Вентильный электродвигатель Советский патент 1988 года по МПК H02P6/08 H02K29/06 

11

(Л

оо го ел ел

N

Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является расширение диапазона регулирования частоты вращения. Цель достигается введением в вентильный электродвигатель по крайней мере одной дополнительной группы, например, 32 ключей 33, 34, 35 преобразователя частоты 5. Одни выводы ключей 33, 34, 35 объединены и подключены к зажиму 18 источника питания. Другими силовыми выводами указанные ключи связаны с секциями 19, 20, 21 соответственно обмотки 4 якоря. В результате в электроприводе при управлении от источника управляющего сигнала имеется возможность перестраивать структуру электропривода и получать различные механические характеристики. При этом обеспечивается рекуперация энергии в источник питания. 6 ил.

фиг.1

Изобретение относится к электротехнике, может быть использовано в электроприводах с вентильными электродвигателями и является усовершенствованием изобретения по авт. св. № 1241364.

Цель изобретения - расширение диапазона регулирования частоты вращения.

На фиг.1 представлена блок-схема вентильного электродвигателя с двумя трехсекционными обмотками якоря; на фиг.2 - схема блока управления ключами вентильного электродвигателя; на фиг.З - блок-схема вентильного электродвигателя с четырьмя трехсекционными обмотками якоря; на фиг.4 - эпюры напряжений управляющих сигналов вентильного электродвигателя, изображенного на фиг.1; на фиг.З - механические характеристики вентильного электродвигателя с двумя группами обмоток якоря; на фиг.6 - механические характеристики вентильного электродвигателя, изображенного на фиг.З.

Вентильный электродвигатель содержит электромеханический преобразователь 1 , выполненный на б.азе синхронной машины, снабженной индуктором 2 (фиг.1) с числом пар полюсов, равным р, и якорем с двумя обмотками 3 и 4. Каждая группа обмоток составлена из трех секций, подключенных к выходу преобразователя 5 частоты.

Преобразователь 5 частоты содержит две основные группы 6 и 7 ключей. Группа 6 составлена из трех ключей 8-10, одни силовые выводы которых объединены и подключены к зажиму 11 источника постоянного тока. Другие силовые выводы ключей 6-8 первой основной группы соединены соответственно с секциями 12-14 первой обмотки 3 якоря. Вторая основная группа 7 составлена из трех ключей 15 - 17, одни силовые выводы которых объединены и подключены к второму зажиму 18 источника постоянного тока. Другие силовые выводы ключей 15 - 17 соединены соответственно с секциями 19 - 21 второй обмотки 4 якоря.

Преобразователь частоты содержит дополнительную группу, составленную из последовательно соединенных между собой ключей 22-21. Точки соединения ключей 22 - 27 подключены соответственно к секциям 19-21 второй обмотки 4 якоря. Точки соединения ключей

23 - 27 и 22 подключены соответственно к секциям 14, 12 и 13 первой обмотки 3 якоря. Преобразователь 5 частоты может быть снабжен по крайней мере одной из 2(п-1) дополнительных групп ключей. Для вентильного электродвигателя с числом обмоток якоря, ранным 2, такой группой может быть, например, группа 28, составленная из трех ключей 29 - 31, одни силовые выводы которых соединены между собой и подключены к зажиму 11 источника постоянного тока. Другие силовые выводы ключей 29-31 соединены, например, соответственно с секциями 12 - 14 первой обмотки 3 якоря. Согласно указанной формуле для вентильного электродвигателя с двумя обмотками якоря число дополнительно вводимых групп может равняться двум, т.е. вен- тильньш электродвигатель может содержать вторую дополнительную группу, например, 32 ключей, аналогичную первой группе 28. Вторая дополнительная группа 32 составлена из трех ключей 33 - 35. Одни силовые выводы этих ключей объединены и подключены к зажиму 18 источника постоянного тока. Другие силовые выводы ключей 33 - 35 соединены соответственно с секциями 19-21 второй обмотки 4 якоря.

Обмотки 3 и 4 якоря установлены с фиксированным фазовым сдвигом, равным

т-п-р

Р I-C-D

где

- единичная функция;

5

0

5

га - число фаз вентильного электродвигателя;

п - число обмоток якоря; р - число пар полюсов. Для рассматриваемого случая фиксированный угол равен г-. Если ключи 6-7, DP

15-17, 22-27, 29-31, 33-35 выполнены в виде полностью управляемых, то встречно-параллельно каждому ключу должен быть включен диод, причем диоды у ключей 22-27 управляемые и находятся в разомкнутом состоянии при параллельной работе обмоток 3 и 4 во избежание током короткого замыкания.

