Вентильный электродвигатель Советский патент 1982 года по МПК H02K29/00 

1

Изобретение относится к электротехнике, а именно к вентильным электродвигателям (ВД)и устройствам управления этими двигателями„

Известны БД на основе зависимого инвертора, содержащие ротор, статор с обмоткой якоря, управляемый выпрямитель, дроссель в цепи выпрямленного тока, инвертор для питания статорной обмотки двигателя и датчук положения ротора двигателя 1 j.

Недостаток такого БД является невозможность пуска непосредственно от инвертора и регулирования частоты вращения в диапазоне от О до 10 от синхронной. В подобных схемах двигатель запускают в асинхронном режиме,для чего в роторе предусматривается специальная пусковая обмотка, а регулирование частоты вращения осуществляют лишь в диапазоне выше Q% синхронной частоты, что ограничивает функциональные возможности двигателя.

Наиболее близким к предлагаемому является вентильный электридвигатель-, содержащий ротор, с обмоткой якоря, соединенной с выходом преобразователя частоты со звеном постоянного тока, между выпрг.мителем и инвертором которого подключен последовательно дроссель, устройство искусственной коммутации инвертора, подключенное параллельно входу ин10вертора и выполненное в виде ключа с Z-C-коммутацией и последовательно соединенного с этим ключом дополнительного тиристора, а также логическую схему управления устройством

IS искусственной коммутации и схему управления инвертором, управляющие входы которых соединены с выходом датчика положения ротора .

20

Недостатком известного БД являются низкие функциональные возможности из-за невозможности автоматического перехода из режима искусственной коммутации в режим естественной (машинной) коммутации, что затрудняет его применение в электроприводах с частыми пусками.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей двигателя.

Поставленная цель достигается тем, что двигатель снабжен цепочкой из двух резисторов, а схема управления устройством искусственной коммутации содержит логические элементы НЕ и И, пороговый элемент и дополнительный маломощный Z-C7 фильтр, причем ключ и дополнительный тиристор шунтированы резисторами цепочки, а управляющие входы ключа и дополнительного тиристора подключены к выходу двухвходового логического элемента И, один из входов которого соединен с выходом датчика положения ротора, а второй вход - с выходом логического элемента НЕ, вход которого через пороговый элемент подключен к конденсатору дополнительного Z-C-фильтра, присоеданенного к входным.зажимам инвертора .

На чертеже изображена электрическая схема двигателя.

Схема включает синхронный двигатель 1, питание статорной обмотки которого осуществлено от сети переменного тока через управляемый выпрямитель 2, сглаживающий дроссель 3 и инвертор . На валу двигателя установлен датчик 5 положения ротора. Устройство искусственной коммутации инвертора содержит два последовательно соединенных тиристора 6 и 7 коммутирующие конденсатор 8 и дроссель 9, высокоомные маломощные резисторы 10 и 11, причем тиристор 6 подключен анодом к плюсовому зажиму инвертора, а тиристор 7 подключен к минусовому зажиму инвертора Параллельно каждому тиристору включены упомянутые резисторы 10 и 11, а параллельно тиристору 7 последовательно соединенные конденсатор 8 и дроссель 9. Логическая схема управления устройством искусственной коммутации содержит логический элемент И 12, выходы которого присоединены к управляющим входамдиристоров 6 и 7, входы логического элемента 12 подсоединены один к датчику 5 положения ротора, а второй к выходу элемента НЕ 13, вход которого через стабилитрон 14 включен параллельно конденсатору 15. Упомянутый конденсатор соединен последовательно с резистором 16, а их свободные концы присоединены к зажимам постоянного тока инвертора.

Устройство работает следующим образом.

Перед пуском с выпрямителя 2 в

0 схему подается небольшое выГ1рямленное напряжение, под действием которого конденсатор 8 заряжается плюсом на левой обкладке.

В начальный момент пуска датчик 5

5 положения ротора подает отпираюи ие импульсы на соответствующие тиристоры инвертора и на один из входов элемента И 12. На втором входе элемента 12 в это время тоже есть сигнал, так как при малом выпрямленном напряжении выпрямителя 2 стабилитрон И не проводит ток, и, следовательно, на выходе элемента 13 есть сигнал.

5 Тиристоры 6 и 7 отпираются, происходит резонансный перезаряд конденсатора 8 по контуру: левая обкладка тиристор 7 - дроссель 9 - правая обкладка. В .результате тиристор 7 запирается, конденсатор 8 через тиристор 6 снова заряжается плюсбм на левой обкладке и тиристор 6 запирается. После запирания тиристор 6 и 7 инвертор 4 раскорачивается и соответствующие тиристоры инвертора, на которые подан сигнал с датчика поворота ротора 5, начинают проводить ток. Этот ток, протекая по двум фазам статорной обмотки, создает вращающий момент и ротор двигателя 1 начинает поворачиваться.

