Двухзонный вентильный электродвигатель Советский патент 1984 года по МПК H02K29/00 

О

ч

: эо ел Изобретение относится к области электротехники, в частности к элек рическим машинам для регулируемого электропривода переменного тока, может быть использовано в металлор жущих станках. Известен двухзонный вентильный электродвигатель, состоящий из зависимого выпрямительно-инверторног преобразователя частоты со звеном Постоянного тока, синхронной машин С электромагнитным возбуждением и управляемого выпрямителя для питан Обмотки возбуждения синхронной машины. Поддержание заданной скорос Вращения осуществляется путем воздействия на углы управления выпрямителя 3 аналогично электроприводам постоянного тока. В режиме регулирования с ослабленным полем ЭДС обмоток синхронной машины поддерживается на заданном уровне; ослабление поля происходит в функции ско рости вращения. Особенностью работы вентильного электродвигателя в режиме с ослабленным полем является то, что с ростом скорости вращения увеличивается коммутационное сопротивление фаз, а ЭДС вращения и коммутирующая ЭДС фаз остается, неизмен ной . Поэтому при некоторой скорост вращения возможно нарушение коммутации, прорыв инвертора и отключение .вентильного электродвигателя защитой. Для исключения данного явл ния при ослаблении потока возбуждения необходимо увеличивать угол рег лирования тиристоров инвертора tl Недостатком вентильного электродвигателя является дискретное регулирование угла управления инвертором при постоянстве ЭДС синхронной машины, что приводит к значительным колебанием тока нагрузки в пределах данной ступени скорости вращения вследствие изменения угла коммутации и сдвига первых гармоник ЭДС и тока фаз синхронной машины. Закон регулирования скорости с постоянством мощности здесь не выпол няется, что приводит к завышению установленной мощности и габаритов вентильног:р электродвигателя. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является двухзонный вентильный электродвигатель, в котором углы открывания тиристоров инвертора изменяются непрерывно по оптимальному закону в функции скорости и тока нагрузки, а регулирование тока возбуждения осуществляется в функции величины амплитуды ЭДС фаз синхронной м шяины Двухзонный вентильный электродвигатель имеет управляемый выпрямитель который подключен через инвертор к синхронной машине. Обмотка возбуж дения синхронной машины питается от управляемого выпрямителя. Выходы трансформатора напряжения, датчика тока подключены к системе фазового управления и.регулирования выпрямителя . К управляющим электродам тиристоров выпрямителя и инвертора подключены выходы систем и импульсного управления, входы которых подключены к выходу блока сдвоения импульсов управления, предназначенного для обеспечения одновременного открывания соответствующих тиристоров выпрямителя и инвертора в режиме прерывистых токов. Входы блока сдвоения импульсов подключены к выходу систем регулирования выпрямителя и инвертора. Вход регулятора пуска подключен к датчику скорости вращения и положения ротора. Входы блока фазового управления инвертора через логическое стройство выбора угла управления инвертора соединены с выходом блока задания углов управления тиристоров инвертора, состоящего из генератора пилообразных напряжений и управляющего органа. Входы блока подключены к датчику тока нагрузки и через пороговый элемент и согласующий усилитель - к датчику скорости. Общая точка порогового элемента и входа блока подключена через пороговый элемент к общей точке схемы. . Вход cHCTeNoj импульсно-фазового управления выпрямителя подключен к выходу регулятора тока возбуждения. Вход системы подключен также через регулятор амплитуды фаз синхронной машины и датчик амплитуды ЭДС фаз синхронной машины к зажимам синхронной машины С2. Однако в вентильном электродвигателе затруднена настройка оптимгшь ного режима работы вентильного электродвигателя во второй зоне регулирования .скорости ( с постоянством мощности). Действительно, для сохранения постоянства мощности для заданного тока нагрузки необходимо регулировать углы управления тиристорами инвертора так, чтобы напряжение на входных зажимах инвертора сохранялось приблизительно постоянным (если пренебречь падениям напряжения в тиристорах инвертора, коммутационных и фазах синхронной машины). При этом закон изменения углов управления тиристорами инвертора в вентильном электродвигателе зависит от коэффициента усиления согласующего усилителя, уставок пороговых элементов и величины входного сопротивления управляющего органа. Поэтому подобрат их оптимальные соотношения в случае отклонения параметров синхронной машины от расчетных довольно сложно. Кроме того, проверить правильность регулировки режимов работы во второй зоне можно лишь на вращающейся машине, скорост которой достигает 4000 об/мин и более. Для изменения параметров со гласующего усилителя и уставок пороговых элементов приходится неоднократно отключать и включать элек тропривод с вентильным электродвигателем, причем работающим под нагрузкой, так как углы управления ти ристорами инвертора зависят также и