ВЕНТИЛЬНО-ИНДУКТОРНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД Российский патент 2004 года по МПК H02P6/12 H02P8/00 

Изобретение относится к области управления вентильно-индукторными электроприводами (ВИП) и может найти применение преимущественно в электроприводах механизмов, к которым предъявляются требования по минимизации шумов и вибраций.

Виброакустические характеристики являются одним из важных потребительских свойств любого электромеханического преобразователя. Однако известно, что для вентильно-индукторного электропривода, который выполняется на базе индукторной машины с двойной зубчатостью магнитной системы, вызывающей шум и пульсации момента, проблема уменьшения шумов и вибраций особенно актуальна.

Теоретический и экспериментальный анализ электромагнитных процессов, происходящих в вентильно-индукторном двигателе (ВИД), показывает, что вибрации возникают в момент скачкообразного изменения наклона в кривой тока (производной тока). Поэтому наиболее сильные вибрации возникают в момент отключения фазы, так как резкое спадание тока вызывает такое же снижение электромагнитной силы.

Известен вентильно-индукторный электропривод, содержащий электродвигатель, подключенный к выходу управляемого преобразователя, цепь управления которого содержит регулятор скорости, ко входу которого подключен датчик частоты вращения, коммутатор фаз, вход которого соединен с датчиком положения ротора, а выход соединен с управляющими цепями преобразователя [1].

В этом электроприводе для уменьшения шумов осуществляют затягивание фронта спадания тока, но без учета параметров электропривода, что не гарантирует снижение шума.

Ближайшим к предлагаемому является вентильно-индукторный электропривод, содержащий электродвигатель, каждая фазная обмотка статора которого подключена к секции управляемого преобразователя, соединенного одним своим входом с выходом коммутатора фаз, вход которого соединен с датчиком положения ротора, регулятор скорости, датчик тока, подключенный ко входу регулятора тока, выход которого соединен со вторым входом (входом изменения напряжения) преобразователя [2].

Недостатком этого электропривода, как и аналога, является то, что при своей работе он совершенно не учитывает параметры системы электропривода, которые существенно влияют на процесс спадания тока. Как указано в описании прототипа, в этом электроприводе положительный эффект снижения уровня вибраций и акустического шума может быть достигнут "подбором количества дополнительных импульсов управления ключом и соотношений длительности дополнительных импульсов и пауз между ними". Поэтому применение его и тем более получение положительного эффекта от его использования затруднительны.

Изобретение решает задачу повышения эффективности снижения шума и вибраций электродвигателя.

Техническая задача решается за счет того, что в вентильно-индукторный электропривод, содержащий электродвигатель, каждая фазная обмотка статора которого подключена к выходу секции управляемого преобразователя, соединенного одним своим входом с выходом коммутатора фаз, вход которого соединен с датчиком положения ротора, регулятор скорости и датчик тока, выход которого подключен к одному из входов регулятора тока, подключенного своим выходом ко второму входу (входу изменения напряжения) преобразователя, введены управляемый ключ и последовательно соединенные блок выделения минимума, задатчик интенсивности и блок выделения максимума, при этом исполнительная цепь управляемого ключа одним выводом подсоединена к выходу регулятора скорости, а вторым - ко второму входу блока выделения минимума, а его управляющая цепь подключена к выходу коммутатора фаз, второй вход блока выделения минимума соединен с выходом датчика тока, а выход блока выделения максимума - со вторым входом регулятора тока.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показана схема электропривода; на фиг.2 - функциональная схема одного из вариантов выполнения задатчика интенсивности.

Вентильно-индукторный электропривод (фиг.1) содержит электродвигатель 1, каждая фазная обмотка 2 статора которого подключена к выходу секции управляемого преобразователя 3, регулятор 4 скорости и регулятор 5 тока, один вход которого соединен с датчиком 6 тока, а выход подключен ко входу изменения напряжения управляемого преобразователя 3, второй вход которого соединен с выходом коммутатора 7 фаз, ко входу которого подключен датчик 8 положения ротора. В электроприводе имеется также управляемый ключ 9 и последовательно соединенные блок 10 выделения минимума, задатчик 11 интенсивности и блок 12 выделения максимума, при этом исполнительная цепь управляемого ключа 9 одним выводом подсоединена к выходу регулятора 4 скорости, а вторым - ко второму входу блока 10 выделения минимума и первому входу блока 12 выделения максимума, а его управляющая цепь подключена к выходу коммутатора 7 фаз, второй вход блока 10 выделения минимума соединен с выходом датчика 6 тока, а выход блока 12 выделения максимума - со вторым входом регулятора 5 тока.