Блок управления ключами преобразователя 5 частоты (фиг.2) содержит

источник 36 управляющих сигналов с двенадцатью выходными каналами 37-48, Источник управляющих сигналов представляет собой датчик углового положения ротора синхронной машины. Каналы 37-39 датчика 36 подключены к управляющим входам ключей 8-10 через первый блок 49 запрета с управляющим входом 50. Каналы 40-45 датчика 36

углового положения связаны с управляющими входами ключей 22-27 через последовательно соединенные функциональный преобразователь 51 и второй блок 52 запрета с управляющим входом 53. Каналы 40-45 указанного датчика через последовательно соединенные третий 54 и четвертый 55 блоки запрета с управляющими входами 56 и 57 соответственно связаны с управляющими входами ключей 29-31. Дополнительные вьйсоды блока 54 запрета подключены к управляющим входам ключей 33-35 преобразователя частоты. Управляк,л1ие входы

ключей 15-17 соединены с каналами 46-25 ответствует случаю, когда вентильный

48 датчика 36 непосредственно. Управляющий вход 50 блока 49 запрета и управляющий вход 57 блока 55 запрета объединены.

Управляющий вход 53 блока 52 запрета и управляющий вход 56 блока 54 запрета подключены соответственно к входу 57 и выходу инвертора 58.

При выполнении синхронной машины вентильного электродвигателя с четырьмя обмотками якоря, т.е. при наличии еще двух обмоток 59 и 60 якоря, вентильный электродвигатель содержит дополнительные группы 61-63 из последовательно соединенных ключей, подключенные к секциям 12-14, 19-21 и секциям 64 обмоток 3,4,59 и 60 и ключам основных.групп 6 и 7 по описанной схеме. Согласно формуле 2(п-1) вентильный электродвигатель с четырьмя обмотками якоря будет содержать 6 групп ключей, т.е. наряду с группами 28 и 32 он будет содержать дополнительные группы 65-68 с тремя ключами в каждой группе. Соединение ключей в каждой из групп и подключение их к обмоткам якоря осуществляется по той же схеме, что и в случае выполнения синхронной машины вентильного электродвигателя с двумя якорными обмотками. При этом силовые ключи 69 и 70 групп 65 и 66 связаны с секциями 64 обмоток 59 и 60 соответственно.

30

35

40

45

50

55

электродвигатель снабжен только одной из 2(п-1) дополнительных групп. Этот режим обеспечивается блокировкой управляющих сигналов посредством блоков 49, 52 и 55 запрета, поступающих на ключи 8-10, 22-27 и 29-31. Разрешающие сигналы поступают на ключи 15-17 и 33-35. Этому режиму работы соответствует механическая характеристика 72 (фиг.5).

На интервале времени вентильный электродвигатель работает с параллельным подсоединением обмоток 3 и 4 якоря к источнику питания. Это соответствует случаю, когда вентильный электродвигатель снабжен двумя дополнительными группами 28 и 32 ключей с ключами 29-31 и 33-35 соответственно. Этот режим обеспечивается наличием разрешающих сигналов на входах 50, 56 и 57 блоков 49, 54 и 55 запрета и запрещающих сигналов на входе 53 блока 52 запрета. Происходит коммутация ключей 8-10, 15-17,. 29-31 и 33-35 по алгоритму, представленному на фиг.5. Этому режиму соответствует механическая характеристика 73.

При выполнении синхронной машины с четьфьмя обмотками 3,4,59 и 60 якоря возможно получить восемь механических характеристик 74-81 (фиг.6) вентильного электродвигателя. Обеспечивается это следующим образом.

0

Вентильный электродвигатель paPd- тает следующим образом.

Наличие сигнала на ключе, соотпст- ствующего одной из эпюр напряжений (фиг. 4), соответствует открытомл состоянию ключа. На интервале времени вентильньй электродвигатель работает с последовательным соединением обмоток 3 и 4 якоря (фиг.1). Это обеспечивается тем, что на управляющих входах 50 и 53 блоков 49 и 52 запрета (фиг.2) присутствуют разрешающие единичные сигналы, а на управляющем входе 56 блока 54 запрета - запрещающий сигнал. Коммут-ация ключей 8 - 10, 15 - 17 и 22-27 осуществляется по алгоритму, представленному на фиг.5. Этому режиму соответствует механическая характеристика 71.

На интервале времени вентильный электродвигатель работает с подключением к источнику питания только одной обмотки 4 якоря, что СО0

5

0

5

0

5

электродвигатель снабжен только одной из 2(п-1) дополнительных групп. Этот режим обеспечивается блокировкой управляющих сигналов посредством блоков 49, 52 и 55 запрета, поступающих на ключи 8-10, 22-27 и 29-31. Разрешающие сигналы поступают на ключи 15-17 и 33-35. Этому режиму работы соответствует механическая характеристика 72 (фиг.5).

