Вентильный электродвигатель Советский патент 1979 года по МПК H02K29/04 

Изобретение относится к электротехнике, в частности, к области регулируемого электропривода с вентилйными электродвигателями.

Из основного авторского свидетельства 1 известен вентильный электродвигатель, содержащий синхронную машину, секции соединенной в звезду якорной обмотки которой подключены к источнику переменного напряжения с помощью инвертора и управляющего вьтрямителя с двумя магнитосвязанными катущками дросселя в звене постоянного тока, а также два последовательно соединенньк тиристора, подключенных необходимымиэлектродами к одноименным зажимам выпрямителя, а общей точкой кнулевой точке якорной обмотки синхронной машины.

Управляющие цепи тиристоров инвертора связаны с датчикс 1 положения ротора синхронной машины. Выпрями тель снабжен схемой импульсно-фазо вОго управления (СИФУ) с включенньм параллельно ее входу ключом, цепь уйравления которого через дифференцирующие цепочки идве логические схемы ИЛИ связана с управляющими цешями тиристоров анодной и катодной групп инвертора. Управляющие электроды последовательно соединенных тиристоров поДк.пюченьз к выходам соответствующих логических схем ИЛИ.

Коммутация токов тиристоров такого вентильного двигателя в зоне малых скоростей осуществляется путем перевода тиристоров выпрямителя в инверторный режим. При этом откры0вается также один из последователь;но соединённых тиристоров, создавая на время коммутации контур для протекания тока в секции синхронной м,а11шны, остающейся ,в работе. На перг

5 вом участке коммутации ток в секции синхронной машины, ВЕЛХОДЯЩЙЙ из работы, и обмотке Дросселя, связанной с ней через тиристор -инвертора, под действием встречной ЭДС сети

0 снижается до нуля и тиристор инвертора закрывается.

После перевода тиристоров выпрямителя в выпрямительКый режим и под5 к.п1бчения тиристором инвертора третьей обмотки машины, в ней нарастает ток до устанЬвившегося значения.

