Реверсивный вентильный электродви-гАТЕль Советский патент 1981 года по МПК H02K29/00 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к регулируемому электроприводу переменного тока и мо жет найти применение в электроприводах металлорежущих станков и других механизмов. Известны реверсивные электроприво ды постоянного тока, содержащие реве сивный двухкомплектный управляемый вы прямитель, подключенный к двигателю п стоянного тока 1 , Недостатком данного электропривода является невысокая надежность, Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является реверсивный вентильный двигатель, содержащий выпрямитель, подключенный через сглаживающий дроссель и инвертор к секциям обмоток синхронной машины, регулятор скорости, сумматор, регулятор тока, выходы которых подключены к источнику задающего напряжения, задающего тока и датчику тока. Выход регулятора тока подключен к системе фазового управления выпрямителя. Управление тиристоров выпрямителя и инвертора осущест вляется от систем импульсного управления, входы которых через блок сдво- ения импульсов подключены соотвётственно к системе фазового управления выпрямителя и инвертора. Выход датчика положения ротора пoдк пoчeн на вход системы фазового управления инвертора и вход устройства управления искусственнрй коммутацией, вход которого подключен на вход регулятора тока. Выход тг1хогенератора подключен на вход регулятора скорости, на вход индикатора направления вращения и к входгм устройств выбора коммутации и задания в зависимости от вида коммутации (естественная на высокой.частоте вращения или искусственная методом Прерывания тока на низкой частоте вращения) угла в двигательном и тормозном режимах, выходы которых подключены иа вход логического устройства управления тиристорами инвертора. Выход логического устройства подключен на вход системы фазового инвертора. Имеется индикатор режима работы, один вход которого подключен через нуль-орган на выход регулятора скорости, а второй вход подключен к индикатору направления вра.щения. При реверсе вентильного двигателя в режиме торможения с заданной частотой вращения углы управления тиристорами инвертора задаются устройством, один вход которого подключен к Тахогенератору, а второй к внешнему источнику. Подключение задающего уст ройства осуществляется логическим устройством в функции сигнала с инди катора режима работы. При разгоне ротора двигателя в другом направлени УГЛЫ упрвления тиристорами инвертора задаются устройством. В тормозном ре жиме тиристоры работают с углом опережения открывания fi 90 эл. град. (;выпрямительный режим) , а в двигател ном - с эл. град, (инверторный режим). Максимальное среднее значение момента синхронной машины в двигательном режиме и ее лучшие динамические характеристики достигаются при работ тиристоров инвертора с (Ь О, а в тормозном режиме с 1 180 эл.град. (л о). При построении системы управления вентильным электродвигателем необходимо обеспечить указанные выше значения углов управления тирис торов инвертора. Такие значения угло можно получить подключением системы импульсного управления непосредствен но к датчику положения ротора, исключив добавочные устройства задания угла управления 2. Однако данный двигатель не реализует указанные законы управления, по этому его недостатком является наличие блока задания угла управления тиристорами в тормозном режиме, и ег не оптимальные динамические характеристики. Если в инверторном режиме при работе синхронной машины при высоких частотах вращения значение уг па |3 определяется условиями коммутации, то в выпрямительном режиме угол fi может быть принят равным 180 эл.гр (f 0) . При этом тормозной момент имеет наибольшее значение при заданнОм токе фаз синхронной машины. Быс рее машина будет отрабатывать и заданное Ьистемой автоматического регулирования снижение частоты вращения. Если принять в тормозном режиме р 180 эл.град., то при ширине виходного импульса с датчика положе ния ротора 120 эл. град, можно осуществить торможение, а затем разгон ротора вентильного двигателя в режи ме коммутации методом прерывания то ка без переключения углов управлени т.е. автоматически после перехода через нулевую частоту вращения fi ctaHOBHTCH равным eL (при fi 180 эл.град. в тормозном режиме. 180 эл. грс1д. в двигательном ре жиме) . Цель изобретения - упрощение реверсивного вентильного электродвига теля и улучшение его дингилических характеристик. Указанная цель достигается тем, что вход блока сдвоения импульсов . подключен через первую пару ключей йперед и назад непосредственно к выходу датчика положения ротора, входы первой пары ключей подключены к выходу логического устройства управления тиристорами инвертора в режиме торможения и на низких частотах вращения ротора, входы логического устройства подключены к выходу индикатора режима работы, индикатору направления вращения и устройству выбора, коммутации, входы второй пары ключей .-вперед, назад, включенной между входом блока сдвоения и системой фазового управления тиристорами инвертора в двигательном режиме, подключены непосредственно или через инвертирующие элементы к выходам индикатора направления вращения, устройства выбора коммутации и индикатора режима работы. Благодаря подключению устройств в схеме реверсивного вентильного электродвигателя при оптимальной установке датчика положения ротора с шириной выходных импульсов 120 эл.град., исключается специальный блок задания углов управления инвертора в двигательном режиме в обоих направлениях на низкой частоте вращения, при коммутации тиристоров инвертора методом прерывания тока, основанном на поочередном переводе тиристоров выпрямителя в инверторный режим, осуществляется при р О (без учета реакции якоря синхронной машины, а в тормозном режиме - на всех частотах вращения при ot- О, что соответствует наибольшему изменению момента при заданном изменении тока и лучшим динамическим характеристикам системы автоматического регулирования частоты вращения. На фиг. 1 представлена принципиальная схема реверсивного вентильного электропривода; на фиг. 2 - временные диаграммы изменений выходных сигналов отдельных узлов схемы. Реверсивный вентильный электродвигат.