Вентильный электродвигатель Советский патент 1986 года по МПК H02K29/06 

нем смещения рабочей точки, В калсдый канал введено по три логических элемента (Э) совпадения. В первом канале это логические Э 16-18. Первые входы этих Э непосредственно или через ключи 19 подключены на выходы соответствунщих нуль-органов. Вторые входы подключены на соответствукщие устройства 20 преобразования сигналов с датчика 9 положения ротора в импульсы длительностью 60 эл. град. В этот канал входят также инвертирующие логические Э 22 и 58, логические Э совпадения 23, 24, 29, 30, статический триггер 38 и ключ 39. Дополнительно введены блок 54 определения режима работы, блок 55 сравнения фактического уровня скорости с заданным и статический триггер 57. Первый вход статического триггера через Э совпадения 56.связан с выходами блока 54

определения режима работы и блока 55, а второй вход через дифференцируклцие цепочки 21 связан с датчиком 9 положения ротора. Блок 54 определения режима работы содержит логические Э И-НЕ 59-62, а статический триггер 57 логические Э И-НЕ 63 и 64. Благодаря вновь введенным Э процесс переключений зон управления тиристоров инвертора вентильного электродвигателя происходит после смены направления вращения и совпадает с моментом ввдачи очередного управляющего импульса на тиристоры инвертора, что исключает возможность подключения в момент перехода скорости двигателя через нуль секций обмотки, не соответствующих заданному направлению вращения. Это уменьшает дополнительные колебания

скорости и повьппает надежность в ра

боте БД. 2 ил. .

Изобретение относится к электротехнике, а именно к эл. машинам. Целью изобретения является повышение надежности вентильного электродвигателя (ВД). ВД содержит синхронную машину 1, секции якорной обмотки которой через инвертор 2 подключены к источнику 3 регулируемого напряжения. Имеются датчик 9 положения ротора, индикатор 10 направления вращения, генератор I1 пилообразных напряжений и нуль-органы 12-14 с различным уров(Л с: tc 4 СО N

Изобретение относится к области электротехнике,в частности к вентильным электродвигателям (БД) регулируемого электропривода переменного тока, может найти применение в электроприводах металлорежущих станков и других механизмов и является усовершенствованием устройства по авт. св. Ь 970578.

Цель изобретения - повьшение надежности вентильного электродвигателя.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема предлагаемого вентильно;Го электродвигателя; на фиг. 2 времеш1ые диаграммы, поясняющне работу устройства.

На фиг. 2 показаны графики изменения составных частей момента двигателя в зависимости от угла поворота ротора, развиваемого oтдeльны ш фаза ми якорной обмотки при обтекании j-ix током 1, момент рассчитьюается по формуле

м Р s,U

.5

где Р - мощность фазы двигателя; скорость вращения ротора

двигателя;

- мгновенное значение ЭДС вращения .

U-,o,.Uii и„, Uj,, , , Ugj и Ug представляют собой логические сигналы на выходах соответствующих элементов схемы фиг. 1.

БД содержит синхронную мащину 1, секции якорной обмотки кЪторой через инвертор 2 подключены к источнику 3 регулируемого напряжения, состоящего, например, из регулируемого выпрямителя 4 с системой 5 импульснофазового управления, системой 6 регулирования тока и скорости, датчиком 7 нулевого тока, задатчиком 8 скорости и направления вращения. Имеется датчик 9 положения ротора.

К выходам каналов датчика пути подключены входы индикатора 10 направления вращения и генератора 11 5 пилообразных напряжений, содержащег го, например, счетное устройство и преобразователь код-аналог. Выход генератора пилообразных напряжений подключен на входы нуль-органов 1214, имеющих разный уровень смещения рабочей точки. Вторые входы нуль-органов объединены и подключены к выходу задатчика 15 угла управления инвертором. Имеется по три на каждый канал логических элемента совпадения с объединенными выходами (на первый канал логические элементы 16-J8), первые входы которых непосредственно или через ключи I9 (для реверсивного ВД) подключены к выходам соответствующих нуль-органов. Вторые входы логических элементов 16-18 подключены на соответствующие выходы устройства 20 преобразования сигналов с датчика положения ротора в, импульсы длительностью 60 эл. град. устройства. 20 через дифференхщрующие цепочки 2I подключены также на вход генератора 1 1 шшообразных напряжений. Объединенные выходы логических элементов 16-18 совпадения подключены через инвертирукяций логический элемент 22 на входы логических элементов 23 и 24 созпадения первой группы, вторые входы которых подключень соответственно непосредственно и через инвертирующий логический элемент 25 (для других каналов управления через логические элементы 26 и 27) и ключи 28 (для реверсивного ВД) на вход датчика положения ротора. Имеются логические элементы 29 и 30 совпадения второй группы, первые входы которых подключены соответственно непосредственно и через инвертирующий логический элемент 31 (для других каналов управления через логические схемы 32 и 33) на выход датчика положе шя ротора БД.