В известием вентильном двигателе шунтировани;е.ключом входа системы импульсно-фазового управления (СИФУ) происходит в момент прихода сигнала с датчика положения ротора синхронной машины, а спад тока фазы начинается в момент изменения положительного значения напряжения выпря:мителя на отрицательное. При одном и том же времени спада тока фазы до нуля время шунтирования входа СИФУ будет различно. , Благодаря введению указанных вьйие элементов, сигнал на шунтирова ние СИФУ, закрытие ключа в цепи емк Ос т и регулятора скорости и открыти оДногб из последовательно соединённ 9 ейтилей вкздается в момент перехода BiahpjiM/ieHHoro напряженйя чере.з нуль При йзмененйи его в сторону отрицательнбго значения. . . ,;, в этот же момент, практически, н -чйнагется; и процесс снижения ;тока фа двигателя, в,ыхЬдй1ций и з работы. -. . Закрытие шунтирующегр ключа, открытие, ключа в цепи, емкости регулят . управляю1цегЪ импульса с последовательно соёдинённьк тирис торов происходит также одновременно : по сйгналу с датчика нулевого TOtca. Одновременн.ре начало спада тОка и шунтирования в.хода СИФУ улучшает .работу устройства , и обеспечивает при одинаковом тОкё нагрузки для различных Ксммутаций одинаковое ДйНссМйческре изменение ча стоты вращения; кртброе соотвётЬтвукяаш подбором тта раме тров системы автрматического рёгули1эования может бытй уменбшено до требуемых величин. .. .Отключение еМкосаги. в регулйторе скорОстй на .врёмя спада тока позвб: ляё: дополнительнО уменьшить колебания напряжения на выходе рёгуля: тора и момёнт расшунтйрованй й вхойа СИФУ, дополнительно уменьшить тем - саМ.ьмко)1ебадия частоты вр ай1е-йи . дййгате1Ля..: ;..-.-:; .. .; .;,:,;::;..:.. При раббте устройства в замкнуто системе автоматического регулирова.ния, вход СИФУ обычно подключается к выходу пЬлуйррвойникЬвОго уейдйте ля,охваченнОго корректирующей гибкой обра;тнрй связью, йаприМер Н(11-це прч:крй. Время шунтировайия йлийет на степень разряда крнденсатЬра в цепи обратной связи усилителя и.тем самым на величину йапряясения на efo вьЫОДё в момент закрытия шунтирующего ключа .... При различной величине управляющего напряжения на выходе .усилителя будут разл:ичные величины .выпрямлен ного напряжейия, под действием, кото рРГо происходит нарастение тока во вновь вступивший в работу фазе машины. Различен будет и темп нараста ния тока фазы, что приводит к допрл нительным колебаниям частоты вращения, которые ограничив.ают нижний диапазон ее регулирования, сужая те |сс1мым область применния вентильного двигателя.. Целью дополнительного изобретения является строгое согласрвания момента шунтирования входа СИФУ с началом спада тока, снижение до минимума колебаний частрты вращения в момент коммутации и расширение за счет этого области применёнйя вентильного двигат.еля. -:.. . Доставленная цель достигается тем, что двигатель снабжен, дополнительнр датчиками, нуля вьзпрямленного напря ёйи.я:; и трка, двумя, двухвходрвыми логичёскйми схемами И .и устрой.ством регулирования длительности шунтирования входа .си.стбмы импульсно-фазовРгР управления, выпрямителем, :вхЬды котррого соединены с выхрдамй дат гиков нуля трка и напряжения .и с выходом схем ИЛИ, а выход - с уггравляющимИ. ц епями ключа .шунтирования и с одним из .входов схем И, второй вхРд каищой из которых соединены с 1ВЬК6ДОМ .одной из схем .ИЛИ,...; а выход - -с управ(тяющим .входом одного из последов.ательнр соедийённьк тиристорюв.- :-. :.:.-.-:.--.. .,..-;.. ., УстрЬйс вр регулирования длитель-. нрсти содержит;триггер и две двух- . входовьаё И ,первые входы котОрьЬс соёдинёйы с вькодом схем. ИЛИ, второй вх.од однОй йз них сОёдйней с вькРдом датчика нуля. выпряМленного напряже-. йня, вт;орОй .вход другрй схемы И с вь ходоМ да1. йуля в.ыпряМлеййогР . тОка, а выхрды -СО входом триггера. Для даяь.нёйщёгО .првыщё.нйя плавностй дв игатёйь мржёт быть с иг бжён дополнитёльйо датчиком скорости, соединенним со входом. йМпульсно-фазового управлейия вбтрямите.лё.м через усили е.ль с .Ключём в цепи гибкой . обратнрй связи, Управ.лякяцйё цепи которрго соединены с ВЫХРДРМ регулятора длительности шунтированияi . Йзобретёниё прясйяется чертежами. Hsi фиг.1 изрбражёйа схеМа вён ильнрго двигателя. На фйг,с,2 предетавлены врёМенныё диаграгФ ы, поясняющие работу вентильного двигателя, при этом пунктиром пока зан процессизменения напряжения и токов без приме-. нения предлагаемого устройства, т.е. в устройстве - прототипе. . На фйг.1 и 2 приняты следующие Рбозначения: i - выпрямитель; 2-7 - тиристоры инвертора; 8/9 - статор..и ротор синхронной .. :машины; . . - 10,11 - обмотки сглаживающего дросселя;12-13 -.тиристрры; 14- система импульсно-фазового управления, выпрямителем (СИФУ); 15- транзисторный ключ; 16,17,18 - логические схемы ИЛИ; 19- RC-цепочки; 20- датчик положения; 21- источник задающего напряжения;22- датчик нулевого напряжения 23- датчик нулевого тока; 24-25 - логические элементы И; 26- тахогенератор;,. 27- .усилитель с коррёкTHpsnoiueft ;RC-цепочкой; 28- устройство регулирования , длительности шунт-ирования; 29- статический триггерг ; 30,31 - логические элементы И; 32 - ключ в ,цепи емкости регуля - . тора скорости;;- .7 Uj - -напряжение на эькоде выпря V-; мителя; -;; . ......; . id выходе/выпрямитёля;; 1ф. - ток фазы двигатели ; :/ и - напряжение на выходе ло17ич , . , ких элементаЙЖ Гбу ; ;; 2д U2a-напряжения на выходедатчгй: . ков. нулевого напряжения и . - нулевого :ТЬка; V -/j . и - напряжениенав-Бкодеуеи. . лителя 27; --;;/ напряжение йа выходеустрой ства регулирова нйя ;д;г итё;Ль .нойти вхоДаСИФУ. . - .: : ;- .:---S:.v-ч -:: .в исходном СОСТОЯНИИсх емы, когда напряжение управляющего истбчйи а равно нулю, углы управления т:иристорами .выпрямителя. 133/151161 ,например/1бр элбктри.ческих rjpafiycOB . Выпрямленный ток равен нулю, рбт.ор 9 синхронной машины неподвижен григн9.л на, выходе датчика 53 отсутствует, В этом с врхбда датчика, npjiojfceния ротора 20 снимаются Два ных сигнала, которые подаютсй н управл.яющие электроды тирйсторЬв Например, 3 и .5. ПостЬягнныЙ с.игнйЛ с.; Датчика: пол1ожёйия ротора через . ,: RC-цепбчки не П1роходит, на йЕйсодё логйчес.ких элементов ИЛИ 16,17/18 и И 30, 31;сигнагл . Триг гер 29 импульсов напряжения с. э.лёмен та И момент подачи напряжения питания цепи управления . (на вйходе логических элёмен.тоб. 17 и 16 в этот. мсмент Краткбвремё.нно пЬявляетрся сигнал; от тока заряда емкости дифферёнцирующёй RC-цепбчки 19, а на выходе Датчика нулевого напряжения 22 также появляется сигна,п, так как силовое напряжение пита15иЯ выпрямителя подае.тся позднее j чем напряже.ние цепей управления) переключен в состояние, когда на его выходе сигнал отсутствует. Транзистор 15 закры на выходе элементов И ;24,25 сигнал отсутствует и тиристоры 12, 13 закры ты. Ключ 32 также закрыт и RC-цепочКа подключена параллельно усилителю 27,

