Вентильный электродвигатель
Союз Советских
Социалистических
Республик
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 01,0481 (21) 3274822/24-07 ($$) М. Кд.з
Н 02 К 29/00
Н 02 P 1/30 с присоединением заявки ¹ (?3) Приоритет
Государственный комитет
СССР по делам изобретений и открытий
Опубликовано 07.0233. Бюллетень ¹ 5 (53) УДК 621. 313.13. .014.2:621.382 (088.8) Дата опубликования описания 070283 (72) Авторы изобретения
В.Н. Десятнюк и Д.И. Родькин. в .g» и 3 т .- . y
Криворожский ордена Трудового Красного 3»таменц„, горно-рудный институт
-;« .Я» о " Г-(71) Заявитель (54) ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для создания вентильных двигателей.
Известен вентильный электродвигатель, содержащий Р-полюсный ротор и статор с расположенной на нем обмоткой якоря, подключенной к тиристорному преобразователю частоты, соединенному с блоком регулирования (11. 10
Недостатком известного устройства являются большие пульсации электромагнитного момента при низких частотах вращения, что снижает надежность работы двигателя.
Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату вентильный электродвигатель, содержащий Р-полюсный ротор, статор с расположенной на нем обмоткой якоря, преобразователь частоты, включающий в себя инвертор тока, с 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 импульсно-фазового управления выпрямигелем, блок регулирования, включающий в себя логическую схему выбора режима коммутации, входы которой соединены с выходами импульсного датчика положения ротора и тахогенератора, а выход — с входом системы импульснофаэового управления выпрямителем через схему регулирования выпрямленного тока, а также сумматор, функциональный преобразователь, управляющий блок, счетчик импульсов датчика положения ротора и задатчик начального угла поворота ротора двигателя (7) .
Однако в известном устройстве при. модуляции тока уменьшается среднее значение выпрямленного тока на интервале проводимости вентилей инвертора, что снижает его перегрузочную способность по сравнению с устройством, работающим без модуляции тока. Кроме того, наличие в устройстве управляющего блока, функционального преобразователя и счетчика импульсов датчик положения ротора усложняет как конструкцию вентильного двигателя, так и реализацию модулирукщего алгоритма тока.
Цель изобретения — повышение перегрузочной способности и упрощение кон=трукции вентильного двигателя.
995216
Поставленная цель достигается тем, что в вентильный электродвигатель, содержащий Р-полюсный ротор, статор с расположенной на нем обмоткой якоря, преобразователь частоты, включающий в себя инвертор тока с п тактами ком" 5 мутаций на оборот, к выходу которого подключена обмотка якоря, а управляющие цепи ключей соединены с выходом импульсного датчика положения ротора через схему импульсно-фазового управ 1О ления инвертором, и выпрямитель, уп равляющие цепи которого соединены с выходом системы импульсно-фазового управления выпрямителем, блок регулирования, включающий в себя логичес- 35 кую схему выбора режима коммутации, входы которой соединены с выходами импульсного датчика положения ротора и тахогенератора, а выход — с входом системы импульсно-фазового управления2(3 выпрямителем через схему регулирования выпрямленного тока, а также сумматор, введены задатчик уровня модуляции, пропорциональный преобразователь и преобразователь код-напряже- 25 ,ние, причем одним входом задатчик уровня модуляции подсоединен к первому входу пропорционального преобразователя, второй вход которого подсоединен к второму выходу блока регулирования, а выход — к первому входу сумматора, второй вход которого срединен с выходом преобразователя коднапряжение, первый вход которого подключен к второму выходу задатчика. уровня модуляции, второй вход — к третьему выходу блока регулирования, а третий вход — к импульсному датчику положения ротора, кроме того, выход сумматора подсоединен к второму входу системы импульсно-фазового уп- 40 равления выпрямителем.
На фиг. 1 изображена блок-схема вентильного двигателя ; на фиг. 2 .временные диаграммы шестипульсного
- вентильного двигателя: 6 -противо- 45
ЭДС инвертора; б„г,е — токи в звене постоякногo тока; в„д,ж — электромагнитный момент.