Вторые входы логических элементов 29 и 30 совпадения второй группы объединены и подключены через логический элемент И-НЕ 34 на ВЬЕХОДЫ узла 35 дифференцирования фронтов сигналов с индикатора направления вращения, узла 36 фиксации,исходного состояния схемы, представляющего из себя, например, релейньш элемент, включенный в исходном состоянии схемы, и логическое устройство 37 бестокового переключения режимов работы. Соответствующие выходы дополнительно введенных логических элеменТов совпадения первой и второй групп объединены и подключены на входы статических триггеров (для первого

канала управления на вход статического триггера 38), выходы которых непосредственно или через ключи 39 (для нереверсивного ВД с торможением и реверсивного ВД) подключены к соответствующим входам дешифратора сигналов с триггеров. Логические элементы 16-18, 22-24, 29 и 30 с триггером 38 и ключами 39 предназначены для формирования зон управления противофазными тиристорами инвертора, подключенными к фазе А синхронной машины. Для управления противофаз,нымн тиристорами инвертора, подключенными к фазам В и С синхронной машины, служат группы схем 40 и 41.

Выходы дешифратора на логических элементах подключены на входы импульсных устройств 48-53 управления тиристорами инвертора.

Устройство содержит также блок 54 определения режима работы, блок 55 сравнения фактического уровня скорости с заданным, элемент 56 совпадения и статический триггер 57, первый вход которого через элемент 56 совпадения связан с выходал ш блока 54 определения режима работы и блока 55 сравнения фактического уровня скорости с заданным, а второй вход через дифференщфующие цепочки 21 - с датчиком 9 положения ротора. Первьш выход статического триггера 57 соединен через инвертирукяций логический элемент 58 с вторыми входами логических элементов 23 и 24 совпадения первой группы, а второй выход через элемент 34 совпадения - с вторЬЕМи входами логических элементов 29 и 30 совпадения второй группы. Первый вход блока 54 определения режима работы соединен с выходом шщикатора 10 направления вращения, а второй - с выходом логического устройства 37 бестокового переключения режимов работы. Вход блока 55 сравнения фактического уровня скорости с заданным подключен через дифференщфующие цепочки 21 к 9 положения ротора.

Блок 54 определения режима работы содержит логические элементы И-НЕ 5962. Статический триггер 57 содержит логические элементы И-НЕ 63 и 64.

