Вентильный электродвигатель
Союз Совет скмх
C оцмапмстмчесимх
Республик
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1904135 (5l) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 07. 08. 79 (21) 2807246/24-07 с присоединением заявки М (23) Приоритет (5I)M. Кл.
Н 02 К 29/00
Государственный квинтет по делам изобретений и открытий
Опубликовано 07. 02. 82. Бюллетень Р1е 5 (53) УДК 621.
° 313 ° 13.014.2:
:621.382(088.8) Дата опубликования описания 10. 02. 82
:. 1 " . (72) Авторы изобретения
В.Н. Десятнюк, Д.И. Родькин, !0.Е. Пряд
Криворожский ордена Трудового Красног горнорудный институт (71) Заявитель (54) ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ
Изобретение относится к электро.
/ технике и может быть использовано для создания вентильных двигателей.
Известен трехфазный вентильный двигатель, содержащий синхронную машину, подключенную к тиристорному преобразователю частоты со звеном постоянного тока, связанному с логическим управляющим устройством fl) .
Недостатком этого устройства являются значительные пульсации электромагнитного момента двигателя, возникающие при пуске двигателя и при низких частотах вращения, что снижает срок службы, а также ограничивает т5 его применение для механизмов, требующих широкого диапазона регулирования скорости вращения.
Наиболее близким к предлагаемому является вентильный электродвигатель, содержащий P-полюсный ротор, статар, с расположенной на нем обмоткой якоря, преобразователь частоты, включающий в себя инвертор тока, с и-так2 тами коммутаций на оборот, к выходу которого. подключена обмотка якоря, а управляющие цепи ключей соединены с выходом импульсного датчика положения ротора через схему импульсно-фазового управления инвертором, и выпрямитель, управляющие цепи которого соединены с выходом системы импульс но-фазового управления выпрямителем блок регулирования, включающий в себя логическую схему выбора режима коммутации, входы которой соединены с выходами датчика положения ротора и тахогенератора, а выход - с одним из входов управляющего блока, выход
KoT0poI о соединен с входом системы .. импульсно-фазового управления выпрямителем через схему регулирования выпрямленного тока (23.
Недостатком известного двигателя является ограниченная область приме нения, вызванная большими пульсация- ми момента вращения при пуске.
904135
Ц..ль изобретения - расширение области применения вентильного двигателя.
Поставленная цель достигается тем, что двигатель снабжен сумматором, задатчиком начального угла и функциональным преобразователем, выходной сигнал которого пропорционален синусу входного, логическая схема снабжена счетчиком импульсов, выполненным с возможностью обнуления после поступления на его вход числа импульсов, соответствующего повороту ротора на угол вЂ, причем первый вход сумматора соединен с выходом счетчика, второй вход — с выходом задатчика .начального угла, выход соединен с входом функционального преобразователя, выход которого соединен со вторым входом управляющего блока. го
Дополнительная цепь введена в устройство для снижения пульсаций электромагнитного момента двигателя при пуске и низких частотах его вращения.
На фиг. 1 представлена схема устройства для управления трехфазным вентильным двигателем; на фиг. 2 временные диаграммы {a - выпрямленного тока, б - электромагнитного мо- зо ,мента двигателя, в — одной из гармоник электромагнитного момента, гэлектромагнитного момента с ограниченным уровнем пульсаций).
Вентильный двигатель содержит орган 1 управления, блок 2 регулирования, включающий в себя логическую схему выбора режима коммутации, связанную выходами с управляющим блоком 3; счетчиком 4 импульсов и сис° о темой 5 управления инвертором, схему v регулирования выпрямленного тока, соединенную с выходом управляющего блока 3, систему 7 управления выпрямителем, сумматор 8, входы кото- 15 рого подключены к выходу счетчика 4 импульсов и к выходу задатчика 9 угла начального положения ротора, а выход — к входу функционального преобразователя 10, выход которого подсоединен к второму входу управляющего блока 3, выпрямитель 11, датчик 22 тока, дроссель 13, инвертор 14, тахо-. генератор 1 5 и датчик 16 положения ротора, соединенные с входами блока. 2 5 регулирования, и синхронную машину 17, подключенную к инвертору 14 и связанную с системой 18 возбуждения.
<=f>p ()dt " угол поворота ротора двигателя (K с » /3); — начальный угол поворота ротора двигателя к моменту коммутации; р - угловая скорость ротора двигателя; 1я - угол опережения управления инвертором; время.
< / p«
Устройство работает следующим образом.
При поступлении сигнала от органа
1 управления на вход блока 2 регулирования выдается команда на пуск двигателя 17. При этом от блока 2 регупирования через управляющий блок 3 поступает сигнал-задание на регулятор
6 выпрямленного тока. Сформированный сигнал, с учетом обратной связи по току 12, поступает в систему 7 управления выпрямителем.
Логическое устройство в блоке 2 также выдает задание системе 5 управления инвертором на частоту коммутации тока в секциях якорной обмотки двигателя 17. Частота коммутации тока в секциях определяется датчиком 16 положения ротора.
В результате взаимодействия тока секций с полем возбуждения, создаваемым системой 18 возбуждения, ротор двигателя 17 приходит во вращение.
