Вентильный электропривод Советский патент 1990 года по МПК H02P6/20 H02P6/24 H02P7/36 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах, где требуется реверсирование направления вращения электродвигателя.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем Ьбеспечения реверса электродвигателя, I .На фиг. 1 представлена функциональ- |ная схема вентильного электропривода; на }фиг. 2 - диаграммы Х1-Х11 напряжений на элементах схемы при прямом чередовании 1фаз в обмотке ротора при неподвижном ро- JTOpe; на фиг. 3 - диаграммы напряжений на элементах схемы при обратном чередова- |нии фаз в обмотке ротора при неподвижном (роторе; на фиг. 4 -диаграммы напряжений на элементах схемы при прямом чередова- |нии фаз в обмотке ротора при его вращении; на фиг. 5 - диаграммы напряжений на элементах схемы при обратном чередовании фаз в обмотке ротора при его вращении. I Вентильный электропривод содержит {асинхронный электродвигатель 1 с фазным ; ротором (фиг. 1), статорные обмотки которо- :го подключены к выходам преобразователя :2 частоты, а роторные обмотки - к выходу (преобразователя 3 частоты, блоки 4 и 5 за- i Дания амплитуды напряжений статора и ро- iTopa соответственно, выходы которых : подключены к первым управляющим вхо- I дам преобразователей 2 и 3 частоты статора и ротора соответственно, блок 6 задания постоянной частоты токов ротора. Датчик 7. фазных напряжений статора подключен выходами к входам формирователя 8 и блока 9 системы управления по фазе напряжений. ; Первый выход формирователя 8 синхрон- ных импульсов подключен к первому входу первого двухвходового логического элемента i/1-HE 10, а второй выход - к входам первого однЬвибратора 11, второго одно- вибратора 12, С-входу второго D-триггера 13 и второму входу второго двухвходового логического элемента И-НЕ 14.

Выход первого одновибратора 11 соединен с вторым входом первого двухвходового логического элемента И-НЕ 10, выход которого подключен к входу первого одно- вибратора 15 с повторным запуском. Его выход соединен с D-входом первого D-триг- гера 16. D-вход второго D-триггера подключен к выходу второго одновибратора 12. Выход второго D-триггера 13 соединен с входом второго одновибратора 17 с повторным запуском, который через инвертор 18 подключен к первому входу второго двухвходового логического элемента И-НЕ 14. С-вход первого D-триггера соединен с выходом второго двухвходового логического элемента И-НЕ 14, выход первого D-триггера

оединен с первым входом первого управяемого переключателя 19. Второй вход первого управляемого переключателя 19 содинен с выходом блока 9 системы управле- ния по фазе напряжений, а выход подключен к второму управляющему входу преобразователя 2 частоты статора. Второй вход второго управляемого переключателя 20 соединен с выходом блока 6 задания ча- стоты токов ротора, а выход - с вторым управляющим входом преобразователя 3 частоты ротора.

Вентильный электропривод работает следующим образом.

При подаче напряжения питания на

преобразователи 2 и 3 частоты статора и ротора сигнал блока 6 задания постоянной частоты токов ротора (задает постоянную частоту порядка 3-5 Гц) проходит через вто- рой управляемый переключатель 20, открывает тиристоры преобразователя 3 частоты pioTOpa и по обмотке ротора асинхронного двигателя 1 начинает протекать трехфазный низкочастотный ток возбуждения частотой ftf, создающий вращающееся магнитное поле возбуждения.

При неподвижном роторе (фиг. 2) с датчика 7 фазных напряжений статора снимается сигнал частотой од и подается на вход блока 9 системы управления по фазе напряжений, которая вырабатывает импульсы управления тиристорами инверторного звена преобразователя 2 частоты статора, причем угол опережения включения тиристоров ос- тается постоянным во всем диапазоне рабочих частот двигателя. Импульсы управления поступают через первый управляемый переключатель 19 на второй управляющий вход преобразователя 2 частоты статора и откры- вают тиристоры инверторного звена. В обмотке статора начинает протекать трехфазный ток и создается вращающееся магнитное поле статора, которое при вращении 8 одном направлении и с одинаковой частотой вращения с полем ротора взаимодействует с ним, создавая электромагнитный вращающий момент.

При вращающемся роторе частота шснимаемого с датчика 7 фазных напряже- НИИ статора сигнала равна

О) -OJr +O)f ,

где сОг угловая частота вращения ротора, Регулирование частоты вращения двигателя осуществляется по двум каналам. По первому каналу (якорное регулирование) блок 4 задания амплитуды напряжения статора воздействует на фазу управления выпрямительного звена преобразователя частоты статора и регулирует тем самым его выходное напряжение. По второму каналу (регулирование возбуждения) блок 5 задания амплитуды напряжения ротора определяетамплитудунапряженияпреобразователя 3 частоты ротора.

При необходимости реверсирования направления вращения двигателя в электроприводе предусмотрена возможность изменения направления вращения магнитных полей статора и ротора.

В исходном состоянии на первых входах первого 19 и второго 20 управляемых переключателей присутствует логический сигнал, соответствующий уровню логической 1.

