Вентильный электродвигатель Советский патент 1987 года по МПК H02P6/00 H02K29/00 

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

Целью изобретения является расширение области применения производственные механизмы с моментом сопротивления произвольного вида.

Исходное состояние схемы вентильного двигателя: управляющий сигнал Ua (фиг. 2) равен нулю и напряжение на выходе

На фиг. 1 представлена блок-схема вен- io выпрямителя 1 отсутствует. После подачи

тильного электродвигателя; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу электродвигателя.

Вентильный электродвигатель содержит выпрямитель 1, выход которого последовательно

сигнала включения вентильного двигателя на первом выходе блока 23 определения начального положения ротора появляется сигнал U24 на включение ключа 22 (момент времени to). Переменное напряжение, пос дросселем 2, шунтированным 15данное в обмотку возбуждения синхронной

тиристором 3, подключен к входу инверто-машины 5, трансформируется в три фазы

ра 4, выход последнего соединен с обмотка-статорной обмотки и поступает на входы

ми якоря синхронной электрической маши-фазочувствительного выпрямителя 21. В заны 5. Выпрямитель 1, дроссель 2 и инвер-висимости от положения ротора относительтор 4 образуют преобразователь частоты „но статора на выходах фазочувствительного

вентильного электродвигателя. Управляю-выпрямителя 21 создается соответствующая щие цепи тиристоров выпрямителя 1 через систему 6 импульсно-фазового управления

подключены к блоку 7 выбора режимов коммутации, который одновременно подключен к

комбинация сигналов (положительных и нулевых), которые подаются на входы установки начального состояния распределителя 11 импульсов. Одновременно в момент времени

блоку 8 управления тиристором 3 и к управ- 25 to с второго выхода блока 23 подается сигляющему входу переключателя 9. Управляющие цепи тиристоров инвертора могут быть подключены через блок 10 управления и переключатель 9 либо к выходу распределителя 11 импульсов, либо к выходу .системы

нал разрешения Uas в распределитель 11 импульсов. В момент времени ti с третьего выхода блока 23 (сигнал U26) на вход распределителя 11 подается стробирующий сигнал записи исходной информации, которая

12 импульсно-фазового управления, которая 30 поступает в распределитель П импульсов

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 сумматора 16, второй вход

которого соединен с выходом фильтра 17. 35 тиристоров инвертора 4. Вход фильтра 17 подключен к выходу датчика 13 напряжения. Выход сумматора 16 подключен к входу интегратора 18. Выход интегратора 18 соединен с входом компас фазочувствительного выпрямителя 21. С выхода распределителя 11 импульсов сигналы через переключатель 9 поступают в блок 10 управления тиристорами, где усиливаются и подаются к управляющим электродам двух

По истечении выдержки времени 1з переключатель 22 отключается. В момент Is подается управляющий сигнал U,,. Система 6

ратора 19, выход которого соединен с входом .Q импульсно-фазового управления выдает сиграспределителя 11 импульсов, входом 20 обнуления интегратора 18 и с входом блока 7 выбора режимов коммутации. Входы установки исходного состояния распределителя 11 импульсов соединены с выходами фазоналы управления на тиристоры выпрямителя 1. Напряжение с выпрямителя 1 подается на инвертор 4, а через его два открытых тиристора - к двум обмоткам якоря синхронной машины 5. Появляется ток

чувствительного выпрямителя 21, входы ко- 45 двигателя, который через трансформатор 14

торого соединены с обмотками якоря синхронной машины 5 через переключатель 22, управляющая катушка последнего подсоединена к первому выходу блока 23 определения начального положения ротора, а второй

тока поступает на вход датчика 15 тока, преобразуется датчиком 15 тока в нормированный сигнал и подается на первый вход сумматора 16. Напряжение Uis пропорционально падению напряжения в якоре сини третий выходы блока 23 соединены с уп- 50 хронной машины. Одновременно напряжеравляющими входами распределителя 11 импульсов.

Фильтр 17 предназначен для выпрямления переменного трехфазного сигнала датчика 13 напряжения в постоянное напря ке- ние и сглаживания пиковых импульсов напряжения. Он состоит из диодного трехфазного моста и конденсатора, подключенного к выходу моста.

