Вентильный электродвигатель Советский патент 1989 года по МПК H02P6/00 H02K29/06 

ствляется с помощью датчиков тока 52, 53 и формирователей импульсов 41 , 40. Поочередный заряд конденсатора 54 положительным или отрицательным потенциалом позволяет за счет

устойчивой работы источника коммутирующих импульсов коммутировать четные и нечетные тиристоры анодной и катодной групп преобразователя частоты. 1 з.п, ф-лы. 4 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано на транспортных средствах и в промышленности. Целью изобретения является повышение надежности. Вентильный электродвигатель содержит секции 1-6 обмотки якоря, датчик положения ротора с чувствительными элементами 7-12, связанными с управляемыми формирователями импульсов 42-47, коммутирующие тиристоры 29-31, связанные с формирователями импульсов 32-37, управляющие тиристорами 20-25 анодной группы и тиристорами 26-31 катодной группы. Коммутацию тока в секциях 1-6 обмотки якоря и тиристорах 20-25 осуществляет источник коммутирующих импульсов, содержащий коммутирующий трансформатор с секциями 14,15 первичной обмотки и двумя вторичными обмотками 38,39, два тиристорных плеча, состоящих из тиристоров 17, 56 и 16,55, соединенных между собой коммутирующим конденсатором 54, и два датчика тока 50,51, включенные в тиристорные плечи источника коммутирующих импульсов. Необходимая полярность заряда коммутирующего конденсатора 54 в момент пуска вентильного двигателя определяется первоначальным угловым положением его ротора и осуществляется с помощью датчиков тока 52,53 и формирователей импульсов 41,40. Поочередный заряд конденсатора 54 положительным или отрицательным потенциалом позволяет за счет устойчивой работы источника коммутирующих импульсов коммутировать четные и нечетные тиристоры анодной и катодной групп преобразователя частоты. 1 з.п. ф-лы. 4 ил.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроприводу, и может быть использовано в приводах постоянного тока большой и средней мощности.

Цель изобретения - повышение надежности вентильного электродвигателя.

На фиг. 1 изображена функциональная схема шестифазного вентильного электродвигателя; на фиг. 2 - чувствительный элемент датчика положения ротора, неуправляемый и управляемый формирователи импульсов; на фиг. 3 - датчик тока и управляемый формирователь импульсов-, на фиг. 4 - диаграммы напряжений на выходах формирователей импульсов.

Вентильный электродвигатель содержит якорь с замкнутой обмоткой с секциями 1-6, ротор с обмоткой возбуждения, датчик положения ротора с чувствительными элементами 7-12, источник коммутирующих импульсов с коммутирующим трансформатором 13, первичная обмотка трансформатора составлена из последовательно соединенных секций 14 и 15. Начало и конец первичной обмотки соединены с анодами первого 16 и второго 17 коммутирующих тиристоров соответственно, источник питания с зажимами 18 и 19 системы управления плюсовым зажимом 19 соединен со средним выводом первичной обмотки коммутирующего трансформатора 13. Вентильный электродвигатель содержит также тиристоры 20- 25 анодной и тиристоры 26-31 катодно групп, управляющие электроды которых подключены через формирователи 32- 37 импульсов к выходам чувствительны элементов 7-12 датчика положения ротора соответственно. Каждый анодный вывод тиристоров 26-31 катодной группы объединен с катодным выводом

соответствующего из тиристоров 20-25 анодной группы. Объединенные указанные силовые выводы тиристоров 20, 26; 21, 27; 22, 28; 23, 29; 24, 30;

25, 31 подключены соответственно к точкам соединения смежных секций 1, 2; 2, 3; 3, 4; 4, 5; 5, 6; 6, 1 обмотки якоря. Управляющие электроды тиристоров 20-31 через формирователи

32-37 импульсов подключены к выходам чувствительных элементов 7-12 датчика положения ротора.

Анодные выводы четных тиристоров 20, 22 и 24 анодной группы подклю чены к началу первой вторичной обмотки 38 трансформатора 13. Анодные выводы нечетных тиристоров 21, 23 и 25 подключены к концу обмотки 38. Тиристоры 26, 28 и 30 катодным выводом подключены к началу второй вторичной обмотки 39 коммутирующего трансформатора 13, а нечетные тиристоры 27, 29 и 31 катодным выводом подключены к концу вторичной обмотки 39. Средние выводы каждой вторичной обмотки 38 и 39 подключены соответственно к положительному и отрицательному выводам источника постоянного тока.

Дополнительно вентильный двигатель содержит восемь управляемых 40-47 и два неуправляемых 48, 49 формирователей импульсов, четыре датчика 50- 53 тока, конденсатор 54 и первый 55

5 и второй 56 дополнительные тиристоры.