Блок-схема вентиль ного двигателя содержит блок 1 регулирования, включающий в себя логическую схему выбора режима коылутации, связанную одним из выходов с регулятором 2 тока, выход которого подключен к первому входу системы импульсно-фазового управления выпрямителем 3, пропорциональный преобразователь 4, второй вход которого подключен к второму выходу блока 1 регулирования, а первый — к выходу задатчика 5 уровня модуляции, 6О преобразователь код-напряжение б, один вход которого подключен к второму выходу задатчика 5, а второй — к третьему выходу блока 1 регулирования, сумматор 7, два входа которого подключены соответственно к входам пропорционального преобразователя 4 и преобразователя б код-напряжение, а выход его подсоединен к второму входу системы 3 импульсно-фазового управления выпрямителем, систему 8 импульсно-фазового управления инвертором, подсоединенную к третьему ьыходу блока 1 регулирования, преобразователь частоты, включающий вьлчрямитель 9, датчик 10 выпрямленного тока, подключенный к второму входу регулятора 2 тока, сглаживающий дроссель 11 (и инвертор 12, тахогенератор 13 и импульсный датчик 14 положения ротора, связанные с валом синхронной машины, выходы которых подключены соответствен но к второму и третьему входам блока
1 регулирования, выход датчика 14 положения подсоединен также к третьему входу преобразователя б код-напряжение, и синхронную машину 15, якорная обмотка которой подключена к инвертору 12, а обмотка возбуждения — к возбудителю 16.
На схеме (фиг. 1) обозначено U — задающее напряжение opraна управления вентильным двигателем; 0@ — напряжение управления возбудителем, а на фиг. 2Е„ — противо-ЭДС инвертора; 1,, lAc,.
1 — кривые соответствующих линейных противо-ЭДС инвертора; У,)„ - немодулированный ток в звене постоянного тока преобразователя частоты; Зсрсреднее значение немодулированного тока; I q и Т»„ — начальные и конечные значения немодулированкого тока на интервале проводимости вентилей инвертора; 8 — бестоковая пауза с учетом угла коммутации; М, и М рэлектромагнитный момент вектильного двигателя и era среднее значение при немодулированном токе; Ig< и Иэ - модулированный ток и соответствующий ему электромагнитный момент при поддержании среднего значения модулированного тока (электромагнитногo момента) на уровне среднего значения немодулированного тока (электромагнитного момента); л и у — углы коммутаций вентилей инвертора соответственно без модуляции тока и с модуляцией тока; I < . и 11 > — модулированный ток и соответствующий ему электромагнитный момент при поддержании
= Дл, Т, и М, — средние значения модулированного тока и электромагI нитного момента при 3 = ;; I< << и
I1, — начальное и конечное зкаченля
1 1 модулированного тока на интервале проводимости вентилей инвертора; 9— текущее значение угла поворота ротора вентильного двигателя; Ь М вЂ” приращение среднего значения электромагнитногоо момента. стройство работает следукхаим образ м.
995216
В исходном положении напряжение ке, на интервале проводимости вентиподведено к выпрямителю 9 преобраэо- лей инвертора); вателя частоты и возбудителю 16, угол коэффициент глубины модуляции опережения управления инвертором выпрямленного тока {определяется ис12 ф О, сигналы управления U> и US ходя из требований к допустимому уровотсутствуют, двигатель 15 стоит. Be- 5 ню пульсаций электромагнитного моменличина угла, отсчитываемого отно- та двигателя); сительно точки пересечения линейных U(9) напряжение, линейно зависяЭДС холостого хода устанавливается щее от тактового угла поворота ротора достаточной для обеспечения компенса-,двигателя. ции реакции якоря. Вид модулированной кривой выпрям-.
При постУплении сигналов ()У и Uз .лейного тока I (9) приведен на фиг. от органа управления на входы блока 1 2ã. регулирования и возбудителя 16 форми- Реализация такого алгоритма модуруется команда на пуск двигателя 15. ляции выпрямленного тока осуществляПри этом с первого выхода блока 1 ре- 15 ется следующим образом. гулирования через схему 2 регулирова- Сигнал, пропОрциональный выбранноиия тока и систему 3 управления выпря- му значению коэффициента К, задается мителем поступает сигнал на открытие задатчиком 5 уровня модуляции и посту зентилей выпрямителя 9, а с третьего пает с его первого выхода на первый выхода блока 1 регулирования через 2О вход пропорционального преобразоватесистему 8 управления инвертором, пос- ля 4. На второй вход преобразователя тупает сигнал на открытие вентилей ин- 4 с второго выхода блока 1 регулировертора 12. Возбужденный рстор двига- вания поступает сигнал, пропорциональтеля 15 начинает разворачиваться. При ный заданию уровня немодулированного этом мгновенное значение электромаг" yg тока Ig . Причем сигнал появляется на нитного момента, развиваемого двига- втором выходе блока 1 регулирования телем на .тактовом шаге (за время од- только после начала разворота ротора ного такта коммутации вентилей HHBep" двигателя 15 и поступления в блок 1 тора), в первом приближении описыва- регулирования сигнала от тахогенерается выражением g()тора 13. При этом логическая схема блока 1 регулирования переводит снгW> = К „18соь(9-Ч ), нал задания Ig с первого выхода блока где К вЂ” Коэффициент двигателя; 1 на второй выход.
