Высокоскоростной вентильный электродвигатель Советский патент 1986 года по МПК H02K29/06 

to

о

СХ)

4

ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ по авт.св. № 1197018, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, он снабжен устройствами согласования напряжения с тремя входами, датчиком напряжения питания, датчиком ЭДС обмотки, логическими элементами ИЛИ и коммутирующими элементами, включенными в цепь между датчиком положения ротора и распределителями управляющих импульсов, причем входы устройства согласования напряжения соединены с датчиками напряжения питания и ЭДС обмотки и устройством переключения режима работы, выход соединен с управляющим входом коммутирующего элемента и одним из входов элемента ИЖ, другой вход которого соединен с устройством переключения режима работы, а выход - с входом распределителя (Л управляющих импульсов.

N)

Изобретение относится к электротехнике, а именно к высокоскоростным электродвигателям, и может быть использоьано в приводах высокооборотных механизмов, не требующих больших пусковых моментов таких как компрессоры, насосы, центрифуг и другие устройства.

По основному авт. св. № 1197018 ..известен высокоскоростнай вентильный :электродвигатель, содержащий индуктор, якорь с мнргофазной обмоткой, от каждой фазы которой выполнены отводы, датчик положения ротора, тиристорный коммутатор, через которьм к источнику питания подключена якорная обмотка, дополнительный коммутатор, через который к источнику питания подключены отводы якорной обмотки и кадый ключ которого состоит из последовательно соединенных вспомогательного тиристора и транзистора. Двигатель содержит также систему управления, включающую в себя усилителифорг-мрователи, устройство переключения режима работы и распределители управляющих импульсов с двумя управляющими входами, выходы каждого из которых соединены с управляющими цепями силовых ключей обоих коммутаторов, один из входов - с выходом датчика положения ротора, а другой . вход - с устройством переключения режима работы.

Дополнительный коммутатор служит для пуска двигателя, когда питание, подаваемое с управляемого-по напряжению источника, например с управляемого выпрямителя, существенно ниже номинального. При этом максимальное напряжение, подаваемое с источника питания на транзисторы дополнительного коммутатора, ограничено предельно допустимыми параметрами транзисторов. Благодаря тому, что допол1штельный коммутатор подключен к отводам обмотки, частота вращения двигателя при его работе превосходит частоту вращения при работе двигателя с тириеторным коммутатором на том же напряжении питания. После разгона двигателя до частоты в)эащения, на которой возможна работа с тириеторным коммутатором в режиме естественной коммутации, осу ществляется переключение с дополнительного коммутатора на основной - тиристорный, а соответственно, на

другое число витков статорной обмот ки и, кроме того, на другое (повышенное) напряжение питания. При снижении скорости имеет место обратная

последовательность описанных процессов управления.

Недостаток известного электродвигателя обусловлен его низкой надежностью. Это объясняется тем, что

при одновременном переключении по сигналу режима работы на другой коммутатор, другое число витков и другое напряжение в устройстве отсутствует контроль и согласование происходящих при этом процессов, а именно соответствия входного напряжения ЭДС, наведенной в обмотке статора. . Если при переходе с дополнительного коммутатора на основной не имеет существенного значения тот факт, что напряжение на входе коммутатора не успело возрасти до требуемого значения, например,вследствие наличия реактивных элементов в управляемом

выпрямителе (это только приводит к некоторой неизбежной потере частоты вращения), то при обратном переходе, когда напряжение на входе дополнительного коммутатора, не успев

снизиться до требуемого значения, уже подано на транзисторы, может иметь место выход из строя транзисторов от перенапряжений на их цереходах, что и обусловливает низкую надежность двигателя.

Цель изобретения - повышение надежности электродвигателя.

