Вентильный электродвигатель Советский патент 1986 года по МПК H02K29/00 

ходу системы импульсно-фазового управления 12, к-рая, через датчик напряжения 13 подключена к обмоткам якоря синхронной эл. мащины 5. Тран сформатор тока 14 соединен, с входом датчика тока 15, выход к-рого соеди нен с первым входом первого интегра тора 16, второй вход к-рого соединен с потенциометром 17 цепи задания момента нагрузки. Выход первого интегратора 16 подключен к входу интегратора 18, выход к-рого соединен с входом компаратора 19, выход к-рого соединен с входом распредели теля импульсов 11, входом обнуления 20 интегратора 18 и с входом устрой ства выбора режимов коммутации 7.

. Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании электроприводов с вентильным электродвигателем, коммутация обмоток которого осуществляется зависимым преобразователем частоты со звеном постоянного тока.

Цель изобретения - повышение надежности путем исключения источника повышенной частоты, служащего для питания обмотки возбуждения в рабочем режиме.

На фиг. 1 изображена схема вентильного электродвигателя на фиг.2- раэвернутая схема нескольких узлов функциональной схемы; на фиг. 3 - временные диаграммы напряжений на элементах схемы.

Вентильный электродвигатель содержит выпрямитель 1, выход которого последовательно с дросселем 2, шунтированным тиристором 3, подключен к ВХОДУ инвертора 4, выход последнего соединён с обмотками якоря синхронной электрической машины 5. Управляющие цепи тиристорой выпрямителя через систему 6 импульсно-фазового управления подключены к устройству

7выбора режимов коммутации, которое одновременно подключено к устройству

8управления тиристором 3, а также к управляющему входу ключа 9 режимов

7,57770

Входы установки исходного состояния распределителя импульсов 11 соединены с выходами фазочувствительного выпрямительного устройства 21, входы к-рого соединены с обмотками якоря синхронной машины 5 через ключ 22, управляющая катушка к-рого подсоединена к первому входу блока 23 определения начального положения ротора, а второй и третий выходы соединены с управляющими входами распределителя импульсов. Данная структурная схема БД исключает необходимость в источнике повышенной частоты для питания обмотки возбуждения в рабочем режиме, что способствует повышению на- де} кности. 3 ил.

работы инвертора. Управляюш 1е цепи тиристоров инвертора могут -быть подключены через устройство 10 управления и ключ режимов работы и либо к

выходу распределителя 11 импульсов, или к выходу системы 12 импульсно- фазового управления, которая через датчик 13 напряжения подключена к обмоткам якоря, синхронной машины.

Трансформатор 14 тока соединен с входом датчика 15 тока, выход которого соединен с первым входом первого интегратора 16, второй вход которого соединен с потенциометром 17 цепи

задания момента нагрузки. Выход первого интегратора 16 подключен к входу интегратора, 18, выход которого соединен с входом компаратора 19, выходом соединенного с входом распределителя 11 импульсов, входом 20 об- |нуления интегратора 18 и входом устройства 7 выбора режимов коммутации. Входы установки исходного состояния распределителя 11 импульсов соединены с выходами фазочувствительного выпрямительного устройства 21, входы которого соединены с обмотками якоря синхронной машины 5 через ключ 22, управляющая катушка котороrci подсоединена к первому выходу блока 23 определения начального по- пожения ротора, а второй и третий выходы соединены с управляюш 1ми входами распределитела импульсов. Ин3

теграторы 16 и 18 и компаратор 19 образуют блок моделирования уравнения движения ротора. Фазочувствительное устроцство 2 предназначено для получения информации о поло- жении ротора двигателя относительно статора в неподвижном состоянии. Вхды устройства 21 подключены через ключ 22 к выходу инвертора, т.е. к обмотке якоря синхронной машины 5 Выходы 24-26 блока 23 подключены к входам 27 и 28 распределителя 11. Устройство 21 имеет три одинаковых канала с трансформатором 29 согласования. Трансформатор 29 питается от той же сети, что и обмотка возбуждения. Поэтому напряжения, поступающи с фаз обмотки якоря синхронной машины 5 на диодные мосты 30 каждого канала, могут быть сдвинуты на 180 или совпадать по фазе. Одна из точе диодного моста 30 подключена к вход операционного усилителя 31, работающего в релейном режиме. Конденсатор 32 предназначен для сглаживания вы- прямленного напряжения, а диод 33 - для шунтирования отрицательного сигнала на выходе усилителя 31. Блок 23 определения начального положения предназначен для управления катушкой ключа 22 ( первый выход 24 j и распределителем 11 импульсов (второй 25 и третий 26 выходы) с целью обеспечения взаимосвязанной последовательности срабатывания элемен- тов устройства 21 и распределителя импульсов 11. Блок 23 состоит из известных соединенных последовательно и параллельно схем транзисторной задержки, время срабатьшания которьг определяется величиной емкости конденсаторов в базовой цепи транзисторов, а также двух микросхем 34 и 35 для получения инвертированного сигнала выходов 25 и 26.

