Двухзонный вентильный электродвигатель Советский патент 1980 года по МПК H02K29/00 

(54) ДВУХЗОННЫЙ ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ

1

Изобретение относится к электротехнике, в частности к регулируемому электроприводу переменного тока.

Известны двухзонные электроприводы постоянного тока, состоящие из двигателя постоянного тока, управляемого вьшрямителя, подключенного к якорю двигателя постоянного тока и управляемого выпрямителя, подключенного к обмотке возбуждения двигателя постоянного тока 1 Регулирование частоты вращения в таких электроприводах до номинальной осуществляется с постоянным моментсэм за счет регулирования напряжения якоря двигателя с помощью выпрямителя при постоянном возбуждений, а выше номинальной - с постоянной мощностью при постоянном напряжении якоря двигателя, меняя его ток возбуждения.

Недостаток таких двухзонных электроприводов состоит в ненадежности двигателя постоянного тока из-за наличия вращающегося коллектора двигателя постоянного тока и снижения перегрузочной способности из-за неудовлетворительной коммутации на высоких частотах вращения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является

двухзонный вентильный электродвигатель, состоящий из зависимого выпрямительного инверторного преобразователя частоты со звеном постоянного

5 тока, синхронной машины с электромагнитным возбуждением и управляемого выпрямителя для питания обмотки возбуждения синхронной ъламшна 2.

Двухзонный вентильный электродвигатель содержит управляемый выпрямитель , который подключен через инвертор к фазам синхронной машины. Обмотка возбуждения синхронной машины питается от второго управляемого выпряf5 мйтеляГИмёется трансформатор напряжения, датчик тока, выходы которых подключены к с.истеме фазового управления и регулирования выпрямителя. К управляющим электродам тиристоров выпрямителей подключены выходы систем

20 импульсного управления, входы которых подключены к .выходу блока сдвоения импульсов управления. Входы блока сдвоения импульсов подключены к выхо25ду систем регулирования выпрямителя и инвертора. Имеется регулятор пуска, вход которого подключен к датчику частоты вращёнйй И положения ротора и выходу трансформатора. Выход рёгуля

