Устройство для управления вентильным электродвигателем Советский патент 1984 года по МПК H02K29/02 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроприводу и может быть использовано в системах и устройствах, где требуется эффек : тивный способ тооможения понвопного электродвигателя, например в позиционном приводе, в приводах работотехники и т.д.

Известен способ управления вентильным электродвигателем с фиксацией окончания тормозного режима шунтированием якорной обмотки электродвигателя и преобразователя частоты цепью из резистора и диода и отключением электродвигателя от источника питания на время торможения СО.

Недостатками устройства, реализующего известный способ, являются сложность конструкции вентильного электродвигателя (два датчика положения ротора, дополнительные силовые элементы), увеличение массы и габаритов.

Известен вентильный электродвигатель, содержащий преобразователь частоты, управляемый от трансформаторного датчика положения ротора с первичной обмоткой, подключенной через реверсивный элемент. Торможение электродвигателя осуществляется противовключением L 2j.

Однако данное устройство не обесп чивает автоматической блокировки при нулевой частоте вращения, а поэтому не исключает вращения ротора в противоположном направлении при торможении.

Наиболее близким к предлагаемому по техническому решению является устройство для управления вентильньм электродвигателем, содержащее преоб- разователь частоты, управляемый блок формирования сигналов правого и левого направлений вращения с формирователями управляющих сигналов верхней и нижней групп ключей преобразователя частоты, соединенные выходами с соответствующими ключами, многоканальный датчик положения ротора вентильного электродвигателя, выходы которого связаны с информационными входами управляемого блока формирования сигналов правого и левого направлений вращения -первый управляющий вход которого подключен к выходу логической схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, к двум входам которой подключены выход задатчика направления вращения

И выход блока задания команд Пуск и Стоп, и электромагнитную муфту торможения с управляющей обмоткой СЗ

Недостатками известного устройства являются недостаточные точность и надежность фиксации останова ротор поскольку срабатывание электромагнитной муфты, происходит при изменении направления вращения ротора вентильного электродвигателя, и его сложнос т.е. наличие датчика направления вращения и трехвходового формирователя управляющего сигнала на останов

Цель Изобретения - повышение точности фиксации останова и упрощение.

Поставленная цель достигается тем что устройство для управления вен.тильным электродвигателем, содержащее преобразователь частоты, управляемый блок формирования сигналов пргшого и левого направлений вращения с формирователями управляющих сигналов верхней и нижней групп ключей преобразователя частоты, соединенные выходами с соответствующими ключами, многоканальный датчик положения ротора вентильного электродвигателя, выходы которого связаны с информационными входами управляемого блока формирования сигналов правого и левого направлений вращения первый управляющий вход которого подключен к выходу логической схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, к двум входам которой подключены выход задатчика направления вращения и выход блока задания команд Пуск и Стоп, и электромагнитную муфту торможения с управляющей обмоткой, дополнительно снабжено выпрямителем, связанным входом с выходом преобразователя частоты, а выходом - с управляющей обмоткой электромагнитной муфты торможения, причем формирователи управляющих сигналов верхней группы ключей преобразователя частоты, дополнительно снабжены блокирующими входами, связанными с выходом блока задания команд Пуск и Стоп.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства для управления вентильным электродвигателемJ на фиг.2 - диаграммы напряжений в узлах блок-схемы на фиг.1.

Устройство для управления вентильным электродвигателем содержит преобразователь 1 частоты, цепи 2-7

управления ключей 8-13 которого связаны с выходом многоканального датчика 14 положения ротора электромашинного агрегата 15 через управляемый блок 16 формирования сигна- 5 лов правого и левого направления вращения. Первый управляющий вход 17 блока 16 подключен к выходу логической схемы 18 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ-ИЛИ, к двум входам которой подключены tO выход задатчика 19 направления вращения и выход блока 20 задания команд Пуск и Стоп. К выходам 21,22 и 23 преобразователя 1 частоты подключены первые выводы 24,25 и 26 |5 секций якорной обмотки 27 (вторые выводы 28,29 и 30соединены) синхронной машины 31 электромашинного агрегата 15, объединяющего в себе также электромагнитную муфту 32 тор- 20 можения с управляющей обмоткой 33, подключенной к выходу, например, двухполупериодного выпрямителя 34, связанного своими входами 35,36 и 37 с первыми выводами 24,25 и 26 секций 25 якорной обмотки 27 синхронной машины 31. Блок 16 формирования сигналов правого и левого направлений вращения снабжен вторым управляющим входом 38, соединенным с выходом бло-зо ка 20 задания команд Пуск и Стоп.. Преобразователь 1 частоты, например двухтактньй, работает на транзисторах 8-13 и защищающих их диодах 3944. Датчик 14 положения ротора с чувствительными элементами 45,46 и 47 вырабатывает сигналы о положении ротора синхронной машины 31, смещенные друг от друга на 2/3 рад. Длительность каждого сигнала соответствует о угловому повороту ротора в ff рад. Для направления вращения вправо принята следующая последовательность сигналов: 45-46-47. Синхронная машина 31 выполнена, например, с воз- д Суждением от постоянных магнитов.. Блок 16 формирования сигналов правого и левого направлений вращения выполнен, например,на формирователях 48-50 управляющих сигналов верхней группы jg ключей ЗИ и соединенных с цепями 2,4, и 6 управления и на формироватеях 51-53 управляющих сигналов нижней группы ключей 2И и соединенных с цепями 3,5 и 7 управления, соответ-,д ственно. Первый вход формирователей 48,49 и 50 соединен с вторым управляющим входом 38. Логическая схема

