инвертара за счет ЭДС фаз синхронной машины. Угол опережения открывания тиристоров инвертара 3 регулируется системой 13 фазового управления.

В данном устройстве (фиг.1) необ хадимость в установке блока задания угла управления тиристоров инвертора в тормозном режиме отпадает, что упрощает схему вентильнага электродвигателя. Анализ осциллограммы реверса синхронной машины вентильнага электродвигателя показывает, что момент синхронной машины в процессе пуска и торможения не зависит От частоты вращения, и равен заданному (прямолинейный характер изменения частоты вращения) . Момент синхронной машины в известном вентильном злектрадвигателе в процессе пуска и тармажения меняется (ломанный характер изменения частоты. вращения). Сравнение осциллограмм показывает, чта предложенный веитильный электродвигатель обладает лучшими динамическими характеристиками. Реверсивный врнтильный электродвигатель, содержащий синхронную машину, секции обмотки якоря которой подключены через выпрямительно-инверторный преобразователь с сглаживающим дросселем в звене постоянного тока к сети переменного тока, датчик положения ротора, T-àxîI"åíåpàòop, систем импульсного управления вь прямнтеля и инвертора,, систему фазового управления выпрямителя, систему фазового управления инвертора в двигательном режиме, блок сдвоения импульсов выпрямителя и инвертора, выход которого подключен к системам импульсного управления

,тиристорами выпрямителя и инвертора, а вход подключен к выходу системы фа зового управления выпрямителя и через ключи к системе фазового управления инвертора, регулятор скорости, регуЛЯТОР ТОка, Датчик TiOKd. ВЫХОД КОТО15 рого подключен на вход регулятора тока, устройство выбора коммутации и индикатора направления вращения, входы KoTopblx подключены к выходу датчи ка положения ро-;îðà, индикатор режима

Щ работы, один, вход которого подключен к индикатору направления вращения, а второй вход через нуль-орган к выходу регулятора. скорости, устройство управления искусственной коммутацией, д5 выхОд кОторого подключен к регулято— ру тока, а входы — к выходу датчика положения ротора и устройству выбора коммутации, логическое устройство управления тиристорами инвеpTopa, один из входов которого †:îäêëþ÷åí к выходу

ЗО индикатора режима работы, Две пары ключей, î : л и ч а ю шийся тем, что, с цел,ью упрощения, улучшения динамических характеристик, первая пара ключей управления инвертором "вперед" и "назад" подключена между выходами датчика положения ротора и входами блока сдвоения, а входы ключей подключены K соответствующим выходам логическога устройства,. первые входы второй пары ключей "вперед" и * назад", ПОДКЛЮЧЕННЫХ МЕждУ входами блОКа СдВО ения импульсов и выходом системы фазового управления тиристоров инвертора, подключены непосредственно и через логический элемент Б-БЯ к BbixoJiy HHZHKaтОра. направления вращения Вторые и

TpBTbH входы подключены через лОГическии элемент И-HE к индикатору режима работы и >-стройству выбора коммутации, второй вход логического уст о райства подключен к выходу .устройства

Внб Ора КОмму т ации "петий и четв ертый входы подключень- непосредственно и через логический элемент И-HE к выходу индикатора направления вращения.

Истатхники информации принятые во внимание при экспеотизе

1. Патент Великобритании

9 1246970, кл. Н 2 А, 1971.

2. Сйвйег Go! z, Peter Grumbrecht ,und Frenk Hen t sche), Ube r пеие Be tr4 eiJsà rien der St romr i ch te rmasch inc

qynchroner 8auertn. Hiss. Вег. AEGщ ХЕ1 ЕГОИ!(ЕИЕН, 48 (197 —,), 170-181