30 тора пуска подключен на вход систем управления выпрямителем и инвертором ВходырёгулятЬра ивгвертора поДключены к датчику частоты вращения и поло жения ротора и к логическому устрой ству выбора угла управления инйёртор §5ГВДй кЬ т6рого подключены к выходу ,системы фазового управления и регули регвания и выходам устройств задания управления тиристорами инвертора в Двигательном режиме и тормозном режиме. Входы ycTpoftcTiS подключены ™i датчику и источникам напряжения за даШя углов управления. Шёетёя:система регулирования вып рямите:ля, вьлход которой подключен к й айййющйй электродам тиристоров еап рямителя, а вход через датчик нап ряжения к обмотке якоря синхронной Машины и через з адатчик ЭДС к дат чику частоты вращения. Второй вход зада тчика ЭДС подключен к источнику задающего напряжёнияТ -- «,-ь. Поддержание заданной HJ частоты вращения системой осуществляется путем воздействия на углы управления -йШряМйтеля аналогично электроприводам постоянного тока. В р;ежимё регулирования с ослаблен ньп« полем ЭДС обмоток синхронной потвдерживаётся на заданном уров ослабление поля происходит в функции частоты вращения. Особенностью работы вентильного электродвигателя в режиме с ослаблен WES-f йблём :является то, что с ростом аеТОТИ вра1цения увеличивается комМутационное сопротивление фаз, а ЭДС ёе Щёйи-яу а значит и коммутирующая ЭДС фаз остается неизменной . Поэтому гГрй не к ото|з6й частоте вра1щенйя воэ;lcr6 ffcr irapyiiieHHe коммутации; прорыв инвертора и отключение вентиль21рго з лекТродвигателя защитой. Для йсклю- ййяДаннс5Гр явления при ослаблении потока возбуждения необходимо увели WTB угол регулирования тиристоров инвертора. Регулирование угла управления ти lfu fаров инвертора осуществляется дискретно в функции частоты вращения Эадатчиком. в режиме тормрж ения угол зётулирования инвертора ЕГТвёнтитшном эйёкТродёйгателе принят постоянным, (3 srovi режиме никгтих требо ваний к нему из коммутации йе предъявляется (инвертор работает в вб1прямительном режиме) . Нёдестатком этого вентильного ЭЖ&| еДШг;с1ТёЛя ягелнизкие эне Тётические показатели и кол б ания ilicrTiSTbnBpataeHHH из-за дискретного гулйЕЙванйя угла управлёййя ййвёрТором при постоянстве ЭДС синхрсжной машины. .Цель изобретения - повышение энер геТйЧес к их показателей и {Уавйомёрнос «s jp ggfHgli ; йа:1-л ёййй углом Ъпёрежей --- . . - . ,---. ..... -..„.. --.. .,,.;-,. 7при регулйровании частоты вращения бслаблёнием потока возбуждения. Указанная,цель достигается тем, что один из входов устройства задания углов управления тиристорами инвертора в двигательном режиме подключен к выходу датчика тока возбуждения вёйтйльного электродвигателя, второй из входов подключен через стабилитрон к тахогенератору, При небольшом ослаблении поля управления углами открывания тиристоров инвертора осуществляется в функции тока возбуждения, а затем, когда относиТе.льное изменение тока возбуждения с ростом частоты вращения становйтся незйачительным, управление углами открывания тиристоров инвертора происходит в функции частоты вращенйя вентильного электродвигателя. Таким образом, предлагаемый вен-- тильный электродвигатель позв.оляет уН1Ёзс1ВЛ 1Т Углами Опережения открывания тИрйсТ-Ърбв инвертора по оптимальйЬму закону, что снижает его массу и габариты. На фиг. 1 представлена принципиальная Схема предлагаемого вентильного электродвигателя; на фиг. 2 график необхЪййМого изменения угла опережения; на фиг. 3 - график изменения пилообразного нап1Л1жения системы фазового управления тиристорами инвертора и соотношения сигналов управления. Двухзонный вентильный электродвиг телЬ имеет управляемый вьшрямитель 1, который подключен через инвертор 2 к синхронной машине 3. Обмотка возбуждения синхронной машины 3 питается от управляемого выпрямителя 4. Имеется трансформатор 5 напряжения, датчик б тока, йыхОды которых подключены к системе 7 фаэ1ШЪ1ЪуправяеМйя и регулирования выпрямителя. К управляющим элёктрОдам тиристоров выпрямителя 1 и 2 п6д К 11бчёнЫ вйходы сиСтем 8, 9 импульсного управления,входы коТорьйс подключены к выходу блока 10 сдвбё нй;й ™1ЙйгГуж ео в УП рав ле и и я j п ред йазначенного для обеспечения одновреNfeHHoro бткрЫЁгания соответствующих ти зисторОв выпрямителя и инвертора врежимё 1Трерывистых токов. Входы блока 107 сдбОёЯйя импульсов подключены к вьпсоду системы 7 регулирований выпрййите ля и системы 11 регулирования инвертора. Имеется регулятор 6 Ьй КЬТОЬЬго подключен к датчику 13 частоты вращения и полоШййя рб 5рг1 и выходу трансформатора 5. Вых6д рёгуляТОра пуска подключен на входы систем 7 и 11. Регулятор 12 пуска предназначен для управления коммутацией тиристо1рОв инвертора в зоне низких частот вращёния, когда ЭДС фаз синхронной Машины Мала и недостаточна для осуществления коммутации (при мал:ых частотах вращения коммутация тирисТорбв ийВе1рТОра осуществляется мсто дом прерывания тока, основанном на поочередном переводе тиристоров вып рямителя 1 в инверторный режим и об ратно) г Входы регулятора 11 подключены к датчику 13 частоты вращения и положе ния ротора и к логическому устройст ву 14 выбора угла управления инвертора 2, входы которого подключены к выходу системы 7 фазового управления и регулирования и выходам устройств 15, 16 задания угла управления тирис торами инвертора в двигательном и то мозном режимах соответственно. При этом устройство 16 задает также угол управления тиристорами инвертора 2 в двигательном режиме при малой частоте вращения. Входы устройства 15 под ключены к датчику 17 тока возбуждени датчику 6 тока нагрузки и через стабилитрон 18 и согласующий усилитель 19 - к датчику 13 частоты вращения. Имеется система 20 регулирования выпрямителя 4, выход которой подключен к управляющим электродам тиристоров выпрямителя, а вход подключен к регулятору 21 выпрямленного напряжения инвертора и тока возбуждения синхронной машины. Вход регулятора 21 подключен к источнику задающего напряжения Uj и датчику 22 выпрямлен ного напряжения инвертора 2. Устройство 15 задания углов управления тиристорами инвертора состоит из генератора 23 пилообразных напряжений и управляющего органа 24. На фиг. 2 представлена кривая нео ходимого изменения угла опережения открывания тиристоров инвертора ft относительной частоты вращения в двигательном режиме вентильного элек родвигателя при номинальном токе для коммутационного сопротивления фаз, равного 0,2 о.е. (в долевых величинах по отношению к номинальному ) I рассчитанная по ф ормул е (if arccos(i-x 1 (jm ш d/ Если увеличить ), вместо 36 эл. град, до 43 эл.град., то коэффициент мощности двигателя вместо tyf 0,3249 станет ,62/19, т.е. ухудшится. Величины необходимого приращения угла в функции тока возбуждения Др , тока нагрузки АР-эа. функции частоты вращения i представлены на фиг. 2. При этом значения токов возбуждения для заданных частот вращения при няты по нормальной характеристике хо лостого хода синхронных машин. Пользуясь данными кривых, можно получить эмпирическую формулу для расчета угла (, 4В 1г л.« - а Причем, слагаемое c;jg действует 3 1 до точки А, ос оставаясь в дальнейшем практически постоянным, . а слагаемое с дии действует после Г точки А (,25). Схема работает следующим образом. В исходном состоянии и утлы управления тиристорами выпрямителя 1 эл.град. С датчика 13 через устройства 16,14 сигнал управления поступает на два тиристора интертора 2,Однако при U 0 ток в силовой цепи отсутствует и ротор синхронной маши- ны неподвижен. При этом сигналом U. через регулятор 21 и СИФУВ2 20 углы управления выпрямителя 4 устанавливаются такой величины, чтобы rto обмотке возбуждения синхронной машины протекал ток, создающий номинальный поток возбуждения. При появлении задающего напряжения Uj углы управления тиристорами выпрямителя 1 становятся меньше 90 эл.град. и по двум фазам сйнхронноймаЩкны протекает ток, сЬздавая вращающий момент. До 5-10 Гц частоты статора синхронной машины коммутация тирис- торов инвертора осуществляется методом прерывания тока с углами опережения открывания тиристоров . При достижении граничной частоты регулятор 12 пуска выдает сигнал перехода на коммутацию тиристоров инвертора за счет ЭДС фаз синхронной машины. При этом углы управления устанавли- ваются задатчиками 15 и зависят от величины тока нагрузки. До номинальной частоты вращения ; ток возбуждения постоянен и сигнал с датчика 17 тока не изменяется. Сигнал по скорости.с усилителя 19 также меньше порога стабилитрона 18 и не поступает на вход управляющего органа 24. При достижении номинальной частоты враЩёКйя ЭДС синхронной машины возрастает настолько, что сигнал с датчика 22 напряжения становится близким к напряжению Uj и сигнал с регулятора 21 начинает уменьшаться, углы управления тиристорами выпрямителя 4 увеличиваются и ток возбуждения уменьшается . Частота вращения синхронной машины возрастает при неизменном выпрямленном напряжении инвертора 2. Одновременно уменьшается сигнал с датчика 17 тока и результирующий сигнал с управляющего органа 24. Углы управления тиристорами инвертора 2 увеличиваются, обеспечивая коммутационную способность инвертора при росте коммутационного сопротивления из-за увеличения частоты вращения. При достижении частотой вращения заданной величины, когда сигнал с датч,ико1 13 частоты вращения и усилителя 19 становится равным порогу ста- , билитрона, вступает в действие канал регулирования углов |Ь инвертора 2 по