ель имеет выпрямитель 1, который подключен через сглаживающий дроссель 2, инвертор 3 к секциям обмоток синхронной машины 4, регулятор 5 скорости, сумматор б, регулятор 7 тока, входы которых подключены к источникам задающего напряжения и тока (Uj , i) и датчику 8 тока. Выход рег улятора 7 тока подключен к системе фазового управления выпрямителя 9. Управление тиристорами выпрямителя и инвертора осуществляется от систем 10, 11 импульсного управления, входы которых через блок 12 сдвоеиия импульсов подключены непосредственно к системе фазового управления выпрямителя 9 и .через ключ 25, 26 - к системе 13 фазового управления инвертором (в двигательном режиме на высоких частотах вращения). Имеется также датчик 14 положения ротора и тахогенератор 15, выход датчика положения ротора подключен к системе 13 фазового управления инвертора, индикатору 17 направ ления вращения, устройству 18 выбор коммутации, и через ключи 23, 24 на выход блока 12 сдвоения импульсов. Выход устройства 16 управления искусственной коммутацией тиристоров рертора методом прерывания тока на йиэких частотах вращения подключен вход регулятора 7 тока,один выход подключен непосредственно или через ключ 23 блока 19 на выход датчика 14 положения ротора, а второй вход подключен к выходу устройства 18 выбора коммутации 18. Выход тахогенератора по ключен на вход регулятора 5 скорост Имеется логическое устройство 20 уп равления тиристорами инвертора в дв гательном режиме на низких частотах вращения и в тормозном режиме на вс частотах вращения, выходы которого подключены на соответствующие входы ключей 23 и 24, один вход логическо устройства подключен к выходу индикатора 21 режима работы, второй вхо на выход устройства 18 выбора коммутации, третий и четвертый входы подключены непосредственно и через инвертирующий логический элемент И-НЕ 29 к выходу индикатора 17 напр ления вращения. Первый вход индикатора 21 режима работы подключен на выход индикатора 17 направления вра щения 7, а второй вход через нульорган 22 - на выход регулятора скор ти. Первые входы ключей 25, 26 подключения задания углов управления тиристоров инвертора ,в двигательном режиме на -высоких частотах вращения подключены соответственно непосредственно и через логический элемент И-НЕ 29 на выход индикатора направления вращения 17, вторые и третьи входы ключей через логические элементы И-НЕ 27, 28 подключены на вых индикатора 21 режима работы и устройства выбора коммутации. и,, i - задающие напряжения час тоты вращения и тока, С«- - частота вращения ротора синхронной машины, Uj, и. U,g, и., , io напряжени на выходе регулятора скорости, индикатора направления вращения, устройства выбора коммутации, индикато ра режима работы и двух выходах логического устройства, и, . U26- диаграммы состояния ключей (О - включен, 1 - отключей). Ujj - напряжение на выходных зажимах выпрямителя. Работает схема при реверсе следующим образом. Пусть в исходном состоянии на входе имеет +LI.T и ротор вентильного двигателя вращается в направлении вперед. В этом случае на выходе регулятора 5 скорости положительный сигнал, на выходе нуль-органа 22 и первом входе индикатора 21 режима работы - логическая единица, на вы|ходе индикатора 17 направления вращения и втором входе 21 тажкже ло-. гическая единица. При этом на .выходе индикатора режима работы - нулевой сигнал, соответствующий двигательному режиму работы синхронной маши1НЫ 4. На выходе устройства 18 выбора коммутации нулевой сигнал, соответствующий высокой частоте вращения и естественной коммутации тиристоров инвертора 3. В этом случае на выходах логических элементов И-НЕ 32-35 - единичный сигнал, а на выходе логических элементов И-НЕ 30, 31 - нулевой сигнал, запрещающий включение ключей 23, 24. На выходе логических элементов И-НЕ 27, 28 единичный сигнал, разрешающий включение одного из ключей 25, 26 сигналом с индикатора 17 направления вращения. При направлении вперед на выходе индикатора 17 - единичный сигнал, и включен ключ 25, через который сигналы с системы 13 фазового управления инвертором поступают на блок 12 сдвоения импульсов. В блоке 12 образуется сумма коротких импульсов (по передним фронтам сигналов с блоков 9, 13), и в соответствии с зоной работы соответствующих тиристоров распределяется по управляющим электродам тиристоров выпрямителя и инвертора. Угол регулирования тиристоров инвертора определяется сигналом датчика 8 тока, пропорциональным току нагрузки синхронной машины. При подаче сигнала на реверс меняется знак Kg с плюса на минус, сигнал на выходе регулятора 5 скорости становится отрицательньви, а на выходе нульоргана 22 - нулевым. На входы индикатора 21 режима работы в этом случае поступают нулевой и единичный сигналы, что соответствует тормозному режиму работы синхронной машины 4. На выходе индикатора 21 появляется единичный сигнал, котор 1й через логический элемент И-НЕ 28 отключает ключ 25, одновременно выдавая запрет на включение ключа 26. Единичный сигнал с выхода индикатора 21 подается и на входы логических элементов И-НЕ 32, 33. При наличии логической единицы на вторюм входе 32 и выходе индикатора 17 направления вращения на выходе логического элемента 32 появится нулевой сигнал, который переключит логический элемент И-НЕ 30, и на его выходе появится единичный сигнал, который включит ключ 24. На вход блока 12 сдвоения импульсы будут поступать непосредственио с датчика. При положении ротора с фазой ot О инвертор переходит в выпрямительный режим, а выпрямитель 1 - в инверторный режим. Двигатель тормозится, а энергия торможения рекуперируется в питающую сеть.

