Вентильный электродвигатель Советский патент 1983 года по МПК H02K29/00 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах, в частности, в вентильных электроприводах с вентиляторным моментом нагрузки. Известный вентильный электродвигатель (ВД), содержащий синхронную машину, m секций якорной обмотки ко торой подключены к выходу преобразователя частоты, цепи управления ключей которого связаны с распределителем импульсов, управляющий вход к оторого связан с задающим генератором переменной частоты. Пуск этого ВД происходит от зада ющего генератора, импульсы которого проходя через распределитель импульсов, поочередно принудительно открывают силовые ключи преобразователя частоты, что обеспечивает последовательное подключение секций синхронной машины к источнику питания. Этот режим работы вентильного электродвигателя продолжается до тех.пор, пока ключи преобразователя частты не нач нут самостоятельно открываться под действием ЭДС наводимой в секциях синхронной машиныfl. Недостатком этого устройства явля ется сложность, обусловленная наличием задающего генератора и низкая надежность, вызванная наличием режима работы, когда ключи преобразовате ля частоты могут открываться как от задающего генератора, так и под действием ЭДС, наводимой в секциях синх роннои -машины. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является ВД, содержащий синхронную машину, m секций якорной обмотки которой подключены к выходу преобразователя частоты, цепи ,управления силовых ключей которого подключены к выходам п-канального формирователя- распределителя импульсов, каждый канал которого выполнен в виде двухвходового нелинейного сумматора, выход которого подключен к первому входу порргового элемента, к двум входам нелинейно го румматора т-го канала формирователя-распределителя импульсов подключены (п-1) и (п-2) секций якорной обмотки синхронной машины.

