Реверсивный вентильный электропривод Советский патент 1990 года по МПК H02P6/00 H02P6/24 H02P6/20 

ibdj

вые выводы транзисторных ключей 42, 43. Фазы 2, 3 обмотки электродвигателя включены в общую диагональ диодного и тири- сторного мостов. При вращении двигателя широтно-импульсной модуляторы 16, 17 обеспечивают модуляцию позиционного сигнала управления. Формирователи 18-21 управляют включением тиристоров 24-31. В

паузе сигнала отключается один из ключей 32, 33. Ток соответствующей фазы продолжает замыкаться под действием ЭДС самоиндукции и ЭДС вращения. При обесточивании электропривода фазы шунтируются ключами 42,43, обеспечивая дина- мическое торможение двигателя, что обеспечивает его надежность. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в приводе с двухфазными синхронными двигателями. Целью изобретения является повышение надежности. Для достижения поставленной цели реверсивный вентильный электропривод дополнительно содержит два широтно-импульсных преобразователя 16,17, четыре формирователя 18-21 импульсов, два логических элемента ИЛИ 22, 23. Полупроводниковые коммутаторы выполнены в виде тиристорных реверсивных мостов 4,5, соединенных через силовые ключи 32, 33 с положительным выводом источника питания, и диодного моста, в двигатель которого согласно с его проводимостью включены силовые выводы транзисторных ключей 42, 43. Фазы 2,3 обмотки электродвигателя включены в общую диагональ диодного и тиристорного мостов. При вращении двигателя широтно-импульсный модуляторы 16, 17 обеспечивают модуляцию позиционного сигнала управления. Формирователи 18-21 управляют включением тиристоров 24-31. В паузе сигнала отключается один из ключей 32,33. Ток соответствующей фазы продолжает замыкаться под действием ЭДС самоиндукции и ЭДС вращения. При обесточивании электропривода фазы шунтируются ключами 42, 43, обеспечивая динамическое торможение двигателя, что обеспечивает его надежность. 1 ил.

Изобретение относится к злектротехни- ке, в частности к электроприводу, и может быть использовано в управляемых приводах с двухфазными синхронными машинами.

Целью изобретения является повышение надежности реверсивного вентильного электропривода.

На чертеже приведена схема реверсивного вентильного электропривода.

Реверсивный вентильный электропривод содержит двухфазный синхронный электродвигатель с постоянными магнитами на роторе 1 и фазами 2 и 3 обмотки на якоре (статоре), два полупроводниковых коммутатора 4 и 5, два промежуточных усилителя б и 7, датчик 8 положения ротора с входной 9 и двумя выходными 10 и 11 обмотками, задатчик 12 частоты вращения, подключенный через модулятор 13 к входной обмотке 9 датчика 8. Обмотки 10 и 11 датчика 8 подключены к входам двух демодуляторов 14 и 15 соответственно. Кроме того, злектропривод содержит два широтно-им- пульсных преобразователя 16 и 17с двумя выходами каждый, четыре формирователя 18-21 импульсов с двумя выходами каждый, два логических элемента ИЛИ 22 и 23.

Полупроводниковый коммутатор 4 выполнен в виде тиристорного реверсивного моста на тиристорах 24-27, а полупроводниковый коммутатор 5 - в виде тиристорного моста на тиристорах 28-31. Коммутаторы соединены с положительным выводом источника питания синхронного двигателя че- рез силовые транзисторные ключи 32 и 33, В состав коммутатора введены мосты на диодах 34-37 и 38-41, в диагонали которых согласно с его проводимостью включены силовые выводы транзисторных ключей 42 и 43 прямой проводимости.

Базы транзисторных ключей 42 и 43 подключены к анодам тиристоров 24, 26 и 28, 30 соответственно, соединенных с силовым транзисторным ключом 32 и 33 через резистор 44 и 45 и два дополнительных диода 46 и 47 и 48 и 49 к выводам фаз 2 и 3

синхронного электродвигателя, включенных в общую диагональ диодных и тири- сторных мостов. Управляющие входы тиристоров 24, 27 и 25, 26 коммутатора 4 и тиристоров 28, 31 и 29, 30 коммутатора 5 соединены с входами соответствующих формирователей 18, 19 и 20; 21 импульсов. Входы формирователей 18, 19 и 20, 21 импульсов подключены к выходам первого 16 и второго 17 широтно-импульсных преобразователей (ШИП), которые соединены выходами соответственно с входами первого 22 и второго 23 логических элементов ИЛИ. Выходы элементов ИЛИ 22 и 23 через промежуточные усилители 6 и 7 соединены соответственно с управляющими входами силовых транзисторных ключей 32 и 33, а входы широтно-импульсных преобразователей 16 и 17 соединены с выходами соответствующих демодуляторов 14 и 15.

