Регулятор возбуждения вентильного двигателя Советский патент 1978 года по МПК H02K29/00 H02P7/06 

Функции независимого источника в схем регулятора возбужае я этом вентильном двигателе сведены к обеспечению нормальн го возбуждения синхронного двигателя в окрестностях холостого хода и при малых нагрузках. При достаточно больших нагрузк когда напряжение на обмотке возбуждения повышается до уровня выходного напряжения независимого источника jпитания, последний отключается посредством отсекакнцего диода. В следующем интервале возбуждение двигателя и автоматическая Компенсация реакции якоря обеспечивается только входным током инвертора, .- . Этот регулятор ие удовлетворяет требованиям вентильного двигателя по рассматр ваемой схем-е, предусматривающей инвертор со звеном постоянного тока, с естественной коммутацией вентилей под действием ЭДС вращения двигателя, реализуемой толь ко при опережающем фазовом сдвиге между током нагрузки и напряжением якоря. ЗдеЬ продольная реакция якоря, определяемая как модулем тока нагрузки, так и углом нагрузки, является размагничивающей, что обуславливает положительную жесткость статических/ механических характеристик и неустойчивую работу.как в статике, так и в, динамике. Целью изобретения является повьпиение жесткости механических характеристик и обеспечение заданной перегрузочной способ ности синхро иого двигателя в статическом и динамическом режимах. Это достигается тей, что в регулятор воз- буждения вентильного двигателя на базе трехфазного синхронного двигателя, подклк ченного к зависимому инвертору тока с тактовой синхронизацией инвертора по напряжению якоря двигателя, обмотка возбуждения которого включена последовательно со звеном постоянного тока инвертора, и содержащий независимый регулируемый иcтoчник питания обмотки возбуждения, соединенны через дроссель с обмоткой возбуждения двига теля, за шунтированную резистором и другим дросселем, введен узел отрицательной об- . ратной связи по току источника, выполненны в виде резистора, включенного последователь НО с указан 1ым источником и шунтированного цепью, состоящей из диода и ограничительного резистора. На фиг. 1 представлена принципиальная схема вег1тил1;1ного двигателя со структурой предлагаемого регулятора возбуждения; на фиг. 2 - вольтамперные характеристики регулятора возбуждений; на фиг. 3 - кривые токов и токораспределение в узле возбужде. ния вентильно1о двигателя по предлагае-; мой схеме. Регулятор возбуждения нагружен на об«мотку возбуждения 1 синхронного двигателя, включенную между вьтрямителем,2 и инвертором 3 со схемой управления 4. Параллельно обмотке воабужпГ ния 1 включена цепь из резистора 5 и индуктивность 6. Регулятор возбуждения содержит управляемый источник 7 постоянного напряжения, который соединен с обмоткой возбуждения 1 через индуктивность 8 и резистор 9, фичем резистор 9 шунтироваядиодом 10 и резистором 11, Общиеточки элементов 5j 6; (jilO; 10Д1 соединены со схемами сравнения 12, 13 на входе блока 7. В режиме холостого хода вентильного двигателя по схеме на фиг. 1 магнитный поток в зазоре синхронной машины создается только током обмотки возбуждения, протекающим под воздействием независимого источника питания регулятора возбуждения. При нагружении же двигателя моментом статического сопротивления, его скоростная характеристика -опишется вьтражением: m mi °s i--Jmi 3 W ов 3,cosi4),t9) ,Qj первая гармоника фазного тока якоря двигателя и его фазовый угол приведенный к обмотке якоря ток возбуждения; d 4полные индуктивности по осям d и О ; e угол нагрузки двигателд; эквивалентное сапротивление, учитывающее сопротивление фазной обмотки якоря, сопротивление цепи входного тока и коммутацию в вентилях, з которого следует, что наклон регулироочных характеристик или их жесткость в юбой точке характеристики зависит от отношений между в 3 ., и (л о оЛ частности, статические скоростные (или еханические) характеристики вентильного игателя при нерегулируемом токе возбужния (Здд con&i ) с ростом угла (0 ) грузки ( W ; или момента сопротивления валу (.) из-за размагничивающего йствия продольной реакции якоря обретают ложительную жесткость, то есть становятнеустойчивыми. Для получения устойчивых механических коростных) характеристик с минимальным атизмом требуется изменение тока возждения двигателя, следовательнои тока зависимого источника питгиптя, в функции ка нагрузки по вполне определенному. заданному по выи1еукаэа1 Ньм услоЬиям, за кону. Обобщенный закон регулирования тока возбуждения в функции нагрузки Q и пара ра уйравления (ft получается из вышепри веденного уравнения скоростной характери тики и имеет вид: , )чЫ-1)бт(ч 48Ьн0ч75Г„5т odt cos()(j4e)J а связь этого тока с током нагрузки графи чески проиппюстрирова ш расчетными |Кри выми на фиг. 3, Токораспределениё , в узле возбуждени вентильного двигателя: ( t R-( . где t) ток в шуптирутощей ОВ вет Ы / киг Uu-n.itJ г,- напряжение и ток незавиrift Но- . симого источника} Г. - омическое сопротивление обмотки возбу5кдения ВД, . f , 7 покааьгоает, что при U const ток непосредственно обмотки возбуждения буде изменяться по линейному закону, отличном от требуемого. Закон регулирования тока независимого источника питания U (3 у. ) определяется после расчета и построения графи потребного токораспредепения согласно фиг. 3 в узле возбуждения, Здесь; нв макс оВ определяется по холосто .. ,..с- ° перегрузке вентильного двигателя, В целом закон «() опре деляется на соотношения: ; Ч М , гае с1/5гг(), входной ток инвертор . .i - коэ44«шиенТ5 учитьюаюший «Т лявлениекоммутации в вепт ЛЯХ инвертора} Wi( v - yrofi коммутации вентиля инвертора. Напряжение на зажимах обмотки возбуж дения ВД (или незави.