от тока нагрузки. Цель изобретения - снижение трудоемкости настройки электропривода с двухзонным вентильным электродвигателем для работы его во второй зо не с постоянством мощности. Указанная цель достигается тем, что в двухзонный вентильный электро двигатель, содержащий синхронную ма шину, обмотки фаз которой подключены через управляемый инвертор и управляемый выпрямитель к сети переменного тока, блок заданияуглов управления тиристорами инвертора, выход которого подключен к входу блока фазового управления инвертором, введен источник смещения и регу лятор выпpя ffleннoгo напряжения инвертора, выход которого подключен к входу блока задания угла управления тиристорами инвертора, его первый вход подключен через датчик выпрямленного напряжения инвертора к зажимам постоянного тока инвертора, а второй вход - к источнику смещения. Благодаря введенному регулятору выпрямленного напряжения инвертора настраивается уже не зависимость из менения углов управления тиристоров инвертора в функции изменения скорости двигателя, а лишь значение максимального напряжения инвертора, которое определяется величиной напряжения смещения на входе регулятора выпрямленного напряжения и может быть выставлено с помощью регул руемого резистора прямо на вращающемся электродвигателе. Угль управления тиристорами инвертора в этом случае всегда соответствуют оптимальным, когда на выходе инвертора поддерживается максимсшьное напряже ние, соответствующее максимальной мощности электродвигателя. На фиг. 1 представлена принципиальная схема вентильного электро двигателя; на фиг. 2 - графики изменения выпрямленного напряжения ин вертора, амплитуды ЭДС фаз и тока возбуждения в зависимости от скорос ти вращения двигателя. Вентильный электродвигатель соде жит синхронную машину 1, обмотки фа которой подключены через управляемый инвертор 2 и управляемый выпрямитель 3 к сети переменного тока, блок 4 задания углов управления тиристоров инвертора, выход которого соединен с входом блока 5 фазового управления инвертором, регулятор 6 выпрямленного напряжения инвертора 2 выход которого подключен на вход блока 4 задания углов управления тиристоров инвертора, его первый вход подключен через датчик 7 выпрямленного напряжения инвертора к зажимам постоянного тока инвертора 2, а второй вход - к источнику смещения. Обмотка возбуждения синхронной машины 1 питается от управляемого выпрямителя 8. Выходы трансформатора напряжения 9, датчика тока 10 подключены к системе 11 фазового управления и регулирования выпрямителя 3. К управляющим электродам тиристоров выпрямителя 3 и инвертора 2 подключены выходы систем 12 и 13 импульсного управления выпрямителем инвертором, входы которых подключены к выходу блока 14 сдвоения импульсов управления, предназначенного для обеспечения одновременного открывания соответствующих тиристоров выпрямителя и инвертора в режиме прерывистых токов. Входы блока 14 сдвоения импульсов управления подключены к выходу систем 11, 5 регулирования выпрямителя 3 и инёертора 2, Вход регулятора 15 пуска подключен к датчику 16 скоростивращения и положения ротора. Выход регулятора пуска подключен к входу системы 11,5 управления выпрямителем и инвертором ... Регулятор пуска 15 предназначен для управления коммутацией тиристоров инвертора в зоне низких скоростей вращения, когда ЭДС фаз синхронной машины мала и недостаточна для осуществления коммутации (при малых скоростях вращения коммутация тиристоров инвертора осуществляется методом прерывания тока, основанном на поочередном переводе тиристоров выпрямителя 3 в инверторный режим и обратно /. Входы блока 5 подключены к датчику 16 скорости вращения и положения ротора и к логическому устройству 17 выбора угла управления инвертора 2, входы которого подключены к выходу системы 11 фазового управления и регулирования выпрямителем и выходам блоков 4, 18 задания угла управления тиристорами инвертора в двигательном и..тормозном режцме. При этом блок 18 задает также угол управления тиристорами инвертора 2 в двигательном режиме при малой скорости вращения. Входы блока 4 подключены к датчику тока нагрузки 10 и выходу регулятора 6. Выход системы 19 импульсно-фазового управления выпрямителя 3 подключен к управляющим электродам тиристоров выпрямителя 8, а вход - к ре- гулятору 20 тока возбуждения синхронной машины. Входы регулятора 20, состоящего из операционного усилителя, подключены к источнику задающего напряжения 27 и датчику 21 тока возбуждения, Вентильный электродвигатель содержит датчик 22 амплитуды ЭДС фаз синхронной машины, выход последнего подключен к входу .регулятора 23 максимальной амплитуды ЭДС, состоящего из усилителя на транзисторе, коллектор которого подключен к входу системы импульсиофазового управления 19. Блок 4 задания углов управления тиристоров инвертора состоит /из генератора 24 пилообразных напряжений и управляющего органа 25. На фиг. 1 и 2 обозначено: 26-30 - источники напряжения L/jj - выпрямленное напряжение инверто ра, Uj - амплитуда напряжения на зё1жимах синхронной машины, п - скорость вращения двигателя, Пцо/м номинальная скорость вращения двигателя .

