Вентильный электродвигатель Советский патент 1982 года по МПК H02K29/00 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для создания вентильных двигателей. Известен трехфазный вентильный двигатель, содержащий синхронную машину, подключенную к тиристорному преобразователю частоты со звеном постоянного тока, связанному с логическим управляющим устройством 1 . Недостатком этого устройства явля ются значительные пульсации эпектро магнитного момента двигателя, возникающие при пуске двигателя и при низ ких частотах вращения, что снижает срок службы, а также ограничивает его применение для механизмов, требующих широкого диапазона регулирования скорости вращения. Наиболее близким к предлагаемому является вентильный электродвигатель содержащий Р-полюсный ротор, статор, с расположенной на нем обмоткой якоря, преобразователь частоты, включающий в себя инвертор тока, с п-так тами коммутаций на оборот, к выходу которого.подключена обмотка якоря, а управляющие цепи ключей соединены с выходом импульсного датчика положения ротора через схему импульсно-фазйвого управления инвертором, и выпрямитель, управляющие цепи которого соединены с выходом системы импульсно-фазового управления выпрямителем блок регулирования, включающий в себя логическую схему выбора режима коммутации, входы которой соединены с выходами датчика положения ротора и Тахогенератора, а выход - с одним из входов управляющего блока, выход которого соединен с входом системы .. импульсно-фазового управления выпрямителем через схему регулирования выпрямленного тока 2. Недостатком известного двигателя является ограниченная область применения, вызванная большими пульсациями момента вращения при пуске. 39 Ut:iib изобретения - расширение об ласти применения вентильного двигателя. Поставленная цель достигается тем что двигатель снабжен сумматором, задатчиком начального угла и функцио нальным преобразователем, выходной сигнал которого пропорционален синусу входного, логическая схема снабже на счетчиком импульсов, выполненным с возможностью обнуления после посту ления на его вход числа импульсов, соответ ствующего повороту ротора на угол -р , причем первый вход суммато ра соединен с выходом счетчика, второй вход - с выходом задатчика начал ного угла, выход соединен с входом функционального преобразователя, выход которого соединен со вторым входом управляющего блока. Дополнительная цепь введена в уст ройство для снижения пульсаций элект ромагнитного момента двигателя при пуске и низких частотах его вращения На фиг. 1 представлена схема устройства для управления трехфазным вентильным двигателем; на фиг. 2 временные диаграммы (а - выпрямленного тока, б - электромагнитного мо.мента двигателя, в - одной из гармоник электромагнитного момента, г электромагнитного момента с ограниченным уровнем пульсаций). Вентильный двигатель содержит орган 1 управления, блок 2 регулирования, включающий в себя логическую схему выбора режима коммутации, связанную выходами с управляющим блоком 3, счетчиком k импульсов и системой 5 управления инвертором, схему о регулирования выпрямленного тока, соединенную с выходом управляющего блока 3, систему 7 управления выпрямителем, сумматор 8, входы кото рого подключены к выходу сметчика импульсов и к выходу задатчика 9 угла начального положения ротора, а выход - к входу функционального преобразователя 10, выход которого подсоединен к второму входу управляющег блока 3, выпрямитель 11, датчик 12 тока, дроссель 13, инвертор I, тахо генератор 15 и датчик 1б положения ротора, соединенные с входами блока регулирования, и синхронную машину 1 подключенную к инвертору и связан ную с системой 18 возбуждения. 4 Устройство работает следующим образом. При поступлении сигнала от органа 1 управления на вход блока 2 регулирования выдается команда на пуск двигателя 17. При этом от блока 2 регулирования через управляющий блок 3 поступает сигнал-задание на регулятор 6 выпрямленного тока. Сформированный сигнал, с учетом обратной связи по току 12, поступает в систему 7 управления выпрямителем. Логическое устройство в блоке 2 также выдает задание системе 5 управления инвертором на частоту коммутации тока в секциях якорной обмотки двигателя 17. Частота коммутации тока в секциях определяется датчиком 1б положения ротора. В результате взаимодействия тока секций с полем возбуждения, создаваемым системой 18 возбуждения, ротор двигателя 17 приходит во вращение, 8 момент пуска и при низких частотах вращения (меньше 0,1 синхронной) ЭДС машины недостаточна для естественной коммутации вентилей инвертора 14. Поэтому с помощью блока 2 производится их искусственная коммутация за счет прерывания тока выпрямителя I1, путем кратковременного перевода его в инверторный режим, после каждого поворота ротора двигателя 17 на угол Развиваемый двигателем электромагнитный момент является функцией выпрямленного тока (кривая а, фиг. 2), протекающего в секциях якорной обмотки двигателя 7, и угла поворота между коммутируемой секцией и обмоткой возбуждения двигателя. В первом приближении выражение электромагнитного момента запишется следующим образом: Мэ KeId . 