,Вс.педствие указанного подключения введенных элементов на низкой скорости в тормозном режиме блокируется работа логических элементов.совпадения ц,ервой хруппь, через которые проходят регулируемые по фазе импульсы, и разрешается работа элементов совпадения второй группы, пропускающих нерегулируемые по фазе импульсы с датчика положения ротора, при исполь зовании которых углы управления ключами инвертора при смене направления вращения изменяются без дополнительных переключений с с1 О в тормозном режиме на f) О в двигательном режине (по отношению к точке пересечения фазных ЭДС холостого хода синхронной машины), что исключает неправильное подключение секций синхронной машины Автоматическая смена углов управления с о(0на 0 при смене направления вращения происходит потому что при направлении вперед полезньй сигнал на выходе датчика положения ротора начинает появляться при совпадении лередней части сектора диска с чувствительной головкой, а при направлении назад - с задней частью сектора диска, что равноценно смене фазы управляющего сигнала на 180 эл. град. Переход на режим регулирования уг ла f происходит в функции сигнала с дифференцирующих цепочек, выдающих его в 0, после переключения индикатора направления вращения или од новременно с ним и появления на выходе датчика режима работы сигнала, свидетельствукацего о двигательном режиме, т.е. тогда, когда изменение направления вращения завершилось. В исходном состоянии схемы на вы ходе задатчика 8 скорости нулевой сигнал, углы управления тиристорами выпрямителя близки к 160 эл. град. и напряжение на выходе источника 3 регулируемого напряжения равно нулю На .выходе узла 36 фиксации исход ного состояния схемы логический нул которьш переводит счетное устройство генератора пилообразных напряжений в исходное состояние тогда, ког да на его выходе также нулевой сигнал. При этом в зависимости от уровня сигнала с устройства 15 логический нуль может быть на выходе всех нуль органов или только двух. В первом случае на выходе логических элементов 16-18 совпадения первого канала управления, а также на выходе анало гичных элементов других каналов поя ляется логическая единица, на выход инвертирующего логического элемента 22 - логический нуль, а на выходах элементов 23 и 24 - логическая единица, которая не влияет на состояние триггера 38. Одновременно на выходе логического элемента И-НЕ 34 под действием сигнала с узла 36 появляется логическая единица, которая снимает блокировку с входа логических элементов . 29 и 30 совпадения. При этом сигнал на выходе элементов 29 и 30, а значит и состояние триггера 38 определяются сигналом на их первых входах с датчика положения ротора. Во втором случае, когда на выходе одного из нуль-органов логическая единица, сигналы на выходах логических элементов 23 и 29, 24 и 30 совпадают и определяются сигналами с датчика положения ротора. Сигналы с выходов статических . . триггеров через ключи 39 (для первого каналауправления ) поступают на входы элементов 42-47 совпадения, на третьи входы которых поступает сборка импульсов управления регулируемого выпрямителя и импульсы управления тиристоров инвертора, сформированные, например, по фронтам переключения триггеров 38 и триггеров других каналов управления. При наличии логическ1йс единиц на .всех третьих входах соответствующих двух из шести логических элементов 4247, на их вькодах появляется логический нуль, а на выходе двух из шести им пульсных устройств 48-53 ; появляется управляющий сигнал, которйШ открывает соответствующие два тиристора инвертора. Но поскольку на выходе выпрямителя напряжение отсутствует, ток в секциях синхронной машины не протекает и ротор двигателя неподвижен. На выходе блока 55 се авнения фактического уровня скорости с заданным в. неподвижном состоянии ротора сигнал соответствует лопмеской единице, а сигналы на выходах индикатора 10 направления вращения и устройства 37 бестокового переключения ре}кимов работы не определены, не определены и сигналы на вь1ходе блока 54 определег . ния режима работы, а значит и на выходах статического триггера 57. Однако его сигналы или не влияют на статический триггер 38 (в одном положении триггера 57) или подтверлсдают его состояние .(в другом положении триггера 57), определяемое сигналами с дат чика 9 положения ротора в соответствии с сигналом с узла 36 фиксации ис ходного, состоянир. схемы. При появлении напряжения на выход задатчика скорости заданной полярнос ти, соответствующей, например,направ лению Вперед, углы управления тиристорйми выпрямителя 4 становятся меньше 90 эл. град, и на выходе выпрямителя 4. появляется напряжение.Од новременно логическое устройство 37 переключается в состояние, соответст вующее направлению Вперед, перевод при этом ключи 39 в положение, кргда на входы логических элементов 42-47 поступают сигналы с выходов триггеров 38 (для первого канала управления, также соответствующие направлению Вперед. На выходах двух импульсных устройств появляются управляющие импуль сы, два тиристора инвертора 2 открываются и по секциям синхронной машин в соответствии с состоянием датчика положения ротора начинает протекать тою, и ротор двигателя поворачивается на определенный угол. Индикатор 1 .направления вращения включается в состояние, соответствующее направлению Вперед, включая в этом же направлении ключи 19. При повороте ротора на выходе генератора 11 пилообразных напряжений сигнал снижается по линейному закону ( может быть построена схема БД, работающая и на нарастание сигнала на выходе генератора пилообразных напряжений). При уменьшении на 1зходе нуль-органа 12 суммы сигналов с генератора I 1 и источника смещения ниже сигнала с задатчика 15 на его выходе по является логическая единица, которая поступает на первый вход логического элемента 6 первого канала управления и первые входы аналогичных элементов второго и третьего каналов уп равления. При этом в соответствие с 60-градусной зоной разрешения (наличие логической единицы на втором входе, например, логического элемента 16 с устройства 20) сигнал с нуль-органа проходит через логический элемент 22 на вход логических элементов 23 и 24 совпадения, на один из первых входов которых поступает дигнал разрешения (логическая единица) длительностью 180 эл. град, через ключи 28 с датчика 9 положения ротора. При наличии двух логических единиц на входе логического элемента 23, на его выходе появляется логический нуль, который переключает статический триггер 38. Сигнал на входах логических элементов И-НЕ 42, 43,.46 и 47 изменяется, что приводит к включению других импульсных устройств и открытию другой пары ключей инвертора 2. При этом ток нагрузки протекает по другим секциям синхронной машины и ротор двигателя начинает поворачиваться на следующие 60 эл.