Вентильный двигатель Советский патент 1990 года по МПК H02P1/50 H02P6/20 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для частотного пуска синхронных машин и в вентильных синхронных элект- родвигателях.

Целью изобретения является повышение надежности путем исключения возможности выпадения синхронной машины из синхронизма.

На фиг. 1 представлена функциональная схема вентильного двигателя; на фиг. 2 - временные диаграммы его работы.

Вентильный двигатель (фиг. 1) со- держит синхронную машину 1, возбудитель 2, выход которого связан с обмоткой ротора 3 синхронной машины 1 , и преобразователь частоты, выход которого связан с обмоткой статора син- хронной машины 1. Преобразователь частоты составлен из соединенных между собой управляемого выпрямителя 4 и зависимого инвертора 5. Управляемый выпрямитель снабжен системой б им- пульсно-фазового управления с регулятором тока на входе, снабженной входом k перевода управляемого выпрямителя в инверсный режим. Датчик 7 тока, включен на выходе управляемого вылрямителя 4, причем выход датчика тока 7 соединен с входом регулятора тока. Зависимый инвертор 5 снабжен системой 8 управления и блоком вычисления угла опережения отпирания вентилей инвертора. Выход указанного бл ка свлзан с входом системы 8 управления.

Блок вычисления угла содержит генератор 9, выход которого соединен с S-входом RS-триггера 10. Прямой выход триггера 10 соединен с входом перевода в инверторный режим системы 6 импульсно-фазового управления выпрямителя , а также с входом разре- шения хранения первого узла 11 выборки-хранения. Аналоговый вход узла 11 соединен с выходом датчика 7 тока, выход узла 11 соединен с входом сложения первого сумматора 12, вход вычитания которого соединен с выходо датчика 7 тока. Выход первого сумматора 12 соединен с одним входом первого компаратора 13, второй вход которого соединен с выходом задатчик 1 уставки. Выход компаратора 13 соединен с R-входом триггера 10.

Прямой выход триггера 10 соединен с входом разрешения хранения второго

с

$ Q 5 о

Q д-

5

узла 15 выборки-хранения, аналоговый вход которого соединен с выходом датчика 16 тока обмотки 3 возбуждения. Выход узла 15 выборки-хранения соединен с входом сложения второго сумматора 17, вход вычитания которого также соединен с выходом датчика 16 тока. Выход сумматора 17 соединен с аналоговым входом третьего узла 18 выборки-хранения, вход разрешения которого соединен с инверсным выходом триггера 10. Выход третьего узла 18 выборки-хранения соединен с одним входом второго компаратора 19, другой ,вход которого соединен с выходом задатчика 20 уставки. Выход компаратора 19 соединен с входом системы 8 управления инвертора. Генератор 9 может быть выполнен синхронизируемым, тогда вход синхронизации генератора 9 соеди няется с дополнительнее, выходом системы 8 управления инвертора 5.

Вентильный двигатель работает следующим образом.

При пуске синхронной машины 1 от преобразователя частоты, состоящего из управляемого выпрямителя k с системой 6 импульсно-фазового управления и зависимого инвертора 5 с системой 8 управления, отпирание пары вентилей зависимого инвертора 5 вызывает протекание тока по двум фазам обмотки статора. Величина тока определяется регулятором тока системы импульсно-фазового управления выпрямителя 6. Величина вращающего электромагнитного момента М (фиг. 2, кривая А) пропорциональна величине тока и синусу угла 1 между векторами тока 1 статора и тока 1р ротора. Длительность интервала протекания тока 1р определяется временем, необходимым для поворота ротора на 1/6 оборота, когда происходит включение очередной пары вентилей зависимого инвертора. Определение этого момента производится по величине угла -j между изображающими векторами токов статора и ротора. Указанный угол определяется, в свою очередь, по величине изменения тока 1р в обмотке ротора, получаемый при изменении тока I статора на определенную величину. Такое определение возможно, так как изменение тока ротора при быстром изменении модуля изображающего вектора тока Id (фиг. 2, кривая В) статора пропорциональна косинусу угла

5,

между векторами токов статора и ротора. Изменение же тока статора может быть получено путем кратковременного перевода управляемого выпрямителя Ц в инверторнын режим.

Для этого на каждом-интервале поворота ротора на 1/6 оборота генератор 9 формирует серию тактовых импульсов, следующих с частотой достаточно высокой, чтобы на каждом интервале поворота ротора уместилось не менее двух импульсов генератора 9 В исходном состоянии, до прихода очередного импульса генератора Э, триггер 10 сброшен в нулевое состояние, поэтому узлы 11, 15 выборки-хранения тока статора и тока ротора находятся в режиме выборки (слежения за текущим значением тока).