55

ние через два тиристора инвертора 4 поступает на вход датчика 13 напряжения, преобразуется им в нормированный сигнал и подается на вход фильтра 17. С выхода фильтра 17 сигнал, пропорциональный напряжению, поданному на статор электрической машины, подается на второй вход сумматора 16. Указанные сигналы суммируются и усиливаются, и на выходе сумматора 16

1336186

Сумматор 16 необходим для суммирования и усиления двух сигналов: с датчика 15 тока и с фильтра 17. Коэффициенты усиления по каждому входу устанавливаются входными резисторами.

Вентильный двигатель работает следующим образом.

Исходное состояние схемы вентильного двигателя: управляющий сигнал Ua (фиг. 2) равен нулю и напряжение на выходе

выпрямителя 1 отсутствует. После подачи

сигнала включения вентильного двигателя на первом выходе блока 23 определения начального положения ротора появляется сигнал U24 на включение ключа 22 (момент времени to). Переменное напряжение, поданное в обмотку возбуждения синхронной

выпрямителя 21 создается соответствующая

комбинация сигналов (положительных и нулевых), которые подаются на входы установки начального состояния распределителя 11 импульсов. Одновременно в момент времени

to с второго выхода блока 23 подается сиг to с второго выхода блока 23 подается сигнал разрешения Uas в распределитель 11 импульсов. В момент времени ti с третьего выхода блока 23 (сигнал U26) на вход распределителя 11 подается стробирующий сигнал записи исходной информации, которая

поступает в распределитель П импульсов

поступает в распределитель П импульсов

тиристоров инвертора 4.

с фазочувствительного выпрямителя 21. С выхода распределителя 11 импульсов сигналы через переключатель 9 поступают в блок 10 управления тиристорами, где усиливаются и подаются к управляющим электродам двух

тиристоров инвертора 4.

По истечении выдержки времени 1з переключатель 22 отключается. В момент Is подается управляющий сигнал U,,. Система 6

импульсно-фазового управления выдает сигимпульсно-фазового управления выдает сигналы управления на тиристоры выпрямителя 1. Напряжение с выпрямителя 1 подается на инвертор 4, а через его два открытых тиристора - к двум обмоткам якоря синхронной машины 5. Появляется ток

двигателя, который через трансформатор 14

двигателя, который через трансформатор 14

тока поступает на вход датчика 15 тока, преобразуется датчиком 15 тока в нормированный сигнал и подается на первый вход сумматора 16. Напряжение Uis пропорционально падению напряжения в якоре синхронной машины. Одновременно напряже5

ние через два тиристора инвертора 4 поступает на вход датчика 13 напряжения, преобразуется им в нормированный сигнал и подается на вход фильтра 17. С выхода фильтра 17 сигнал, пропорциональный напряжению, поданному на статор электрической машины, подается на второй вход сумматора 16. Указанные сигналы суммируются и усиливаются, и на выходе сумматора 16

получается напряжение, пропорциональное скорости вращения вала электродвигателя.

Начиная с момента времени t2, входные сигналы сумматора 6 равны между собой до тех пор, пока электромагнитный момент двигателя не станет равным моменту статического сопротивления на валу (промежуток времени tc). Далее трогается из неподвижного состояния ротор синхронной машины 5, а на интеграторе 18 появляется входное напряжение, под действием которого интегратор 18 будет интегрировать до напряжения уставки Un (постоянное напряжение на втором входе компаратора 19). При соотношении напряжений на выходе компаратора 19 скачком появится сигнал Ui9- Через вход 20 обнуления интегратора 18 подается сигнал на ключ, который шунтирует (разряжает) конденсатор, ограничивая сигнал с выхода компаратора 19. Напряжение (импульс) Uig с выхода компаратора 19 поступает в блок 7 выбора режимов коммутации, который выдает сигнал в систему б импульсно-фазового управления тиристорами выпрямителя 1, переводя его в инверторный режим, и одновременно - в блок 8 управления тиристором 3, включая его для шунтирования дросселя 2 и, кроме того, напряжение Uig поступает в распределитель 11 импульсов, изменяя состояние одного из выходов Un- Далее через переключатель 9 и блок 10 управления тиристорами снимается управляющий 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 происходит режим коммутации инвертора 4 путем запирания тока выпрямителя.

