Вентильный электродвигатель Советский патент 1987 года по МПК H02K29/00 

1 I

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах с вентильными электродвигателями.

Цель изобретения - повышение элек трических показателей вентильного электродвигателя за счет снижения динамических потерь в ключах преобразователей частоты и потерь на вихревые токи и гистерезис.

На фиг. К представлена блок-схема вентильного электродвигателя с двумя трехсек1щонными обмотками якоря; на фиг. 2 - эпюры напряжений, поясняющие работу вентильного электродвигателя; на фиг. 3 - блок-схема вентиль ного электродвигателя, вариант выпол нения; на фиг. 4 - эпюры напряжений, поясняющие работу вентильного электродвигателя, выполненного по другому варианту.

Вентильный электродвигатель содержит синхронную машину 1 с двумя якорными обмотками 2 и 3, сдвинутыми в пространстве на угол 30 эл. град, одна относительно другой. Обмотки 2 и 3 подключены через преобразователи 4 и 5 частоты к источнику 6 питания. Каждый преобразователь имеет анодную и катодную группы ключей. В цепь первой .якорной .обмотки 2 электрической машины включен датчик 7 тока, последовательно с которым соединен пороговьш элемент 8, выход 9 которого связан с цепями 10 управления ключей по крайней мере одной, например, анодной группы первого, преобразователя 4 частоты и с цепями 1 управления ключей по крайней мере одной, например, катодной группы второго преобразователя 5 частоты. Пороговый элемент 8 может быть выполнен в виде гистерезистного реле.

Вентильньй электродвигатель работает следующим образом.

Наличие сигнала, поступающего с- выхода порогового элемен1;а 8 на цепи 10 и 11 управления ключей, свидетельствует о том, что указан ные ключи закрыты. Пусть на интервале времени (фиг. 2) токи в обмотках. электродвигателя нарастают. При достижении выходным сигналом датчика 7 тока первой якорной обмотки 2 синхронной машины в момент времени t порога срабатывания первого по- рогового элемента 8 на его выходе 9 появляется управляющий сигнал U,} ,

54351 2

который, поступая на цепи 10 и 11 управления ключей преобразователей 4 и 5 частоты, отключает якорные обмотки 2 и 3 синхронной машины от источника питания. В рассматриваемом случае токи первой и второй якорных обмоток спадают через открытые ключи оставшихся во включенном состоянии

10 групп и диоды моста обратного тока и поддерживаются согласно действующим ЭДС самоиндукции и взаимоиндукции секций синхронной машины. В общем случае возможно закрытие всех ключей

15 преобразователей 4 и 5 частоты, и токи обмоток спадают через источник питания через Мост обратного тока, при этом спад токов значительно ускоряется действием напряжения источни2Q ка питания, включенного встречно. В момент времени t напряжение на выходе датчика 7 тока достигает порога отпускания U гистерезистного деле 8; на его выходе 9 появля.ет25 ся управляющий сигнал, который, поступая на цепи 10 и II управления ключей, разрешает прохождение управляющих сигналов на управление ключами указанных групп преобразователей

30 4 и 5 частоты. Обмотки 2 и 3 синхронной -машины подключены к источни- ,ку питания, и токи в них нарастают.

При указанном сдвиге в пространстве между якорными-обмотками и синусоидальным распределением индукции в воздушном зазоре форма тока во второй якорной -обмотке 3 несколько отлична от формы тока в первой обмотке, если ЭДС вращения имеет значение, измеримое с величиной напряжения источника питания. В этом случае в режиме пуска формы токов будут совпадать с точностью до разброса параметров обмоток синхронной машины.

g Для улучшения формы ток:а второй якорной обмотки при значительных частотах вращения в вентильном электродви35

50

.гателе целесообразно применение трапецеидального распределения индукции в воздушном зазоре электрической машины. Для повышения надежности работы в вентильном электродвигателе необходимо предусмотреть блок контроля. то.ка и отключения второй обмотки,

.-,. вентильного электродвигателя от ис- з5 . -„

точника питания в аварийных режимах

работы, например при коротком замыка- ;Нии. Предполагается, что вентильный .электродвигатель работает в нормальных режимах работы, поэтому аварийные режимы не рассматриваются.

В соответствии с другим вариантом вентильный электродвигатель снабжен датчиком 12 тока (фиг. 3), включенным в .цепь второй обмотки 3 синхронной машины 1, и вторым пороговым элементом 13, последовательно соединенным с датчиком 12 тока, генератором 14 импульсов, управляемым переключателем 15, первый 16 и второй 17 информационные входы которого подключены соответственно к выходам 9 и 18 первого 8 и второго 13 порогового элементов, управляющий вход 19 к выходу 20 генератора 14 импульсов, а выход 21 к цепям 10 и 11 управления ключей указанных групп первого 4 и второго 5 преобразователей частоты.

По сигналу с выхода генератора 14 импульсов осуществляется коммутация выходных сигналов первого и второго пороговых элементов на цепи 10 и 11 управления ключей преобразователей 4 и 5 частоты. При наличии управляющего сигнала на входе 19 управляемого переключателя 15 на его выход 21 передается сигнал с первого порогового элемента 8, а при отсутствии указанного сигнала - с второго порогового элемента.