Электропривод работает следующим образом.

Формируемое с помощью задатчика 12 частоты вращения управляющее напряжение Uy поступает на вход модулятора 13. Выходное напряжение модулятора - амп- литудно-модулированный разнополярный электрический сигнал постоянной частоты, поступает на входную обмотку 9 датчика 8 положения ротора (ДПР)-синусно-косинус- ного вращающегося трансформатора, со- гласованндго по количеству полюсов с синхронным двигателем. При этом на выходных обмотках 10 и 11 ДПР 8 формируются модулированные напряжения, амплитуды которых пропорциональны синусу и косинусу угла поворота ротора 1 двигателя относительно статора (якоря) и одновременно зависят от характера и амплитуды выходного напряжения задатчика 12 частоты вращения, т.е. реализуются следующие математические зависимости:

.- sln ,

-К.-cosyjp ,

где Us - выходное напряжение синусной выходной обмотки 10 ДПР 8:

Uc выходное напряжение косинусной выходной обмотки 11 ДПР 8;

Uy-управляющее напряжение с выхода задатчика 12;

К - коэффициент трансформации ДПР 8;

р-угоп поворота ротора 1;

р - число полюсов ДПР 8.

Напряжения Us и Uc с выходных обмоток ДПР поступают на демодуляторы 14 и 15, при этом на выходах демодуляторов формируются синусоидальные напряжения, сдвинутые по фазе на 90°, амплитуда которых пропорциональна напряжению Uy.

Выходные напряжения демодуляторов преобразуются широтно-импульсны- ми преобразователями (ШИП) 16 и 17 в последовательность прямоугольных импульсов, скважность которых изменяется пропорционально напряжению демодуляторов 14 и 15.

Предположим, что при появлении положительного управляющего напряжения Uy на выходе задатчика 12 фаза напряжения на выходе модулятора 13 такова, что на выходах демодуляторов 14 и 15 начинают формироваться положительные полуволны синусоидального напряжения.

В этом случае на одном выходе ШИП 16 (17), например первом, пбявляются модулированные по длительности прямоугольные импульсы, которые через логический элемент ИЛИ 22 (23) и промежуточный усилитель 6(7) управляют работой силового транзисторного ключа (СТК) 32 (33), а также через формирователь 19 (20) импульсов поступают на включение диагональных тиристоров 24 и 27 (28 и 31) реверсивного тиристорного моста 4 (5).

В течение импульса ШИП силовой транзисторный ключ 32 (33) открыт и ток от плюса источника питания протекает по цепи: СТК 32 (33), тиристор 24 (28), обмотка 2 (3), тиристор 27 (31), минус источника питания. Пока открыт СТК 32 (33) и по тиристору 24 (28) протекает ток, база транзисторного ключа прямой проводимости 42 (43) оказывается соединенной с положительной шиной источника питания, а падение напряжения на тиристоре 24 (28) является для его входной цепи запирающим (плюс на базе, минус на аноде диода 34 (38)), следовательно, -транзисторный ключ 42 (43) во время действия импульса управления закрыт. По окончании действия импульса управления, когда СТК 32 (33) перейдет в режим отсечки (полностью закроется), обмотки 2 (3) отключаются от обеих шин источника питания,

Под действием наведенной в фазе 2 (3) ЭДС самоиндукции по цепи; диод 36(40),

переход эмиттер-база транзисторного ключа 42 (43), последовательно соединенные резистор 44 (45) и диод 46 (48) протекает ток, при этом открывается транзисторный ключ

42 (43). В результате ток в фазе двигателя за счет запасенной в индуктивности магнитной энергии продолжает протекать в прежнем направлении, замыкаясь в кон туре; фаза 2 (3), диод 36 (40), переход эмиттер-кол0 лектор транзисторного ключа (42) 43, диод 35 (39), фаза 2 (3). В дальнейшем, во время действия импульсов управления через включенные СТК 32 (33) и диагональные тиристоры 24 и 27 (28 и 31) обеспечивается

5 протекание тока по фазам двигателя от источника питания. В паузах между импульсами аналогичным образом включается транзисторный ключ 42 (43) и создает контур для протекании тока в прежнем направле0 НИИ от ЭДС самоиндукции.

