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

СО

со о

О5

4

Изобретение относится к электротехнике, в частности к системам регулирования частоты вращения вентильных электродвигателей, и может быть использовано для привода и управления частотой вращения объектов различного назначения.

Цель изобретения - повышение КПД вентильного электропривода.

На чертеже изображена функциональная схема вентильного электропривода

Вентильный электропривод содержит синхронную машину 1, ротор 2, который механически соединен с синусно- косинусным датчиком 3 положения ротора 2, а секции 4 и 5 якорной обмотки через последовательно включенные датчики 6 и 7 тока подключены к выходам полупроводникового коммутатора 8, имеюп1его вход цепи питания, неревер- сив.ный датчик 9 частоты вращения, механически связанный с ротором 2 синхронной машины 1 , вьпсод которого подключен к блоку 10 изменения знака напряжения, управляющий вход которого подключен к выходу блока .1 1 определения направления вращения, входы которого подключены к выходам датчиков 6 и 7 тока,.последовательно соединенные задатчики 12 частоты вращения,, элемент 13 сравнения и регулирующий усилитель 14,

Выходы датчика 3 положения ротора 2 соединены с выходами полупроводникового коммутатора 8, а его вход - с выходом регулирующего усилителя 14 Второй вход 15 элемента 13 сравнения подключен к выходу блока 10 изменения знака напряжения. Кроме того, электропривод содержит блок 16 сложения, блок 17 вьщеления модуля напряжения, два делителя 18 и 19 напряжения , трехвходовой элемент 20 сравнения j второй регулирующий усилитель 21 и управляемый импульсный стабилизатор 22 напряжения. Первый вход блока 16 сложения соединен непосредственно с выходом задатчика 12 частоты вращения, его второй вход через первый делитель 18 напряжения - с выходом первого регулирующего усилителя 14, а выход через блок 17 выделения модуля напряжения - с первым входом трехвходового элемента 20 сравнения. Второй вход элемента 20 сравнения подключен к вькоду второго делителя 19 напряжения, третий вход - к источнику напряжения смещения, а выход

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

через второй регулирующий усилитель 21 - к управляющему входу стабилизатора 22 напряжения, выход которого соединен с входом делителя 19 напряжения и входом цепи питания полупроводникового коммутатора 8, а вход подключен к источнику питания.

Вентильный электропривод работает следующим образом.

Выходное напряжение задатчика 12 частоты вращения, соответствующее заданному направлению и значению частоты вращения синхронной машины , . сравнивается в элементе 13 сравнения с выходным напряжением блока 10 изменения знака напряжения, представляющим собой напряжение обратной связи по частоте вращения. Выходное напряжение элемента 13 сравнения, прямо пропорциональное ошибке частоты вращения синхронной машины 1, усиливается первым регулирующим усилителем 14 и подается на вход синусно-косинусно- го датчика 3 положения ротора, на . выходе которого возникают два гармонических напряжения, сдвинутых относительно друг друга на 90 эл. град. Эти напряжения поступают на входы полупроводникового коммутатора 9, работающего в усилительном режиме. Он формирует в секциях 4 и 5 якорной обмотки токи, прямо пропорциональные выходным напряжениям синусно-косинус- ного датчика 3 положения ротора, ко- .торые создают в статоре синхронной машины 1 вращающееся магнитное поле. В результате взаимодействия его с магнитным полем, создаваемым постоянным магнитом ротора 2, образуется вращаюшдй момент .синхронной машины I, которого в связи с тем, что синусно-косинусный датчик 3 положения ротора представляет собой линейный элемент, пропорциональна выходному напряжению первого усилителя 14, а направление определяться знаком этого напряжения, вращающий момент приводит во вращение ротор 2 синхронной электрической машины 1 и нереверсивный датчик 9 частоты вращения .

При вращении датчика 9 на его выходе возникает напряжение положительной полярности, модуль среднего значения которого прямо пропорционален частоте вращения вентильного электр О привода. Это напряжение поступает на вход блока 10 изменения знака напря3 .

жения. Его выходное напряжение равно модулю входного, а полярность определяется величиной напряжения на управляющем входе, поступающего с выхода блока I1 определения направления вращения. При напряжении на управляющем входе блока 10, соответствующем логическому О, полярность его выходного напряжения будет положительной, а при напряжении, соответствующем логической 1 - отрицательной.

