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

315

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах на основе асинхронной машины с фазным ротором для ре- гулирования частоты вращения.

Цель изобретения - повышение мас- согабаритных показателей путем улучшения использования установленной мощности в режиме рекуперативного торможения,

На чертеже -изображена функциональная схема вентильного электродвигателя .

Вентильный электродвигатель со держит асинхронную машину с фазным ротором 1 и статорными обмотками 2-. Роторные выводы асинхронной машины подключены к преобразователю 5 частоты, который имеет зажимы для подключения к сети. К управляющему входу преобразователя 5 частоты подключен выход системы 6 импульсно- фазового управления, вход которой соединен с выходом датчика 7 положе- НИЛ ротора. Источник напряжения возбуждения электродвигателя представляет собой управляемый трехфазный мостовой выпрямитель 8, имеющий два раздельных канала 9 системы импульс- но-фазового управле ния, выходы .ого рых подключены к управляющим электродам соответственно анодной и катодной групп вентилей. Выходные зажимы выпрямителя подключены к выводам об моток 2 и 3 статора, а вывод статор- ной обмотки k подключен к нулевой точке сети или трансформатора, питающего выпрямитель. Вентильный элек тродвигатель также содержит систему регулирования, включающую задатчик10 частоты вращения, : -подключенный к первому входу сравнивающего элемента 11, к второму входу которого подключен датчик 12 частоты вращения. Выход сравниваю1цего элемента 11 подключен к входу регулятора 13 частоты вращения, выход которого подключен к блоку 1 выделения модуля и пороговому элементу 15. Выход порогового элемента 15 подключен к информационному входу D-триггера 1б, тактирую щий вход которого связан через датчи 17 нулевого тока с датчиком 18 тока. Выход блока 1 .выделения модуля под

ключен к первому входу второго сравнивающего элемента 19, второй вход которого подключен к датчику 18 тока, а выход - к регулятору 20 тока якоря.

0 0 5 п

5

18

Выход регулятора 20 подключен к первому входу сумматора 21, выход которого подключен к задающему входу системы 6 импульсно-фазового управления. Система регулирования также включает задатчик 22 начальных токов фаз статора, подключенный к первым входам первого 23 и второго 24 суммирующих масштабных усилителей, вторые входы которых подключены к выходу блока выделения модуля. Выходы первого 25 и второго 2б переключателей связаны с входом регуляторов 27 и 28 тока. Кроме того, система управления содержит третий управляемый переключатель 29, управляющий вход которого подключен к выходу D-триггера 1б, а выход подключен к второму входу сумматора 21 , Первый и второй информационные входы переключателя 29 подключены соответственно к-, выходу усилителя 30 и к входу инвертора 31. Вход усилителя 30 подключен к датчику 12 частоты вращения. Вентильный электродвигатель также содержит датчик 32 направления вращения, выход которого подключен к управляющим входам первого 25 и второго 26 управляемых переключателей.

Дополнительно вентильный электродвигатель содержит третий 33-и четвертый 34 суммирующие масштабные усилители, четвертый 35 и пятый Зб управляемые переключатели с двумя информационными входами и одним выходом, и логический элемент ЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ 37.. Первый и второй входы логического элемента ЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ 37 подключены соответственно к выходу датчика 32 направления вращения и к выходу D-триггера 16, а выход логического элемента ЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ 37 подключен к управляющим входам четвертого 35 и пятого 36 управляемых переключателей.

Четвертый управляемый переключатель 35 включен по первому входу и выходу между выходом первого суммирующего масштабного усилителя 23 и объединенными первыми входами первого 25 и второго 2б управляемых переключателей. Пятый управляемый переключатель 36 включен по первому входу и выходу между выходом второго суммирующего масштабного усилителя и объединенными вторыми входами первого 25 и второго 26 управляемых переключателей. Вторые входы четверто

го 35 и пятого 36 управляемых переключателей подключены соответственно к выходам третьего 33 и четвертого 3 суммирующих, масштабных усилителей, первые входы которых соединены с выходами задатчика 22 начальных токов фаз статора, а вторые входы объединены и подключены к выходу блока 1- выделения модуля.

Вентильный электродвигатель работает следующим образом.