На интервале времени вентильный электродвигатель работает с параллельным подсоединением обмоток 3 и 4 якоря к источнику питания. Это соответствует случаю, когда вентильный электродвигатель снабжен двумя дополнительными группами 28 и 32 ключей с ключами 29-31 и 33-35 соответственно. Этот режим обеспечивается наличием разрешающих сигналов на входах 50, 56 и 57 блоков 49, 54 и 55 запрета и запрещающих сигналов на входе 53 блока 52 запрета. Происходит коммутация ключей 8-10, 15-17,. 29-31 и 33-35 по алгоритму, представленному на фиг.5. Этому режиму соответствует механическая характеристика 73.

При выполнении синхронной машины с четьфьмя обмотками 3,4,59 и 60 якоря возможно получить восемь механических характеристик 74-81 (фиг.6) вентильного электродвигателя. Обеспечивается это следующим образом.

Механическая характеристика 74 соответствует параллельному подключению к источнику питания четырех обмоток 3, А, 59 и 60 якоря при заблокированных ключах дополнительных групп 61 - 63.

Механическая характеристика 75 соответствует параллельному подключению к источнику питания обмоток 59, 60 и 4 якоря при заблокированных ключах групп 6, 28 и 61 - 63.

Механическая характеристика 76 соответствует параллельному подключению к источнику питания двух обмоток 4 и 60 якоря при заблокированных ключах групп 6,28, 61-63, 67 и 68.

Механическая характеристика 77 соответствует подключению к источнику питания одной обмотки 4 якоря при разблокированных ключах только двух групп 7 к 32,

Механическая характеристика 78 соответствует параллельному подключению к источнику питания двух групп обмоток 3 и 59, 4 и 6 якоря, причем обмотки в группах соединены последовательно. Это обеспечивается разблокировкой следую1цих групп ключей преобразователя 5 частоты: 6, 61, 68 и 69, 63, 7.

Механическая характеристика 79 соответствует последовательному подключению к источнику питания обмоток 60 и 4 якоря при заблокированных ключах групп 6, 28, 32, 61, 62, 67, 68 и 70.

Механическая характеристика ВО соответствует последовательному подключению к источнику питания обмоток 4, 59 и 60 якоря при заблокированны ключах групп 6,28, 32, 61 и 68-70.

Механическая характеристика 81 соответствует последовательному подключению к источнику питания обмоток 3, 4, 59 и 60 якоря при заблокированных ключах дополнительных групп 28, 32 и 67-70.

Вентильный электродвигатель с обмотками якоря 3, 4, 59 и 60 может быть снабжен по крайней мере одной из 2(п-1)6, например третьей, дополнительной группой 68 ключей. Такой вентильный электродвигатель может

еопп

1372575

обеспечить две механические характеристики 81 и 79.

Предлагаемое техническое решение позволяет в случае отказа, связанно-

0

го, например, с обрывом секций обмоток якоря или ключей преобразователя частоты, изменить алгоритм работы вентильного электродвигателя так, чтобы отказ указанньк элементов привел только к определенному сокращению функциональных возможностей вентильного электродвигателя, но не повлиял на его работоспособность.

Управление вентильным электродвигателем может осуществляться как по разомкнутой схеме, например, от задающего генератора, так и по замкнутой схеме по сигналам датчика положения ротора.

Ввод в структуру преобразователя частоты по крайней мере одной из 2(п-1) дополнительных групп по m ключей в каждой позволит реализовать 5 многоскоростной электродвигатель, расширить возможность регулирования за счет варьирования структуры вентильного электродвигателя, реализовать режим генераторного торможения с отдачей энергии в сеть при переходе от более скоростного режима к менее скоростному, повысить надежность вентильного электродвигателя за счет резервирования, при этом обмотки якоря могут работать как совместно, так и раздельно.

Формула изобретения

0

5

Вентильный электродвигатель по авт. св. № 1241364, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования частоты вращения, введена по крайней мере одна из 2(п-1) дополнительных групп ключей, число которых в группе равно числу фаз вентильного электродвигателя, при этом одни силовые выводы ключей в группе объединены и подключены к соответствующему зажиму источника питания, другой силовой вывод каждого ключа соединен с соответствующей секцией одной из групп якорных обмоток вентильного электродвигателя.

.

ше /тгяя v i/vec/ft/t/

fO&O3Cify-

w/f /

7