Анод первого дополнительного тиристора 55 соединен с катодом перво- (го коммутирующего тиристора 16 и че- 0 рез первый датчик 50 тока - с минусовым зажимом 18 источника питания системы управления.

Анод второго дополнительного тиристора 56 соединен с катодом второ- 5 го коммутирующего тиристора 17 и

0

5

0

через второй датчик 51 тока - с минусовым зажимом 18 источника питания системы управления. Средний вывод первичной обмотки трансформатора соединен с плюсовым зажимом источника питания системы управления.

Третий датчик 52 тока включен между началом первой вторичной обмотки 38 трансформатора и анодными выводами тиристоров 20, 22 и 24. Четвертый датчик 53 тока включен между концом обмотки 38 и анодными выводами тиристоров 21, 7.3 и 25,

Средние выводы обмоток 38, 39 подключены к зажимам источника постоянного тока.

Входы первого и второго неуправляемых формирователей импульсов соединены с выходами датчиков 50, 51 тока соответственно, а входы первого и второго управляемых формирователей импульсов - с выходами датчиков 52, 53 тока.

Входы третьего 42, пятого 44 и седьмого 46 управляемых формирователей импульсов подключены соответственно к выходам чувствительных элементов 7, 9 и 11 датчика положения ротора четных тиристоров 26, 28, 30 катодной и нечетных тиристоров 21, 23, 25 анодной групп. Входы четвертого 43, шестого 45 и восьмого 47 управляемых формирователей подключены соответственно к выходам чувствительных элементов 8, 10, 12 нечетных тиристоров 27, 29, 31 катодной и четных тиристоров 20, 22, 24 анодной групп.

Выход формирователя 48 импульсов объединен с одним из выходных зажимов формирователей 41, 43, 45, 47 импульсов и подключен к управляющему электроду коммутирующего тиристора 17. Выход формирователя 49 импульсов объединен с одним из выходных зажимов формирователей 40, 42, 44, 46 импульсов и подключен к управляющему электроду коммутирующего тиристора 16. Объединенные вторые зажимы формирователей 40, 43, 45, 47 импульсов подключены к управляющему электроду дополнительного тиристора 56, а объединенные вторые зажимы формирователей 41, 42, 44, 46 импульсов подключены к управляющему электроду дополнительного тиристора 55. Конденсатор 54 включен между катодами тиристоров 16, 17.

Ш

15

20

25

4835806

Кроме того, вентильный электродвигатель может содержать два диода 57 и 58, катоды которых объединены и подключены к среднему выводу первичной обмотки коммутирующего трансформатора 13, а анод каждого диода подключен к соответствующему выяоду конденсатора 54.

Коммутируквдин трансформатор 13 может быть снабжен дополнительной обмоткой 59, замкнутой на регулируемый резистор 60.

Каждый неуправляемый формирователь 32-37 импульсов (.фпг. 2) содержит, например, компаратор, собранный на операционном усилителе 61, инверсный вход которого связан с обмоткой 62 трансформаторного чувствительного элемента 7. Выход операционного усилителя 61 через стабилитрон 63 связан с входом транзистора 64. Формирователи 32-37 -содерхат также импульсный трансформатор, первичная обмотка 03 которого включена в цепь коллектора транзистора 64, а две выходные ки 66, 67 образуют выход формирова- . теля.

Управляемые формирователи 42-47 импульсов (фиг. 2) выполнены аналогично формирователям 32-37, но снабжены выключателями 68 на выходе.

Датчики 52,53 тока (фиг. 3) представляют собой магнитные усилители, начала первичных обмоток 69, 70 соединены с анодами тиристоров 0, 22, 24 и 21, 23, 25 соответственно, а концы подключены к выводам обмотки 38 коммутирующего трансформатора 13. Вторичные обмотки 71, 72 и 73, 74 датчиков 52 и 53 тока включены встречно и через диодные мосты 75, 76 подключены к генератору прямоугольных импульсов. К выходам диодных мостов 45 75, 76 подключены входы формирователей 40, 41, выполненных аналогично формирователям 32-37, но снабженных кнопочным выключателем 77. Датчики 50, 51 тока выполнены аналогично за- датчикам 52, 53.

Вентильный электродвигатель работает следующим образом.

В момент запуска электродвигателя обмотка возбуждения электродвигате- 55 ля обесточивается, а выключатель 68 (фиг. 2) отключается. Затем подается на первичные обмотки чувствительных элементов 7-12 переменное прямоугольное напряжение.

