Вентильный электродвигатель Советский патент 1982 года по МПК H02K29/00 

(5) ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ

1

Изобретение относится к электротехнике, в частности к регулируемым электроприводам с вентильными электродвигателями.

Известен вентильный электродвигатель, содержащий синхронную машину, выпрямительно-инверторный преобразователь, вспомогательные тиристоры для пропускания тока фазы синхронной машины, остающейся в работе, в момент коммутации тока фаз тиристоров инвертора путем кратковременного перевода тиристоров выпрямителя в инверторный режим, ключ для шунтирования входа системы импульсно-фазового управления выпрямителя и две логические схемы ИЛИ, подключенные через RC-цепочки к датчику положения ротора и предназначенные для дифференцирования и суммирования фронтов сигналов с датчика положения ротора .

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является вентильный электродвигатель, в котором

для расширения диапазона регулирования частоты вращения дополнительно введено устройство регулирования длительности шунтирования, один вход которого подключен к датчику нуля выпрямленного напряжения.

Вентильный электродвигатель содержит выпрямитель, тиристоры инвертора, синхронную машину с якорными обмотками и роторными обмотками, сглаживающий дроссель с магнитосвязанными

10 обмотками, два вспомогательных тиристора, систему импульсно-фазового управления выпрямителя, регулятор скорости, транзисторный ключ для шунтирования выхода регулятора скорости, устройство для регулирования длительности шунтирования, состоящее из статического триггера, логических элементов И (при применении логики