?,3 — выпрямленный ток в звене Сигнал, пропорциональный значению постоянного тока; 35 .коэффициента (, со второго выхода р Т = — + p — начальный угол отсчета по- задатчика 5 уровня модуляции поступаложения ротора; ет на первый вход преобразователя 6
m — число фаз инвертора. код-напряжение, на третий вход котоФоРма кРивых выпрЯмленного тока рого поступают импульсы от датчика
I8 и электромагнитного момента N91 14 положения связанного с ротором
4О
I вентильного двигателя при Работе его О двигателя 15 и формирующего 8 импульв зоне искусственной коммутации вен- сов на каждый тактовый шаг поворота тилей инвеРтоРа напРЯжением выпРЯми- ротора двигателя. теля (путем кратковременного перево- На выходе преобразователя 6 формиДа выпРЯмителЯ в инверторный Режим) руется сигнал, уровень которого линейпоказана на фиг. 2б и в для шестипуль"45 но зависит от числа поступивших имсовой схемы инвертора (m = 3) с У м пульсов В и от величины сигнала, про опережения управления = (/6. Харак порционального ( тер пульсаций кривой элентромагнитного момента соответствует пульсациям
В льтате алгебраического сумрезультате противо-ЭДС инвертора вентильного дви-g() (фи . 2а). Возникающие пульсапропорционально ции электромагнитного момента снижаютна первы и вход сумматора 7, и сигна-.
У Р до допустимого уров определяем р димым в движение механизмом, путем регулирования игнал пропорциональный заданию на дом тактовом интервале коммутации вентилей инвертора по закону пает на второй вход системы 3 импульс
1 (9) =) -1 -g U(Q), а . а но-фазового управления выпрямителем. где К вЂ” коэффициент пропорциональнос- 60 Система 3 упр
3 п авления осуществляет гла и авления af выпряти {выбирается из условия обеспечения регулирование у л у р среднего значения электромагнитного мител я 9 обеспечивая модуляцию выпмомента при модулированном токе рав- рямл нн ямленного тона по закону Тл (9) °
Мгновенные значения электромагнитным среднему значению электромагнитного момента при немодулированном то- 65 ного мо мента азвнваемого вентильнью
995!16
"?1
Формула изобрете; ия
ДВИГcLTBЛЕМ На ТаКТОВОМ It аl e z 01!РЕДЕляются в этом случае Вь?1 .;::Он -:-:;-,1
Форма кривой электромагнитног0 моментаа в ентиль ного дв игателя, работающе ГО с мОдуля цие и В ыпря?Мле H НОГО To!< а по линейному закону, показана на чертеже фиг„ 2Д.
Введение задатчиком 5 уровня модуляпин сигнала, пропорциональ!»Ого коэффициенту К(К 1), позволяет поддержи.Вать среднее значение модулированного тОка 1» (6) Hà TctKTCBcN интеРВале пРоВодимс?сти вентилей и»BepTOpa 1 2 на
) ( J7p
H Гj.,Это обеспечивает подд|»ржание с реднс Гc 3 наче ния элсктрОмаг нитHO!:0 моме-.|та, разв:. ваемого на так тевом ин7Г, -epBàëe да ИпатЕлем, работающим с мог|у-ляцией тока таким же как H при работе двигате г»Я без модуляции тока (фиг, 2В и д).