30

35

40

50

Предположим, что в момент времени (фиг. 4) ротор вентильного электродвигателя находится в таком положении, при котором срабатывает чувствительный элемент 7 и импульсы поступают на входы формирователей 32, 42 импульсов. В формирователе 32 импульсов (фиг. 2) транзистор 64 будет работать в импульсном режиме, обеспечивая периодическое подключение первичной обмотки 65 к источнику питания системы управления. Вследствие этого во вторичные обмотки 66, 67 импульсного трансформатора будут трансформироваться импульсы, которые поступают на управляющие электроды тиристоров 23, 26 и отпирают их. При этом ток якоря протекает по цепям: + -38-53-23-5-6-1-26-

+ -38-53-23-4-3-2-26-27 - (фиг. 1)о В то же время формирователь 42 импульсов не формирует импульсы, так как выключатель 68 разомкнут. Импульсы на управляющие элект- роды тиристоров 16 и 55 не поступают и они остаются закрытыми.

Для обеспечения необходимой полярности первоначального заряда коммутирующего конденсатора 54 исполъ- зуются два датчика 52 и 53 тока и формирователи 40, 41 импульсов (фиг о 3), которые работают следующим образом при протекании тока через датчик 53 на выходе диодного мое та 76 увеличивается переменное напряжение. При кратковременном нажатии кнопочного выключателя 77 в момент времени t5 (фиг. 4) формирователь 41 импульсов сформирует импульс управления, который поступит на тиристоры 17 и 55, обеспечив их отпирание. В то же время ток по первичной обмотке 69 датчика 52 тока не протекает и поэтому формирователь 40 не работает.

Ь результате этого создается цепь заряда коммутирующего конденсатора 54: 19-15-17-54-55-50-Т8-19. В конце заряда коммутирующего конденсатора 54 с полярностью, указанной на фиг,1 без скобок тиристоры 17, 55 запираются. Затем в момент времени t (фиг. 4) включается выключатель 68 (фиг. 2), обеспечивающий подключение управляющих электродов тиристоров 16, 17, 55 и 56 к формирователям 42-47 импульсов, и подается питание на об-.

5

0 5 0 5

0

5

мотку возбуждения электродвигателя, что обеспечивает поворот ротора. Когда угол поворота ротора окажется равным фазной зоне обмотки якоря, что соответствует моменту времени (фиг. 4), сработает чувствительный элемент 8 и отключится чувствительный элемент 7 датчика положения ротора. На выходах формирователя 33 импульсов появляются импульсы, которые открывают тиристоры 24 и 27 соответственно анодной и катодной групп.

В результате этого секции 2,5 обмотки якоря оказываются замкнутыми через открытые тиристоры 29, 24 и 26, 27 на вторичные обмотки соответственно 38 и 39 коммутирующего трансформатора 13.

Одновременно с выходов формирователя 43 импульсов поступают одиночные импульсы на управляющие электроды тиристоров 17, 56 (фиг. 4), при отпирании которых обмотка 15 коммутирующего трансформатора подключается к источнику постоянного тока и через нее начинает протекать ток, пере- магничивающий сердечник магнитопро- вода коммутирующего трансформатора 13, что обеспечивает наведение ЭДС на вторичных обмотках 38, 39 коммутирующего трансформатора.

Так как обмотки 38, 39 находятся в контурах 38-24-25-23-38 и 39-26-2- 27-39, то это обеспечивает коммутацию тока в секциях 2,5 якоря и обмотках 38, 39 коммутирующего трансформатора 13, При этом ЭДС обмоток 38, 39 прикладываются к тиристорам 24, 27 в прямом, а к тиристорам 26, 23 - в обратном направлениях.В момент равенства тока параллельной ветви якоря току коммутации тиристоры 23, 26 запираются и ток якоря начинает протекать по цепям: + -38-52-24-5- 4-3-27-39- - и + -38-52-24-6-1-2- 27-39- -.

После запирания тиристоров 23, 26 процесс перемегничивания коммутирующего трансформатора 13 заканчивается, ЭДС самоиндукции обмотки 15, уменьшаясь, способствует увеличению тока через тиристоры 17, 56 и датчик 51 тока. Вследствие этого в момент времени t на выходе формирователя 48 импульсов появляется импульс управлений и открывается тиристор 16. Ранее заряженный коммутирующий конденсатор 54 с полярностью, указанной на фиг. 1 без скобок, перезаряжаясь вначале по контуру 54-17-15-14-16-54, обеспечивает запирание тиристора 17, а далее перезаряжается по цепи 19- 14-16-54-56-51-18. В конце перезаряда ток конденсатора 54 уменьшается до нуля и тиристоры 56, 16 запираются, а конденсатор 54 приобретает

полярность, указанную на фиг.1, в скобках.