Управляемые переключатели 19 и 20 работают следующим образом.

Когда на первых входах управляемых переключателей присутствует уровень логической 1, поступающий на второй вход трехфазный сигнал без изменений передается на выход. Когда на первых входах присутствует уровень логического О, управляемый переключатель изменяет чередование фаз трехфазного сигнала, поступающего на второй вход, на обратное.

Реверсирование направления вращения двигателя осуществляется следующим образом. За счет якорного регулирования частоту вращения двигателя снижают до нуля. На первый вход второго управляемого переключателя 20 подается логический сигнал, соответствующий уровню логического О. Это вызывает изменение чередования фаз трехфазного сигнала, подаваемого на второй вход второго управляемого переключателя 20. При подаче логической 1 на первый вход второго управляемого переключателя 20 чередование фаз возвращается в исходное состояние.

Изменение чередования фаз в роторе приводит к изменению направления вращения магнитного поля ротора. Это означает, что в трехфазной ЭДС, наводимой полем ротора в статоре, тоже изменилось чередование фаз. Сигнал с датчика 7 фазных напряжений статора подается на формирователь 8 синхронных импульсов, который вырабатывает два синхронных импульса, представляющие собой логические сигналы прямоугольной формы, совпадающие по фазе и частоте с соответствующими фазными напряжениями. Синхронный импульс с первого выхода формирователя 8 синхронных импульсов XI (фиг. 3) совпадает, по фазе с напряжением фазы А, а с второго выхода синхронный импульс Х2 - с напряжением фазы В.

Синхронный импульс Х1 фазы А поступает непосредственно на первый вход первого двухвходового логического элемента И-НЕ 10, а синхронный импульс Х2 фазы В 5 поступает на второй вход первого двухвходового логического элемента И-Н Е 10 через первый одновибратор 11, который формирует из синхронного импульса Х2 фазы В узкий импульс Х3,длительность которого 0

THMI f

гдетим -длительность импульса на выходе 5 первого одновибратора;

ff - частота тока ротора (частота возбуждения).

При прямом чередовании фаз А, В, С

(фиг, 2) сигнал с выхода первого двухвходо0 вого логического элемента И-НЕ 10 Х4

представляет собой чередование импульсов

с периодом

I ИМ2

25

И длительностью импульса

им2 - Тим2 - Гим1 -Y. .

При обратном чередовании фаз В, А, С (фиг. 3) сигнал Х4 с выхода первого двухвхо- дового логического элемента И-НЕ 10 имеет уровень логической 1, так как в любой момент времени на одном из входов первого двухвходового логического элемента И-НЕ 10 присутствует уровень логического О, Длительность импульса с выхода первого одновибратора с повторным запуском (Х5) выбрана так, что

45

имз где Гимз длительность импульса с выхода первого одновибратора 15 с повторным запуском,

При прямом чередовании фаз на выходе первого одновибратора 15 с повторным запуском присутствует уровень сигнала Х5, соответствующий логической 1, так как длительность формируемых импульсов

больше периода частоты следования импульсов на его входе. При обратном чередовании фаз на выходе первого одновибратора 15 с повторным запуском присутствует уровень логического О, так как на его входе импульсы отсутствуют.

Сигнал с выхода первого одновибраго- .ра 15 с повторным запуском подается на D-вход первого D-триггера 16, на С-вход которого поступают импульсы Х10 с выхода второго двухвходового логического элемента И-НЕ 14.

Выходной сигнал X11 первого 0-трмгге ра 16 посгупает на первый вход первого управляемого переключателя 19 и Я1зляется для него сигналом управления. Если на первом входе первого управл.чемого переключателя 19 присутствует уровень логической 1, то чередование фаз на его выходе повторяет чередование фаз на втором входе. Если на первом входе первого управляемого переключателя 19 присутствует уровень логического О, то чередование фаз на его выходе по отношению к чередованию фаз на втором входе изменяется на обратное.

Изменение чередования фаз на выходе первого управляемого переключателя 19 приводит к изменению алгоритма работы тиристоров инверторного звена преобразователя 2 частоты статора и, как следствие, - к изменению чередования фаз на его выходе. Это вызывает изменение направления вращения магнитного поля статора.

Повышение напряжения на статоре с помощью блока 4 задания амплитуды напряжения статора приводит к тому, что ротор двигателя начинает вращаться в противоположном направлении.

уровень логического О, так как при появлении переднего фронта импульса Х2 на его С-входе сигнал на D-входе имеет уровень логического О. На выходе второго одноаибратора 17с повторным запуском сигнал Х8 также имеет уровень логического О. После инвертирования инвертором 18 сигнал Х9 поступает на первый вход второго двухвходового логического элемента И-НЕ 14,

на выходе которого присутствует последовательность импульсов, являющихся инвертированными синхронными импульсами Х10 фазы В. Так как на С-входе первого D-триггера 16 поступает последовательность импульсов XIО, его выходной сигнал Х11 повторяет сигнал Х5 на D-входе.