В момент пуска и при низких частотах вращения (меньше 0,1 синхронной) ЭДС машины недостаточна для естественной коммутации вентилей инвертора 14. Поэтому с помощью блока 2 производится их искусственная коммутация за счет прерывания тока выпрямителя. 11, путем кратковременного перевода его в инверторный режим, после каждого поворота ротора двигателя 17 на угол г» р««
Развиваемый двигателем электромаг" нитный момент является функцией выпрямленного тока (кривая а, фиг. 2), протекающего в секциях якорной обмотки двигателя 27, и угла поворота меж" ду коммутируемой секцией и обмоткой возбуждения двигателя. В первом приближении выражение электромагнитного момента запишется следующим образом:
Иэ = Кс Ig з п(» и) где . К - коэффициент ЭДС двигателя;
14 - выпрямленный ток;
904135
Такая зависимость электромагнитного момента приводит к тому, что при конечном числе фаз (m = 6) в кривой электромагнитного момента, кроме постоянной составляющей, присутствует переменная составляющая, вызывающая пульсации электромагнитного момента (кривая б, фиг. 2). Минимальная частота гармонических (фиг. 2, кригателя равна частоте коммутаций тока в секциях якорной обмотки двигателя.
Для снижения пульсаций электромагнитного момента в устройство введена цепь, состоящая из последовательно соединенных счетчика 4 импульсов, сумматора 8., функционального преобразавателя 10 и управляющего блока 3.
Счетчик 4 импульсов интегрирует импульсы, поступающие от датчика 16 положения ротора через блок 2 регулирования, и выдает сумматору 8 инго,формацию об угле поворота ротора двигателя 17. На второй вход сумматора 8 подается информация о начальном угле поворота ротора от задатчика 9.
Происходит алгебраическое сложение сигналов. Полученный суммарный сигнал с выхода сумматора 8 поступает в функциональный преобразователь 10, где он модулируется синусоидальной функцией. Промодулированный сигнал вводится в управляющий блок 3. В ре.зультате сигнал-задание, поступающее на вход управляющего блока 3 от устройства 2, модулируется в функции, обратно пропорциональной синусу сум3О
3S мы углов поворота ротора двигателя 17 и его начального. положения, и поступает на вход схемы 6 регулирования выпрямленного тока. Такое управление величиной выпрямленного тока позволяет значительно ограничить уровень пеI$ ременных составляющих электромагнитного момента и снизить величину его пульсаций до безопасных величин.Кривая результирующего элекромагнитного момента двигателя при ограничении уровня его переменных составляющих па 50 казана на фиг. 2 (кривая г).
После каждого поворота ротора двигателя 17 на угол + по команде, по с ступающей от логической схемы 2 уст- SS оойства, пооизводится сбоос счетчика 4 в нулевое положение, и цикл повторяется, вая в) в такой схеме вентильного дви- 1о
Пои достижении ротором двигат»ля 17 частоты воащения. равной 0,1 синхронной, контоолиоуемой тахогенеоатооом 15, с помощью блока 2 инвеотоо 14 переводится в режим естественной коммутации. Счетчик 4 импульсов отключается от датчика 16 положения ротора и в него вводится. сиг нал такого уровня. который на выходе функционального преобразователя 10 дает условную единицу величины сигнала. В результате задание, поступающее от блока 2 регулирования, передается через управляющий блок 3 в схему 6 регулирования выпрямленного тока без изменений. Вентильный двигатель работает в режиме естественной коммутации вентилей инвертора..
При снижении частоты вращения ротора ниже 0.1 синхронной снова включается в работу счетчик 4 импульсов. инвертор 14 переводится в режим искусственной коммутации, схема работает аналогично описанному выше.
Использование устройства для управления тоехфазным вентильным двигателем обеспечивает запуск и эксплуатацию в диапазоне малых частот воащения вентильного двигателя. что оасшиояет область поименения вентильного двигателя, в частности, позволяет использовать его для механизмов, требующих широкого диапазона регулирования скорости, например для станков с программным управлением, подъемных машин и других механизмов.
Формула изобретения
Вентильный электродвигатель, содержащий Р-полюсный ротор, статор, с расположенной на нем обмоткой якоря, 1 преобразователь частоты, включающий в себя инвертор тока, с и-тактами коммутаций на оборот, к выходу которого подключена обмотка якоря, а управляющие цепи ключей соединены с выходом импульсного датчика положения ротора через схему импульсно-фазового управления инвертором, и выпрямитель, управляющие цепи которого соединены с выходом системы импульснофазового управления выпрямителем, блок регулирования, включающий в себя логическую схему выбора режима коммутации, входы которой соединены с выходами датчика положения ротора и
7 9041 тахогенератора, а выход — с одним из входов управляющего блока, выход которого соединен с входом системы импульсно-фазового управления выпрямителем через схему регулирования выпрямленного тока, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью расширения области применения, двигатель снабжен сумматором, задатчиком начального угла и функциональным преоб- tO разователем, выходной сигнал которого пропорционален синусу входного, логическая схема снабжена счетчиком импульсов, выполненным с возможностью обнуления после поступления на его - 15
35 8 вход числа импульсов, соответствующего повороту ротора на угол —
2. 1! р 7 причем первый вход сумматора соединен с выходом счетчика, второй вход с выходом задатчика начального угла, выход соединен с входом функционального преобразователя, выход которого соединен со вторым входом управляющего блока.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Патент Японии 11 53-3041. кл. 55 с 2, 1978.
2. Патент США N 3696278, кл. 318-138, 1972.
904135
Ig о
Я
Тираж 718 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035. Москва. 1-Я. Рауаская наб., д. 4/5
Заказ 151/44 филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, Составитель А. Санталов
Редактор Е. Дичинская Техред И.Надь Корректор М. лароши.
