Вентильный электродвигатель Советский патент 1988 года по МПК H02P6/00 H02K29/06 

оо ч|

;о со

Фт

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в быстродействующих электроприводах с широким диапазоном регулирования час тоты вращения.

Цель изобретения улучшение энергетических характеристик и повышение быстродействия.

На фиг.1 изображена блок-схема вентильного электродвигателя; на фиг.2 и 3 - графики токов и напряжений в элементах вентильного электродвигателя, поясняющие его работу.

На фиг.2 и 3 приняты обозначения:

. ., IIII

и, U-2., и напряжения на выходах

11 з 1Э

датчика положения ротора; U и - напряжения на выходах уэла диф- ференцирова1гия; U,4 - напряжение на выходе блока суммирования и выделения модуля; и,5 - напряжение на выходе одновибратора; Uj - напряжение на выходе выпрямителя; ij - ток в цепи выпрямленного тока; ig, i, i - ток в фазах вентильного электродвигателя, условно.

Вентильный электродвигатель содержит синхронную машину 1, датчик 2 положения ротора, вентильный преобразователь 3 частоты со звеном постоян- него тока, состоящий из выпрямителя 4, инвертора 5, управляющие цепи ключей которого соединены с выходом датчика 2 положения ротора через систему 6 импульсного управления инверто- ра, а выход - с обмоткой якоря синхронной машины 1, сглаживающего дросселя 7, резистора 8, включенного последовательно с дросселем 7, тиристора 9, включенного параллельно резис- тору 8 и анодом подключенного к сглаживающему дросселю 7, блока 10 управления 10 тиристором, и узел 11 контроля параметров разгона. Вентильный электродвигатель дополнительно содер- жит многоканальный узел 12 дифференцирования, блок 13 суммирования и выделения модуля, одновибратор 14 и управляемый ключ 15, причем входы узла 12 дифференцирования подключены к соответствующим выходам датчика 2 положения ротора, а его выходы подключены к соответствующим входам блока 13 суммирования и вьщеления модуля, выход которого подключен к входу

однонибратора 14, подключенного выходом через управляемый ключ 15 к входу блока 10 управления тиристором 9, а управляющий вход ключа 15 подключен

к выходу узла 11 контроля параметров разгона. Выпрямитель А преобразователя 3 частоты управляется от системы 16 импульсно-фазового управления выпрямителем. Инвертор 5 содержит тиристоры 17-22.

Вентильный электродвигатель работает следующим образом,

В момент включения t (фиг.2) ротор двигателя, создавая магнитный поток fg , находится в одном из положений. Сигналы Uj, Uj, V датчика 2 положения ротора поступают на вход системы 7 импульсного управления инвертором, которая вырабатывает управляющие импульсы, поступающие на тиристоры инвертора 5, например на тиристоры 17 и 20. Для создания тока в цепи и соответственно намагничивающей силы статора системой 16 импульсно- фазового управления вьтрямителем 4 открываются тиристоры выпрямителя с максимальным углом зажигания, который уменьшается по мере разгона,т.е. работа выпрямителя протекает аналогично приводу постоянного тока.

При появлении напряжения на выходе выпрямителя 4 через открытьй тиристор 9, шунтирующий резистор 8 и открытые тиристоры 17 и 20 инвертора 5 по фазам а, b протекает ток, имеющий непрерывный характер благодаря большой индуктивности сглаживающего дросселя 7. Образованный протекающим током магнитный поток статора взаимодействует с магнитным потоком ро- тор а, в результате чего ротор двигателя начинает поворачиваться и вместе с ним поворачивается ротор датчика 2 положения.

В момент времени t импульс U датчика 2 положения исчезает и по заднему фронту этого импульса система 7 импульсного управления инвертором снимает сигнал управления с тиристора 20 инвертора 5 и подает управляющий сигнал на тиристор 22. Одновременно соответствующей дифферен- цирующей цепочкой узла 12 дифференцирования дифференцируется задний

,. W

фронт импульса и и на соответствующем выходе узла 12 появляется отрицательный импульс . , поступающий на вход блока 13 суммирования и выделения модуля, в котором он преобразуется в импульс положительной полярности и. Импульсом и,, запускается одновибратор 14, формирующий на своем выходе импульс заданной длительности Uj, поступающий черп откры тый ключ 16 на вход блок-а IО управления тиристором 9 и дающий команду на запирание тиристора 9. Последний запирается блоком 10 управления и в цепь выпрямленного тока вводится резистор 8, величина которого такова, что вследствие уменьшения электромаг- нитной инерции цепи выпрямленного тока ток в ней становится прерывистым. Пауза в токе при условии снятия импульсов управления с тиристора 20 инвертора 5 и подачи их на тиристор 22 приводит к запиранию тиристора 22 и отпиранию тиристора 20, и ток течет уже по фазам а, с. Время коммутации тиристоров инвертора определяется продолжительностью одного пульса пре- рывистого тока (t на графике выпрямленного тока, фиг.З).