Магнитные потоки, создаваемые токами якорных (статарных) обмоток 2 (3), обуславливают возникновение результирующего магнитного поля статора, которое,

5 взаимодействуя с полем постоянных магнитов ротора 1, создает вращающийся электромагнитный момент, в результате чего ротор двигателя начинает поворачиваться в том же направлении, например вперед, что

0 и поле статора. При повороте ротора двигателя поворачивается также и ротор ДПР 8, механически связанный с валом двигателя, что приводит к изменению амплитуды и фазы напряжений на его выходных обмотках

5 10 и 11 и, соответственно, напряжений на выходах демодуляторов 14 и 15 по синусои- дальному закону со сдвигом на 90°.

В положениях ДПР 8, когда выходные напряжения демодуляторов проходят через

0 нуль и изменяют полярность, прекращается подача импульсов управления с первого выхода ШИП 16 (17) на логический элемент ИЛ И 22 (23) и формирователь 19 (21) импульсов и начинается их подача с второго выхода

5 ШИП 16 (17) на другой вход элемента ИЛИ 22 (23) и формирователь 18 (20) импульсов. Диагональные тиристоры 24 и 27 (28, 31) закрываются, и при включении СТК 32 (33) включаются диагональные тиристоры 25 и

0 26 (29 и 30). Происходит реверсированиетока в обмотке 2 (3) синхронного двигателя,

при этом направление электромагнитного

вращающегося момента остает -я прежним.

Когда включен СТК 32 (33) и протекает

5 ток через тиристор 26 (30), транзисторный ключ 42 (43) также остается закрытым, так как в этом случае уже падение напряжения на тиристоре 26 (30) является запирающим для его входной цепи. В паузе между импульсами управления СТК 32 (33) тиристоры

25 и 26 (29 и 30) выключаются и отключают обмотку 2 (3) двигателя от шин источника питания, а транзисторный ключ 42 (43) под действием ЭДС самоиндукции открывается по цепи: фаза 2 (3), диод 34 (38), эмиттер-базовый переход ключа, резистор 44 (45), диод 47 (49), фаза 2 (3) и вместе с диодами 34, 37 (38, 41) образует замкнутый контур, по которому продолжает протекать в прежнем направлении ток обмотки под действием запасенной в ее индуктивности магнитной энергии.

При очередной смене знака напряжения на выходе демодулятора 14 (15) прекращается формирование импульсов управления на втором выходе ШИП 16 (1.7) и вновь они формируются на первом выходе. При этом тиристоры 25 и 26 (29 и 30) выключаются и происходит реверсирование тока через включенные тиристоры 24 и 27 (28 и 31). В дальнейшем процессы в электроприводе протекают аналогичным образом, т.е. во время действия импульсов управления СТК 32 (33) и тиристоры 24 и 27 (28 и 31) обеспечивают путь для протекания тока по фазе 2 (3) от источника питания, а в паузах между импульсами управления включается автоматически транзисторный ключ 42 (43) и вместе с диодами 36 и 35 (40 и 39) образует контур для протекания тока в прежнем направлении от ЭДС самоиндукции. При увеличении управляющего напряжения с задатчика 12 увеличивается скважность импульсов управления ШИП и, следовательно, возрастают амплитуда первой гармоники модулированного напряжения на обмотках двигателя и соответственно скорость вращения ротора 1. При вращейии ротора в обмотках якоря наводится ЭДС вращения, направленная встречно с приложенным напряжением и изменяющаяся по синусоидальному закону. В переходных режимах, например при сбросе нагрузки или уменьшении управляющего напряжения в системе с обратной связью по скорости, скважность импульсов упр авле- ния уменьшается и может стать равной нулю, т.е. ЭДС вращения может быть больше приложенного к обмоткам двигателя сред- негр напряжения.

В этом случае СТК 32 (33) и открытые тиристоры, например 24 и 27 (28 и 31), закрываются и под действием ЭДС вращения автоматически открывается транзисторный ключ 42 (43) по цепи: фаза 2 (3), диод 34 (38), переход эмиттер-база ключа, резистор 44 (45), диод 47 (49), обмотка двигателя.