Через определенный угол поворота датчик положения ротора снова выдает импульсы на вход элемента 12 и

на соответствующую пару тиристоров инвертора. Отпирание тиристоров 6 и 7 вы.зывает закорачивание инвертора, спад до. нуля тока в статорных- обмотках двигателя, выключение ранее про-гл

0 водивших тиристоров инвертора. Затем тиристоры 6 и 7 запираются при перезаряде конденсатора 8, как это уже было.описано, а в очередной паре тиристоров инвертора 4 появляется

5 ток. Двигатель продолжает вращаться со скоростью, определяемой величиной выпрямленного напряжения выпрямителя 2. Когда это напряжение достигнет величины 10-13% от номинального, напряжение на конденсаторе 15 окажется больше напряжения стабилизации стабилитрона И и на входе элемента 13 появится сигнал, что вызовет исчезновение сигнала на его выходе. В результате даже при наличии сиг нала с датчика положения ротора на выходе элемента 12 сигналы не появятся и схема искусственной коммутации прекратит свою работу. Теперь уже коммутация тиристоров инвертора будет осуществляться под действием ЭДС в обмотках статора, т.е. естественным путем (при частоте врацения ротора выше 10-15 синхронной величина ЭДС статора достаточна для осуществления коммутации тиристоров инвертора). С увеличением выпрямленного напряжения выпрямителя частота вращения двигателя будет расти. При этом будет расти и напряжение на элементах схемы искусственной коммутации. Однако благодаря последовательному включению двух тиристоров 6 и 7 и резисторов 10 и 11, представляющих делитель напряжения, напря жение на конденсаторе 8 будет равно лишь части выпрямленного напряжения, Эта часть определяется соотношением сопротивлений резисторов 10 и И. Например, если сопротивление резисто ра 10 в пять раз превышает сопротивление резистора 11, то напряжение на конденсаторе 8 будет ( в установившем ся режиме) около 20% от выпрямленного напряжения выпрямителя 2 при максимальной частоте вращения двигателя Соответственно класс тиристора 6, т.е. его допустимое напряжение, должен быть выше класса тиристора 7. При работе привода на низких частотах вращения, т.е. при искусственн 5й коммутации инвертора, конденсатор 8 заряжается в силу резонансного характера цепи заряда: тиристор 6 конденсатор 8 - дроссель 9 до напряжения почти вдвое большего, чем напряжение выпрямителя 2, Затем конден сатор 8 разряжается на резистор 11. При достаточно большом сопротивлении резистора 11 конденсатор за межком-. мутационный период может не успеть разрядиться до установившегося напря жения, что несколько увеличит нагрузочную способность узла искусственЭ6 ной коммутации, но не приведет к вредным последствиям: работы узла искусственной коммутации происходит лишь при малых (10-15%) напряжениях выпрямителя. Практически конденсатор 8 и дроссель 9 могут рассчитываться на напряжение не более от номинального. В предлагаемой схеме электродвигателя как и в схемах с периодическим переводом выпрямителя в инверторный режим или в схемах с общей коммутацией, ток и момент двигателя в пе- . риод коммутации проходят через нулц. Однако в предлагаемой схеме в цепи выпрямленного тока, т.е. в цепи с наибольшей индуктивностью, ток в лериод коммутации не изменяется. поэтому провалы момента двигателя носят более кратковременный характер. Формула изобретения Вентильный электродвигатель, содержащий ротор, статор с обмоткой якоря, соединенной с выходом преобразователя мастоты со звеном постоянного тока, между выпрямителем и инвертором которого подключен последовательно дроссель, устройство искусственной коммутации инвертора, подключенное параллельно входу инвертора и выполненное в виде ключа С Z-с-коммутацией и последовательно соединенного с этим ключом дополнительного тиристора, а также логическую схему управления устройством искусственной коммутации и схему управления инвертором, управлжхцие входы которых соединены с выходом датчика положения ротора, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, , . двигатель снабжен цепочкой из двух резисторов, а схема управления устройством искусственной коммутации содержит логические элементы НЕ и И, пороговый элемент и дополнительный маломощный Z-С-фильтр, причем ключ и дополнительный тиристор шунтированы резисторами цепочки, а управляющие входы ключа и дополнительного тиристора подключены к выходу двухвходового логического элемента И, один из входов которого соединен с выходом датчика положения ротора, а второй вход - с выходом логического