Возвращение выпрямителя 1 в выпрямительный режим и отключение тиристора 3 происходит после исчезновения тока двигателя и выдержки времени, равной времени восстановления запирающих свойств тиристора. Интегратор 18 интегрирует с нулевого состояния под действием изменяющегося (увеличивающегося) напряжения Uie с выхода сумматора 16.

Последующие моменты коммутации происходят подобно описанному.

Когда частота следования импульса с компаратора 19 достигнет определенной величины (частота вращения ротора примерно 8-10% от номинальной), блок 7 выбора режима коммутации в нужный момент времени переведет переключатель 9 на систему 12 фазового управления 12. Следовательно, инвертор 4 перевелся в режим работы с естественной коммутацией с синхронизацией от напряжения, снимаемого с фаз обмоток синхронной машины 5 через датчик 13 напряжения. Одновременно прекращается подача сигналов управления с блока 7 выбора режимов коммутации в систему 6 импульсно-фазового управления и блока 8 управления тиристором 3.

В описанной схеме изменение момента статической нагрузки не влияет на пусковые свойства вентильного двигателя. Устраняется необходимость замера и установки в моделирующий блок информации о величине момента статической нагрузки.

Таким образом, вентильный электродвигатель без датчика положения ротора на

валу электрической машины можно применять в качестве электропривода для производственных механизмов с моментом сопротивления произвольного вида.

5

0

5

0

5

0

5

0

5

Формула изобретения

Вентильный электродвигатель, содержащий ротор с обмоткой возбуждения, статор с обмоткой якоря, подключенной к выходу преобразователя частоты, выполненного в виде последовательно соединенных управляемого выпрямителя, дросселя, шунтированного тиристором, и инвертора, управляющие цепи тиристоров которого соединены с выходом блока управления, входом связанного через переключатель с выходом системы импульсно-фазового управления и с выходом распределителя импульсов, датчик выходного напряжения преобразователя частоты, подключенный к управляющему входу системы импульсно-фазового управлениия, блок выбора режима коммутации, один выход которого подключен к управляющим входам системы импульсно-фазового управления выпрямителем и блока управления тиристором, а второй выход блока выбора режимов коммутации соединен с управляющим входом переключателя, последовательно соединенные между собой интегратор с входом обнуления и компаратор, выход которого подключен к входу блока выбора режима коммутации, входу обнуления интегратора и управляющему входу распределителя импульсов, соединенному с выходом блока определения начального положения ротора электродвигателя, снабженного переключателем для подключения обмотки возбуждения электродвигателя к источнику переменного тока, а выхода инвертора - к входу фазочув- ствительного выпрямителя, выход которого соединен с входом установки в исходное состояние распределителя импульсов, и датчика тока выпрямителя преобразователя частоты, отличающийся тем, что, с целью рас- щирения области применения на производственные механизмы с моментом сопротивления произвольного вида, введены фильтр и сумматор, выход которого подключен к входу интегратора, первый вход сумматора - к выходу датчика тока выпрямителя преобразователя частоты, второй вход сумматора подключен к выходу фильтра, вход которого соединен с выходом датчика выходного напряжения инвертора преобразователя частоты.

Фиг.г

Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является расширение области применения на производственные механизмы с моментом сопротивления произвольного вида. Указанная цель достигается введением в вентильный электродвигатель фильтра 17 и сумматора (С) 16. Один вход С 16 соединен с выходом датчика тока выпрямителя 1, другой - с выходом фильтра 17, вход к-рого подключен к выходу датчика 13 напряжения. Выход С 16 подключен к входу интегратора 12. Благодаря введению С 16 и фильтра 17 изменение момента статической нагрузки не влияет на пусковые свойства вентильного электродвигателя. Это дало возможность применять вентильный электродвигатель в производственных механизмах с моментом сопротивления произвольного вида. 2 ил. S (Л с САЭ 00 О5 00 О5