В дальнейшем ротор электродвигателя приходит во вращение и все описанные процессы циклически повторяются.

Введение в коммутирующий трансформатор дополнительной обмотки 59, замкнутой на регулируемый резистор 60, изменяет величину тока намагничивания коммутирующего трансформатора 13 при подключении обмоток 15, 24 последнего к источнику питания. В результате этого регулируется время действия обратного напряжения на тиристорах анодной и катодной групп.

При включении в источник коммутирующих импульсов диодов 57 и 58 коммутирующий конденсатор 54 при коммутации тиристоров 17, 56 перезаряжается по цепям: 54-17-15-14-16-54, 54-58-14-16-54, 19-14-16-54-56-51-18 а в случае коммутации тиристоров 16 и 55 - 54-16-14-15-17-54, 54-57-15- 17-54, 19-15-17-54-55-50-18.

В результате этого время перезаряда коммутирующего конденсатора 54 уменьшается, что позволяет увеличить частоту коммутации тока в секциях 1-6 обмотки якоря, а следовательно, расширить диапазон частоты вращения ротора вентильного электродвигателя.

Таким образом, положительный эффект заключается в повышении надежности вентильного электродвигателя за счет устойчивой работы источника коммутирующих импульсов при коммутации тока в секциях обмотки якоря вентильного электродвигателя, работающего при частых пусках и перегрузках. Источник коммутирующих импульсов вентильного электродвигателя обеспечивает регулирование времени действия обратного напряжения на выключаемых тиристорах анодной и катодной групп. Кроме того,, расширен диапазон регулирования частоты вращения ротора.

ормула

обретения

ния, анодную и катодную грулпы тиристоров, управляющие электроды которых подключены через формирователи импульсов к выходам чувствительных элементов датчика положения ротора, анодный вывод n-го тиристора катодной группы и катодный вывод n-го тиристора анодной группы объединены и подключены к точке соединения двух смежных секций обмоток якоря, объединенные анодные выводы четных тиристоров и объединенные анодные выводы нечетных тиристоров анодной группы подключены соответственно к началу и концу первой вторичной обмотки упомянутого трансформатора, начало и конец второй вторичной обмотки которого соединены с объединенными катодными выводами соответственно четных и нечетных тиристоров катодной группы, средний вывод каждой упомянутой вторичной обмотки соединен с соответствующим зажимом источника постоянного тока, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности,

введены восемь управляемых и два неуправляемых формирователя импульсов, четыре датчика тока, конденсатор и два дополнительных тиристора, анод каждого из которых соединен с катодом одного из коммутирующих тиристоров, а катод через соответствующий датчик тока - с минусовым зажимом источника питания системы управления, один из оставшихся датчиков тока

включен между началом первой вторичной обмотки упомянутого трансформатора и анодами четных тиристоров анодной группы, а другой датчик тока - между концом первой вторичной обмот

ки и анодами нечетных тиристоров анодной группы, входы первого и второго неуправляемых формирователей импульсов подключены к выходам соответственно первого и второго датчиков тока, входы первого и второго управляемых формирователей импульсов - к выходам соответственно третьего и четвертого датчиков тока, входы третьего, пятого, седьмого формирователей управляемых импульсов подключены к выходам соответствующих чувствительных элементов датчика положения ротора четных тиристоров катодной и нечетных тиристоров анодной - групп, а входы четвертого, шестого и восьмого управляющих импульсов - к выходам чувствительных элементов датчика положения нечетных тиристоров катодной и четных тиристоров анодной jrpynn, выход второго неуправляемого формирователя импульсов объединен с одним из выходных зажимов первого, третьего, пятого и седьмого управляемых формирователей импульсов и подключен к управляющему электроду первого коммутирующего тиристора, выфие.2

ход первого неуправляемого формирователя импульсов объединен с одним из выходных зажимов второго, четвертого,

шестого и восьмого управляемых формирователей импульсов и подключен к управляющему электроду второго коммутирующего тиристора, объединенные вторые выходные зажимы второго, третьего, пятого и седьмого управляемых формирователей и объединенные вторые выходные зажимы первого, четвертого, шестого и восьмого управляемых формирователей импульсов подключены к

5 управляющим электродам соответственно первого и второго дополнительных тиристоров, конденсатор включен между катодами коммутирующих тиристоров.

0 2. Эпектродвигатель по п. 1, о т - личающийся тем, что в источник коммутирующих импульсов введены два диода, катоды которых объединены и подключены к среднему выводу

5 первичной обмотки коммутирующего

трансформатора, а анод каждого диода соединен с одним из выводов конденсатора.

-126 ЯВ о

85

.

ij

е