20 на транзисторах п-р-п проводимостисхем И-НЕ), логического элемента ИЛИ (при применении логики на транзисторах п-р-п проводимости-элемента И-НЕ), .два устройства дифференцирования и логического суммирования фронтов сиг налов с датчика положения ротора, со стоящих из. RC-цепочек и логических элементов ИЛИ, датчик положения рото ра, логические элементы совпадения, для управления вспомогательными тиристорами, датчик нуля тока, тахогенератор. Коммутация токов тиристоров инвертора вентильного двигателя в зоне малых скоростей осуществляется пу тем перевода тиристоров выпрямителя в инверторный режим. При этом открывается также один из вспомогатель ных тиристоров, создавая на время коммутации контур для протекания тока в секции синхронной машины, остаю щейся в работе. На первом участке коммутации ток в секции синхронной машины, выходящей из работы, и обмот ке дросселя, связанной с ней через тиристор инвертора, под действием встречной ЭДС сети снижается до нуля и тиристор инвертора закрывается. После перевода тиристоров выпрямителя в выпрямительный режим и подключения тиристоров инвертора к трет ей обмотке машины в ней нарастает то до установившегося значения. Шунтирование ключом выхода регулят&ра ско рости и перевод тиристоров выпрямителя в инверторный режим происходит в момент прихода сигналов с датчика положения ротора и датчика нуля выпрямленного напряжения, т.е. в момент перехода выпрямленного напряжения через нуль при изменении его в сторону отрицательного значения. Закрытие шунтирующего ключа и сня тие управляющего импульса со вспомогательного тиристора происходит по сигналу с датчика нулевого тока 2. Недостатком вентильного электродвигателя является необходимость применения в датчике нуля выпрямленного напряжения, подключенного на зажимы силового выпрямителя, гальванической развязки (на магнитных или оптронных элементах) входных и выходных цепей. Кроме того, конденсаторы и сопротивления RC-цепочек в вентильном двига теле должны выбираться из условий наличия на выходе логических элементов ИЛИ сигнала длительностью большей длительности межкоммутационного интервала тиристоров выпрямителя (З5 сек) и RC-цепочки получаются громоздкими . 824 Все это увеличивает массу и габариты вентильного двигателя. Целью изобретения является снижение массы и габаритов вентильного двигателя. Поставленная цель достигается тем, что в вентильном электродвигателе, содержащем синхронную машину, якорные обмотки которой подключены к источнику переменного напряжения с помощью зависимого выпрямительно-инвёрторного преобразователя, два вспомогательных шунтирующих тиристора, регулятор скорости, систему импульснофазового управления (СИФУВ) выпрямителем с узлом синхронизации от питающей выпрямитель сети, ключ, устройство для регулирования длительности . шунтирования, один из входов которого подключен к выходу логического элемента И-НЕ, две логические схемы совпадения ДЛ.Я управления вспомогательными тиристорами, первые входы которых подключены к выходу устройстве для регулирования длительности шунтирования, два устройства дифференцирования и логического суммирования фронтов сигналов с датчика положения ротора, состоящие, например, из RC-цепочек и логических элементов ИЛИ, подключенными зажимами к соответствующим выходам датчи- . ка положения ротора, и датчик нуля тока, введены логический элемент И-НЕ и два статических триггера, причем, входы введенного элемента И-НЕ подключены на выходы узла синхронизации СИФУ выпрямителя, а выход подключен на второй вход устройства регулированяя длительности шунтирования, первые входы статических триггеров подключены -соответственно к ходам первого и второго устройств дифференцирования и логического суммирования фронтов сигналов с датчика положения ротора, вторые входы подключены к датчику нуля тока, а выходы подключены на входы логического элемента И-НЕ. На фиг. 1 изображена схема вентильного двигателя при использовании логических элементов на транзисторах п-р-п проводимости; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу. На чертежах обозначено: U - напряжение питания выпрямителя; U - напряжение на выходе выпрямителя; ij ток на выходе выпрямителя; i сЬ 59 фазы двигателя; - напряжение, на вы;«;оде устройства регулирования длительности шунтирования; Ui, Ujc напряжение на выходе статических три геров , 25; U,, U,j - напряжение на выходе устройств дифференцировани и логического суммирования фронтов сигналов с .датчика положения ротора; Uj - напряжение на выходе датчика нуля тока. I Вентильный двигатель содержит выпрямитель 1, который подключен через тиристоры инвертора 2-7 к якорным обмоткам синхронной машины 8 с ротором 9- В звено постоянного тока преобразователя включен сглаживающий дроссель с магнитосвязанными обмотками 10 и 11. Имеется два вспомогательных тиристора 12 и 13 для пропускания тока некоммутируемой фазы синхронной машины, при коммутации тока тиристоров инвертора в области низких частот вращения путем перевод выпрямителя в инверторный режим, сие тему импульсно-фазового управления выпрямителя 1, регулятор скорости. 15, транзисторный ключ для шунтирования выхода регулятора скорости 16, устройство регулирования длительности шунтирования 17, состоящее из статического триггера 18 и логического элемента И-НЕ 19. Первый вход устройства регулирования длительнос ти шунтирования подключен через логи ческий элемент И-НЕ 20 на выход узла синхронизации СИФУ 21, который также подключен на вход системы импульсного управления с генератором пилообразного напряжения 22, второй вход устройства регулирования длительности шунтирования подключен через логи ческий элемент И-НЕ 23, статические триггера Zt, 25 и устройства дифференцирования и логического суммирования фронтов сигналов с датчика положения ротора 2б, 27 на вход датчика положения ротора 28. Для управления вспомогательными тиристорами име ются логические схемы совпадения 29 и 30, первые входы которых подключены на выход устройства регулирования длительности шунтирования, а вторые входы к выходам соответствующих статических триггеров 2 и 25. Имеется датчик тока 31, выход которого подключен на выходы статических триггеров и тахогенераторов 32, подключенный на выход регулятора скорости 15 2 В исходном состоянии схемы, когда напряжение управляющего источника равно нулю углы управления тиристорами выпрямителя 1 составляют, например, 160 эл. град. Выпрямленный ток равен нулю, ротор 9 сйнхронной машины неподвижен, сигнал на выходе датчика тока 32 равен логическому нулю. В этом случае с выхода датчика положения ротора 28 снимаются два постоянных сигнала, которые подаются на управляющие электроды тиристоров, например 3 и 5- Постоянный сигнал с датчика положения ротора через логические устройства 26 и 27 не проходит и на их выходе присутствует логическая единица, которая не влияет на состояние статических триггеров и 25, выполненных на транзисторах п-р-п проводимости. Нулевым сигналом с датчика нуля тока 31 статические триггеры и 25 переводятся в состояние, когда на их выходах появляются логические едини.