При частоте питающей сети f 50 Гц и трехфазной мостовой схеме выпрямителя с пульсностью m 6 про- должительность пульсации составляет

t --I- 0.0033 с. f. m

Для повышения надежности коммутации целесообразно удвоить это время (0,0066 с). На такую длительность настраивается выходной импульс одно- вибратора 14. По срезу импульса U,e на выходе одновибратора 14 блок 10

управления тиристором открывает ти-

ристор 9, который шунтирует резистор 8. Ток ij в цепи выпрямленного тока становится непрерывным (фиг.З). Поток статора, взаимодействуя с полем ротора, вызывает дальнейший поворот ротора и через 60 эл.град (момент времени t, фиг.2) на выходе датчика положения ротора 2 появляется импульс Uj . По его фронту система 7 импульсного управления инвертором снимает сигнал управления с тиристора 1 7 и подает его на тиристор 19. импульса Uj дифференцируется узлом 12, на выходе которого появляется короткий импульс , который,

пройдя через блок 13 суммирования и выделения модуля (U,,|), запускает од новибратор 14, формирующий импульс и, заданной длительности (0,0066 с) По сигналу и , блок 10 управления тиристором запирает тиристор 9, шунтирующий резистор 8, выпрямленный ток становится прерывистым, происходит коммутация тиристоров 17 и 19, ток

Q 5 0

5

о

5

Q д

течет по фазам Ь, с. По исчезновении импульса блок 10 управления открывает тиристор 9, резистор 8 шунти - руется, выпрямленный ток ста говится непрерывным, ротор двигателя поворачивается и т.д.

Таким образом происходит пуск двигателя из неподвижного состояния. По мере разгона двигателя возрастает ЭДС машины и при частоте вращения 5% номинальной становится достаточной для того, чтобы обеспечить устойчивую естественную коммутацию инвертора, т.е. вести инвертор. Необходимость в создании прерывистого тока отпадает и ключ 15 по сигналу, поступающему на его управляющий вход от узла II контроля параметрюв разгона, например, тахогенератора при определенном значении частоты вращения запирается, блокируя тем самым поступление на вход блока 10 управления тиристором импульсов от одновибратора 14. Тиристор 9 удерживается после этого блоком 10 в открытом состоянии и шунтирует резистор 8.

Таким образом, в вентильном электродвигателе резистор 9 вводят в цепь выпрямленного тока для придания ему прерывистого характера не на все время начального участка пуска, а периодически, через 60 эл.град, в моменты коммутации тиристоров инвертора в соответствии с порядком их включения на время, не превышающее 0,0066 с. Благодаря этому значительно снижаются потери в резисторе, что улучшает его энергетические характеристики, и повышается пусковой момент двигателя, так как подавляющую часть времени начального участка пуска ток в двигателе остается непрерывным.

Формула изобретения Вентильный электродвигатель, содержащий синхронную машину, датчик положения ротора, вентильный преобразователь частоты, составленный из выпрямителя, инвертора, управляющие цепи ключей которого соединены с выходом датчика положения ротора, а вы ход - с обмоткой якоря синхронной машины, сглаживающего дросселя, резистора, включенного последовательно со сглаживающим дросселем, тиристора, включенного параллельно резистору и анодом подключенного к сглаживающему дросселю, блока управления

тиристором, и ров разгона, с я тем, что

узел контроля парамет отличающий - , с целью улучшения

энергетических характеристик и повы-- шения быстродействия, дополнительно введены многоканальный узел дифферен цирования, блок суммирования и выде ления модуля, одновибратор и управ ляемый ключ, причем входы узла диф ференцирования подключены к соответ-

ствующим выходам датчика положения ротора, а его выходы подключены к соответствующим входам блока сумми рования и выделения модуля, выход которого подключен к входу одновибра- тора, подключенного выходом через уп равляемый ключ к входу блока управ ления тиристором, а управляюищй вход ключа подключен к выходу узла контроля параметров разгона.

Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является улучшение энергетических характеристик и повышение быстродействия. Указанная цель достигается введением многоканального узла 12 дифференцирования, блока 13 суммирования и вы-, деления модуля, одновибратора 14 и управляемого ключа 15. Указанные узлы предназначены для формирования импульсов заданной длительности, определяемой временем, достаточным для коммутации тиристоров инвертора 5, к-рые подаются на вход блока 10 управления тиристором 9. На время существования этих импульсов резистор 8 расшунтирован. По достижении частотой вращения синхронной машины 1 величины, при которой ЭДС достаточна для естественной коммутации тиристоров инвертора 5, ключ 15 по команде узла 11 контроля параметров разгона за пирается. Прекращается поступление импульсов на вход блока 10, который выдает постоянный сигнал на включение тиристора 9. Резистор 8 шунтируется. 3 ил. § (Л

г

t, tz t.

Фиг. 2