Вентильный электродвигатель Советский патент 1985 года по МПК H02K29/03 H02P1/18 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах, например, с вентильнь1ми электродвигателями, нагруженными вентиляторным моментом. Известен вентильный электродвигатель (БД), содержащий синхронную машину, hi секций якорной-обмотки которой подключены к выходу преобра зователя частоты, цепи управления силовых ключей которого подключены к выходам m -канального формирбвателя-распределителя импульсов, каждый канал которого выполнен в виде двухходового нелинейного суммато ра, выход которого подключён к первому выходу порогового элемента, к двум входам нелинейного сумматора h-oro канала формирователя-распреде лителя импульсов подключены п-1 и П-2 секций якорной обмотки синхронн.ой (1 и 2. При пуске с задающего генератора поочередно на любые два канала формирователя-распределителя подаются импульсы, вызьшая колебательные движения индуктора синхронной машины, В якорной обмотке синхронной ма шины наводится ЭДС, при определенно величине которой начинают срабатывать пороговые элементы формировате ля-распределителя импульсов. Силовые ключи преобразователя частоты, . управляемые импульсами формирователя-распределителя импульсов, поочередно подключают секции якорной обмотки синхронн.ой машины и источнику питания. Прекращение подачи импульсов с задающего генератора происходит после срабатывания датчика нали чия определенной величины ЭДС. Недостаток этого устройства заключается-в низкой надежности пуска обусловленной отсутствием чувствительности формирователя-распредели- теля импульсов к направлению вращения индуктора синхронной машины в м мент запуска ВД. Для создания режима опережающей коммутации секций синхронной машины, необходимого для обеспечения оптимальных энергетичес показателей, в этой схеме использую нелинейные сумматоры .ЭДС, наводимых в секциях якорной обмотки. ;Нелинейные сумматоры имеют неизменяемые ко эффициенты суммирования определенно полярности ЭДС секций по каждому входу. При изменении последовательности наведения ЭДС в секциях якорюй обмотки изменяется полярность подводимых к входам нелинейных сумматоров величин ЭДС, и ВД запускается в противоположную сторону с отстающей коммутацией, исключающей оптимальный режим работы ВД по энергетическим показателям. Возможность вращения электродвигателя в противоположную сторону вызвана тем, что мгновенные значения скорости движения индуктора синхронной машины в противоположных направлениях могут быть различны. Это может быть вызвано случайным начальным положением индуктора, различными значениями тормозных моментов при движении в различных направлениях и. т.д. Момент перехода ВД из режима запуска в режим самокоммутации происходит при достижении ЭДС в какой-либо секции определенной наперед заданной величиной. При этом направление вращения индуктора синхронной машины может быть случайным и .определяться направлением движения индуктора, при котором ЭДС в какой-либо секции синхронной машины достигает определенной наперед заданной величины. Наиболее близким к предлагаемому является БД, содержащий синхронаую машину, m секций якорной обмотки которой подключены к выходу преобразователя частоты, управляющие цепи которого подключены к выходу формирователя-распределителя импульсов, вход которого связан с секциями обмотки синхронной машины з1. Пуск Э.ТОГО ВД происходит от задающего 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 частоты не начинают самостоятельно открываться под действием ЭДС, наводимой в секциях синхронной машины. Недостатком известного электродвигателя является низкая надежность его запуска в заданном направлении, вызванная тем, что при поступлении первого импульса с формирователяраспределителя импульсов кожет быть

подключ.ена к источнику питания такая, комбинация секций синхронной машины, при которой вектор намагничивающей силы (н.с.) статора располагается , под углом 180 4; 8 к вектору(н.с.) 5 индуктора, где 6 - угол, при котором момент, развиваемый БД, равен моменту сухого трения. При таком расположении вектора н.с. статора и индуктора не происходит движения 10 индуктора. При подаче второго импуль са результирующий вектор н.с. ста- . тора может занять такое положение в , пространстве, при котором движение, индуктора направлено встречно задан- 15 ному. При использовании современных высокочувствительных пороговых элементов формирователь-распределитель импульсов может перейти в режим самоиндукции при первом движении.ин- 20 дуктора. Это вызывает в этом случае . запуск ВД в противоположную сторону.