На интервале времени t,-t.,j {фиг.4) осуществляется контроль тока в первой обмотке якоря синхронной машины. Форма тока первой якорной обмотки определяется параметрами токового коридора, а второй - параметрами отключающих импульсов. В момент .времени tj исчезает управляющий сигнал с входа 19 управляемого переключателя 15 и на интервале времени осуществляется контроль тока во второй якорной обмотке. Переход из токового коридора (интервал времени t, - tj) при прямом формировании тока в первой якорной обмотке к косвенному формированию тока (интервал ) в указанной обмотке сопровождается переходным процессом, который сглаживает этот переход. Как показали исследования, наибольший эффект сглаживания достигается в том случае, когда частота переключения управляемого переключателя 15 в 5-7 раз превышает частоту коммутации силовых ключей преобразователей 4 и 5 частоты.

Скорость нарастания тока в обмотках электрической машины является функцией ее параметров,для рассматри5 ваемого случая в

ТТ -Т7

функции F(

Скорость спада тока зависит от величины напряжения источника питания. Частота коммутации силовых ключей преобразователей частоты в общей случае является функцией при постоянном напряжении источника питания вида F()F(). С возрастанием частоты вращения п в двигательном режиме при заданных параметрах токового коридора, например при ограничении тока, происходит снижение частоты коммутации силовых ключей преобразователей частоты. Генератор 14 импульсов с регулированием частоты следования выходных сигналов в функции F(Un-E) может быть реализован на делителе частоты, вход которого подключен к выходу 21 управляемого переключателя 15, а выход - к управляющему входу 19 указанного переключателя.

При регулировании частоты следования выходных сигналов генератора импульсов в функции частоты вращения генератор 14 импульсов представляет собой последовательно соединенные тахогенератор постоянного тока, установленный на валу электрической машины, и .частотно-импульсный модулятор.

В этом случае, если вентильный электродвигатель снабжен датчиком положения ротора, генератор 14 импульсов регулируемой частоты может быть реализован на логических элементах. Генератор 14 импульсов может быть выполнен в виде генератора импульсов постоянной частоты.

Первое и второе гистерезистные реле 8 и 13 могут быть выполнены на основе аналогового компаратора с положительной обратной связью.

Управляемый переключатель 15 может быть выполнен на базе двухпози- ционного реле, обмотка управления которого является управляющим входом указанного переключателя, а три контакта - его двумя входами и выходом.

Управляемьш переключатель может быть выполнен на базе логических элементов .

Преобразователи 4 и 5 частоты могут быть как однополупериодные, так и двухполупериодные.

5

Изменение структуры вентильного электродвигателя позволяет снизить частоту коммутации силовых ключей преобразователей частоты в

раз. э™ „о,о„„. с„„зить мощность потерь в ключах преобразователей частоты, потери в электрической машине на вихревые токи и гистерезис и повысить за счет этого КПД вентильного электродвигателя. Это приводит к улучшению массогаба- ритных показателей теплоотвода силовых ключей, что способствует миниатюризации вентильного электродвигателя.

Формула изобретения

I. Вентильный электродвигатель, содержащий синхронную машину с двумя якорными обмотками, каждая из которых подключена к преобразователю частоты, составленному из анодной и катодной групп управляемых ключей, соединенных между собой по мостовой .схеме, источник питания, к которому подключены входы преобразователей частоты, датчик тока, включенньй в цепь первой якорной обмотки синхронной машины, пороговый элемент, вход которого соединен с выходом да

Un-1-г

}

,

54351

чика тока, а выход - с управляющими цепями ключей одной из групп первого преобразователя частоты, отличающийся тем, что, с целью повышения энергетических показателей за счет снижения динамических потерь в ключах преобразователей частоты и потерь на вихревые токи и гис- 10 терезис, вькод порогового элемента соединен с уГфавляющими цепями ключей одной из групп второго преобразователя частоты.

2.Электродвигатель по п. 1, о т- 15личающийся тем, что введены второй датчик тока, включенный

в цепь второй якорной обмотки синхронной машины, второй пороговый элемент, вход которого соединен с выхо20 дом второго датчика тока, управляемый переключатель и генератор импульсов, выходом-подключенный к управляемому входу управляемого переключателя, посредством которого

25 организовано соединение выхода первого и второго пороговых элементов с указанными группами управляемых .,; ключей преобразователей частоты.

3.Электродвигатель по п. 1, о т- ЗОличающийся тем, что генератор импульсов выполнен с возможностью регулирования частоты следования выходных импульсов.

.

(i

„ Ток . отооои одкЬтни fff/opff

UaiUiail ii

и z lij

PuJ.Z .

Ш. З

-,

art

4iut.4

Составитель А. ГоловченкоРедактор В. Петраш Техред И.Попович КорректорМ. Шароши

Заказ 5710/52 Тираж 659-Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

- - -™ --- - ------------- ----«--«----------.-«..-...-.. |.«.« .«,-,., ..-n..««.Wi a«VMI«..

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

Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является повышение энергетических показателей вентильного электродвигателя isa счет снижения динамических потерь в ключах преобразователей частоты и потерь на вихревые токи и гистерезис. Указанная цель достигается тем, что в вентильном электродвигателе выход порогового элемента 8 соединен, например, с анодной группой ключей преобразователя частоты 4 и с катодной группой ключей преобразователя частоты 5. В результате в процессе работы обеспечивается изменение структуры вентильного электродвигателя, снижение частоты коммутации ключей преобразователей частоты 4,5. Это приводит к уменьшению мощности потерь в ключах преобразователей частоты; потерь на вихревые токи и гистерезис, а значит, повьшается КПД вентильного электродвигателя. 2 з.п. ф-лы, 4 ил. (Л со :л 4 со ел