Очередной тактовый импульс генератора 9 устанавливает по входу S триггер 10 в единичное состояние (начальный импульс серии может быть синхро- .низирован или не синхронизирован с

началом очередного интервала поворота ротора). Выходной сигнал триггера 10 поступает на вход.системы б им- пульсно-фазового управления выпрямителя Ь, переводя выпрямитель в ин- верторный режим. При выпрямленный ток и, следовательно, ток стато

ра 1 начинают уменьшаться, т.е. происходит относительно быстрое изменение тока (фиг. 2, кривая В). Одновременно узлы 11 и 15 выборки-хранения переходят в режим хранения значений токов статора-и ротора, имевшихся в момент срабатывания триггера 10. Выходной сигнал узла 11 выборки-хранения поступает на вход сложения сумматора 12, на вход вычитания которого поступает текущее значение тока статора от датчика 7 выпрямлен35

40

тания которого поступает тек чение тока ротора от датчика ротора (фиг. 2, кривая Г). Н сумматора 17 формируется сиг порциональный разности зафик ного узлом 15 выборки-хранен ротора и текущего значения т ра. Выходной сигнал сумматора тупает на вход узла 18 выбор ния, управляемого инверсным с с выхода триггера 10. Таким о на интервале относительно быс изменения тока статора, соотв щем единичному состоянию выхо гера 10, происходит отслежива кущих значений токов статора узлами 11 и 15 выборки-хранен по окончании этого интервала минание узлом 18 выборки-хран меренной величины изменения т тора . В этот же момент происх стробирование компаратора 19, сравнение выходного напряжени ки-хранения 18, представляюще между изображающими векторами статора и ротора с постоянной кой U0 (фиг. 2, кривая Д), по на второй вход от адатчика 2 ки. Если в момент стробирован ходное напряжение узла 18 выб хранения окажется ниже напряж тавки, то требуемое значение не достигнуто. Если же выходн жение окажется выше напряжени ки , то требуемое значение угл вышено и необходимо включать ную группу вентилей зависимог тора 5. Очевидно, что определ чения угла следует производит можно чаще. Возможно также пр дить сравнение и в течение ин относительно быстрого изменен статора. Тогда необходимость

ного тока. На выходе сумматора 12 фор-,с 18 выборки-хранения отпадает.

мируется сигнал, пропорциональный разности зафиксированного узлом 11 выборки-хранения тока статора и текущего значения тока статора. Когда текущее значение тока уменьшается на некоторую фиксированную величину, определяемую уставкой срабатывания компаратора 13, поступающей от задат- чика И уставки, компаратор 13 Формирует сигнал, сбрасывающий триггер 10 по входу R вновь в нулевое состояние. Аналогично выходной сигнал узла 15 выборки-хранения поступает на вход сложения сумматора 17, на вход вычиУзел 18 выборки-хранения п является экстраполятором нуле порядка. Однако возможно опре угла путем экстраполяции по н 50 ким (например, двум) зафиксир ранее значениям изменения ток ра. Для этого необходимо испо экстраполятор более высокого (например, первого).

Таким образом, при работе ного двигателя на каждом инте поворота ротора на 1/6 оборота дически производят определение щего углового положения изобра

55

5

0

5

0

5

0

5

0

тания которого поступает текущее значение тока ротора от датчика 16 тока ротора (фиг. 2, кривая Г). На выходе сумматора 17 формируется сигнал, пропорциональный разности зафиксированного узлом 15 выборки-хранения тока ротора и текущего значения тока ротора. Выходной сигнал сумматора 17 поступает на вход узла 18 выборки-хранения, управляемого инверсным сигналом с выхода триггера 10. Таким образом, на интервале относительно быстрого изменения тока статора, соответствующем единичному состоянию выхода триггера 10, происходит отслеживание текущих значений токов статора и ротора узлами 11 и 15 выборки-хранения, а по окончании этого интервала - запо- - минание узлом 18 выборки-хранения измеренной величины изменения тока ротора . В этот же момент происходит стробирование компаратора 19, т.е. сравнение выходного напряжения выборки-хранения 18, представляющего угол между изображающими векторами токов статора и ротора с постоянной уставкой U0 (фиг. 2, кривая Д), подаваемой на второй вход от адатчика 20 уставки. Если в момент стробирования выходное напряжение узла 18 выборки- хранения окажется ниже напряжения уставки, то требуемое значение угла еще не достигнуто. Если же выходное напряжение окажется выше напряжения уставки , то требуемое значение угла превышено и необходимо включать очередную группу вентилей зависимого инвертора 5. Очевидно, что определение значения угла следует производить возможно чаще. Возможно также производить сравнение и в течение интервала относительно быстрого изменения тока статора. Тогда необходимость в узле

Узел 18 выборки-хранения по сути является экстраполятором нулевого порядка. Однако возможно определение угла путем экстраполяции по несколь- 0 ким (например, двум) зафиксированным ранее значениям изменения тока ротора. Для этого необходимо использовать экстраполятор более высокого порядка (например, первого).

