Вентильный электродвигатель Советский патент 1990 года по МПК H02P6/12 H02P6/00 

Изобретение относится к электро- ехнике, в частности к электроприво

riy, и может быть использовано в ка- естве исполнительного элемента в Приводах большой и средней мощности.

Целью изобретения является повышение надежности путем увеличения перегрузочной способности. На фиг. 1 изображена функциональ- Йая схема шестифазного, вентильного ЭлектродвигателяJ на фиг. 2 - диаграммы напряжений на выходах формирователей -импульсов.

Вентильный электродвигатель содер- электромеханический преобраз,ова- с обмоткой якоря, включающей iiec.Tb фаз 1-6, ротор с обмоткой воз- руждения (не показан), датчик положения ротора с чувствительными элементами 7-12, источник коммутирующих им- йульсов с коммутирующим трансформатором 13. Первичная обмотка трансферматора 13 включает две последовательно соединенные секции 14 и 15, Начало И конец первичной обмотки соединены с анодами первого 16 и второго 17 коммутирующих тиристоров соответст- венно, ее средний вывод подключен к объединенным катодам двух диодов 18 и 19 и образует положительный вход цепи питания источника коммутируемых импульсов.

Вентильный электродвигатель содержит также тиристоры 20-25 анодной и тиристоры 26-31.катодной групп, управляющие электроды которых подключены через формирователи 32-37 им- пульсов к выходам чувствительных элементов 7-12 датчика положения ротора соответственно. Каждый анодный вывод тиристоров 26-31 катодной группы объединен с катодным выводом соответствующего тиристора 20-25 анодной группы. Объединенные силовые выводы тиристоров 20, 26 j 21, 27 j 22, 28, . 23, 29; 24, 30,- 25, 31 подключены

5

0

0 35 40 45

50 сс

соответственно к точкам соединения смежных секций 1,2; 2,3; 3,4; 4,5; 5,6; 6,1 обмотки якоря.

Анодные выводы четных тиристоров

20,22, 24 анодной группы подключены к началу первой вторичной обмотки

38коммутирующего трансформатора 13. Анодные выводы нечетных тиристоров

21,23, 25 подключены к концу первой вторичной обмотки 38. Тиристоры 26, 28 и 30 катодным выводом подключены к началу второй вторичной обмотки

39коммутирующего 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.

Вентильный электродвигатель содержит также восемь 40-47 управляемых и два неуправляемых 48, 49 формирователей импульсов, четыре датчика 50- 53 тока, конденсатор 54, первый 55 и второй 56 дополнительные коммутирующие тиристоры.

Катод первого коммутирующего тиристора 16 соединен с анодом первого дополнительного коммутирующего тиристора 55, который катодом.подключен к началу первичной обмотки датчика 50 тока.

Катод второго коммутирующего тиристора 17 соединен с анодом второго дополнительного коммутирующего тиристора 56, который катодом подключен к началу первичной обмотки датчика 51 тока. Концы первичных обмоток датчиков 50 и 51 тока объединены и образуют отрицательный вход питания источника коммутирующих импульсов.

Третий датчик 52 тока включен между началом первой вторичной обмотки 38 коммутирующего трансформатора 13 и анодами четных тиристоров

20, 22, 24 анодной группы. Четвертый датчик 53 тока включен между концом обмотки 38 и анодами нечетных тиристоров 21, 23, 25 анодной группы.

Входы первого 40 и вто рого 41 управляемых формирователей импульсов соединены с выходами датчиков 52, 53 тока соответственно, а входы первого 48 и второго 49 неуправляемых формирователей импульсов - с выходами датчиков 50, 51 тока соответственно.

Входы третьего 42, пятого 44 и седьмого 46 управляемых формирователей импульсов подключены соответственно к выходам чувствительных элементов 7, 9, 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 импульсов 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 41 импульсов объединен с одним из выходных зажимов формирователей импульсов 43, 45, 47,

48и подключен к управляющему электроду коммутирующего тиристора 17. Выход формирователя 40 импульсов объединен с одним из выходных зажимов формирователей импульсов 42, 44, 46,

49и подключен к управляющему электроду коммутирующего тиристора 16, Объединенные вторые зажимы 57 формирователей импульсов 43, 45, 47, 40 подключены к управляющему электроду второго дополнительного коммутирующего тиристора 56, а объединенные вторые зажимы 57 и 58 формирователей импульсов 42, 44, 46, 41 подключены к управляющему электроду первого дополнительного коммутирующего тиристора 55. Конденсатор 54 включен между катодами тиристоров 16, 17, к которым соответственно подключены аноды диодов 18, 19. Дополнительно вентильный электродвигатель содержит регулятор 59 напряжения, блок 60 импульсной модуляции и логический элемент И-НЕ 61, входы которого подключены

к выходам датчиков 52, 53 тока четных и нечетных тиристоров анодной группы, а выход - к входу блока 60 импульсной модуляции.

Выход блока 60 импульсной модуляции подключен к управляющему входу

регулятора 59 напряжения, выход которого подключен к цепи питания источника коммутирующих импульсов, а вход - к источнику постоянного тока. Вентильный электродвигатель работает следующим образом.