При пуске с задающего генератора поочередно на любые два канала формирователя-распределителя подаются импульсы, вызывая колеба:пельные двипри достижении ЭДС в какой-либо секции определенной наперед заданной величины. При Этом направлении вращения индуктора синхронной машины может быть случайным и определяется направлением движения индуктора, при котором ЭДС в какой-либо секции синх1612жения индуктора синхронной машины. В якорной обмотке синхронной машины наводится ЭДС, при определенной величине ЭДС начинают срабатывать пороговые элементы формирователя-распределителя импульсов. Силовые ключи преобразователя частоты, управляемые импульсами формирователя-распределителя импульсов, поочередно подключают секции якорной обмотки синхронной машины к источнику питания. Прекращение подачи импульсов с задающего генератора происходит после срабатывания Датчика наличия определенной величины ЭДС | 2J Недостатком известного устройства является низкая надежность пуска, обусловленная отсутствием чувствительности формирователя-рас 1ределителя импульсов к направлению вращения индуктора синхронной машины в момент запуска ВД. Для создания режима опережающей коммутации секций синхронной машины, необходимого для обес. энергетических показателей, в этой схеме используются нелинейные сумматоры ЭДС, наводимые в секциях якорной обмотки. Нелинейные сумматоры имеют неизменяемые коэффициенты суммирования определенной полярности ЭДС секций по каждому входу. При изменении последовательности наведения ЭДС в секциях якорной обмотки изменится полярность подводимых к входам нелинейных сумматоров величин ЭДС и ВД запустится в противоположную сторону с отстающей коммутацией, исключающей оптимальный режим работы ВД по энергетическим показателям. Возможность вращения электродвиателя в противоположную сторону вывана тем, что мгновенные значения корости движения индуктора синхроной машины в противоположных направениях могут быть различны. Это может ыть вызвано случайным начальным полоением индуктора, различными значеиями тормозных моментов при движеии в различных направлениях и т.д. омент перехода ВД из режима запуса в режим самокоммутации происходит 3100 ронной машины достигнет определенной наперед заданной величины. К недостаткам известного устройства относится также сложность, обусловленная наличием задающего генератора и датчика наличия определенной величины ЭДС. Целью изобретения является повышение надежности запуска и упрощение ВД Поставленная цель достигается тем, мТо б ВД дополнительно введены m цепей, каждая из которых состоит из последовательно соединенных ключа и активно-реактивного контура с регулируемыми постоянными времени з ряда и разряда и каждая из которых включена со стороны ключа к выходу п-го порогового элемента, а со стороны упомянутого активно-реактивного контура к второму входу (п-1) по рогового элемента. Кроме.того, каждый упомянутый активно-реактивный контур снабжен, по крайней мере, од ним управляющим входом, подключенны к дополнительному регулируемому источнику напряжения. :На фиг. 1 изображена функциональ ная схема ВД, на. фиг. 2 - эпюры напряжения в узлах формирователя-распределителя импульсов, на фиг. 3 эпюры напряжений в узлах формирователя-распределителя при измененном н пряжении дополнительного регулируемого источника напряжения. ВД содержит синхронную машину 1 с секциями 2 якорной обмотки, преобразователь 3 частоты с силовыми ключами А, формирователь-распределитель 5 импульсов, состоящий из нелинейных сумматоров 8 и двухвходовых пороговых элементов 9-11, ключей 12-1J, активно-реактивных контуров 15-1 с регулируемыми постоянными времени заряда и разряда, имеющие управляющие входы 18-20, к которым подключен дополнительный регулируемый. и.сточни к 21 напряжения.. ВД подключен к источнику 22 электрической энергии. Секции 2 якорной обмотки синхронной машины 1 подключены к выходу пре образователя частоты 3, цепи управления силовыми ключами которого подключены к выходу т-канальнрго фор мирователя-распределите.ля импульсов 5, каждый канал которого выполнен в виде двухвходового нелинейного сумматора 6 (7, 8) выход которого подключен к первому входу порогового 1 элемента 9 (Ю, 11). К двум входам нелинейного сумматора 6 (7,8) п-го канала формирователя-распределителя импульсов подключены (n-l) и (п-2) секции 2 якорной обмотки синхронной машины 1. Выход каждого п-го порогового элемента 9 (Ю, 11) подключен ко второму входу (п-1) порогового элемента 11 (9, Ю) через последо-вательно соединенные ключ 12 (13, и активно-реактивный контур 15 (.16. 17) с регулируемой постоянной времени заряда и разряда, управляющий вход 18 (19, 20) которого подключен. дополнительному регулируемому ис точнику 21 напряжения. Рассмотрим работу устройства на примере ВД с трехсекционной обмоткой якоря синхронной машины. При включении устройства (момент времени ц) на выходе порогового элемента 9 появляется положительный сигнал (фиг. 2). Появление положительного сигнала может быть обеспечено, например, за счет внутреннего источника смещающего тока. Через ключ 12 этот сигнал поступает на активно-реактивный контур 15, заряд котсрого происходит с минималь-ной задержкой. При этом на втором входе порогового элемента 11 появляется положительный сигнал, который приведет к принудительной уставке на выходе порогового элемента 11 напряжения отрицательной полярности. Блокировка порогового элемента 11 продолжается до момента времени t, пока на выходе порогового элемента 9 имеет место напряжение положительной полярности. Отрицательное напряжение на выходе порогового элемента 11 поддерживается до момента времени t, пока после.переключения порогового элемента 9 не произойдет разряда ; активно-реактивного контура 15 до напряжения срабатывания порогового элемента 11 по второму-входу. При этом, пока на выходе порогобого элемента 11 имеет место напряжение отрицате.льной полярности, проис ходит разряд активно-реактивного контура 17 до напряжения срабатывания порогового элемента 10. В момент времени t происходит переключение порогового элемента 10 и на его входе устанавливается напряжение положительной полярности. После этого происходит заряд активно-реактивного контура 16 и, как следствие, принудительная уставка на вы ходе порогового элемента 9 напряжения отрицательной, полярности. Цик повторяется. В результате этого на выходе мно гоканального формирователя-распреде лителя импульсов появится определен ная последовательность положительных импульсов,фазы появления которых неизменны. Реагируя на последовательность положительных импульсов, преобразователь 3 частоты обеспечивает поЛередное подключение секций 2 якор ной обмотки синхронной машины в оп ределенной последовательности к источнику 22 электрической энергии. Это вызывает вращение индуктора синхронной машины (не показан). Реверсивное вращение индуктора исюибчено за счет блокировки пороговым элементом очередного по направлению вращения канала формирова теля распределителя импульсов порогового элемента предыдущего канала. При движении индуктора в секциях 2 яксЗрной обмотки наведутся ЭДС, которые, суммируясь в нелинейных сумматорах 6-8, подводятся к первым входам пороговых элементов у-11. Как только напряжение на выходе какого-либо нелинейного сумматора достигнет величины, достаточной для срабатывания одного из пороговых элементов , на выходе одного из них появится положительный сигнал, оиределяемый пространственным положением индуктора синхг ронной машины. С этого момента ВД работаег в режиме самокоммутации. Переключение пороговых элементов 9-11 зависит в первую очередь от си налов на первых входах, так как они имеют 1по этим входам меньимй порог срабатывания. ВД в зависимости от .конструктивного исполнения, мощности, назначения и т.д. имеют различные значения частоты приемистости, т.е. той минимальной частоты, при которой инду тор синхронной машины однозначно начнет вращаться в заданном направлении . В изобретении предусмотрены средства для изменения частоты и длительности импульсов формирователя-распределителя импульсов в период пуска ВД в виде дополнительного регулируемого источника 21. напряжения, подключенного к управляемому входу активно-реактивного контура 15 (16,17). Величина напряжения Ц У эзанного источника 21 определяет время заряда и разряда активно-реактивных контуров 15-17 и, как следствие, период повторения импульсов в одном канале формирователя-распределителя импульсов 5 (фиг. 2, 3). Время заряда определяет зону совместной работы Л (фиг. 3) двух секций 2 якорной обмотай синхронной машины 1, а время разряда определяет период повторения импульсов Т в одном канале формирователя-распределителя 5 импульсов. Задавая любой закон изменения напряжения Ул дополнительного регулируемого источника 21 -напряжения , можно регулировать период повторения импульсов формирователя-распределителя импульсов 5 и, как следствие, изменять режим разгони ВД. Активно-реактивный контур 15(l6, 17) может быть снабжен двумя управляющими входами, каждый из которых подключен к собственному дополнительному регулируемому источнику напряжения. В этом случае по одному управляющему входу осуществляется регулирование постоянной вре.мени заряда, а по второму управляющему входу - постоянной времени разряда активно-реактивного контура 15(l6, 17). Указанные процессы регулирования могут происходить как независимо, так и взаимосвязано. Использование изобретения позволит повысить надежность запуска ВД исключив реверсивный режим работы за счет взаимной блокировки пороговых элементов, и упростить вентильный двигатель , исключив из него такие функциональные узлы как задающий генератор и датчик определенной величины ЭДС,