Указанная цель достигается тем, что электродвигатель дополнительно снабжен устройством согласования напряжения с тремя входами, датчиком напряжения питания, датчиком ЭДС обмотки, коммутируюЕ5им элементом и логическим элементом ШШ, причем входы устройства согласования напряжения соединены с датчиком напряжения питания и ЭДС обмотки и устройством переключения режима работы, выход соединен с входом коммутирующего элемента, включенного в цепь между датчиком положения и распределителями управляющих импульсов, а также с одним из входов элемента ИЛИ, другой 5 вход которого соединен с устройством переключения режима работы, а выход с входом распределителя управляюоцгх импульсов. 3 На фиг. 1 представлена блок-схем электродвигателя; на фиг. 2 - схема устройства согласования напряженияJ на фиг. 3 - диаграммы напряжений, снимаемых с элементов электродвигателя . Высокоскоростной вентильный элек тродвигатель содержит мостовой тиристорный коммутатор 1 с силовыми ключами 2-7, через которые к источнику питания подключены фазы 8-13 Параллельно тиристорному коммутатору 1 подключен дополнительный комму татор 14 с силовыми ключами 15 - 20 каждый из которых, например ключ 15 состоит из последовательно соединен ных тиристора 21 и транзистора 22, шунтированных в обратном направлении диодом 23. Через силовые ключи 15-20 коммутатора 14 с источником питания соединены отводы 11-13 статор ной обмотки. Силовые ключи комму таторов 1 и 14, через которые с источником питания соединена одна и та же фаза статорной обмотки, своими управляющими цепями связаны с од ним и тем же распределителем 24 управляющих импульсов. Согласно фиг.1 с распределителем 24 управляющих им пульсов через усилители-формировате ли 25-27 соединены управляющие цепи силовых ключей 2 и 15. Каждый распределитель 24 управляющих импульсов соединен своим вхо дом через коммутирующий элемент 28 с датчиком 29 положения ротора, а другим входом через логический элемент ИЛИ 30 - с устройством 31 переключения режима работы. Электродвигатель снабжен датчиком 32 напря жения питания и датчиком 33 ЭДС, снимаемой с фаз якорной обмотки, например с отводов 11-13 якорной обмотки, выходы которых соединены с входами 34 и 35 устройства 36 согласования напряжения. Третий его вход 37 соединен с устройством 31 переключения режима работы, а выход 38 - с управляющим входом 39 ком мутирующего элемента 28 и свободным входом логического элемента ИЛИ 30. Устройство 36 согласования напря жения (фиг. 2) обеспечивает управление коммутирующим элементом 28 в зависимости от соотношения значеинй напряжения питания и ЭДС обмотки в моменты переходы с дополнитель ного коммутатора 14 на основной и 44 наоборот, т.е. в моменты перехода с искусственной коммутации на естественную и наоборот. Устройство 36 согласования напряжения содержит форм1фователь 40 импульсов, обеспечивающий формирование импульсов по переднему и заднему фронтам сигнала, поступакидего с устройства 31 переключения режима рабЬты, схему 41 совпадения, .осуществляющую вьщачу импульса при совпадении амплитуд напряжения питания и ЭДС, снимаемых соответственно с датчиков 32 и 33, а также триггер 42 с двумя устойчивыми состояниями, на один вход 43 которого поступает сигнал с формирователя 40 импульсов, на другой вход 44 - сигнал со схемы 41 совпадения, а выход является вы-. ходом 38 устройства 36 согласования напряжения. Формирователь 40 импульсов выполнен на логических элементах НЕ 45-47 и логических элементах И-НЕ 48-50. Схема 41 совпадения содержит потенциометр 51, нуль-органы 42 и 53, выпрямители 54 и 55 и логические элементы И-НЕ 56-58. Нуль-органы 52 и 53 осуществляют сравнение по амплитуде сигналов, поступающих с датчиков 32 и 33, и с помощью выпрямителей 54 и 55 выдают сигнал в моменты совпадения амплитуд ЭДС и напряжения . Логические элементы И-НЕ 56-58 обеспечивают прохождение сигналов с нуль-органов 52 и 53 на вход 44 триггера 42. На диаграммах сигналов, снимаемых с элементов двигателя (фиг, 3), индекс в обозначении сигнала соответствует элементу, с которого этот сигнал снимается. Электродвигатель работает следующим образом. При наличии сигнала на пуск электродвигателя с устройства 31 переключения режима