Вентильный электродвигатель

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Ресяубиии

<1» 951582 (6l ) Дополнительное к авт. саид-ву(22)Заявлено 29.12.80 (21) 3225137/24-07 с присоединением заявки № (5 I ) M. Кл.

Н 02 К 29/00

9пударствеииы6 квиитет

СССР ао делам иаобретеиий и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 15. 09. 82, Бюллетень № 30

Дата опубликования описания 18. 09. 82 (53) УДК 621.313. .13.014.2:621. .382(088.8) (72) Авторы изобретения

В.Ф. Шепелин и О.А. Серков

Всесоюзный научно-исследовательский и конструкторский и технологический институт ЖУЕГГгроения (7I ) Заявитель (54) ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ

Изобретение относится к электро, технике, в частности к регулируемым электроприводам с вентильными электродви гателями, Известен вентильный электродвигатель, содержащий синхронную машину, выпрямитель но-и н вертор ный преобра зователь, вспомогательные тиристоры для пропускания тока фазы синхронной машины, остающейся в работе, в момент коммутации тока фаз тиристоров инвертора путем кратковременного перевода тиристоров выпрямителя в инверторный режим, ключ для шунтирования входа системы импульсно-фазового управления выпрямителя и две логические схемы ИЛИ, подключенные через

RC-цепочки к датчику положения ротора и предназначенные для дифференцирования и суммирования фронтов сигналов го с датчика положения ротора (Я, Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является вентильный электродвигатель, в котором

2 для расширения диапазона регулирования частоты вращения дополнительно введено устройство регулирования длительности шунтирования, один вход которого подключен к датчику нуля выпрямленного напряжения.

Вентильный электродвигатель содержит выпрямитель, тиристоры инвертора, синхронную машину о якорными обмотками и роторными обмотками, сглаживающий дроссель с магнитосвязанными обмотками, два вспомогательных тиристора, систему импульсно-фазового управления выпрямителя, регулятор скорости, транзисторный ключ для шунтирования выхода регулятора скорости, устройство для регулирования длительности шунтирования, состоящее из статического триггера, логических элементов И (при применении логики на транзисторах и-р-и проводимостисхем И-НЕ), логического элемента ИЛИ (при применении логики на транзисторах и-р и проводимости-элемента И-НЕ), 1582

3 .два устройства дифференцирования и логического суммирования фронтов сигналов с датчика положения ротора, состоящих из. RC-цепочек и логических элементов ИЛИ, датчик положения ротора, логические элементы совпадения, для управления вспомогательными тиристорами, датчик нуля тока, тахогенератор, Коммутация токов тиристоров ин- 10 вертора вентильного двигателя в зоне малых скоростей осуществляется путем перевода тиристоров выпрямителя в инверторный режим. При этом открывается также один. из вспомогатель- )5 ных тиристоров, создавая на время коммутации контур для протекания тока в секции синхронной машины, остающейся в работе. На первом участке коммутации ток в секции синхронной д машины, выходящей из работы, и обмотке дросселя, связанной с ней через тиристор инвертора, под действием встречной ЭДС сети снижается до нуля и тиристор инвертора закрывается.

После перевода тиристоров выпрямителя в выпрямительный режим и подключения тиристоров инвертора к третьей обмотке машины в ней нарастает ток до установившегося значения. Шунтирование ключом выхода регулятбра скорости и перевод тиристоров выпрямителя в инверторный режим происходит в момент прихода сигналов с датчика положения ротора и датчика нуля вы3 прямленного напряжения, т.е. B момент перехода выпрямленного напряжения через нуль при изменении его в сторону отрицательного значения.

Закрытие шунтирующего ключа и сня40 тие управляющего импульса со вспомогательного тиристора происходит по сигналу с датчика нулевого тока f2).

Недостатком вентильного электродвигателя является необходимость при45 менения в датчике нуля выпрямленного напряжения, подключенного на зажимы силового выпрямителя, гальванической развязки (на магнитных или оптронных элементах) входных и выходных цепей.

Кроме того, конденсаторы и сопротивления RC-цепочек в вентильном двига теле должны выбираться из условий наличия на выходе логических элементов

ИЛИ си гнала дли тель ность ю большей длительности межкоммутационного ин" тервала тиристоров выпрямителя (3сек) и RC-цепочки получаются громоздкими

Все это увеличивает массу и габариты вентильного двигателя.

Целью изобретения является снижение массы и габаритов вентильного двигателя.