Кром!» ..ОГ"., Введение 01»т-на?-»а, пропорцис надь нс--о с»- (((1) . обеспечивает
? модуля пи|о Вь|прямле нного тока но лино?I.-»ому Закону (фиг, 2г! и с." »кжен»»е во-?-е-ic !,;?: " :.?*о уров 1»я пуп| а ц;|и э.i!eH тро."-; -. i r! и . НОГО мОмента в е i! I иль НОГO л|::|: а толя (фи, 2Д), а уме»»-зшсние r vнвертОра I1o .pcBBHe!»H: c (?, (ф|-: —., 2б г) . Слрдователгь|»0, перег pñó:.0=»лая! c:, !0соб иостb В е|! т-.; ль НОГО Д" ИГа T e IR .. ра- 46 ботакщсгс с т, ким алгор|»т(!10.: .;.-д ляции !.? |Пря»<|лен но! 0 то?< а В о эрас Га ПО СРНВ 1ЕНИЮ IICGe! РУЗО" т»OA СГ?О О! ностью =Ieнти;»ьно! о двигате.:Я? рабогаюа::,егc бе 3 мсдуляци; тока HJ!i: (. ./ д; ляц,.;ей: Го по ар.<кос|3ьус..оидн -i?>1!(B. у закону. Прираще ние В е.;п»чинь: элек Tp(: н ." -?01 момента /1?1 -? pil зв ива емсг(В= н1 льнья гвигате(|ем, можно:;ол;- i!т:,, увеличив (игнал задатчика . : у..ог!?-." мод., ляции,, Гропорциональныи;-,: эффи»кенту К,. до уровня, при ." "Оро" 1 с УЧЕТОМ g j КОНЕЧНОЕ ЗНаЧЕНИЕ;.-.,ПУля-рованного тока, равняется кикс. Hc-. i(! му зна Гению немодулированного -0|на Ii(, (фиГъ 2е) ., При э(ОМ cÎхра?»??ю Гc - i ус лов ия к оммутаци и В е нт и?»ей и.-::,:. ер TOра состветст».ующие работе Вен — .:Ьного двигателя без модуля..:, -; ток» (?».1 ((» = ()»), И BOBPaC Tc!e i СРСД»ЕЕ ЗНа-»Ение электромагнитного момента;зи"- —. теля (фиг. 2ж) . После поворота ротора дн...-==:Tеля . 5 и тактовый шаг (60 эл. Град. ) По сигH B Jl J имп у пь с н О Г 0 да г » и к а:: и (? л?о же ни?, поступающему на третий вход бло<а 1 регу »ирования, логическая схема блока Грсизводит операции по искусственной коммутации вентилей инвертора 12 Гутем кратковременногo 1|еревода выпрямите1я 9 B режим инвер ирования (ПО;?Рпи: Гlервый ВыхОД бл! H I 1 регулятор 2 тока — система 3 у; равления выпрямителем) и по переводу r:ðåîápaýoâeòåëÿ б код — напряжения в исходное сос тоя ние (Iio цепи: третий выход блОка 3 ре ГулированиЯ в торой ВХОД преобразователя 6) . Последующие такты коммута|.:,;|"и Eентилей инвертора 12 (при работе двигателя 15 в диапазоне час ттот О + С 1 номинальной) производятся аналогкчi ûì образом по командам, поступающим от датчика 14 Голожения ротора. При до-тижении дв|»дателем частоты Вращения > 0,1 номинальной по сигналу Гахогеннратора 13, поступающему на второй вход блока 1 ре-гули«рования, логи»еская схема отключ=-.ет второй Выход блока GT преобразователя 4 и годключае-. первый выход блока 1 к перB oM у Bxoi1?J c Hc Te" !B! 3 импут|ьс но-фа эо вo""G управления Выпрямителем через схему 2 регулирования тока. Рентичь|»ь|й двигатель переводится в режим естест=---.ííîé коммутации вентилей инвертора .." -,H с1ет ЭДС двигателя 3 5. 4одуляцня »зы ря ;ленного тока при этом не произв о;.»и-..ся . аким образом,. предлагаемое устройст.»0 обесг;ечивает запуск и эксплуатацию н диа —. e Bo He ни =H Hõ» ас тот в ращения вентильнсггo двигателя и имеет пов:-.|щенную перР1 рузочную способность и бол-..е простую конструкцию, хотя уровень сн?»жс.н!..я Г;у;- саций злектромагнитH0 I O 1!10?" Е HTR Б ПРЕДЛа газ !I!OM УС ТРС йС Т =Е»(cС.КОЛЬКО ХУЖЕ, ЧЕМ У ПРОтОтИПа. ! :o особе:.;Ос-ь устройс Гва, заключаю»??ая (Я Б с! ",. -, -;О ? з!Ме Не HИРУ Глубины МО »у л;-»цин, Я ) Вь»Г»рям!eeноги тока можно ?(|б |1" ЬС Я (: Н Иж(".ИЯ 0ÒÄÅ- Я! НЫХ I c! рМС? HИ" ,ЕСКИХ:|у П.-,.HHI:A =:.?=н Тр-:Ìài НИТНОГО i (c;- та . -1 бс; -.i(pa ( 3(. Нт иль 1»1-и э?;ек «ро, п» 1. Га тель, сОде:.ржciюий Р- ПОЛЮС НЫй POòÎP, C TàòÎÐ С РаС.— .»;оложанной ..а Не! обмот| ой якоря, преобразователь частоты, .=:ключающий iI себя;|нвертор Гока . Ii тактами комм v таЦий >cl 060POT i< -. ы> 011?7 I Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент CttIA Р 3696278, кл. 318 - 138, 1972. 2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2807246/07, кл. Н 02 К 29/00, 1979, 995216 Тираж 685 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Заказ 665/40 Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 =.оставитель A. Санталов Редактор Л. Пчелинская Техред М .Костик Корректор Ю. Макаренко