цы, которые подаются на вход логического элемента И-НЕ 23. На выходелогического элемента И-НЕ появляется логический нуль, который переключает статический триггер 18 в состояние, когда на его выходе сигнал отсутствует - логический нуль. Тиристоры 1,2, 13 закрыты, транзистор 16 закрыт также. При подаче управляющего напряжения . с источника на вход регулятора 15 напряжение на его выходе растет, углы управления тиристорами выпрямителя становятся меньше 90 эл. град, на его выходе появляется напряжение и по двум секциям якорной обмотки 8, подключенной к выпрямителю двумя открытыми тиристорами 3 и 5 начинает протекать ток, создавая вращающий момент. Ротор синхронной машины поворачивается и при определенном его положении на одном из выходных зажимов датчика 28 сигнал исчезает, а на другом появляется {на тиристоре 3 сигнал исчезает, а на тиристоре 4 сигнал появляется). При этом появляющийся сигнал с датчика 28 проходит через устройство. 27 на вход триггера 25 на входе триггера 25 появляется логический нуль) , триггер переключается, на входе логического эле-мента И-НЕ 19 появляется логический нуль, а на ее выходе - логическая единица. D момент появления логической единицы с логической схемы И-НЕ 30 (на выходе узла синхронизации в момент перехода линейного напряжения сети через нуль, что равнозначно равенству нуля выпрямленного напряжения выпрямителя, появляется логический нуль) на выходе логического элемента И-НЕ ig появляется логический нуль, который переключает триггер 18, При переключении триггера 18 сигналом транзистор 16 открывается и вход СИФУ 1t шунтируется. Углы управ ления тиристорами выпрямителя устанавливаются равными 16, эл.град. и напряжение сети оказывается включенным встречно направлению тока выпрямителя. Одновременно через логическую схему совпадения 30 открывается тиристор 13 и ток секции якорной обмотки, остающейся в работе, в это время протекает через тиристор 13 и полуобмотку дросселя 11, несколько увеличиваясь за счет .электромагнитно энергии полуобмотки 10, ток в которой спадает до нуля. I После снижения тока выходящей из работы секции якорной обмотки до нуля и закрытия тиристора 3 триггер 25 сигналом с датчика нулевого тока 31 переключается в исходное состояние когда на его выходе логическая единица, на выходе логического элемента И-НЕ 23 появляется логический нуль и триггер 18 также переключается в исходное состояние, когда на вы ходе его сигнал отсутствует, транзис тор 16 закрывается и сигнал с управляющего электрода тиристора 13 снимается. При этом вход СИФУ расшунтируется, углы управления тиристо.рами выпрямителя становятся меньше 90 эл. град, и на выходе выпрямителя появляется положительное напряжение, под действием которого ток вступающей в работу секции якорной обмотки нарасгтает до номинального значения. После выравнивания токов в катушках 10 и 11 дросселя тиристор 13 закрыва ется. Таким образом, сигнал на выходе устройства регулирования длительности шунтирования на открытие вспомога тельного тиристора и начало коммутсщии появляется так же, как и в и вестном вентильном электродвигателе, в момент равенства нулю выпрямленног 2 . 8 напряжения, но необходимость применения датчика нуля выпрямленного напряжения отпадает, что снижает массу и габариты вентильного двигателя. Кроме того, поскольку статические триггеры переключаются от входного сигнала практически любой длительности, то RC-цепочки могут быть выбраны с постоянной времени заряда емкости на 2 порядка меньшей (несколько десятков мксек), что также снижает массу и габариты вентильного двигателя. Использование данного технического решения позволит уменьшить стоимость одной панели управления вентильным двигателем по сравнению с вариантом вентильного двигателя с датчиком нулевого напряжения, выполненного с оптронной развязкой, а также снизить ее массу и габариты. Вентильный двигатель может быть выполнен с однообмоточным сглаживающим дросселем или без него. В этом случае вспомогательные тиристоры подключаются одним электродом к нулевой точке синхронной машины, а вторым к соответствующим выходным зажимам инвертора . Кроме того, при отсутствии вывода нулевой точки синхронной машины может быть установлен дополнительный выпрямитель, подключенный зажимами переменного тока к секциям синхронной машины. В этом случае вспомогательные тиристоры подключаются вторыми зажимами к противоположным зажимам вспомогательного выпрямителя. Эффект снижения колебаний момента синхронной машины в момент коммутации тока фаз в,, обоих случаях, будет наблюдаться, но в несколько меньших при наличии сглаживаюразмерах, чем и вывода нулевой точщего дросселя ки синхронной машины. Формула изобретения Вентильный электродвигатель, содержащий, синхронную машину, якорные обмотки которой подключены к источнику переменного напряжения с помощью зависимого выпрямительно-инверторного преобразователя частоты, два вспомогательных шунтирующих тиристора, регулятор скорости, систему ймпульсно-фазового управления выпрямителем с узлом синхронизации от питающей выпрямитель сети, ключ, устройство для регулирования длительности шунтирования,один из входов которого подключен к выходу логического элемента И-НЕ, два логических элемента совпадения для управления вспомогатель ными шунтирующими тиристорами, первые входы которых подключены к выходу устройства для регулирования длительности шунтирования, два устройст ва дифференцирования и логического суммирования фронтов сигналов с датчика положения роторов, состоящие, например, из RC-цепочек и логических элементов ИЛИ, подключенных входными зажимами к соответствующим выходам дatчикa положения ротора, и датчик нуля тока, отличающийся габаритов, в него дополнительно введ ны логический элемент И-НЕ и два ста тических триггера, причем входы вве9210 денного логического элемента И-НЕ подключены к выходам узла синхронизации системы управления выпрямителем, а выход подключен на второй вход устройства регулирования длительности шунтирования; первые входы статических триггеров подключены соответственно к выходам первого и второго устройств дифференцирования и логического суммирования фронтов сигналов с датчика положения ротора, вторые входы подключены к датчику нуля тока, а выходы подключены на входы логического элемента И-НЕ. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР N ЭЭ(35, кл. Н 02 К 29/00, 1972. 2.Авторское свидетельство СССР № 692015, кл. Н 02 К 29/00, 1977.

оооооооооооог .

XJOOOOOOOOOOC

С(

а

T-f/i

а

га

%U

(/2 f/2«

fel f7

w,t

-i

1

juf{

ib

jA)ii

jWft

ji)ffc