692015 При подаче управляющего напряжения с источника 21 на вход усилителя 27, напряжение на его выходе растет, углы управления тир1исторами выпрямителя, становя ся меньше 90 электрическихградусов, на его выходе пбявляется Напряжение и по двум секциям якорной обмотки 8, подключенной к выпрямителю двумя открытыми тиристорами 3 Ft 5, начинает протекать ток, создавая вращающий момент, Ротбр синхронной машины поворачивается и при определенном его ПолЬжении на одном ИЗ выходных зажимов датчика 20 с игнал иЬчезает, а на другом появ.ляёпгся (на тиристоре 3 сигнал исчезает, а на тйрясторе 4 сигнал появляется). При этом появляющийся сигнал,с.датчика 20 проходит через RC-цепочки 19 на в:ход логической схемы ИЛИ 17, а затем на входы элемента ИЛИ 1.6 и элтёнта И 25, Си.гнал с элемё:нта; ИЛИ 16 проходит на вход три гера 29 через элемент. И 30 трлькОс при н аличии сигнала с Датчика нулеёого {ГапряженИя 22, При перёклйче.нИи -Триггера 29 сигналом с него транзистор 15 открывается, и ЙХЬД СИФУ 14 шунтируется, а Конденсатор регулятора скоростиотключается, У|глы упра,вления тиристорами выпрямителя :днс5ваУстайанлйваются равными 160 элеострических градусов, и напряжение се:ти оказывд-етЬя вКлюченным встречно напра;влёнию;тока выпрями.тёля, ОдноврёМёййр через .элемент И 25 открывается. тирйстЬр 13 и ток якорной рбмотк.и, выходящей из работы, резко уменьшаться , Ток . в секции ягкорной обмотки, бстающейся S аботер в это время протекает;/Через тиристор 13 и полуобмотку Дросселя 11, несколько увелйчиваясь sa счет, электрома гнит-. ной энергий; доЛуЪбмотКи 10, ток в;КрШрой спадает до нуля, После сниженйя тока выходящей из работы секции якорной обмотки .До нуля и закрытия тиристора , 3 триггер 29 сигнаЛсмй с датчика нулевого тока 23 переключается, транзистор 15 закрываетря и Сигнал с управляющего электрода тиристора 13 снимается. Приэ оМ вход СИФУ расшунтируетря, конденсатор регулятора скорости вновь одключается,углы управления тиристо-рами выпрямителя становятся меньше 90 электрических градусов и на выходе ыпряМителя появляе.тсЯ прлсэжитёльное aп.pяжёниe под действием которого ток, вступающей в работу секций якорной обМотки, нарастает до нрминального значения. После выравнивания токов, в катушках 10 и 11 дросселя тиристор 13 закрывается. Использование данного технического решения позволит расширить область применения вентильно.го двйга теля. Двигатели смогут применяться не только для электроприводов с небольшим диапазоном регулирования (200:1), требуемым обычно в главном приводе металлорежущих станков, но и для электроприводов подачи станков где необходим диапазон регулировани частоты вращения до 1000:1 и выше. Формула изобретения 1. Вентильный, электродвигатель по авторскому свидетельству №499635 отличающийся тем, что, с целью расширения области применения за счет повышения равномерности вращения в области низких скоростей он снабжен дополнительно датчиками нуля вь:прямленно:го напряжения и тока двумя двухвходовыми логическими схемами И и устройством регулирования длительности, включения ключа шунтирования входа системы импульсно-фазового управления выпрямителем, входы которого соединены с выходами датчиков нуля тоКа и напряжения и с выходом обеих схем ИЛИ, а выход с управляющими цепями ключа шунтирования и с одним из входов схем И, второй вход каждой .из которых соединен с выходом одной из схем ИЛИ, а выход - с управляющим входом одного из последовательно соединенных тиристоров.- 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что устройство регулирования длительности содержит статический триггер и две двухвходовые схемы И, первые входы которых соединены с выходом схем ИЛИ, второй вход одной из них соединен с выходом датчика нуля выпрямленного напряжения,; второй вход другой схемы И - с выходом датчика нуля выпрямленного тока, а вькоды - со входом триггера. . .. 3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что,он снабжен дополнительно датчиком скорости, соединенным со входом системы импульснофазового управления -выпрямителем- через усилитель с клк)ч:ом в цепи гибкой обратной связи, управляющие цепи которого соединены с выходом регулятора длительности включения ключа шунтирования . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР №499635, кл. Н 02 К 29/04, 1972.