Поставленная цель достигается тем, что в вентильном электродвигателе, содержащем синхронную машину, якорные обмотки которой подключены к источнику переменного напряжения с помощью зависимого выпрямительно-инверторного преобразователя, два вспомогательных шунтирующих тиристора, регулятор скорости, систему импульснофазового. управления (СИФУВ) выпрямителем с узлом синхронизации от питающей выпрямитель сети, ключ, устройство,цля регулирования длительности . шунтирования, один из входов которого подключен к выходу логического элео мента И-НЕ, две логические схемы совпадения для управления вспомогательными тиристорами, первые входы которых подключены к выходу устройст ва для ре гули ро ва ния дли тел ь ности шунтирования, два устройства дифференцирования и логического суммирования фронтов сигналов с датчика положения ротора, состоящие, например, из RC-цепочек и логических элементов ИЛИ, подключенными зажимами к соответствующим выходам датчи" ка положения ротора, и датчик нуля тока, введены логический элемент

И-НЕ и два статических триггера, причем, входы введенного элемента И-НЕ подключены на выходы узла синхронизации СИФУ выпрямителя, а выход подключен на второй вход устройства регулированяя длительности шунтирования, первые входы статических триггеров подключены соответственно к вы9 ходам первого и второго устройств дифференцирования и логического суммирования фронтов сигналов с датчика положения ротора, вторые входы подключены к датчику нуля тока, а выходы подключены на входы логического элемента И-HE.

На фиг. 1 изображена схема вентильного двигателя при использовании логических элементов на транзисторах и-р-и проводимости; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

На чертежах обозначено: U - напряжение питания выпрямителя; 0.1 - напряжение на выходе выпрямителя; ток на выходе выпрямителя; i y - ток

951582

1о

15 го зо

5 фазы двигателя; О,1.! - напряжение. на выходе устройства регулирования длительности шунтирования; U<+, U >напряжение на выходе статических триггеров 24, 25; U, 011 — напряжение на выходе устройств дифференцирования и логического суммирования фронтов сигналов с .датчика положения ротора;

Up - напряжение на выходе датчика нуля тока.

Вентильный двигатель содержит выпрямитель 1, который подключен через тиристоры инвертора 2-7 к якорным обмоткам синхронной машины 8 с ротором 9. В звено постоянного тока преобразователя включен сглаживающий дроссель с магнитосвяэанными обмотками 10 и 11. Имеется два вспомогательных тиристора 12 и 13 для пропускания тока некоммутируемой фазы синхронной машины, при коммутации тока тиристоров инвертора в области низких частот вращения путем перевода выпрямителя в инверторный режим, сис- р5 тему импульсно-фазового управления выпрямителя 14, регулятор скорости.

15, транзисторный ключ для шунтирования выхода регулятора скорости 16, устройство регулирования длительности шунтирования 17, состоящее иэ статического триггера 18 и логического элемента И-НЕ 19. Первый вход

В исходном состоянии схемы, когда напряжение управляющего источника равно нулю углы управления тиристорами выпрямителя 1 составляют, например, 160 эл. град. Выпрямленный ток равен нулю, ротор 9 синхронной машины неподвижен, сигнал на выходе датчика тока 32 равен логическому нулю. В этом случае с выхода датчика положения ротора 28 снимаются два постоянных сигнала, которые подаются на управляющие электроды тиристоров, например 3 и 5. Постоянный сигнал с датчика положения ротора через логические устройства 26 и 27 не проходйт и на их выходе присутствует логическая единица, которая не влияет на состояние статических триггеров

24 и 25, выполненных на транзисто1 рах и-р-и проводимости. Нулевым сигналом с датчика нуля тока 3 1 статические триггеры 24 и 25 переводятся в состояние, когда на их выходах появляются логические единицы, которые подаются на вход логического элемента И-НЕ 23 На выходе логического элемента И-НЕ появляется логический нуль, который переключает статический триггер 18 в состояние, когда на его выходе сигнал отсутствует - логический нуль. Тиристоры 1,2, 13 закрыты, транзистор 16 закрыт также. подключен на вход системы импульсного управления с генератором пилообразного напряжения 22; второй вход устройства регулирования длительности шунтирования подключен через логический элемент И-НЕ 23, статические триггера 24, 25 и устройства дифференцирования и логического суммирования фронтов сигналов с датчика положения ротора 26, 27 на вход датчика положения ротора 28. Для управления вспомогательными тиристорами имеются логические схемы совпадения 29 и 30, первые входы которых подключены на выход устройства регулирования длительности шунтирования, а вторые входы к выходам соответствующих статических триггеров 24 и 25. Имеется датчик тока 31, выход которого подключен на выходы статических триггеров и тахогенераторов 32, подключенный на выход регулятора скорости 15.40

55 устройства регулирования длительности шунтирования подключен через логи35 ческий элемент И-НЕ 20 на выход узла синхронизации СИФУ 21, который также

При подаче управляющего напряжения с источника 0 С!4 на вход регулятора

15 напряжение на его выходе растет, углы управления тиристорами выпрями. теля становятся меньше 90 эл. град, на его выходе появляется напряжение и по двум секциям якорной обмотки 8, подключенной к выпрямителю двумя от" . крытыми тиристорами 3 и 5, начинает протекать ток, создавая вращающий момент. Ротор синхронной машины поворачивается и при определенном его положении на одном из выходных зажимов датчика 28 сигнал исчезает, а на другом появляется (на тиристоре 3 сигнал исчезает, а на тиристоре 4 сигнал появляется) . При этом появляющийся сигнал с датчика 28 проходит через устройство 27 на вход триггера 25 на входе триггера 25 появляется логический нуль), триггер переключается, на входе логического эле-. мента И-KE 19 появляется логический нуль, а на ее выходе - логическая единица.