Цель изобретения - повышение надежности запуска в заданном направлении..25

По.ставленная цель достигается тем, что в вентильный электродвигатель, содержащий синхронную машину, ГГ) секций якорной обмотки которой подключены к выходу преобразователя 30 частоты, управляющие цепи которого подключены к выходу формирователяраспределителя импульсов, вход которого связан с секциями якорной обмотки синхронной машины, допол- 35 нительно введены блоки шунтирования сигналов, задержки с временной длительностью { С , где о - время,. определяющее ин.тервал между началом движения и началом вращения 40 вентиль-ного двигателя в заданно направлении, и памяти, логический сумматор и m дифференцирующих цепочек, вход каждой п -ой дифференцирующей цепочки подключен к п -му . 45 выходу-формирователя-распределителя импульсов, выходы всех дифференцирующих цепочек подключены к первому входу логического сумматора, к-второму входу которого подключен выход 50 блока задержки, выход логического сумматора через блок памяти подклюен к входу блока шунтирования сигналов, выход которого подключен к входу формирователя-распределителя 55 импульсов.

На фиг.1 изображена функционапьг ая схема предлагаемого ВД, на фиг.2зависимость изменения скорости вращения ВД в функции времени н.а первых тактах коммутации и эпюры напряжений в узлах ВД.