Распределитель 11 импульсов служит для распределения поступающих с выхода компаратора 20 импульсов на три канала и формирует их длительность. Он состоит из трех JJK триггеров 36-38, счетные входы кото рых соединены через микросхему 39 С выходом компаратора 19, через управляющий вход 21 - с блоком 23, а потенциальные входы соединены с элементами микросхем И-НЕ 40-51. С выходом 52 триггера 36 соединены входы 53-55 микросхем И-НЕ 43, 47

и 51

Элементы 40-51 регламентируют последовательность срабатывания триггеров 36-38. Входы 56-58 установки исходного состояния распределителя 11 соединены с потенциальными входами триггеров 36-38 через элменты 59-61. Управляющий вход 28 соединен с одним из входов элементов 41-49.

На фиг. 3 приняты следующие обозначения: tj - момент времени включения вентильного двигателя; {. -время включенного состояния ключа 22j время паузы между моментом отключения ключа 22 и моментом пода- .чи управляющего сигнала {, - момент времени записи в распределитель 11 импульсов кодированной информации о положении ротора электрической машины -момент времени подачи управляющего сигнала или момент появления тока в якорной цепи двигателя; ij, - время нарастания тока двигателя от нуля до тока статической нагрузки, пропорционального напряжению и , с потенциометра 1 7 ; {Jp - прсто- янное напряжение на втором входе компаратора 19; U; - напряжения выходов блоков схемы управления вентильным двигателем, где i - номер обозначения блока или номер выхода блока.

Потенциометр 17 задает напряжение

0.

j,y , пропорциональное заранее известной величине статического нагрузочного момента. По знаку он противополо- жен сигналу датчика 15 тока и не вызывает предварительного интегрирования интегратора 16. Последний начинает интегрировать только тогда, когда напряжение с датчика 15 тока превысит напряжение с потенциометра 17. Следовательно, он работает по сигналу разности полного и статического нагрузочного тока, а это пропорционально разности моментов. Компаратор 19 при совместной работе с интегратором 18 реализует функцию преобразования дважды интегрированного сигнала разности датчика 15 тока и потенциометра 17 ( (J, i- n) дискретные импульсы. Это осуществляется сравнением двух сигналов на входе компаратора 19 и действием обратной связи между выходом компаратора 19 и ключом интегратора 18. Ключ при замыкании приводит к нулевое состояние выход интегратора 18. Время между двумя последовательными

S

импульсами равно времени поворота ротора на угол 60 эл. град.

Вентильный двигатель работает следующим образом.

Исходное состояние схемы вентильного двигателя: задающий сигнал U равен нулю, и напряжение на выходе вьтрямителя 1 отсутствует. После включения тумблера 62, находящегося в блоке 23 нулевого состояния, на выходе 24 появляется сигнал IJj, и включается клзоч 22 /момент времени { . Переменное напряжение, поданное в обмотку возбуждения синхронно электрической машины 5, трансформируется в три фазы статорной обмотки и поступает на входы фазочувстви- тельного вьтрямительного устройства 21. В зависимости от положения рото pa относительно статора на выходах распределителя 11 импульсов создается соответствующая комбинация сигналов /положительных и нулевых), которые подаются на входы установки начального состояния распределителя 11. Одновременно в момент времени t с выхода 25 блока 23 подается сигнал разрешения 0„ в распределитель I1 импульсов через управляю- щий вход 28. В момент времени tj с выхода 26 блока 23 через вход 27 распределителя 11 импульсов на счетные входы триггеров 36-38 подается стробирующий сигнал И записи исходной информации, которая поступае в распределитель 11 импульсов через входы 56-58 и элементы 59-61 микросхемы. Происходит ориентирование триггеров 36-38 в требуемое положе- ние (напряжения U), U , , Uj| ) з т.е. в соответствие с положением ротора синхронной машины 5. С выходов распределителя 11 импульсов сигналы через ключ 9 поступают в устройство 10 управления тиристорами, усил-ява- Ются в нем и подаются к управляющим электродам двух тиристоров инверто- .ра 4, По истечении выдержки времени tj ключ 22 отключается. С выходов Ф зочувствительного выпрямительного устройства 21 сигналы становятся равными нулю, а на входе 28 распределителя импульсов 11 устанавливается единичный сигнал j . Э-вн сигналы в дальнейшем не препятствуют ра- боте распределителя 11 импульсов. Состояние триггеров 36-38 не изменяется.