Величина выходного напряжения блока 11 определения направления вращения зависит от знака фазового сдвига поступающих на его входы выходных напряжений датчиков 6 и 7 тока. Эти напряжения имеют синусоидальную форму и сдвинуты друг относительно друга на 90 эл. град. При вращении ротр ра 2 по часовой стрелке фазовый сдвиг отрицательный, а при противоположном вращении - положительный. При положительном фазовом сдвиге выход-; нмх напряжений датчиков 6 и 7 тока выходное напряжение блока 11 соответствует логической 1, при отрицательном - логическому О.

Поэтому при положительной полярности выходного напряжения задатчика 12 частоты вращения, соответствующей заданию направления вращения синхронной машины 1 по часовой стрелке, полярность вы содного напряжения блока 10 будет также положительной. При отрицат ельной полярности выходного напряжения задатчика 12 и вращении синхронной мащины 1 против часовой стрелки полярность выходного напряжения блока 10 будет отрицательной.

Одновременно с этим выходное нап- ряжеш-г задатчика 12 частоты вращения поступает на первый вход блока 16 сложения. Это напряжение прямо пропорционально амплитуде ЭДС секций так как ее величина находится также в прямо пропорциональной зависимости от частоты вращения электрической машины 1.

На второй вход блока 16 сложения через первый делитель 18 напряжения подается выходное напряжение первого регулирующего усилителя 14, которое прямо пропорционально амплитуде токов секций 4 и 5 и соответственно амплитудному значению падения напряжения на их активном сопротивлении. Поэтому выходное напряжение блока 16 сложения будет прямо пропорционально

Q

Q 5

0

5

0

5

0

5

алгебраической сумме амплитуд ЭДС и падению напряжения на активном сопротивлении секций 4 и 5 якорной обмотки. Абсолютное значение этого напряжения с выхода блока 17 выделения модуля напряжения подается на первый вход трехвходового элемента 20 сравнения. На его третий вход поступает напряжение источника смещения, величина которого прямо пропорциональна падению напряжения на силовых транзисторах, находящихся на границе насыщения. На второй вход трехвходового элемента 20 сравнения через второй делитель 19 напряжения поступает напряжение, прямо пропорциональное напряжению питания полупроводникового коммутатора 8.

Сумма выходного напряжения блока 17 и напряжения смещения представляет собой сигнал задания напряжения питания полупроводникового коммутатора 8, обеспечивающего работу силовых транзисторов полупроводникового коммутатора 8 в усилительном режиме при минимально возможном среднем значении падения напряжения на них. При гармонической форме тока в каждой секции якорной обмотки ЭДС самоиндукции при амплитудном значении ЭДС вращения будет равна нулю, поэтому ее величина в сигнале задания напряжения питания полупроводникового коммутатора 8 не .учитывается. Выходное напряжение трехвходового элемента 20 сравнения, пропорциональное разности заданного и истинного значений напряжения питания полупроводникового коммутатора 8, усиливается вторым регулирующим усилителем 21 и подается на управляющий вход импульсного стабилизатора 22 напряжения.

Предположим, что вентильный электропривод работает с постоянной наг-, рузкой, а выходное напряжение.задатчика 12 частоты вращения имеет положительную полярность. При увеличении его величины возрастают выходные напряжения элемента 13 сравнения и пер- вого регулирующего усилителя 14. О ба эти напряжения будут иметь положительную полярность. Увеличиваются амплитудные значения токов в секциях 4 и 5 якорной обмотки синхронной машины 1, и вентильный электропривод будет разгоняться до вновь заданного значения частоты вращения. Одновременно увеличиваются выходное напряже513

ние блока 6 сло; сения и соответственно выходное напряжение трехвходового элемента 20 сравнения. Это приводит к повышению напряжения на входе цепи питания полупроводникового коммутатора 8 на величину, равную сумме прироста амплитуд ЭДС и падения напряжения на активном сопротивлении секций 4 и 5 якорной обмотки. При этом средНее значение падения напряжения на силовых транзисторах полупроводникового коммутатора 8 остается постоянным.