При вращении ротора ,тельность импульса .Х6 на выходе второго одновибратора 12 больше периода частоть тока статора

(импульсы Х1, Х2. фиг. 4 и 5), и на выходе второго О-трйггера 13 присутствует последовательность импульсов Х7. Второй одно- вибратор 17 с повторныгу запуском формирует импульсы, длительность которых больше периода частоты токов ротора:

f wMS

j

ff30 где Гкм5 длительность импульсов, формируемых вторым одновибратором 17 с повторным запуском,

Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем обеспечения реверса электродвигателя. С этой целью вентильный электропривод с асинхронным двигателем 1 с фазным ротором снабжен управляемыми переключателями 19,20, блоком 9 системы управления по фазе напряжения, D-триггерами 13,16, одновибраторами 11,12 и одновибраторами 15,17 с повторным запуском, элементами И-НЕ 10,14, инвертором 18 и формирователем 8 синхронных импульсов. Благодаря этому в электроприводе обеспечивается реверсирование асинхронного двигателя 1. Для этого по каналу якорного регулирования снижают частоту вращения до нуля. На первый вход переключателя 20 подается сигнал, соответствующий логическому нулю. Это вызывает изменение чередования фаз трехфазного сигнала, поступающего на второй вход переключателя 20. 5 ил.

Тим4

С

Для исключения возможности изменения направления вращения магнитного по- ля статора при ненулевой скорости вращения двигателя, что может вызвать резкий наброс. нагрузки и опрокидывание инвертора в статорной цепи, в электроприводе предусмотрено пороговое устройство, запрещающее подачу импульсов на С-вход первого D-триггера 16 и делающее невозможной смену логического уровня на его выходе при частоте вращения двигателя, отличной от нуля.

Пороговое устройство работает следующим образом. Второй одновибратор формирует из синхронных импульсов фазы В импульсы Х6, длительность которых равна

1

где е

W

1

При неподвижном роторе Гим т (

частота токов статора), так как . На выходе второго D-триггера 13 сигнал Х7 имеет

На выходе одновибратора 17 сигнал Х8 имеет уровень логической 1, так как длительность формируемого одновибратором 17 импульса больше периода частоты следования импульсов на его входе. После инвертирования инвертором 18 сигнал Х9, представляющий собой уровень логического О, поступает на первый вход второго двух- аходового логическою элемента 14. На С-входе первого D-триггера 16 присутствует уровень логической 1 сигнала Х10. Сигнал X11 на выходе первого D-триггера 16 не изменяется при изменении сигнала на его О-входе.

Асинхронный двигатель с фазным ротором в злектроприводе обладает свойствами и характеристиками двигателя постоянного тока с компаундным возбуждением. Последнее реализуется за счет скольжения ротора относительно вращающегося магнитного поля машины.

Применение изобретения позволяет обеспечить повышение быстродействия, надежности и точности реверса двигателя и тем самым расширить функциональные возможности электропривода.

Формул а изобретения

Вентмльный электропривод, содержащий асинхронный двигатель с фазным ротором, преобрезозатели частоты, подключенные соответственно к обмоткам стзтсрз и ротора, блоки задания амплитуд HsnpRxeHL tii статора и ротора, соединенные выходами с первыми управляющими входами соответственно преобразователей частоты статора и ротора, блок задания постоянной частоты токов ротора, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения реверса, введены первый управляемый переключатель, второй управляемый переключатель, блок системы управления по фазе напряжений, два D-триггера, два одновибра- тора с повторным запуском, два двухаходо- вых логических элемента И-НЕ, два одновибратора, инвертор, формирователь синхронных импульсов с двумя выходами, датчик фазных напряжений статора, подключенный выходами к входам формирователя синхронных импульсов и блока системы управления по фазе напряжений, первый выход формирователя синхронных импульсов соединен с первым входом первого у вухвходового логического элемента И-НЕ, второй выход формирователя синх-

.CL

.t

AS

хяД5 Х9 KfO

X//

0

10

15

0

5

ронных мпульсов соединен с входами первого и второго одновибраторов, с С-входом второго D-триггера и с вторым входом второго двухвходового логического элемента И-НЕ, выход первого одновибратора соединен с вторым входом первого двухвходового логического элемента И-НЕ, выход которого подключен к входу первого одновибратора с повторным запуском, соединенного выходом с D-входом первого D-триггера, выход второго одновибратора подключен к D- входу второго D-триггера, выходом соединенного с входом второго одновибратора с повторным запуском, который через инвертор подключен к первому входу второго двухвходового логического элемента И-НЕ, выходом соединенного с С-входом первого D-триггера, подключенного выходом к первому входу первого управляемого переключателя, второй вход которого соединен с выходом блока системы управления по фазе напряжений, а - с вторым управляющим входом преобразователя частрты статора, первый вход второго управляемого ключа служит для подачи сигнала постоянного уровня, второй его вход соединен с выходом блока задания постоянной частоты токов ротора, а выход подключен к второму управляющему входу преобразователя частоты ротора.

Z..

.у/

Л

у/

/Z /

IC

Л /

о//

U

a,if

ff

Л

..

А- AT/i

«f/

Л

и;/

«./

«//

/

/

«У

/

Г«

/г-/

Фи.г.3

4:..