В момент запуска электродвигателя управляемые формирователи импульсов

Q 42-47 отключаются, а обмотка возбуждения обесточивается. Затем подается переменное прямоугольное напряжение на чувствительные элементы 7-12 датчика положения ротора. Предположим ;

r что в момент времени t0 (фиг.2) ротор вентильного электродвигателя находится в таком положении, при котором срабатывает чувствительный элемент 7, и импульсы поступают на вхо0 ды формирователей 32, 42 импульсов. При этом формирователь 32 импульсов (фиг.2) будет работать в импульсном режиме, обеспечивая отпирание тиристоров 26, 23. В результате этого ток

5 якоря протекает по цепям: + -38-53- -23-5-6-1-26-39 - и + -38-53-23-4- -3-2-26-39 -.

Для обеспечения необходимой полярности первоначального заряда конденсатора 54 используются два датчика тока 52, 53 и формирователи 4.0, 41 импульсов. Срабатывает тот формирователь, вход которого соединен с датчиком тока, через первичную обмотку которого протекает ток. Так как ток

5 протекает по первичной обмотке датчика тока 53, то формирователь 41 импульсов сформирует импульс управления в момент времени t (фиг.2) и откроет тиристоры 55 и 17, В резуль0 тате этого создается цепь заряда конденсатора 54: 59-15-17-54-55-50-59. В конце заряда конденсатора 54 с полярностью, указанной на фиг. 1 без скобок, тиристоры 17, 55 запираются.

5 Затем в момент времени t7 (фиг.2) включаются формирователи 42-47 импульсов и подается питание на обмотку возбуждения электродвигателя, что обеспечивает поворот ротора. Ког0 д а угол поворота окажется равным фазной зоне обмотки якоря, срабатывает чувствительный элемент 8 и отключается чувствительный элемент 7 датчика положения ротора (фиг.2).

5 На выходах формирователя 33 импульсов появятся импульсы, которые откроют тиристоры 24, 27 соответственно анодной и катодной групп (фиг.1). В результате этого фазы 2, 5 обмотки0

якоря оказываются замкнутыми через открытые тиристоры 23, 24 и 26, 27 «а вторичные обмотки соответственно 38 и 39 коммутирующего трансформатора 13.

Одновременно с выходов формирователя 43 импульсов поступят одиночные Импульсы на управляющие электроды тиристоров 17, 56 (фиг.1), при отпирании которых обмотка 15 коммутирующего трансформатора 13 подключается к тиристорному регулятору напряжения

Регулятор 59 напряжения, блок 60 импульсной модуляции и логический элемент И-НЕ 61, включенные в источ59 и через нее начинает протекать ток, перемагничивакодий сердечник маг-, ник коммутирующих импульсов, обе спе- нитопровода коммутирующего трансфер- чивают регулирование ЭДС коммутации матора 13, что обеспечивает наведение в- функциональной зависимости от дли- ЭДС на вторичных обмотках 38, 39 коммутирующего трансформатора 13. Так как обмотки 38, 39 находятся в контурах 38-52-24-5-23-53-38 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

20

30

24, 27 в прямом, а к тиристорам 26, 23 в обратном направлениях. В момент равенства тока параллельной ветви якоря току коммутации тиристоры 23, 26 закрываются 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 того, как закрываются тиристоры 23, 26, процесс перемагничи- 35 вания коммутирующего трансформатора 13 заканчивается, ЭДС самоиндукции обмотки 15, уменьшаясь, способствует увеличению тока через тиристоры 17, 56 и датчик тока 51. Вследствие 40 этого в момент времени t на выходе формирователя 49 импульсов появится импульс управления и откроется тиристор 16. Ранее заряженный конденсатор 54 с полярностью, указанной 45 на фиг. 1 без скобок, перезаряжаясь по контурам 54-17-14-16-54 и 54-19- -14-16-54, обеспечивает закрытие тиристора 17, а далее перезаряжается по цепи 59-14-16-54-56-51-59.. В кон- 50 це перезаряда ток конденсатора 54 уменьшается до нуля и тиристоры 56, 16 закрываются, а конденсатор 54 приобретает полярность, указанную на фиг. 1 в скобках о55

В дальнейшем ротор электродвигателя приходит во вращение и все опи- санные процессы циклически повторяют ся„

тельности процесса коммутации тока в секциях обмотки якоря электродвигателя. Происходит это следующим образом.

На междукоммутационных интервалах когда ток якоря протекает лишь по первичной обмотке одного из датчиков тока 52, 53, на выходе элемента И-НЕ 61 возникает потенциал высокого уровня, а на коммутационных интервалах, когда ток якоря протекает по двум первичным обмоткам датчиков ток 52, 53, на выходе элемента И-НЕ 61 создается потенциал низкого уровня. Таким образом, на выходе элемента И-НЕ 61 при чередовании коммутационных интервалов формируются импульсы, пропорциональные длительности процесса коммутации тока в секциях обмотки якоря электродвигателя. Эти импульсы поступают на вхрд блока 60 импульсной модуляции, который изменяет коэффициент заполнения регулятора 59 напряжения, а следовательно, и напряжение на его выходе.