частоте вращения ротора синхронной машинц, обеспечивая соблюдение заданного закона изменения угла соответствии с графиком фиг. 2. Поэтому сдвиг первых гармоник тока и напряжения фаз синхронной машины получается минимальным, минимальные и величины токов фаз синхронной машины и потери активной мощности, а значит и ее нагрев. Это в конечном итоге приводит к снижению массы и габаритов синхронной машины примерно на 5-10%.

Формула . изобретения

Двухзонный вентильный электродвигатель, содержащий индуктор с обмоткой возбуждения, якорь с обмоткой, фазы которой подключены через инвертор и управляемый выпрямитель к сети переменного тока, системы фазового управления выпрямителя и инвертора, выходы которых подключены через блок сдвоения импульсов и системы импульсного управления к управляющим электр дам тиристоров Выпрямителя и инвертора, устройства задания угла управления тиристоров в двигательном й то рмЬэном режимах, выходы которых подключены через, логическое устройство к входу системь управления ин - . -и . .

вертором, управляемый выпрямитель для питания обмотки возбуждения синхронной машины с системой регулирования тока возбуждения и выпрямленного напряжения инвертора, входа которой подключены к источнику задающего напряжения, датчику выпрямленного напряжения инвертора и датчику тока возбуждения, тахогенератор и датчик положения ротора, отличающийс я тем, что, с целью повышения энергетических показателей и равномерности вращения, при регулировании его частоты вращения с постоянной мощностью, один из входов устройства задания углов управления тиристорами инвертора в двигательном режиме подключен к выходу датчика тока возбуждения вентильного электродвигателя, второй из входов подключен через стабилитрон к тахогенератору.

.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

в электроподвижном составе. М., Транспорт, 1976, с. 41-43.

2.Gunter Golz, Peter Grumbrecht und Frank Hentsche) Uber neue Betriebsartfen der S t romr I ch termasch i ne synchroner Bauar t . Wi ss Ber. AEGTELEFUNEEN 48, 1975, 4, 170-180.