Вентильный электродвигатель Советский патент 1983 года по МПК H02K29/00 H02P1/30 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для создания вентильных двигателей.

Известен вентильный электродвигатель, содержащий Р-полюсный ротор и статор с расположенной на нем обмоткой якоря, подключенной к тиристорному преобразователю частоты, соединенному с блоком регулирования 1.

Недостатком известного устройства являются большие пульсации электромагнитного момента при низких частотах вращения, что снижает надежность работы двигателя.

Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату 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 импульсно-фазового управления выпрямителем, блок регулирования, включающий в себя логическую схему выбора режима коммутации, входы которой соединены с выходами импульсного датчика положения ротора и тахогенератора, а выход - с входом системы импульснофазового управления выпрямителем через схему регулирования выпрямленного тока, а также сумматор, функцио10нальный преобразователь, управляющий блок, счетчик импульсов датчика положения ротора и задатчик начального угла поворот.а ротора двигателя 2 .

Однако в известном устройстве при

15 модуляции тока уменьшается среднее значение выпрямленного тока на интервале проводимости вентилей инвертора, что снижает его перегрузочную способность по сравнению с устройством, ра20ботающим без модуляции тока. Кроме того, наличие в устройстве управляющего блока, функционального преобразователя и счетчика импульсов датчик положения ротора усложняет как кон25 струкцию вентильного двигателя, так и реализацию модулирующего алгоритма тока.

Цель изобретения - повышение перегрузочной способности и упрощение кон30струкции вентильного двигателя. Поставленная цель достигается тем что в вентильный электродвигатель, содержащий Р-полюсный ротор, статор с расположенной на нем обмоткой якор преобразователь частоты, включающий в себя инвертор тока с п тактами ком мутаций на оборот, к выходу которого ррдключена обмотка якоря, а управляю щие цепи ключей соединены с выходом импу,тьсного датчика положения ротора через схему импульсно-фазового упраа ления инвертором, и выпрямитель, упу равляющие цепи которого соединены с выходом системы импульсно-фазового управления выпрямителем, блок регули рования, включающий в себя логическую схему выбора режима коммутации, входы которой соединены с выходами импульсного датчика положения ротора |И -тахогенератора, а выход - с входом системы импульсно-фаэового управлени выпрямителем через схему регулирования выпрямленного тока, а также сумматор, введены задатчик уровня модуляции, пропорциональный преобразователь и преобразователь код-напряже.ние, причем одним входом задатчик уровня модуляции подсоединен к перво му входу пропорционального преобразо вателя, второй вход которого подсоединен к второму выходу блока регулирования, а выход - к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с выходом преобразователя коднапряжение, первый вход которого под ключен к второму в 1ходу задатчика. уровня модуляции, второй вход - к третьему выходу блока регулирования, а третий вход - к импульсному датчику положения ротора, кроме того, выход сумматора подсоединен к второму входу системы импульсно-фазового управления выпрямителем. На фиг. 1 изображена блок-схема вентильного двигателя ; на фиг. 2 - .временные диаграммы шестипульсного .