54 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ своим выходом сое|динена с вторыми входами формирователей 48 и 53 и с входом инвертора 55, а своим первым входом - с чувствительным элементом 45 датчика положения ротора. Логическая схема 56 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ своим выходом соединена с вторыми входами формирователей 49 и 51 и с входом инвертора 57, а своим первым входом - с чувствителным элементом 46 датчика 14 положени ротора. Логическая схема 58 ИСКПЮ-. ЧАЮЩЕЕ ИЛИ сбоим выходом соединена с вторыми входами формирователей 50 и 52 и с входом инвертора 59, а своим первым входом - с чувствителным элементом 47 датчика 14 положени ротора. Вторые входы логических схем 54,56 и 58 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены с первым управляющим входом 17, выход инвертора 55 - с третьим входом формирователя 50 и с первым входом формирователя 51, выход инвертора 57 - с третьим входом формирователя 48 и с первым входом формирователя 52, выход инвертора 59 - с третьим входом формирователя 49 и с первым входом формирователя 53. Логические схемы 48-53,55,57 и 59 осуществляют преобразование трех сигналов чувствительных элементов 45,46 и 47 датчика 14 положения ротора длительностью 7Г рад в шесть сигналов длительностью 2/3 рад и подают их на цепи 2-7 управления двухтактного преобразователя 1 частоты. Такое преобразование осуществляется при наличии единичного входного сигнала на первом 17 и втором 38 управляющих входах блока 16 формирования сигналов правого и левого направления вращения. При этом ротор вращается влево. При нулевом сигнале на . первом 17 управляющем входе логические схемы 54,56 и 58 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ инвертируют сигналы, идущие с чувствительных элементов 45,46 и 47. Это эквивалентно сдвигу датчика 14 положения ротора наТГ рад, что обеспечивает реверс вентильного электродвигателя. При установлении нулевого сигнала на выходе блока 20 задания команд Пуск и Стоп сигнал на первом управляющем входе 17 изменяется на противоположный что аналогично сдвигу датчика 20 положения ротора на 7Г рад , а на втором управляющем входе 38 устанавливается нулевой сигнал, который запрещает прохождение сигналов через формирователи 48,49 и 50. Преобразователь частоты 1 оказывается отключенным от источника постоян- 5 ного напряжения 60, ЭДС, наводимая в секциях якорной обмотки 27 синхрон ной машины 31, замыкается по контуру, состоящему из нижнего открытого ключа и нижнего защищающего диода. Вентильный электродвигатель переходит в режим динамического торможения.

Электромагнитная муфта 32 торможения выполнена, например, с электромагнитным возбуждением. Протекание 15 тока по обмотке управления 33 электромагнитной муфты 32, величиной вьппе тока отпускания муфты, обеспечивает включение последней и фрикционное торможение вала 61 синхронной маши- 20 ны 31. Параллельное подсоединение двухполупериодного выпрямителя 34 к якорной обмотке 27 синхронной машины 31 осуществляется при величине сопротивления управляющей обмотки 33 электромагнитной муфты торможения 32, большей величины сопротивлеиия якорной обмотки 27 синхронной машины 31, Если величина сопротивления якорной обмотки 27 синхронной машины 30 31 больше или равна величине сопротивления обмотки управления 33, то входы выпрямителя 35,36 и 37 соединяются с вторыми вьшодами 29,30 и 28 якорной обмотки. С целью умень- 35 шения количества связей между электромашинным агрегатом и пpeoбpaзoвateлeм частоты двухполупериодный выпрямитель 34 может быть размещен в электромашиг ном агрегате 15.4Р

Устройство работает следукнцим обра-; зом.