град. В моменты смены сигналов с каналов датчика положения ротора (через 60 эл.град.) дифференцирующие цепочки 21 пропускают передуши фронт сигнала на вход генератора пилообразных напряжений, который приводит генератор в исходное состояние. При дальнейшем повороте ротора сигнал на его выходе вновь снижается по прямолинейному закону и после его уменьшения ниже задающего с задатчика 15 вновь включается нуль-орган и сигнал с него проходит в соответствии с зонами разрешения с устройства 20 и с датчика положения ротора на вход статического триггера, но уже другого капала управления. Вновь происходит переключение ключей инвертора 2 и поворот ротора еще на 60 эл. град. Синхронная MaimiHa работает в двигательном режиме. При этом на выходе узлов 35 и 36 находятся логические единицы, а на вьосоде логического элемента И-НЕ 34 - логигческий нуль, которьй запреп ает прохождение сигнала с датчика положения ротора на логические элементы 29 и 30.. Статический триггер управляется сигналами с нульоргана в соответствии с сигналами эон разрешения с датчиков 9, поступающими через ключи 28 и логические элементы 25-27 на входы логических элементов 23 и 24. При работе БД в двигательном режиме сигнал на выходе блока 54 определения режима работы соответствует логическог-о. нулю, а ил выходе элемента 56 совпадения - логической единице, которая не влияет на состояиие статического триггера 57, переключенного сигиапамп с блока дифферен1.щруюих цепочек 21 в состояние, когда на его первом выходе находится (выход логического элемента И-НЕ 64) логический нуль, а на его втором выходе (вы ход логического элемента И-НЕ 63) логическая единица. Сигнал на перевод БД в тормозной режим или на реверс поступает с системы 6 регулирования тока и скорости При этом тиристоры выпрямителя 4 переводятся в инверторный режим, ток секции синхронной машины спадает до йуля, логическое устройство 37 переключается, переключая ключи 39 таким образом, чтобы фаза сигналов со ста|Тических триггеров на входы логических элементов 42-47 сменилась на 180 эл. град. Одновременно в момент переключения логического устройства 37 на одном из его выходов кратковременно появляется логический нуль, который поступает на вход логического элемента И-НЕ 34, На его выходе появляется логическая единица, которая поступает на входы логических элементов 29 и 30 первого канала- управления и входы аналогичных .схем других каналов управления. При этом на их вьЕходах появляются сигналы в соответствии с сигналами датчика 9, приводя в соответствие с ними состояние статических триггеров. , Если в первьм момент после исчез.новения логического нуля на входе элемента 34 сигналы на выходе нульорганов 12-14 равны нулю, то углы уп равления тиристоров инвертора 2 уста навливаются в соответствии с датч;и ком положения ротора, сохраняя свое значение до прихода информации с нул органов . Аналогичным образом происходит об новление информации на входе статических триггеров и при смене направления вращения. При этом в случае ,переключения индикатора направления вращения через узел 35 дифференцирования фронтов сигналов на входе логи :ческого элемента 34 появляется крат ковременно логический нуль, а на ег выходе - логическая единица, разрешая прохождение сигналов с датчика 9 на вход статических триггеров. При работе двигателя в тормозном режиме на высокой скорости, когда требуется регулировка углов управления тиристоров инвертора , например : с целью ограничения напряжения на выходе тиристоров инвертора 2, работающих при торможении в вьшрямительном режиме (оно не должно превышать противо-ЭДС на входе регулируемого вьтрямителя, работающего при тормо жении в инверторном режиме), на выходе блока 55 сравнения фактического уровня скорости с заданным сохраняет / - .- ,, ся логический нуль, а на выходе элемента 56 совпадения - логическая единица, которая не влияет на состояние статического триггера 57. На выходе блока 54 определения режима работы при торможении двигателя сохраняется логическая единица. При снижении скорости в тормозном рёжнме ниже заданной, на выходе блока 55 появляется логическая единица, которая поступает на вход элемента 56 совпадения. При наличии на обоих его выходах логических единиц, на его выходе появляется логический нуль, который поступает на вход статического триггера 57 и переключает его в состояние, когда на выходе логического элемента 64 появляется логическая единтща, а на выходе логического элемента 63 - логический нуль. При этом на выходе логического эле мента 34 появляется логическая единица, разрешающая прохождение сигналов гС датчика 9 положения ро.тора через элементы 29 и 30 совпадения, на вход триггера 38, а на выходе инвертируюдего логического элемента 58 появляется логический нуль, запрещающий проховдетше регулируемых по фазе сигначов с нуль-органов 12-14 на входы триггера 38. В дальнейшем торможение происходит с нерегулируемыми углами открьшания тиристоров инвертора d 0 (по отношению к точке пересечения фазных ЭДС холостого хода синхронной машины). Если в процессе торможения поступает сигнал на разгон электродвигателя в другом направлении, то после снижения скорости до нуля ток в фазах синхронной машины сохраняется прежним, сохраняется и вращающий момент на ее валу, зависящий от величины тока фаз и их взаимного положения относительно ротора. При этом ротор стремится занять такое положение,ког да момент становится равным нулю,т.е. когда результирующая ось двух секций ,с овпадает с осью магнитных полюсов индуктора синхронной машины. Поскольку вращающий момент синхронной машины, стремящийся установить индуктор в данное.положение, совпадает с вращающим моментом двигательного режима другого направления, ротор двигателя начинает поворачиваться в данном направлении. Но до нейтрального положения он не доходит, так как датчик положения ротора выдает сигнал на включение других фаз синхронной машины, но уже задним фронтом своего сигнала, длительность которого 180 эл.град. (для другого направления вращения он является передним фронтом)., Таким образом, фаза управляющих сигналов с датчика положения ротора без дополнительных переключений в це пях управления меняется на 180 эл. град, по отношению к фазной ЭДС синхронной машины, га режим работы синхронной машины автоматически меняется с тормозного на двигательный. При повороте ротора двигателя на определенный угол, соответствующий зоне нечувствительности индикатора направления вращения, сигнал на его выходе меняется, меняется и сигнал на выходе блока 54 определения режима работы с логической единицы на логический Нуль, соответствующий двигательному режиму работы.