5т(.) , Kg - коэффициент ЭДС двигдегателя; Id выпрямленный ток; (t)dt - угол поворота ротора двигателя ( /З); °Ч /3 РЧ начальный угол поворота ротора двигателя к моменту коммутации; угловая скорость ротора двигателя; угол опережения управления инвертором; время. 59 Такая зависимость электромагнитно го момента приводит к тому, что при конечном числе фаз (т 6) в кривой электромагнитного момента, кроме постоянной составляющей, присутствует переменная составляющая, вызывающая пульсации электромагнитного момента (кривая б, фиг. 2). Минимальная частота гармонических (фиг. 2, кривая в) в такой схеме вентильного дви гателя равна частоте коммутаций тока в секциях якорной обмотки двигателя. Для снижения пульсаций электромаг нитного момента в устройство введена цепь, состоящая из последовательно соединенных счетчика импульсов, сумматора 8, функционального преобразователя 10 и управляющего блока 3 Счетчик импульсов интегрирует импульсы, поступающие от датчика 1б положения ротора через блок 2 регулирования, и выдает сумматору 8 ин.формацикГ об угле поворота ротора дви гателя 17. На второй вход сумматора 8 подается информация о начальном угле поворота ротора от задатчика 9. Происходит алгебраическое сложение сигналов. Полученный суммарный си1- нал с выхода сумматора 8 поступает в функциональный преобразователь 10, где он модулируется синусоидальной функцией. Промодулированный сигнал вводится в управляющий блок 3. В результате сигнал-задание, поступающее на вход управляющего блока 3 от устройства 2, модулируется в функции, обратно пропорциональной синусу суммы углов поворота ротора двигателя 1 и его начального.положения, и поступает на вход схемы 6 регулирования выпрямленного тока. Такое управление величиной выпрямленного тока позволя ет значительно ограничить уровень пе ременных составляющих электромагнитного момента и снизить величину его пульсаций до безопасных величин.Кривая результирующего элекромагнитного момента двигателя при ограничении уровня его переменных составляющих п казана на фиг. 2 (кривая г). После каждого поворота ротора дви гателя 17 на угол по команде, по ступающей от логической схемы 2 устройства, ПРОИЗВОДИТСЯ сброс счетчика i в нулевое положение и цикл повторяется. Пои достижении ротооом двигателя 17 частоты вращения, равной 0,1 синхронной, контролируемой тахогенеоатором 15, с помощью блока 2 инвертор 14 переводится в режим естественной коммутации. Счетчик импульсов отключается от датчика 16 положения ротора и в него вводится, сигнал такого уровня, который на выходе функционального преобразователя 10 дает условную единицу величины сигнала. В результате задание, поступающее от блока 2 регулирования, передается через управляющий блок 3 в схему 6 регулирования выпрямленного тока без изменений. Вентильный двигатель работает в режиме естественной коммутации вентилей инвертора. При снижении частоты вращения ротора ниже 0.1 синхронной снова включается в работу счетчик А импульсов, инвертор 1t переводится в режим искусственной коммутации, схема работает аналогично описанному выше. I Использование устройства для управления трехфазным вентильным двигателем обеспечивает запуск и эксплуатацию в диапазоне малых частот вращения вентильного двигателя, что расширяет область применения вентильного двигателя, в частности, позволяет использовать его для механизмов, требующих широкого диапазона регулирования скорости, например для станков с программным управлением, подъемных машин и других механизмов. Формула изобретения Вентильный электродвигатель, содержащий Р-полюсный ротор, статор, с расположенной на нем обмоткой якоря, преобразователь частоты, включающий в себя инвертор тока, с п-тактами коммутаций на оборот, к выходу которого подключена обмотка якоря, а управляющие цепи ключей соединены с выходом импульсного датчика положения ротора через схему импульсно-фазового управления инвертором, и выпрямитель, управляющие цепи которого соединены с выходом системы импульснофазового управления выпрямителем, блок регулирования, включающий в себя логическую схему выбора режима коммутации, входы которой соединены с выходами датчика положения ротора и

79041

тахогенератора, а выход - с одним из входов управляющего блока, выход которого соединен с входом системы ймпульсно-фазового управления выпрямителем через схему регулирования § выпрямленного тока, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения, двигатель снабжен сумматором, задатчиком начального угла и функциональным преоб-to разователем, выходной сигнал которого пропорционален синусу входного, логическая схема снабжена счетчиком импульсов, выполненным с возможностью обнуления после поступления на его - 15

вход числа импульсов, соответствующего повороту ротора на угол -

рп

причем первый вход сумматора соединен с выходом счетчика, второй вход с выходом задатчика начального угла. выход соединен с входом функционального преобразователя, выход которого соединен со вторым входом управляющего блока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент Японии W 53-30 1. кл, 55 с 2, 1978.

2.Патент США N Зб9б278, кл. 318-138. 1972.

(pl/g.f

mrnn,

..

;

EL.

Фог.г.