Допустим, что задатчик 19 направления вращения установлен в положение вращения вентильного электродвигателп вправои 9(фиг.2). При поступлении команды Пуск с выхода блока 20 задания команд Пуск и Стоп в момент времени t/ на втором управляющем вхо- , де 38 блока 16 формирования сигналов -50 правого и левого направлений вращения появится единичньй сигнал Ц, который разрешает преобразование сигналов с чувствительных элементов 45,46 и 47 датчика 14 положения рото-55 ра логическими схемами 48-53,55,57 и 59. В цепях 2-7 управления появляются управляющие импульсы U , з t Uz, Kg

Ug, U/ Напряжение, приложенное к якорной обмотке 27 синхронной машины 31, выпрямляется двухполупериодным вьшрямителем 34 и, ток/ текущий по обмотке управления 33, растормаживает электромагнитную муфту 32 торможения. Вентильный электродвигатель начинает вращаться вправо и работает в этом режиме в интервале времени t(- t. В момент времени t с выхода задатчика 19 направления вращения поступает управляющий сигнал Влево что приводит к исчезновению единичного сигнала на выходе задатчика 19 направления вращения и появлению единичного сигнала на управляющем входе 17 блока 16 формирования сигналов правого и левого направления вращения Uf . Дви-гатель переходит в режим торможения противовключением, но поскольку окончательный момент останова вентильного электродвигателя не фиксируется и ключи 8-13 преобразователя 1 частоты работают в обратной последовательности, индуктор начинает вращаться влево. Включение ключей 8-13 в обратной последовательности приводит к тому, что управляющая обмотка 33 электромагнитной муфты

32не обесточивается и электромагнитная муфта не срабатывает. Вентильный электродвигатель вращается влево в интервале времени . Режим вращения влево оканчивается . в момент времени t, когда на выходе блока 20 задания команд Пуск и Стоп и на втором управляющем входе 38 появятся нулевые сигналы. Вентильный электродвигатель переходит в режим динамического торможения. Торможение осуществляется также за счет выпрямления наводимой

в якорной обмотке 27 ЭДС двухполупериодным выпрямителем 34. Здесь нагрузкой является управляющая обмотка

33электромагнитной муфты 32. С помощью электромагнитной муфты 32 торможения осуществляется окончательный останов индуктора вентильного электрдвигателя, т.е., как только ток в управляющей обмотке 33 уменьшится

до тока отпускания электромагнитной муфты 32, и, следовательно, ее сра.батывания, произойдет окончательный останов индуктора вентильного электрдвигателя . При торможении индукJTOpa вентильного электродвигателя. вращающегося вправо, процессы в предлагаемом устройстве протекают аналогично. Если двухполупериодный выпрямитель 34 соединен с вторыми выводами 28,29 и 30, то ток, текущий по управляющей обмотке 33 элект ромагнитной муфты торможения, одновременно обтекает якорные обмотки 27 синхронной машины 31. Сущность происходящих при этом процессов ана логична рассмотренным. Использование изобретения позволяет значительно упростить устройство для управления вентильньм электро двигателем, так как отпадает необ218ходимость в датчике направления вращения и трехвходовом формирователе сигналов на останов. Кроме того, сигнал на останов с датчиканаправления вращения в прототипе поступает после изменения направления вращения Для малоинерционных электродвигателей такое управление является нежелательным, так как он может ; набрать большую противоположную скорость. В предлагаемом устройстве электромагнитная муфта торможения срабатывает на окончательном этапе останова электродвигателя, не позволяя ему изменить направление вращения.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЬНЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ, содержащее преобразователь частоты, управляемый блок формирования сигналов правого и левого направлений вращения с формирователями управляющих сигналов верхней и нижней групп ключей преобразователя частоты, соединенные выходами с соответствующими ключами, многоканальный датчик BHbjajh:i, положения ротора вентильного электродвигателя, выходы которого связаны с информационными входами управляемого блока формирования сигналов правого и левого направлений вращения, первый управляющий вход которого подключен к выходу логи еской схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ , к двум входам которой подключены выход задатчика направления вращения и выход блока задания команд Пуск и Стоп, и электромагнитную муфту торможения с управляющей обмоткой, о т л и ч а ю щ е ее я тем, что, с целью повышения точности фиксации останова С S и упрощения, оно дополнительно снабжено выпрямителем, связанным входом (Л с выходом преобразователя частоты, а выходом - с управляющей обмоткой электромагнитной муфты торможения, с причем формирователи управляющих сигналов верхней группы ключей преобразователя частоты дополнительно снабжены блокирующими входами, связанными с выходом блока задания коСО манд Пуск и Стоп. СП оо to

фиг, 2