Так, при наборе момента сопротивления длительность процесса коммутации в каждой последующей коммутируемой секции обмотки якоря будет увеличиваться. Это обеспечит рост длительности импульсов, формируемых элементом И-НЕ 61. В результате этого устройство 60 импульсной модуляции будет увеличивать коэффициент заполнения регулятора 59 напряжения, а следовательно, и напряжение в цепи питания источника коммутирующих импульсов. Вследствие этого ЭДС коммутации возрастает, обеспечивая снижение длительности процесса коммутации.

Таким образом, создается отрицательная обратная связь по длительное ти коммутационного процесса, обеспе

23248

Динамический характер изменения момента сопротивления на валу электродвигателя изменяет длительность процесса коммутации. При неизменном значении ЭДС коммутации интервал времени коммутации тока в секциях обмотки якоря электродвигателя может превысить время поворота ротора на 60 эл.град, что приведет к нарушению его работы.

Регулятор 59 напряжения, блок 60 импульсной модуляции и логический элемент И-НЕ 61, включенные в источ0

, ник коммутирующих импульсов, обе спе- чивают регулирование ЭДС коммутации в- функциональной зависимости от дли- „

ник коммутирующих импульсов, обе спе- чивают регулирование ЭДС коммутации в- функциональной зависимости от дли-

0

0

35 40 45 50 55

тельности процесса коммутации тока в секциях обмотки якоря электродвигателя. Происходит это следующим образом.

На междукоммутационных интервалах, когда ток якоря протекает лишь по первичной обмотке одного из датчиков тока 52, 53, на выходе элемента И-НЕ 61 возникает потенциал высокого уровня, а на коммутационных интервалах, когда ток якоря протекает по двум первичным обмоткам датчиков тока 52, 53, на выходе элемента И-НЕ 61 создается потенциал низкого уровня. Таким образом, на выходе элемента И-НЕ 61 при чередовании коммутационных интервалов формируются импульсы, пропорциональные длительности процесса коммутации тока в секциях обмотки якоря электродвигателя. Эти импульсы поступают на вхрд блока 60 импульсной модуляции, который изменяет коэффициент заполнения регулятора 59 напряжения, а следовательно, и напряжение на его выходе.

Так, при наборе момента сопротивления длительность процесса коммутации в каждой последующей коммутируемой секции обмотки якоря будет увеличиваться. Это обеспечит рост длительности импульсов, формируемых элементом И-НЕ 61. В результате этого устройство 60 импульсной модуляции будет увеличивать коэффициент заполнения регулятора 59 напряжения, а следовательно, и напряжение в цепи питания источника коммутирующих импульсов. Вследствие этого ЭДС коммутации возрастает, обеспечивая снижение длительности процесса коммутации.

Таким образом, создается отрицательная обратная связь по длительное ти коммутационного процесса, обеспе91

чивающая его стабилизацию, вследствие чего перегрузочная способность электродвигателя при динамическом характере изменения нагрузки повышается.

Формула изобретения

Вентильный электродвигатель по авт.св. № 1483580, отличающий с я тем, что, с целью повышения надежности путем увеличения перегрузочной способности, в него до82324,0

полнительно введены регулятор напряжения, блок импульсной модуляции и логический элемент И-НЕ, входы кото. 5 рого подключены к выходам датчиков тока четных и нечетных тиристоров анодной группы, а выход - к входу блока импульсной модуляции, выход которого подключен к управляющему 10 входу регулятора напряжения, выходом подключенного к цепи питания источника коммутируемых импульсов, а входом - к источнику питания постоянного тока.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве исполнительного элемента в приводах большой и средней мощности. Целью изобретения является повышение надежности путем увеличения перегрузочной способности. Для достижения указанной цели вентильный электродвигатель дополнительно содержит регулятор 59 напряжения, блок 60 импульсной модуляции и логический элемент И-НЕ 61, ходы которого подключены к выходам датчиков тока 52, 53 четных и нечетных тиристоров анодной группы, а выход-к входу блока 60 импульсной модуляции, выход которого подключен к управляющему входу регулятора напряжения, выход которого подключен к цепи питания источника коммутирующих импульсов, а вход - к источнику постоянного тока. При увеличении нагрузки увеличивается длительность интервала коммутации тиристоров, это приводит к увеличению времени одновременного появления сигналов на выходах датчиков 52, 53, что приводит к изменению коэффициента заполнения сигнала на выходе устройства 60 импульсной модуляции, что в свою очередь увеличивает напряжение на выходе регулятора 59. Напряжение питания источника коммутирующих импульсов увеличивается и длительность интервала коммутации уменьшается. Т.е.при увеличении нагрузки интервал коммутации тиристоров не изменяется. 2 ил.

Ug V

I I IP IP| |F| ,

LH-Jhrmf i ill..

U

%i

«a

L

to t, tftjt t stjtatgtto

Фиг. г

i i i i/

,

41к.

410Ш

П

Н

JL

JL

i (

П П П П