Схема работает следую щм образом.

В исходном состоянии Ug О к углы управления тиристорами выпрямителя 3 об2г1бО эл.град. С датчика 16 через логическое устройство 17 и блок 18 сигнал управления поступает на два тиристора инвертора 2. Од.накр при Ug О ток в силовой цепи отсутствует и ротор синхронной машин неподвижен. При этом сигнале источника 27 через регулятор 20 и систему 19 углы управления выпрямителя 3 устанавливаются такой величины, чтобы по обмотке возбуждения синхронной машины протекал ток, создающий номинальный поток возбуждения.

При появлении задающего напряжени 30 углы управления тиристорами выпрямителя становятся меньше 90 эл. и по двум фазам синхронной машины протекает ток, создавая вращающий момент. До 5-10 Гц частоты тока фаз статора синхронной машины коммутация тиристоров инвертора осуществляется методом прерывания тока с углаг-ти опережения откЕФавания тиристоров/} ;;0. . При достижении граничной частоты ре-г гулято пуска 15 выдает сигнал перехода на коммутацию тиристоров инвертора за счет ЭДС фаз синхронной машины. При этом углы управления устанавливаются задатчиком 4 и зависят от величины тока нагрузки.

До номинальной скорости сигнал .с выхода датчика 7 на входе регулятора 6 меньше сигнала источника смет щения 26 и на выходе регулятора 6 сигнал равен нулю.

Тиристоры инвертора в этом режиме работают с углами управления,

зависящими лишь от тока нагрузки, а синхронная машина 1 имеет полный поток возбуждения.

При достижении ротором двигателя номинальной скорости напряжение на выходе датчика 7 становится равным сигналу источника смещения 26. При альнейшем росте скорости двигателя сигнал на выходе датчика 7 превышает сигнал источника смещения 26, на выоде регулятора 6 появляется напряжение и углы управления тиристорами нвертора увеличиваются, сохраняя неизменным (или несколько увеличиая ) выпрямленное значение ЭДС инвертора, несмотря на значительное возрастание амплитуяа ЭДС фаз синхронной машины из-за роста скорости двигателя при неизменном токе возбуждения.

При достижении ЭДС фаз синхронной машины предельного значения сигна;г1 с выхода датчика 22, поступающий на переход эмиттер-база транзистора регулятора 23, становится равным запирающему сигналу от источника 28. Дальнейшее возрастание ЭДС приводит к открытию транзистора, шунтированию входа системы импульсно-фазового управления 19, уменьшению тока возбуждения и возрастанию скорости двигателя. При работе BI этом режиме регулирования скорости ЭДС фаз синхронной машины поддерживается практически неизменной (степень ее увеличения при росте скорости до максимальной в функции возрастания напряжения на выходе выпрямителя 1 определяется коэффициентом усиления транзистора регулятора 23.

В качестве датчика выпрямленного напряжения инвертора может быть использована, например, оптронная пара, включенная на выход выпрямительного моста, зажимы переменного тока которого через добавочный резистор подключаются на входные зажимы инвертора 2.

Разгон электропривода до номинальной скорости с предлагаемым вентильным электродвигателем осуществляется с полным потоком. При этом сигнал, подаваемый с источника смещения 26 через потенциометр на вход операционного усилителя регулятора 6, должен быть максимальным. После достижения номинсшьиой скорости двигателя вижок потенциометра, подключенного к источнику смещения напряжения 26, станавливаетсяв положение, когда снимаемый с него сигнал становится равным сигналу с датчика 7. Данную перацию выполняют один раз, контроируя лишь величину напряжения на зажимах инвертора. При этом не требуется останова электропривода, что значительно упрощает его наладку и снижает ее трудоёмкость (от нескольких часов до нескольких минут). Таким образом, благодаря введению регулятора выпрямленного напряжения чнйертора,достигается значительное снижение трудоемкости настройки электропривода,что сокращает затраты на рв- монт и обслуживание электропривода.

ДВУХЗОННЫЙ ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, содержащий синхронную машину, обмотки фаз которой подключены через управляемый инвертор и управляемый выпрямитель к сети переменного тока, блок задания углов управления тиристорами инвертора, выход которого соединен с входом блока фазового управления инвертором, отличающийся тем, что, с целью снижения трудоемкости настройки электропривода, в него введен источник смещения и регулятор выпрямленного напряжения инвертора, выход которого подключен к входу блока задания углов управления тиристорами инвертора, его первый вход подключен через датчик выпрямлениогб напряжения инвертора к зажимам постоянного тока инвертора, а второй g вход - к источнику смещения.

- . ni-

; fj xtыЭ |Т 1|1ннгл- «

28

г/

П

flHOH

t/1.2

п. макс