В момент t включается напряжение адания Ц.. Система импульсно-фазо- ого управления 6 выдает сигналы правления на тиристоры выпрямителя 1. Напряжение с вьтрямителя 1 подаетя на инвертор 4, а через его два ткрытых тиристора - к двум обмотам якоря синхронной машины 5. Появяется ток двигателя, который через трансформатор 14 тока поступает на вход датчика 15 тока и подается на вход интегратора 16. Напряжение 1/,5 пропорциональное полному току синхронной машины 5, з еличивается до величины 11,1 , снимаемого с потенциометра 17 за время t достижения током двигателя величины тока статической нагрузки. Как только напряжение U(5 станет больше и, я ротор синхронной машины 5 ВЫВОД1ГТСЯ из неподвижного состояния и интегратор 16 начинает интегрировать . На его выходе увеличивается напряжение 11, , темп увеличения которого завис: IT-от разности

напряжений U, - На вход интегратора 18 подается

увеличивающееся напряжение Uig , под действием которого интегратор 18 интегрирует до напряжения уставки Un . При соотношении напряжений U,g 0 на выходе компаратора 19 скачком появляется сигнал и,() . По каналу обрат-; ной связи сигнал, замыкает ключ интег-: ратора 18, который шунтирует {разряжает} конденсатор, ограничивая длительность сигнала с выхода компаратора 19. Напряжение (импульс) t вы хода компаратора 19 поступает в устройство выбора режимов коммутации 7, которое выдает сигнал в систему 6 имлульсно-фазового управления тиристорами выпрямителя 1 , переводя его в инверторный режим, и одновременно в устройство В управления тиристором 3, включая его ДJШ шунтирования дросселя 2; а также в распределитель И импульсов, изменяя состояние одного из триггеров (выход 0„) . Через ключ 9 режимов работы и устройство 10 управления тиристорами снимается управ-, ляющий сигнал с одного тиристора инвертора 4 и подается управляющий сигнал на следующий тиристор, который в свою очередь,, подключает другую обмотку якоря синхронной машины 5.

В этот момент времени происходит режим коммутации инвертора 4 путем запирания тока вьшрямителя.

71

Возвращение вьшрямителя I в выпрямительный режим и отключение тиристора 3 происходит после исчезновения тока двигателя и вьщержки времени, равной времени восстановления згпирающих свойств тиристора. Интегратор 16 продолжает интегрировать, а интегратор 18 интегрирует с нулевого состояния под действием изменяющегося (увеличивающегося) жения U,j с выхода интегратора 16.

Последующие моменты коммутации гфоисходят аналогично.

Когда частота следования импульсов с компаратора 19 достигает определенной величины (частота враще- .ния ротора примерно 8-10% от номинальной , устройство выбора режима коммутации 7 в нужный момент времени переключает ключ 9 на систему 12 фазового управления. Следователь- :Но, инв ертор А переводится в режим работы с естественной коммутацией с синхронизацией от напряжения, сникае мого с фаз обмоток синхронной машины 5 через датчик 13 напряжения. Одновременно прекращается подача сигналов управления с устройства 7 выбора режимов коммутации в систему 6 импульсно-фазового управления и

устройство 8 управления тиристором 3 I.

Вентильньш электродвигатель может быть применен в электроприводах, в которых пусковой режим работы не является основным.

Формула изобретения

Вентильный электродвигатель, содержащий ротор с обмоткой возбуждения, статор с обмоткой якоря, подключенной к цепи питания переменного тока через преобразователь частоты

8

со звеном постоянного тока, содержа- П1ИЙ управляемый вьтрямитель, дроссель с шунтирующим тиристором и тиристорный инвертор, управляющие 5 цепи тиристоров инвертора связаны через -переключатель с выходом системы импульсно-фазового управления инвертором и выходом распределителя Ш1пульсов, управляющие входы систе10 мы импульсно-фазового управления

связаны с выходом датчика выходного , - напряжения инвертора, устройство выбора ражимов коммутации, выход которого связан с зшравляющим входом

15 системы импульсно-фазового управления выпрямителем, управляющим вхо- дом шунтирующего тиристора и управляющим входом переключателя, блок определения начального положения ро20 тора, выход которого подключен к установочному входу распределителя импульсов, содержащий переключатель

для подключения обмотки возбуждения к цепи переменного тока, и фазочув- 25 ствительное устройство, вход которого связан с выходом инвертора, о т..(

личающийся тем, что, с

целью повышения надежности, он снабжен датчиком входного тока вьшрями30 теля, цепью задания момента нагрузки и моделирующим блоком, вьшолнен- HbiM в виде соединенных последовательно по входу-выходу первого и второго интеграторов и компаратора,

5 второй интегратор вьшолнен с входом обнуления первый вход первого интегратора соединен с выходом датчика входного тока вьтрямителя, второй вход первого интегратора связан с выQ ходом цепи задания момента нагрузки, выход компаратора связан суправлякг- щим входом распределителя импульсов и с входом обнуления второго интегратора,

а вход устройства выборе режимов коммутации связан с выходом компаратора.

фие2

Редактор Л, Пчелинская

Заказ 5036/54Тираж 631Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 .

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

(рае.З

Составитель А. Санталов

Техред Л.Сердюкова КорректорМ. Демчик