вентильного двигателя СЗ -противоЭДС инвертора б,г,е - токи в звене постоянного тока; в,д,ж - электромаГ нитный момент. Блок-схема вентильного двигателя содержит блок 1 регулирования, рключающий в себя логическую схему выбора режима коммутации, связанную одни из выходов с регулятором 2 тока, выход которого подключен к первому вхо ду системы импульсно-фазового управ ления выпрямителем 3, пропорциональный преобразователь 4, второй вход которого подключен к второму выходу блока 1 регулирования, а первый - к выходу задатчика 5 уровня модуляции, преобразователь код-напряжение б, один вуод которого подключен к второ му выходу задатчика 5, а второй - к третьему выходу блока 1 регулирования, сумматор 7, два входа которого подключены соответственно к входам пропорционального преобразователя 4 и преобразователя б код-напряжение, а выход его подсоединен к второму входу системы 3 импульсно-фазового управления ВЕлпрямителем, систему 8 импульсно-фазового управления инвертором, подсоединенную к третьему выходу блока 1 регулирования, преобразователь частоты, включающий выпрямитель 9, датчик 10 выпрямленного тока, подключенный к второму входу регулятора 2 тока, сглаживающий дроссель 11 .$и инвертор 12, тахогенератор 13 и импульсный датчик 14 положения ротора, связанные с валом синхронной машины, выходы которых подключены соответствен но к второму и третьему входам блока 1,регулирования, выход датчика 14 положения подсоединен также к третьему входу преобразователя 6 код-напряжение, и синхронную машину 15, якорная обмотка которой подключена к инвертору 12, а обмотка возбуждения - к возбудителю 16. На схеме (фиг. 1) обозначено U-jзадающее напряжение органа управления вентильным двигателем; Ue,- напряжение управления возбудителем, а на фиг, 2- EJ, - противо-ЭДС инвертора; 1д , Ас lg,(, - кривые соответствующих линейHfjx противо-ЭДС инвертора; 1 - немодулированный ток в звене постоянного тока преобразователя частоты;О р- среднее значение немодулированного тока; 1ц и Iк, - начальные и конечные значения немодулированного тока на интервале проводимости вентилей инвертора; 0 - бестоковая пауза с учетом угла коммутации; Mз и М -рэлектромагнитный момент вентильного двигателя и его среднее значен {е при немодулированном токе; 32. дулированный ток и соответствующий ему электромагнитный момент при поддержании среднего значения модулированного тока (электромагнитного мо- . мента) на уровне среднего значения немодулированного тока (электромагнитного момента) ; Т и У - углы коммутаций вентилей инвертора соответственно без модуляции тока и с модуляцией тока; I д,з J эз модулированный ток и соответствукядий ему электромагнитный момент при поддержании 1 ; TCP и МСР - средние значения модулированного тока и электромагнитного момента при Та Ti ; .г .г начальное и конечное значения модулированного тока на интервале проводимости вентилей инвертора; &текущее значение угла поворота ротора вентильного двигателя; Д приращение среднего значения электромагнитного момента. УСТРОЙСТВО работает следующим образ м. В исходном положении напряжение подведено к выпрямителю 9 преобразователя частоты и возбудителю 16, угол опережения управления инвертором 12jb / О, сигналы управления Uv, и отсутствуют, двигатель 15 стоит. Величина угла р , отсчитываемого относительно точки пересечения линейных ЭДС холостого хода устанавливается достаточной для обеспечения компенсации реакции якоря. При поступлении сигналов j и Ue от органа управления на входы блока 1 регули1эования и возбудителя 16 формируется команда на пуск- двигателя 15. При этом с первого выхода блока 1 регулирования через схему 2 регулироваНия тока и систему 3 управления выпря мителем поступает сигнал на открытие |в.