4

«s

/w.

ca

V

ВЕНТИЛЬНЫЙ :эЛЕКтродвигА- : ТЕЛЬ, содержащий синхронную машину, m секций якорной обмотки которой подключены к выходу преобразсУвателя частоты, цепи управления силовыми ключами которого подключены к выходам т-канального формирователя-распределителя импульсов, каждый канал которого выполнен в виде двухвходового нелинейного сумматора, выход которого подключен к первому входу порогового элемента, к двум входам нелинейного сумматора п-го канала формирова- . теля-распределителя импульсов подключены (п-1) и (п-2) секции якорной обмотки, отличающийся тем, что, с целью .повышения надежности запуска и упрощения конструкции, в него введены m цепей, каждая из которых состоит из последовательно соединенных ключа и активно-реактивного контура с регулируемыми постоянными времени заряда, и разряда и каждая из которых включена со стсфоны ключа к выходу п-го порогового элег мента, а со стороны указанного активно-реактивного контура - к второму входу, (п-1) порогового элемента. 2. Электродвигатель по п. 1, отличающийся тем, что каждый § указанный активно-реактивный контур снабжен по крайней мере одним управ ляющим входом, подключенным к дополнительному регулируемому источнику напряжения. Эд

.i

Г

Э

TJ

Йи

r

15

и,

11