Сигнал заданной частоты вращения от задатчика 10 частоты вращения поступает на вход регулятора 13 частоты вращения, иа выходе которого формируется сигнал задания тока якоря, поступающий через блок 14 выделения модуля на аход регулятора 20 тока якоря. На входы регуляторов 13 - 20 поступают сигналы обратных связей соответственно с датчика 12 частоты вращения и датчика 18 тока якоря. Так как выходное 1-1апряжение датчика 18 тока якоря имеет всегда одну полярность, то на входе контура регулирования тока якоря установлен бло 1 выделения модуля„ Таким образом, . управление частотой вращения вентильного электродвигателя осуществляется в системе подчиненного регулирования по рассогласованию между действительной и заданной частотами вращения. Сигнал с выхода регулятора 20 тока якоря, поступая на один из входов системы 6 импульс1но-фазового управления, задает угол d отпирания вентилей преобразователя 5 частоты относительно напряжения сети. Угол /3 опережения отпирания венти/:ей преобразователя 5 частоты относительно ЭДС холостого хода якоря задается также системой 6 импульсно-фазового управления 3 функции сигнала датчика 7 положения ротора. Управление вентиль- ным электродвигателем ведется по закону ,«;,, const.

Компенсацию реакции якоря в вентильном электродвигателе обеспечивают два независимых контура регулирования токов фаз 2 и 3, статора, при этом ток Б третьей фазе формируется как алгебраическая сумма (с обратным знаком) токов в двух других фазах.

Токи в статорных обмотках 2-k зависят от величины углов управления вентилями анодной и катодной групп выпрямителя 8. Эти углы формируют каналы 9 системы 6 импульсно-фазового

0

г

0

5

0

0

5

управления выпрямителя в функции выходных сигналов регуляторов 27 и 28. тока, которые могут иметь пропорциональную или интегрально-пропорциональную структуру. Регулирование токов фаз статора ведется по рассогласованию между действительным и заданным значениями. Задающие сигналы для каждого из регуляторов 27 и 28 тока формируются на выходах суммирующих масштабных усилителей 23 и 24 или 33 и 34 как алгебраическая сумма сигналов задания тока якоря (с выхода бло- 5 ка 14 выделения модуля) и задания начального тока фаз статора (с выхода задатчика 22 начальных токов фаз статора). Указанные задающие сигналы поступают на входы регуляторов 27 и 28 токов через управляемые ключи (переключатели) 25, 26, 35 и 36. Следовательно, ток каждой из фаз статора также содержит две составляющие, одна из которых постоянна, а другая - 5 пропорциональна току якоря. Результирующая НДС статора, равная геометрической сумме сдвинутых друг относительно друга на 120 эл. градусов НДС трех фаз, очевидно, также содержит две составляющие: постоянную МДС возбуждения, определяемую задатчиком 22, и изменяющуюся пропорционально амплитуде тока якоря (т.е.у амплитуде МДС реакции якоря) МДС компенсации реакции якоря. Г|ри этом направления векторов МДС возбуждения и МДС компенсации не совпадают, т.е. они сдвинуты в пространстве друг относительно друга на постоянный угол, величина которого определяется соотношением коэффициентов передачи масштабных операционных усилителей 23 и 24 или 33 и 34,

Схема обеспечивает возможность работы вентильного электродвигателя в реверсивном режиме. При реверсе изменяется полярность выходного сигнала регулятора 13 частоты вращения, при этом происходит изменение логического сигнала на выходе порогового элемента 15. Этот логический сигнал подается на D-вход триггера 1б. После снижения тока якоря до нуля и появления логической единицы с выхода датчика 1/ нулевого тока на синхронизируюи1ем входе D-триггера 16 последний перебрасывается. Его выходной сигнал поступает в систему 6 импульсно-фазового управления, обеспечивая требуемый порядок подачи уп- рааляющих импульсов на тиристоры преобразователя 5 частоты. При этом привод переходит Б режим рекуперативного торможения, -а затем разгоняется в другую сторону.

Управление переключателями 25 и 2.6 осуществляется от выходного сигнала датчика 32 напра.оления вращения. Например, при вращении Вперед выходной сигнал усилителя 23 или 33 поступает на вход регулятора 27 тока фззы 3 статора, а входной сигнал усилителя 2k или . иа вход регулято- ра 28 тока фазы 2 статора, при вращении Назад, наоборот, выходной сигнал усилителя 23 или 33 поступает на вход регулятора 28 Toica, а усилителя 2 или 3 на вход регулятора 27 тока. Это позволяет обеспечить один и тот же требуемый закон регулирования НДС индуктора независимо от направления вращения, В результате обеспечивается компенсация реакции якоря и по амплитуде и по фазе в обоих нап- равлениях вращения.