ентилей выпрямителя 9, а с третьего выхода блока 1 регулирования через систему 8 управления инвертором, поступает сигнал на открытие вентилей ин вертора 12. Возбужденный ротор двигателя 15-начинает разворачиваться. При этом мгновенное значение электромагнитного момента, развиваемого двигателем на -тактовом шаге (за время одного такта коммутации вентилей инвертора) , в первом приближении описывается выражением . ,.o(-V -Коэффициент двигателя; -выпрямленный ток в звене постоянного тока; - начальный угол отсчета положения ротора; m - число фаз инвертора. Форма кривых выпрямленного тока 1 и электромагнитного момента Мд вентильного двигателя при работе его в зоне искусственной коммутации вентилей инвертора напряжением выпрямителя (путем кратковременного перевода выпрямителя в инверторный режим), показана на фиг. 26 и в Для шестипуль совой схемы инвертора (т 3) с углом опережения управления р К/б. Характер пульсаций кривой электромагнитного момента соответствует пульсациям противо-ЭДС инвертора вентильного Дви гателя (фиг. 2а). Возникающие пульсации электромагнитного момента снижают ся в устройстве до допустимого уровня, определяемого приводимым в движение механизмом, путем регулирования (модуляции) выпрямленного тока «а ка дом тактовом интервале коммутации вентилей инвертора по закону 1(0)(§), где К - коэффициент пропорциональноети (выбирается из условия обеспечени среднего значения электромагнитного момента при модулированном токе равным среднему значению электромагнитного момента при немодулированном то ке, на интервале проводимости вентилей инверто.ра) ; - коэффициент глубины модуляции выпрямленного тока (определяется исходя из требований к допустимому уровню пульсаций электромагнитного момента двигателя); и(в)- напряжение, линейно зависящее от тактового угла поворота ротора двигателя. Вид модулированной кривой выпрям-. ле Гного тока 1з (в) привепен на фиг. 2г. Реализация такого алгоритма модуляции выпрямленного тока осуществляется следуквдим образом. Сигнал, пропорциональный выбранному значению коэффициента К, задается задатчиком 5 уровня модуляции и поступает с его первого выхода на первый вход пропорционального преобразователя 4. На второй вход преобразователя 4 с второго выхода блока 1 регулирования поступает сигнал, пропорциональный заданию уровня немодулированного тока Г . Причем сигнал появляется на втором выходе блока 1 регулирования только после начала разворота ротора двигателя 15 и поступления в блок 1 регулирования сигнала от тахогенератора 13. При этом логическая схема блока 1 регулирования переводит задания 1 первого выхода блока 1 на второй выход. Сигнал, пропорциональный значению /коэффициента , со второго выхода задатчика 5 уровня модуляции поступает на первый вход преобразователя б код-напряжение, на третий вход которого поступают импульсы от датчика 14 положения, связанного с ротором двигателя 15 и формирующего S импульсов на каждый тактовый шаг поворота ротора двигателя. На выходе преобразователя 6 формируется сигнал, уоовень которого линей„о зависит от числа поступивших импульсов S и от величины сигнала, пропорционального . результатеалгебраического сум р вания сигнала, поступающего от пропорционального преобразователя 4 первый вход сумматора 7, и сигна-. преобразователя б код-напряже поступакядего на второй (вычитающ„й) вход сумматора 7, формируется игнал, пропорциональный заданию на модуляцию тока IflO), который посту второй вход системы 3 импульс но-фазового управления выпрямителем, Система 3 управления осуществляет регулирование угла управления oL вьшрямителя 9, обеспечивая модуляцию выпрямленного тока по закону 1(в) Мгновенные значения электромагнитного момента, развиваемого вентильным .„..„.JM двигателем на тактовом шаге, определяются в этом случае зыражекирм N,jC&l-tKL3-e,{Jte)jKfAto5(a-p)) Форма кривой электромагмит -:ого мо мента вентильного двигателя, работаю щего с модуляцией вьплрямленно1О тока по линейному закону, показана на чер теже фиг,, 2д. Введонне задатчиком 5 уровьгя моду ляции сигнала, пропорционального коэ ициенту К() , позволяет поддержи вать среднее значение модулированног тока :(©} на тактовом интервале про во,ци1«ости вентилей инвертора 12 на уровне среднего значения выпркмленно ,-го немодудированного тока 1 (фи1. 2 и г) . Это обеспечивает подлдоржание средне;го значения электромаг нитного момента, развиваемого на тактовом интервале двигателем, работающим с мод ляцией тока, тс.