т

Вентильный электродвигатель (фиг.1) содержит синхронную машину 1 171 секций. 2 якорной обмотки которой подключены к выходу преобразователя 3 частоты, управляющие цепи которого подключены к выходу формирователяраспределителя 4 импульсов, вход которого связан с секциями 2 якорной обмотки синхронной машины 1, блоки 5 шунтирования сигналов, блоки 6 з.адержки, блоки 7 памяти, логический сумматор 8 умножения и Yn дифференцирующих цепочек 9, вход каждой h -о дифференцирующей цепочки 9 подключен к И -му выходу формирователя-распределителя 4импульсов, выходы всех дифференцирующих цепочек 9 подключены к первому входу 10 логического сумматора 8, к второму входу 11 которого подключен выход блока 6 задержки, выход логического сумматорд 8 через блок 7 памяти подключен к входу блока 5 шунтирования сигналов, выход которого подключ-ен к входу форми.ррвателя-распределителя 4 импульсов. На чертеже изображен, также источник 12 напряжения. Преобразователь 3 частоты и формирователь-распределитель 4 импульсов могут быть выполнены, например, аналогично узлам, описанным в fzj. Блок 5 шунтирования сигналов может состоять, например, из из транзистора, база которого связана с входом этого блока через резистор, и m диодов, подключенных к коллектору транзистора, вторые выводы диодов составляют выход блока 5 шунтирования сигналов. Блок 6 задержки состоит, например, из НС-цепочки, подключаемой к источнику нанряжения в момент включения БД. Вывод, объединяющий конденсатор и резистор, является вых;одом этого блока. Блок 7 памяти состоит, например, из триггера, вход установки нуля которого является входом блока 7 памяти, а вход установки единихда подключен к RC-цепочке, обеспечивающей установку единицы на выходе триггера с момент включения ВД. Выход триггера является выходом блока 7 памяти. Логический сумматор 8 выполнен на логическом элементе Л. . 5 .. Дифференцирующие цепочки 9 состоят каждая из конденсатора, резистора и диода. Первые вьшоДы каждого элемента соединены между собой. Второй вывод конденсатора является входом, второй вывод диода является выходом дифференцирующей цепочки 9, а второй вывод резистора подключен к общей шине. . БД работает следующим образом. При включении напряжения формирователь-распределитель 4 импульсов начинает вырабатывать импульсы управления, под действием которых преобразователь 3 частоты подключает секции 2 синхронной машины 1 к источнику 12 напряжения-.в. заданной последовательности. При подаче первого импульса к источнику 1-2 может; быть подключена секция 2 или комбина ция секций 2 синхронной машины, при которой вектор н.с. статора расположен под УГЛОМ 180 .± к вектору н.с. индуктора БД (не показан). При таком начальном взаимном расположении векторов индуктора БД не приходит в движение, так как развиваемый магнитный момент не превьш1ает момента сухого трения. . После подачи второго импульса результирующий вектор .н.с, может за- нять такое положение в пространстве при котором индуктор приходит в дви жение, противоположное заданному. . Это движение продолжается до момента .t, . Б момент времени t| вектора н.с. статора и индуктора приходят в согласованное положение. После подачи третьего импульса магнртный момент статора вызывает движение в .противоположном направлении, т.е. в заданном. Для исключения запуска. БД в направление вращения, противоположное заданному, необходимо задержать пода чу сигналов ЭДС секций 2 синхронной машины 1 на период, когда вектор н.с индуктора придет в согласованное положение с. вектором н,с, статора. При этом подачу ЭДС на вход формирователя-распределителя 4 надо начинать с момента прихода очередного импульса на преобразователь 3 частоты. Это обеспечивает переход формирователяраспределителя 4 импульсов на ра286боту от ЭДС При заданном направлеНИИ вращения. Для разных конструкций БД и для разных внешних факторов таких, как, например, активный момент нагрузки, моменты сухого или вязкого трения, число секций якорной обмотки и т.д. число сигналов управленияможет быть различно для перевода индуктора БД .в согласованно.е положение. Задержка подачи сигналов ЭДС на вход формирователя-распределителя 4 импульсов обеспечивается путем блока 5 шунтирования сигналов. При подключении БД к источнику 12 напряжения на вход .блока 5 шунтирования сигналов подается положительный сигнал (фиг.2), под действием которого он не дает сигналам ЭДС поступать на вход формирователя-распределителя 4 импульсов. По истечении, заданного времени с блока 6 задержки на второй вход 11 логического сумматора 8 подается положитель.ный сигнал. С приходом очередного сигнала управления на преобразователь 3 частоты соответствующая дифференцирующая цепочка 9 формирует, импульс. U,.. Этот импульс .поступает на первый вход Ю схемы логического сумматора 8. Б момент времени t, когда прихо-. дит очередной сигнал управления и на втором входе 11 есть положительный сигнал и.,,: на выходе логического сумматора 8 формируется импульс Ug, который переключает блок 7 памяти (Uj.). Блок 5 шунтирования сигналов закрывается, и сигналы ЭДС поступают на вход формирователя-распределителя 4 импульсов. Как видно из фиг.2, вследствие суммирования продифференцированных сигналов управления и сигнала, поступающего с блока 6 задания, происходит дополнительная задержка подачи сигналов ЭДС на время С . Это исключает возможность запуска БД в противоположное направление вращения, которое Индуктор БД может иметь, совершая колебания около оси, совпадающей с результирующим вектором н,с, статора. Использование изобретения позволяет повысить надежность запуска БД путем задержки подачи сигналов ЭДС на формирователь-распределитель импульсов ка период, пока индуктор БД не пришел в заданное направление .вращения,.

м

0

1. ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, содержащий синхронную машину, m секций якорной обмотки которой подключены к выходу преобразователя частоты, управляющие цепи которого подключены к выходу формирователяраспределителя импульсов, вход KOTO-i рого связан с секциями якорной обмотки синхронной машины, о т л и чающийся тем, что, с целью повьшения надежнос и запуска в заданном направлении, в него дополнительно введены блоки шунтирования сигналов, задержки с временной дли-тельностью i I , где t - время, определяющее интервал между началом движения и началом вращения вентильного электродвигателя в заданном направлении, и памяти, логический сумматрр и m дифференцирую- щих цепочек, вход каждой , П-оЙ дифференцирующей цепочки подключен к П-МУ выходу, фррмирователя-расоределителя импульсов выходы всех дифференцирующих цепочек подключены к (Л первому входу схемы логического сумс матора, к второму входу которого подключен выход блока задержки, выход логического сумматора через блок памяти подключен к входу бло- ка шунтирования сигналов, выход которого подключен к входу формирователя-распределителя импульсов. Од 00

Un

op

к

jv

t