При снижении частоты вращения ниже границы уставки устройства IS выбора коммутации сигнал на его выходе становится единичным, включается устройство 16 управления искусственной Коммутацией. При этом никаких переключений в логическом устройстве 20 ;Не происходит, так как на вход логи еских элементов И-НЕ 34 и 35 поступает нулевой сигнал с логического Элемента И-НЕ 36, вход которого подключен к индикатору 21 режима работы.

После торможения до нулевой частоты вращения начинается процесс разГона в другом направлении без какихлибо ,добавочных переключений в схеме После перехода нулевой частоть враШения фаза ЭДС синхронной машины мем.зется на 180 эл. град. При этом угол оС О становится } 0. При данном значении Угла регулирования продолжается процесс разгона до момента срабатьюания устройства 18 выбора коммутации. При этом сигнал на его выходе становится нулевым, запрет на включение ключей 25, 26 снимается, устройство 16 отключается, сигналы на выходе логического устройства 20 становятся нулевыми, ключ 24 отключается, а включается ключ 26 сигнало с индикатора 17 направления вращения Дальнейший разгон до заданной частоты вращения происходит при естественной коммутации тиристоров, инвертора за счет ЭДС фаз синхронной машины. Угол опережения открывания тиристоров инвертора 3 регулируется системой 13 фазового управления.