Ток в фазе 2 (3) меняет свое направление и протекает в контуре, образованном открытым транзисторным ключом 42 (43) и

диодами 34 и 37 (38 и 41). При изменении полярности ЭДС вращения на выводах обмотки 2 (3) транзисторный ключ 42 (43) уже вместе с диодами 36 и 35 (40 и 39) образует контур для протекания тока от ЭДС вращения в другом направлении. Следовательно, в переходных режимах в электроприводе осуществляется автоматически перевод двигателя в режим торможения, т.е. проис0 ходит частичный сброс запасенной в двигателе электромагнитной энергии и его подтормаживание.

При остановке двигателя, когда снимаются импульсы управления, а также в ава5 рийный режимах, например при исчезновении питания на двигателе, в известных электроприводах элементы полупроводниковых коммутаторов становятся неуправляемыми и двигатель тормозится

0 выбегом. В подобных ситуациях в предлагаемом электроприводе обмотки двигателя отключаются силовыми транзисторными ключами и тиристорами реверсивного тири- сторного моста от шин источника питания и

5 под действием наведенных в них ЭДС вращения открываются автоматически транзисторные ключи прямой проводимости, которые вместе с диодами обратных диодных мостов образуют контуры динамиче0 ского торможения. Токи в обмотках меняют свое направление и создают тормозной момент, противоположный моменту вращения, в результате происходит быстрый останов двигателя. Для ограничения тор5 мозного тока в коллекторную цепь транзисторного ключа 42 (43) может быть включен резистор.

При смене полярности управляющего напряжения на выходе задатчика 12 изме0 няются на 180° фаза выходного напряжения модулятора 13 и соответственно фаза напряжений на обмотках ДПР и выходах демодуляторов. При этом импульсы управления появляются сначала на вторых выходах

5 ШИП 16 и 17 и от формирователей 18 (20) импульсов включаются первыми диагональные тиристоры 25 и 26 (29 и 30), т.е. происходит смена фазы формируемого тока в обмотках двигателя и, соответственно, из0 менение направления электромагнитного вращающегося момента. Ротор двигателя приходит в движение и вращается назад, при этом коммутационные процессы в схеме электропривода происходят так же, как и

5 при вращении двигателя вперед.

Таким образом, в электроприводе за счет введения новых элементов осуществляется импульсное регулирование напряжения на обмотках синхронного двигателя и, следовательно, его скорости только двумя

силовыми транзисторными ключами, а изменение направления тока в обмотках производится по раздельному закону тири- сторными реверсорами, что уменьшает вероятность возникновения сквозных токов в полупроводниковых коммутаторах. Кроме того, в электроприводе при импульсном регулировании напряжения обеспечивается безразрывность тока в обмотках двигателя во всех режимах работы, а также осуществляется автоматически перевод двигателя в режим динамического торможения в аварийных ситуациях, при этом не требуется дополнительных устройств управления и источников питания. Все это повышает надежность его работы.

Формула изобретения

Реверсивный вентильный электропривод, содержащий двухфэзный синхронный электродвигатель, каждая фаза которого подключена к полупроводниковому коммутатору, два промежуточных усилителя, датчик положения ротора с входной и двумя выходными обмотками, задатчик частоты вращения, подключенный через модулятор к входной обмотке датчика положения ротора, две выходные обмотки которого подклю- чены соответственно к входам двух демодуляторов, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, в него введены два широтно-импульсных преобразователя с двумя выходами каждый, четыре формирователя импульсов с двумя выходами каждый, два логических элемента ИЛИ, а каждый полупроводниковый коммутатор

выполнен в виде тиристорного реверсивного моста с силовым транзистором для подключения к положительному полюсу источника питания и диодного моста, в диагональ которого включены согласно с

его проводимостью силовые выводы транзисторного ключа прямой проводимости, база которого подключена к анодам тиристоров, соединенных с силовым транзистор- ным ключом, и через резистор и два

дополнительных диода соединена с выводами соответствующей фазы синхронного электродвигателя, включенной в общую диагональ диодного и тиристорного мостов, управляющие входы диагонально расположенных тиристоров каждого коммутатора подключены к выходам соответствующих формирователей импульсов, входы формирователей импульсов первого и второго коммутаторов подключены соответственно

к выходам первого и второго широтно-импульсных преобразователей и входам соответствующих логических злементов ИЛИ, выходы которых через соответствующие промежуточные усилители подключены к

управляющим входам транзисторных силовых ключей, а вход каждого широтно-им- пульсного преобразователя соединен с выходом соответствующего демодулятора.