симого источника питания) находится из соотношения: ,)И /за«1 Т.. 5 ±ia ,1 .,. график которого приведен на фиг, 2. Для формирования же требуемого закона регулирования 3 () ™ ов (нв) Ф 2 независимый источник питания (в качестве которого могут быть.использованы управляемые вьтрямители на ПолупроВЬпниковых вентилях, либо электромашинные усилители или магнитные усилители с выходом на постоянном токе) охватывается жесткой нелинейной отрицательной обратной связью, реализируемой с помошьго делителя напряжения - резисторов 9, 11. и диода 10, включенных по схеме на фиг. 1, Работа этого узла и, в целом, регулятора поясняется диаграммами кривых на фиг. 2. Напряжение независимого источника питания (7) определяется из равенства -сигнал управления на входе независимого источника, -коэффициент у силения. ив MOIliC входной сигнал, определяемый по требованиям холостого хода и перегрузки ВД; - сигнал обратной связи. U,,Atr tlH ro-;i r,j-, 3 - прямой ток вентиля 10, Сопротивление шуота обратной связи по току нагрузки ноаависимого источника питания выб1фает я в пределах: V (0,01 . 0,1) Vj , а параметры .обратной связи рассчитываются по соотношению i )UocMc,Kc t) (ряжение и ток, определяе иые по вольтамперной характеристике диода Ю. Flit вопичине tn , с помощью выражения о определяется II :. :;й Н (3 , Р) .... .„....--.... v. .g U,, .и, следовательно,потребная ность независимого источника питания: IP ИТ ив на макс нвмаксРасчет параметров и выбор независимс го источника (7) производится после расчета необходимого коэффициентаусилепия (К,). Задаваясь различимыми значо1шями U в пределах найаепиого выше рабочего диап;1зопа изменения иапряжония обратной слулэи, определяется пнеу.пяя характорисгика .источника независимого, возбуяодения нв нв) последуюшом эта характеристика на основании ) перестраивается в характерист ) (см. фиг. 3). В предложенной схеме вентильного двигателя реализация естественной коммутации вентилей инвертора и использование напряжения двигателя, как источника, синхрониаируюшего инвертор, проявляются по иному и в динамике. Из-за размагничивающего характера продольной реакции от тока нагрузки и отсутствия датчика положения ротора система чувствительна к перегрузкам по току нагрузки. Причем при малых углах опережения отпирашй вентилей, обеспечивающих лучшее использование электродви- гателя, предел динамической устойчивости сиСТе ы ограничивается инвертором, а при сравнительно больших углах, то есть. при малыхСоаф, .этот предел ограничивается по току двигателя, ..- Следовательно, регулятор возёуясдения для рассматриваемого вентильного двигателя по своей структуре имеет отличительные дина мические свойства, вытекающие из передатрч ной функции, написанной ниже для прир. щения тока нагрузки при пренебрежении электромагнитными переходньгми процессами.в контурах «иашины и зоны нечувствительности узла обратной связи (p)(-p) т(Р) W(p) (p) - характеристический подином. .с истемы 4-го порядка; Wj(p)- то же; входной цепи инвертора;W-lp)- то же, цепи возбужденг я 3-го порядка. Анализ этого уравнения показал, что при отсутствии регулирования входного напря-жения инвертора tJ j у и независимого возбуждения двигателя и коэффициенты ха рактеристнческого управления в обшем случае будут иметь различные знаки, что указывает неустойчивый характер изменения токь нагруз ки. Физическая природа этого явления также оВязана с размагничивающим действием реакции опережающего тока якоря. Поэтому удогшетворительно.е протекание переходного процесса достигается воздействием на воа буждение двигателя в функции тока якоря (нагрузки) и его производных. Для этой цели в схеме регулятора возбуждения помим функциональной обратной связи-независимого HCT04F HKa используется также параллельная цепь в виде акл-ивного сопротивления 5 и индуктивности 6 ( см, фиг, 1), предназначенная для необходимого токораспределения., Передаточная функция этого узла будет; Wp(p) Kp(l + T. М Использование предложенного регулятора возбуждения позволяет для механизмов длительного режима раЪоты; насосов, компрессоров и им подобных, применять вентильный двигатель с зависимым инвертором тока, с естественной коммутацией вентилей и с тактовой синхронизацией по напряжению. Преимущества этого типа привода заключаются: в простоте схемы инвертора и управления км Б возможности более широкого диапазона регулирования механизма при сраннительно вьгсоких энергетических показателях, в ис1№ючении из схемы специальной машины - датчика положения; в повьн шенкн надежности всей системы электроярнводаула изобретения Регулятор возбуждения вентильного двигателя на базе трехфазного синхронного двигателя подключенного к зависимому инвертору тока с такговой синхронизацией инвертора по нasIp ;жeнию якоря двигателя, обмотка Бозбркдэния которого включена последовательно со звеном постоянного тока инвертора, и содержащийнезависимый.регулируемый ИСТОЧНИК питания обмотки возбуждения, соединенный через дроссель с обмоткой возбуждения двигателя, зашунтированную резистором и другим дросселем, о т л и чающийся тем, что, с целью повь шения хлесткости механических характеристик и обеспечения заданной перегрузочной способности синхронного двигателя в статическом и динамическом режимах, 6 независимый источник питания введен узел отрицательной обратной связи и по току источника, вьшол- ценный в виде резистора, включенного последовательно с указанным источником и шунтированного цепью, состоящей из диода и ограничительного резистора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1,Патент Японии № 45445, кл, 55 С 2, 1968, 2.Патент США № 2193919, кл. 318-138, 1940,