При -уменьшении выходного напряже- Ния задатчика 12 частоты вращения по4ярность выходных напряжений элемента I3 сравнения и первого регулирую- njero усилителя 14 становится отрица- т ельной. Электромагнитный момент, {Развиваемый синхронной машиной 1 , ме- Няет свое направление, и она переходит в тормозной резким работы. Частота вращения вентильного электропривода начинает уменьшаться до вновь за- данной. Выходное напряжение блока 16 аложения уменьшается и, в итоге, уменьшается напряжение на входе цепи Питания полупроводникового коммутатора 8; ЭДС секций 4 и .5 якорной обмотки, и напряжение на входе цепи питания полупроводникового коммутатора 8 при работе вентильного электропривода в этом режиме направления согласны, поэтому средние значения падения Напряжения на силовых транзисторах полупроводникового коммутатора 8 возрастают. Однако в связи с тем, что выходное напряжение блокс1 сложения равно разности выходных напряжений задатчика 12 частоты вращения и первого делителя 18 напряжения, напряжение на входе цепи питания полупроводникового коммутатора 8 меньше, чем при работе электропривода в устано- вившемся режиме. При достижении вентршьным электроприводом заданной частоты вращения полярность выходных напряжений элемента 13 сравнения и первого регулирующего усилителя 14 с.тановится положительной и синхронная электрическая машина 1 начинает pta6oTaTb в двигательном режиме. На входе цепи питания полупроводникового коммутатора 8 устанавливается напряжение, равное сумме амплитуд ЭДС и падения напряжения на активном

сопротивлении секций 4 и 5 якорной обмотки и среднего значения падения

o

0 5 о ,-

5

0

напряжения на силовых транзисторах полупроводникового коммутатора 8, при котором они не вхоДят в режим насыщения.

При отрицательной полярности выходного напряжения задатчика 12 частоты вращения в установившемся и в переходных режимах вентильный электропривод работает аналогично. Таким образом, вентильный электропривод позволяет повысить КПД при работе на низких частотах вращения, что достигается за счет регулирования при помощи импульсного стабилизатора 22 напряжения питания полупроводникового коммутатора 8 синхронной машины 1 пропорционально частоте ее вращения и развиваемого электромагнитного мо- мента. Это позволяет уменьшить среднее значение падения напряжения на силовых транзисторах полупроводникового коммутатора 8 и соответственно потери мощности в них.

Формула изобретения

Вентильный электропривод, содержащий синхронную машину, ротор которой механически соединен с синусно-коси- нусным датчиком положения ротора, а секции якорной обмотки через последовательно включенные датчики тока подключены к выходам полупроводникового коммутатора, имеющего вход цепи питания, нереверсивный датчик частоты вращения, .механически связанный с ротором синхронной машины, выход которого подключен к блоку изменения знака напряжения, управляющий вход которого подключен к выходу блока определения направления вращения, входы которого подключены к выходам датчиков тока, последовательно соединенные задатчик частоты вращения, элемент сравнения и регулирующий уси

нусного датчика положения ротора соединены с входами полупроводникового коммутатора, а его вход с выходом регулирующего усипитёля, второй вход элемента сравнения подключен к выходу блока изменения знака напряжения, о тличающийся тем, что, с целью повьш1ения КПД, введены блок сложения, блок выделения модуля напряжения, два делителя напряжения, треквходовой элемент сравнения, вто713907648

рой регулирующий усилитель и управ- .торого подключен к выходу второго

ляемый импульсный стабилизатор напря-делителя напряжения, третий вход жения, при этом первый вход блока к источнику напряжения смещения, а

сложения соединен непосредственно свыход через второй регулирующий усивыхедом задатчика частоты вращения,литель подключен к управляющему вхоего второй вход через первый дели-ду импульсного стабилизатора напряжетель напряжения - с выходом первогония, выход которого соединен с вхорегулирующего усилителя, а выход че-дом второго делителя напряжения и

рез блок выделения модуля напряже- ювходом цепи питания полупроводникония - с первым входом трехвходовогового коммутатора, а к входу подклюэЛемента сравнения, второй вход ко-чен источник питания.

Изобретение относится к электротехнике,. Целью изобретения является увеличение КПД. Указанная цель достигается тем, что в вентильный электропривод введены блок сложения 16, блок 17 выделения модуля напряжения, делители напряжения 18,19, элемент сравнения 20, регулирующий усилитель 21 и управляемый импульсный стабилизатор 22. В результате с помощью стабилизатора 22 обеспечивается регулирование напряжения питания полупроводникового коммутатора 8 синхронной машины 1 пропорционально частоте ее вращения и развиваемого электромагнитного момента. Это позволяет уменьшить среднее значение падения напряжения на силовых транзисторах полупроводникового коммутатора 8 и, следовательно, потери мощности в них. 1 ил. г (Л