951582

В момент появления логической единицы с логической схемы И-НЕ 30 (на выходе узла синхронизации в момент перехода линейного напряжения сети через нуль, что равнозначно равенству нуля выпрямленного напряжения выпрямителя, появляется логический нуль) на выходе логического элемента И-НЕ 19 появляется логический нуль, который переключает триггер 18.

При переключении триггера 18 сигналом транзистор 16 открывается и вход СИФУ 1ч шунтируется. Углы управления тиристорами выпрямителя устанавливаются равными 16, эл.град. и напряжение сети оказывается включенным встречно направлению тока выпрямителя. Одновременно через логическую схему совпадения 30 открывается 2о тиристор 13 и ток секции якорной обмотки, остающейся в работе, в это время протекает через тиристор 13 и полуобмотку дросселя il, несколько увеличиваясь за счет электромагнитной 25 энергии полуобмотки 10, ток в которой спадает до нуля.

Формула изобретения

Вентильный электродвигатель, содержащий синхронную машину, якорные обмотки которой подключены к источнику переменного напряжения с помощью зависимого выпрямительно-инверторного преобразователя частоты, два вспдмогательных шунтирующих тиристора, регулятор- скорости, систему ймпульсно-фазового управления выпрямителем с узлом синхронизации от питающей выпрямитель сети, ключ, устройство

После снижения тока выходящей из работы секции якорной обмотки до

ЗО нуля и закрытия тиристора 3 триггер

29 сигналом с датчика нулевого тока

31 переключается в исходное состояние, когда на его выходе логическая единица, на выходе логического элемента И-НЕ 23 появляется логический нуль и триггер 18 также переключается в исходное состояние, когда на выходе его сигнал отсутствует, транзистор 16 закрывается и сигнал с управQQ ляющего электрода тиристора 13 сни мается. При этом вход СИФУ расшунти руе тся, у глы уп ра вл ения ти ри сто,рами выпрямителя становятся меньше

90 эл. град. и на выходе выпрямителя

45 появляется положительное напряжение, под действием которого ток вступающей в работу сеКции якорной обмотки нарастает до номинапьного значения.

После выравнивания токов в катушках

10 и 11 дросселя тиристор 13 закрыва5О ется.

Таким образом, сигнал на выходе устройства регулирования длительности шунтирования на открытие вспомогательного тиристора и на начало коммутации появляется так же, как и в известном вентильном электродвигателе, в момент равенства нулю выпрямленного йапряжения, но необходимость примейения датчика нуля выпрямленного напряжения отпадает, что снижает массу и габариты вентильного двигателя.

Кроме того, поскольку статические триггеры переключаются от входного сигнала практически любой длительности, то RC-цепочки могут быть выбраны с постоянной времени заряда емкости на 2 порядка меньшей (несколько десятков мксек), что также снижает массу и габариты вентильного двигателя.

Использование данного технического решения позволит уменьшить стоимость одной панели управления вентильным двигателем по сравнению с вариантом вентильного двигателя с датчиком нулевого напряжения, выполненного с оптронной развязкой, а также снизить ее массу и габариты.

Вентильный двигатель может быть выполнен с однообмоточным сглаживающим дросселем или без него. В этом случае вспомогательные тиристоры подключаются одним электродом к нулевой точке синхронной машины, а вторым к соответствующим выходным зажимам инвертора.

Кроме того, при отсутствии вывода нулевой точки синхронной машины может быть установлен дополнительный выпрямитель, подключенный зажимами переменного тока к секциям синхронной машины. В этом случае вспомогательные тиристоры подключаются вторыми зажимами к противоположным зажимам вспомогательного выпрямителя.

Эффект снижения колебаний момента синхронной машины в момент коммутации тока фаз в.обоих случаях, будет наблюдаться, но в несколько меньших размерах, чем при наличии сглаживающего дросселя и вывода нулевой точки синхронной машины.

951582

l0 для регулирования длительности шунтирования,один из входов которого подключен к выходу логического элемента

И-НЕ, два логических элемента совпадения для управления вспомогательными шунтирующими тиристорами, первые входы которых подключены к выходу устройства для регулирования длительности шунтирования, два устройства дифференцирования и логического 10 суммирования фронтов сигналов с датчика положения роторов, состоящие, например, из RC-цепочек и логических элементов ИЛИ, подключенных входными зажимами к соответствующим выходам 15 датчика положения ротора, и датчик нуля тока, отличающийся тем, что, с целью снижения массы и габаритов, в него дополнительно введе.— ны логический элемент И-НЕ и два ста- щ тических триггера, причем входы введенного логического элемента И-НЕ подключены к выходам узла синхронизации системы управления выпрямителем, а выход подключен на второй вход устройства регулирования длительности шунтирования; первые входы статических триггеров подключены соответственно к выходам первого и второго устройств дифференцирования и логического суммирования фронтов сигналов с датчика положения ротора, вторые входы подключены к датчику нуля тока, а выходы подключены на входы логического элемента И-НЕ.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

N 499635, кл. H 02 K 29/00, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

N 692015, кл. Н 02 К 29/00, 1977.