Таким образом, при работе вентильного двигателя на каждом интервале поворота ротора на 1/6 оборота периодически производят определение текущего углового положения изображающих

5

векторов токов статора и ротора, по которому производят определение момента включения очередной группы вентилей зависимого инвертора 5. Более точное определение этого момента по сравнению с параметрическим заданием момента переключения позволяет исключить колебания угла, ведущие к выпаторов, двух компараторов, двух задат чиков уставки, выход каждого из которых соединен с входом уставки соот ветствующего компаратора, RS-триггер и генератора, причем выход генератора соединен с S-входом триггера, пря мой выход триггера соединен с входом перевода в инверторный режим системы

дению синхронной машины из синхронна- 10 импульсно-фазового управления выпря- ма, и тем самым повысить надежность.

мителя и с входом разрешения хранени первого узла выборки-хранения, анало говый вход которого соединен с выходом датчика тока управляемого выпря- 15 мителя, выход первого узла выборки- хранения соединен с входом сложения первого сумматора, вход вычитания ко торого соединен с выходом датчика тока управляемого выпрямителя, выход

Формула изобретения

1. Вентильный двигатель, содержащий синхронную машину, возбудитель, выход которого связан с обмоткой ротора синхронной машины, и преобразователь частоты, выход которого связан

с обмоткой статора синхронной машины,2п первого сумматора соединен с входом

торов, двух компараторов, двух задат- чиков уставки, выход каждого из которых соединен с входом уставки соответствующего компаратора, RS-триггера и генератора, причем выход генератора соединен с S-входом триггера, прямой выход триггера соединен с входом перевода в инверторный режим системы

импульсно-фазового управления выпря-

импульсно-фазового управления выпря-

мителя и с входом разрешения хранения первого узла выборки-хранения, аналоговый вход которого соединен с выходом датчика тока управляемого выпря- мителя, выход первого узла выборки- хранения соединен с входом сложения первого сумматора, вход вычитания которого соединен с выходом датчика тока управляемого выпрямителя, выход

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для пуска синхронных машин. Цель - повышение надежности путем исключения возможности выпадания синхронной машины из синхронизма. Вентильный двигатель содержит синхронную машину 1, подключенную к преобразователю, который состоит из зависимого инвертора 5 и выпрямителя 4. Обмотка возбуждения 3 синхронной машины подключена к возбудителю 2. Управляемый выпрямитель 4 снабжен системой импульсно-фазового управления 6, имеющей вход перевода управляемого выпрямителя 4 в инверторный режим. Для определения положения ротора периодически изменяют ток статора на определенную величину путем перевода управляемого выпрямителя 4 в инверторный режим. При этом имеет место изменение тока в обмотке возбуждения. Этот режим формируется по сигналам триггера 10. Изменение токов в цепях якоря обмотки возбуждения фиксируют узлы выборки-хранения 11 и 15. После окончания интервала изменения тока информация поступает в узел выборки-хранения 18, затем сравнивается с сигналом установки в компараторе 19. Определения углового положения ротора достигается путем сравнения с постоянной уставкой, поступающей от задатчика 20 уставки. В зависимости от уровня сигнала определяется достижение ротором заданного углового положения. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

выполненный в виде соединенных между собой управляемого выпрямителя и зависимого инвертора, система импульсно-фазового управления с регулятором тока на входе и снабженная входом перевода управляемого выпрямителя в инверторный режим, выход системы импульсно-фазового управления подключе к управляющему входу выпрямителя, датчик тока, включенный на выходе управляемого выпрямителя, выходом соединенный с входом регулятора тока а зависимый инвертор снабжен системой управления и блоком вычисления угла опережения, выход которого связан с входом системы управления, выходом подключенной к управляющему входу зависимого инвертора, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем исключе- ния возможности выпадения синхронной машины из синхронизма, в него введен датчик тока, включенный в цепь обмотки ротора, а блок вычисления угла опережения составлен из трех узлов выборки-хранения, двух сумма

5 0 о

первого компаратора, выходом подключенного к И-входу триггера, прямой выход триггера соединен с входом разрешения хранения второго узла выборки-хранения, аналоговый вход которого соединен с выходом датчика тока обмотки ротора, выход второго узла выборки-хранения соединен с входом сложения второго сумматора, вход вычитания которого соединен с выходом датчика тока обмотки ротора, выход второго сумматора соединен с аналоговым входом третьего узла выборки-хранения, вход разрешения хранения которого подключен к инверсному выходу триггера, выход третьего узла выборки-хранения соединен с входом второго компаратора, выход которого является выходом блока вычисления угла опережения.

5

Редактор 0.Спесивых

Составитель В.Тарасов

Техред М.Дидык Корректор О.Кравцова

Заказ 723

Тираж А52

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская каб., д. 4/5

Сч

Ј

Подписное