В данном устройстве (фиг.1) необ-р ходимость в установке блока задания уГла управления тиристоров инвертора в тормозном режиме отпадает, что упрощает схему вентильного электродвигателя. Анализ осциллограммы реверса синхронной машины вентильного электродвигателя показывает, что момент синхронной машины в процессе пуска и торможения не зависит от частоты вращения, и равен заданно 1у (прямолинейный характер изменения частоты вращения. Момент синхронной машины в известном вентильном электродвигателе в процессе пуска и торможейия меняется (ломанный характер изменения частоты вращения). Сравнение осциллограмм показывает, что предложенный вентильный электродвига ель обладает лучшими динамическими характеристиками.

Формула изобретения

Р§§ерсивный вентильный электродвигатель, содержащий синхронную машину, секции обмотки якоря которой подключен1я через выпрямительно-инверторный преобразователь с сглаживающим дросселем в звене постоянного тока к сети переменного тока, датчик положения ротора, тахогенератор, системы импульсного управления выпрямителя и инвертора, систему фазового угфавления выпрямителя, систему фазового управления инвертора в двигательном режиме, блок сдвоения импульсов выпрямителя и инвертора, вько/д которого подключен ;К системам импульсаого управления Ьгиристорами выпрямителя и инвертора, а вход подклйчен к выходу системы фазового управления выпрямителя и через ключи к системе фазового управления инвертора, регулятор скорости, регулятор тока, датчик тока, выход которого подключен на вход регулятора тока, устройство выбора коммутации и индикатора направления вращения, входы которых подключены к выходу датчика положения ротора, индикатор режима работы, один, вход которого подключен к индикатору направления вращения, а второй вход через нуль-орган к выходу регулятора скорости; устройство управления искусственной коммутацией, выход которого подкл очен к регулятору тока, а входы - к выходу датчика положения ротора и устройству выбора коммутации, логическое устройство управления тиристорами и 4вертора, один из входов которого подключен к выходу индикатора режима работы, две пары ключей, о т л и ч а ю иц и и с я тем, Что, с целью упрощения, улучшения динамических характеристик, первая пара ключей управления инвертором вперед и назад подключена между выходами датчика положершя ротора и входами блока сдвоения, а входы ключей подключены к соответствующим выходам логического устройства,, первые входы второй пары ключей вперед и назад подключенных между входами блока сдвоения импульсов и выходом системы фазового управления тиристоров инвертора, подключены непосредственно и через логический элемент к выходу индикатора, направления вращения, вторые и третьи входы подключены через логический элемент И-НЕ к индикатору режима рс1боты и j cTpoHCTBy выбора комм тацкн, второй вход логического устройства подключен к выходу.,устройства выбора коммутации., третий и четвертый входы подключены непосредственно и через логический элемент И-НЕ к выходу индикатора направления вращения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Патент Великобрргтании № 1246970, кл. Н 2 А, 1971.

2« Gurtter Sola:, Peter Grumbrecht

,und Frank Hsntsche, Uber neue Betffebsarten der Stromrichtermaschine

pynchro.ner Bauart. Wiss. Ber. AEGlJ5 f UEFUNKENEN, 48 (197.5) . 70-t8l