Вентильный электродвигатель Советский патент 1979 года по МПК H02K29/00 

(54) ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ

Изобретение относится к области электрических машин с вентильной коммутацией и может быть использовано при разработке электроприводов.

Известны вентильные электродвигатели, содержащие устройства пуска, работающие с неизменным числом включен1 ых вентилей выпрямителя. Коммутация тока в фазах двигателя обеспечивается путем образования разрывов в токе питания инвертора 1, 2.

Необходимые разрывы в токе питания образуются путем шунтирования сглаживающего дросселя с помощью ключевого устройства, например, тиристора или симистора, и последующего перевода выпрямителя в инверторный режим. Это вызывает спадание тока, протекающего через открытые вентили выпрямителя и инвертора, к нулю и запирапие вептилей, после чего вентили инвертора вновь отпираются в соответствии с порядком их включения, сглаживающий дроссель расшунтируется, а выпрямитель вновь переводится в выпрямительный режим.

Недостатком рассмотренного устройства пуска вентильного двигателя является наличие силового ключа для шунтирования дросселя, увеличивающего установленную мощность оборудования, относительная сложность системы управления выпрямителей ввиду необходимости обеспечения фазового сдвига импульсов управления вентилями выпрямителя в диапазоне О-180 эл.град, наличия канала управления силовым ключом. Известен вентильный двигатель 3,. регулируемый за счет большего или меньщего числа запираний вентилей выпрямителя, тиристоры которого объединены в п групп, а последовательно соединенные тиристоры образуют m ветвей, в рабочие полупериоды при сохранении прохождения тока через вентиль при отпирании последнего на весь полупериод.

При пуске в указанном случае в цепи питания вентильного двигателя имеют место больщие броски тока при переходе с одной ступени на другую, что практически исключает возможность коммутации тиристоров инвертора и делает пуск невозможным.

Цель изобретения - упрощение силовой схемы и схемы управления за счет такого ее построения, что появляется возможность поочередного ввода в действие вен-тилей плеч выпрямителя. Это достигается тем, что в тракт формирования отпирающих импульсов вентилей плеч выпрямителя с заданной фазой, кроме двух плеч при мостовой схеме и одного - при-нулевой схеме, между выходами фазосдвигающих устройств и входами формирователей включены ключи, управляющие входы которых соединены с выходами распределителя команд. На фиг. 1 изображена блок-схема вентильного двигателя; на фиг. 2 - графики токов и напряжений в элементах вентильного преобразователя. Двигатель (фиг. 1) содержит синхронную машину 1, датчик положения 2, вентильный преобразователь со звеном постоянного тока 3, состоящий из выпрямителя 4, инвертора 5 и систему управления выпрямителем 6 и инвертором 7. В цепи постоянного тока преобразователя включен сглаживающий дроссель 8. Выпрямитель собран на тиристорах 9-14, инвертор - на тиристорах 15-20. Тиристоры 9, 11, 13 и 10, 12, .14 образуют две группы, а тиристоры 9, 10, 11, 12, -13, 14 образуют три ветви., . В каналы управления вь1прямителем между фазосдвигающими устройствами 21 и формирователями отпирающих импульсов 22 включены ключи 23-26, например, логические схемы И, управляющие цепи которых соединены с выходом распределителя команд 27. Двигатель работает следующим образом. В момент включения (фиг. 1) ротор двигателя, создавая магнитный потокФц, находится в одном из положений. Сигналами датчика положения 2 открываются два вентиля, например, 15 и 20 инвертора 5. Др(гие вентили инвертора закрыты. Для создания тока в цепи и соответственно намагничивающей силы статора вводится в действие минимальное число (для мостовой схемы - 2, для нулевых схем - 1) плеч выпрямителя, путем подачи на вентили отпирающих импульсов с заданной фазой. С помощью сигнала управления фаза импульсов задается в пределах от О до 90 эл.град. и определяется величиной скорости, при которой заканчивается разгон двигателя. Образованный протекающим током магнитный поток статора взаимодействует с магнитным потоком ротора, в результате чего ротор двигателя начинает поворачиваться и вместе с ним поворачивается ротор датчика положения. Ток и напряжение на выходе выпрямителя имеют прерывистую форму (фиг. 2). На фиг. 2, а приведены ток и напряжение для случая, когда в работе остаются два из шести плеч выпрямителя (моетовая схема). Перерывы тока питания двигателя имеют достаточно большую длительность по отношению к периоду питающего напряжения сети, так как напряжение спадает к нулю по синусоидальному закону, а фазовый сдвиг тока в этом случае определяется соотношением индуктивного и активного сопротивлений цепи питания. Поэтому переключение вентилей инвертора пои малых частотах вращения двигателя -(ЭДС двигателя мала) может происходить без срыва. По сигналу датчика положения снимается импульс управления с вентиля 15 и этот вентиль закрывается. Одновременно по сигналу датчика положения включается вентиль 17 и ток протекает по уже другим секциям, создавая намагничивающую силу статора. Взаимодействуя с потоком возбуждения, поток статора вызывает дальнейщий поворот ротора и т.д. таким образом, происходит пуск двигателя из неподвижного состояния. По мере разгона двигателя и достижения контролируемым параметром, например, током фаз двигателя, установившегося значения, что указывает на прекращение разгона на данной ступени переключения, вводится в действие еще одно плечо выпрямителя путем подачи на вентили отпирающих импульсов с фазой, определяемой сигналом Vjaj. Указанные операции проводятся до полного ввода выпрямителя (всех его плеч). На фиг. 2, б приведены ток и напряжение для случая, когда в работе участвуют четыре из щести плеч выпрямителя. Поочередный ввод в действие плеч выпрямителя производится с помощью распределителя команд 27 вручную или автоматически, .например, по сигналам цепей обратной связи. Наличие сигнала на входе ячейки И, поступающего с выхода распределителя ком-анд, например, переключателя на несколько положений в случае ручного ввода, разрешает прохождение сигнала с выхода фазосдвигающих устройств 21 к формирователям отпирающих импульсов 22 системы управления вентилями выпрямителя 6. Логические ячейки И 23-26 в виде управляемых ключей могут быть выполнены на различных полупроводниковых приборах, например, транзисторах, интегральных схемах и т.д. В процессе разгона возрастает противоЭДС машины, которая улучшает условия переключения тока в фазах машины. По окончании пуска коммутация тока в фазах осуществляется только за счет противо-ЭДС машины. В конце разгона работают все плечи выпрямительной схемы, фаза управляющих импульсов определяет величину выпрямленного напряжения и соответственно частоту вращения двигателя. Таким образом, включение в тракт формирования отпирающих импульсов вентилей плеч выпрямителя с заданной фазой, кроме двух плеч при мостовой схеме и одного - при нулевой схеме, между выходами фазосдвигающих устройств и входами формиро