В рассматриваемом электроприводе задатчик интенсивности, как и вся система управления электроприводом, могут быть реализованы программным путем (при использовании микропроцессорной системы управления), при этом задатчик интенсивности функционально может быть выполнен так, как показано на фиг.2.

В изображенном на фиг. 2 варианте задатчик 11 интенсивности содержит последовательно включенные релейный элемент 13, интегратор 14 с двумя уровнями ограничения выходного сигнала и интегратор 15, причем выходы интеграторов 14 и 15 подключены ко входам релейного элемента 13.

Работает электропривод следующим образом.

Коммутация фазных обмоток 2 статора электродвигателя 1 осуществляется в функции положения его ротора посредством коммутации ключей преобразователя, т.е. путем периодической подачи на фазные обмотки электродвигателя положительных импульсов напряжения в заданной последовательности. Уровень подаваемого на обмотки напряжения U определяется выходным сигналом релейного регулятора 5 тока.

Как уже указывалось, причиной возникновения шумов и вибраций является скачкообразное изменение тока в момент отключения электропривода при подаче на его обмотки напряжения обратной полярности. В предлагаемом электроприводе сигнал θ_вкл с выхода коммутатора 7 фаз определяет момент включения фазы, т.е. при наличии на управляющей цепи ключа 9 этого сигнала выходной сигнал регулятора 4 скорости подается на вход блока 12 выделения максимума. Этот же сигнал подается на один из входов блока 10 выделения минимума, на второй вход которого подается сигнал i_ф датчика тока. Поскольку при подаче напряжения на обмотку ток i_ф в ней мал, то на вход задатчика 11 интенсивности через блок выделения минимума будет проходить сигнал с датчика тока. На выходе задатчика 11 интенсивности в первый момент сигнал тоже мал. Пока сигнал на выходе задатчика 11 интенсивности мал, на вход регулятора 5 тока поступает сигнал задания тока, определяемый выходным сигналом регулятора 4 скорости, который и определяет уровень напряжения, подаваемого на электродвигатель. По мере роста тока i_ф сигнал на выходе интегратора 14 и задатчика интенсивности 11 будет увеличиваться.

При поступлении с коммутатора 7 фаз на управляющий вход переключателя 9 сигнала θ_откл он переключается в положение “0”, в результате чего меньшим на входе блока 10 выделения минимума становится сигнал задания, который и подается на вход задатчика 11 интенсивности. Наличие двух интеграторов в задатчике интенсивности обеспечивает параболический характер начальных этапов нарастания и спадания тока в фазной обмотке. Поскольку уровни ограничения выходных сигналов блоков 13 и 14 различны для положительной и отрицательной полярностей выходного напряжения, то темп спадания выходного сигнала задатчика 11 интенсивности будет меньше, чем темп его нарастания. Темп спадания тока определяется настройками задатчика интенсивности.

Таким образом, введение задатчика интенсивности и обеспечение, тем самым, регулируемого темпа спадания тока позволяют уменьшить пульсации момента и соответственно повысить эффективность уменьшения шума.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Международный патент №PCT/SE90/00422, заявл. 15.06.1989.

2. Способ снижения шума реактивного индукторного двигателя. Патент РФ №2166228, кл. Н 02 Р 6/00, 8/00, заявл. 06.01.99 - прототип.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах механизмов, к которым предъявляются требования по минимизации шумов и вибраций. Техническим результатом является повышения эффективности снижения шума и вибраций электродвигателя. В вентильно-индукторный электропривод, содержащий электродвигатель, обмотки статора которого подключены к выходу силового преобразователя, коммутация фаз которого осуществляется по сигналам с датчика положения ротора, введены управляемый ключ и последовательно соединенные блок выделения минимума, задатчик интенсивности и блок выделения максимума - узлы, формирующие регулируемый темп спадания тока в фазных обмотках электродвигателя при отключении фаз. 2 ил.

Вентильно-индукторный электропривод, содержащий электродвигатель, каждая фазная обмотка статора которого подключена к выходу секции управляемого преобразователя, регулятор скорости и регулятор тока, один вход которого соединен с датчиком тока, а выход подключен ко входу изменения напряжения управляемого преобразователя, второй вход которого соединен с выходом коммутатора фаз, ко входу которого подключен датчик положения ротора, отличающийся тем, что в него введены управляемый ключ и последовательно соединенные блок выделения минимума, задатчик интенсивности и блок выделения максимума, при этом исполнительная цепь управляемого ключа одним выводом подсоединена к выходу регулятора скорости, а вторым - ко второму входу блока выделения минимума и первому входу блока выделения максимума, а его управляющая цепь подключена к выходу коммутатора фаз, второй вход блока выделения минимума соединен с выходом датчика тока, а выход блока выделения максимума - со вторым входом регулятора тока.