работы отсутствует сигнал Ujj на распределитель 24 управляющих импульсов 24, благодаря чему , обеспечивается коммутация фаз якорной обмотки двигателя с помощью транзисторов 22 дополнительного коммутатора 14. При этом запитывается только часть обмотки, поскольку через дополнительный коммутатор 14 к источнику питания подключены отводы 11-13. Управление ключами дополнительного коммутатора 14 осуществля5ется с помощью сигналов датчика 29 положения ротора, поступающих только на управляющие цепи транзисторов 22, Тиристоры 2 - 7 в этом режиме работы заперты, дополнительные тиристоры 21 отперты. По достижении двигателем частоты вращения, при которой обеспечивается надежная работа тиристорного коммутатора 1 в режиме естественной коммутации, осуществляется переход с дополнительного коммутатора 14 на основной, при котором, помимо пв реключения на другие силовые ключи, обеспечивается переключение на другое число витков фаз якорной обмотки и на другое (повышенное) напряжение питания. В отличие от прототипа, в котором такое переключение осуществляется без контроля значений ЭДС и напряжения питания, в пред лагаемом электродвигателе переключение обеспечивается только при равенстве значений ЭДС подключаемой обмотки и напряжения питания. Сигналы пропорциональны по амплитуде значениям ЭДС и напряжения, поступающим с датчика 33 ЭДС и датчика 32 напряжения на входы 35 и 34 устройства 36 согласования напряжения. На схеме 41 сравнения обеспечивается сопоставление поступающих сигналов по амплитуде на нуль-органах 52 и 53 и в случае равенства вьщача сигнала на вход триггера 44, разрешающая работу двигателя на тиристорах 2-7 основного коммутатора 1. Пока напряжение питания не достигнет по амплитуде значения ЭДС, формирователь 40 импульсов выдает на вход 43 триггера 42 сигнал, запрещающий работу коммутатора 1. На фиг. 3 Ujj - сигнал с устройст ва 31 переключения режима работы, подаваемый при работе в режиме естественной коммутации. Логический элемент НЕ 46 осуществляет инвертирование сигнала, а логически-е элементы 45, 47 - 50 обеспечивают выда чу импульсов по переднему фронт сигналов Uj и и, . Наличие импульсо или на входе 43 триггера 42 имеющих место при переходе с режима искусственной коммутации на естественную и наоборот, обеспечивает под чу сигнала ИЗЕ на вход 39 коммути44«рующего элемента 28,, прерывающего поступление импульсов с датчика 29 положения ротора на распреде-литель 24 управляющих импульсов. Поступление импульсов Ujg возобновляется только при подаче сигнала на вход 44 триггера 42, Это происходит при равенстве значений напряжения питания и ЭДС фаз якорной обмотки. Сигналы U, и , пропорциональные напряжению питания и ЭДС поступают на входы нуль-органа 52, который срабатывает при равенстве поступающих сигналов U и . При этом с выхода выпрямителя 54 снимается импульс, который формируется с помощью логического элемента И-НЕ 56, На другой вход элемента И-НЕ 56 поступает сигнал Uj с устройства переключения режима работы. Его наличие обеспечивает срабатывание логического элемента И-НЕ 56 только при переходе с искусственной коммутации на естественную. Сигнал Uijg , продублированный на элементе И--НЕ 58, поступает на вход 44 триггера 42, обеспечивая снятие импульса , запрещакяцего прохождение импульсов с датчика 29 положения ротора на тиристорный коммутатор 1, Аналогичным образом работает тракт, включающий в себя нуль-орган 53, выпрямитель 55 и логический элемент ИНЕ 57, предназначенный для перевода двигателя с режима естественной коммутации на режим работы с искусственной коммутацией. При этом запрещающий импульс. и)2 имеет место в период неравенства значений ЭДС и мапряжения, а именно в период, характеризуемый снижением напряжения на входе коммутаторов до значения,, соответствующего значению ЭДС на фазах якорной обмотки. Сигналы Ujj , Ujg и Uj характеризуют работу двигателя в режимах искусственной и естественной коммутации на дополнительном коммутаторе 14 и основном коммутаторе 1, Технико-экономический эффект от внедрения предлагаемого электродвигателя обуаповлен повышением надежности работы дополнительного транзисторного коммутатора, а следовательно, срока службы устройства в целом.

tfkj.2