Компенсация противо-ЭДС двигателя, при переходе из двигательного режима в режим рекуперативного торможения происходит следующим образом. На вход MacujTa6Horo усилителя 30 поступает сигнал обратной связи по частоте вращения с выхода датчика 12 частоты вращения. На силовые входы переключателя 29 поступают прямой и инвертированный сигналы с выхода масштабного усилителя 30 о Сигнал с выхода переключателя 29 поступает на сумматор 21, где алгебраически суммирует- ся с выходным напряжением регулятора 20 тока якоря. Благодаря тому. чт переключатель 29 управляется логическим сигналом с выхода 1)-триггера 1б, то независимо от направления вращени сигнал с выхода переключателя 29 будет больше нуля в двигательном режим и меньше -нуля в режиме рекуператив- ного торможения.

Управление токами фаз индуктора в двигательном и тормозном режимах осуществляется по различным законам благодаря.наличию переключателей 35 и 36, которые управляются выходным сигналом логического элемента ЗКВИ.- ВАЛЕНТНОСТЬ 37 Значение этого сигнала однозначно зависит от режима работы вентильного электродвигателя (например, логическая 1 в двига

5

0 «

0

5

тельном режиме и логической О в режиме рекуперативного торможения). Поэтому в двигательном режиме на входы регуляторов токов возбуждения всегда поступает выходной сигнал с выхода суммирующих усилителей 23 и 2k, а в режиме рекуперативного торможения - с выхода усилителей 33 и 3.

В двигательном режиме для поддержания устойчивой машинной коммутации при увеличении тока якоря используются усилители 23 и 2, настройкой которых обеспечивается доворот вектора НДС индуктора против направления вращения так, чтобы уменьшался угол нагрузки и возрастал угол запаса при инвертировании. Если же вентильный электродвигатель перейдет а режим рекуперативного торможения, то с помощью усилителей 33 и 3 обеспечится другой закон управления НДС индуктора вектор НДС будет доворачи- ваться по направлению вращения

Таким образом, за счет того, что управление МДС индуктора в двигательном и тормозном режимах осуществляется по требуемым законам, существенно улучшается использование установленной мощности вентильного электродвигателя, что по.вышает массогабарит- ные показатели вентильного электродвигателя, формула изобретения.

Вентильный электродвигатель по авт. св. № , .отличающийся тем, что, с целью повышения массогабаритных показателей путем улучшения использования установленной мощности в режиме рекуперативного торможения, в него дополнительно введены третий и четвертый суммирующие масштабные усилители, четвертый и пятый управляемые пере- ьслючатели с двумя информационными входами и одним выходом каждый и логический элемент ЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ, .первый и второй входы которого подключены соответственно к выходу датчика направления вращения и к выходу D-триггера, а выход логического элемента ЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ подключен к объединенным управляющим входам четвертого и пятого управляемых переключателей, причем четвертый управляемый переключатель включен по первому входу и выходу между выходом первого суммирующего масштабного усилителя и объединенн ыми первыми входами первого

9 1508318 JO

и второго управляемых переключателей,переключателей подключены соответа пятый управляемый переключательственно к выходам третьего и четвервключен по первому входу и выходу того суммирующих масштабных усилитемежду выходом второго суммирующего лей, первые входы которых соединены

масштабного усилителя и объединеннымис выходами задатчика начальных токов

вторыми выходами первого и второгофаз статора, а вторые входы объедиуправляемых переключателей, вторыенемы и подключены к выходу блока вывходы четвертого и пятого управляемыхделения модуля.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в реверсивном электроприводе для регулирования частоты вращения. Целью изобретения является повышение массогабаритных показателей электродвигателя путем улучшения использования установленной мощности в режиме рекуперативного торможения. Для этого вентильный электродвигатель дополнительно содержит третий 33 и четвертый 34 суммирующие масштабные усилители, четвертый 35 и пятый 36 управляемые переключатели и логический элемент ЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ 37, который сравнивает фактическое и заданное направления вращения и управляет переключателями 35,36. При торможении переключатели 35 и 36 включают в канал регулирования токов якорной обмотки электродвигателя усилители 33 и 34, настройка которых обеспечивает изменение закона управления МДС индуктора по отношению к закону управления в двигательном режиме. 1 ил.