При этом на выходе элемента 56 совпадения появляется логическая единица, не влияющая на состояние статического триггера 57, который при поступлении логического нулевого сигнала на другой его вход с дифференцирующих цепочек переключается в положение, когда на выходе логического элемента 63 появляется логическая единица, а на выходе логического эленента 64 - логический нуль. Запрет на прохождение регулируемых по фазе импульсов на вход статического триггера 38 снимается, а появляется запрет на прохождение импульсов с датчика положения ротора, не регулируемых по фазе. Процесс реверса эаканчивается и в дальнейшем двигатель работает в заданном режиме.

тический- триггер, первый вход которого через элемент совпадения связан с выходами блока определения режима работы и блока сравнения фактического уровня скорости с заданным, а второй вход через дифференцирующие цепочки с выходом датчика полржения ротора, nepBbrii выход статического триггера связан с вторьп/и взтодами логических элементов совпадения первой группы, а втброй выход связан с вторыми входами логических элементов совпадения второй группы, первый вход блока определения режима работы связан с выходом индикатора направления вращения, а второй его вход связан с выходом логического устройства бестокового переключения режимов работы, вход блока сравнейия фактического уровня скорости с заданным связан через дифференцирующие цепочки с выходом датчика положения ротора. Таким образом, благодаря использованию вновь введенных элементов, процесс переключений зон управления тиристоров инвертора вентильного электродвигателя происходит после смены направления вращения и совпадает с моментом вьдачи очередного управляющего импульса на тиристоры инвертора в О, что исключает возможность подключения, в момент перехода скорости двигателя через нуль, секций синхронной машины, не соответствующих заданному направлению вращения. Это уменьшает дополнительные колебания скорости и повьш1ает надежность работы вентильного электродвигателя.( Формула изобретения Вентильный электродвигатель по авт. св. f 970578, отличающийся тем, что, с ЦЕЛЬЮ овьш1ения надежности, в него введены блок определегая режима работы, блок сравнения фактического уровня скорости с заданным, элемент совпадения и стаА/