ким же, как и при рабо те двигателя без модуляции тока (фиг 2в и д) , Кроме того, введение сигнала, про модуляцию выпрямлен 1ого тока по линейному ;-;акоку (фиг. 2г) и снижение вследствме этого уровня пульсаций э.пек Tpo.MciiHKTHoro момента вентильного дд;т.-ателя (Фи1, 2д) , а уменьшение ко нечного :эначени,ч модулированного тока I KX (фиг. 2г) на интервале проводимости вентилей инвертора по сравнению с кОнечным значен1-;ем нсглодулирСванного тока |/,, (фиг. 26) на -1-акс5М же интервале приводит соответствен -:о к уменьшению уг па коммутации cf ijeHTiUiafl инвертора по сравнению с ст, (фу-г , 26 и г). Следователгьло , neperf y зочлая спо собность иецткльного Д13ИГЗТЗЛЯ,. работакггдого с таким алгоритмом ,-;одуляции вьтрнмдекного тока возрастает по сравнению с перегрузочной способ ностыо яенткльного двигателя, раооTajoiijero без мсдуляци; тока или с модуляцией его по арккосикусоидальпому закону, Прираще ние в еличи ны эле к трема : ня :чого момента ЛМ, развиваемсгс БенТ1;льным двигателем, можпо подучить, яшеличив сигнал задатчи са 5 усхэпмя -МОДУЛЯЦИИ, пропорциокальньтй коэффициенту К, до уровня, при котором ( с учетом j ) конечное значение модулл-рованного тока 1, равняется iajHcrii- oму значению немодулированного TOiia Г(,, (фиг, 2е) ,, При этом сохраняю ;:ся условия комчутацки вентилей и ;вертора, соответствующие работе jieirrii.nbnoго двигателя без модуляц -; тока (. ) / и возрастает средн-ее значение эле;о;ромагнитного момента цвигг теля (фиг. 2ж). После поворота ротора дв:-тателя , Ь и тактовый шаг (60 эд. Храл.) по сигположеналу далпудьсного датчик; НИН, поступакщему на третий вход 1 регулирования, логическая схема элска 1 производит операции по искусственной коммутации вентилей инвертора 12 путем кратковременного перевода выпрямителя 9 в режим инвертирования (по цепи: первый выход блока 1 - регулятор 2 тока - система 3 уг.равления выпрямителем) и по переводу ггреобразователя 6 код-напряжения в исходное состояние (по цепи: третей выход блока 1 регулирования - второй вход преобразователя 6). Последующие такты ком1мутации вентилей инвертора 12 (при работе двигателя 15 в диапазоне частот О + 0,1 номинальной) производятся анадогкчным образом по командам, поступарэдим от датчика 14 положения ротора. При достижении двигателем частоты зрашения . 0,1 номинальной по сигналу 1ахогенЁратора 13, поступающему на второй вход блока 1 регулирования, логическая схема отключает второй выход блока 1 от преобразователя 4 и подключает первый выход блока i к первому входу системы 3 импульсно-фа.зойого управления выпрямителем через схему 2 ре1 улирования тока. Вентильный двигатель переводится в ecтecтE, ксглмутации вентилей инвертора 12 за счет ЭДС двигателя 15. Модуляция выпрямленного тока при этом не производится. . образом,- предлагаемое устройс-гяо обеспечивает запуск и эксплуатацию в диапазоне частот вращения вентильнсго двигaтeJ,;я и имеет повыц:ен;-;ую перех-рузочную способность и более простую конструкцию, хотя уровень снижения пульсаций электромагнитного момента в предлагаемом устрсйстL-e несколько хуже, чем у прототипа. iio особенность устройства, закдюча№аяся в том,- что -изменением глубины модулнци;; (f } вь ггрямден-юге:; тока можно дибитьоя сгни-жения отде-пьных гармонических пульса11Нй :1лек тр;магнитного .та з 5 н более раз, Формула изобретения гатель, содерВе птиль н,ыи элек тро,пв и --полюсный ротор, статор с расналоженной на нем обмотьой якоря, зключаю1ций I-; р ео б ра 3 оз а те ль част о -г ы,, тактами ком3 с€гбя инвертор тока с п мутаций оборот, к оду которого , а утграЕляюпод люче:на обмотка якорк ы с выходом щие цепи ключей соединен же ния ротора импульсного датч-ика nojic: через схему импульсно--ф5 зового уграв,ямитель , упления инвертором, и выпг соединены с равлягощие цепи котор-ого о-ф-аэового упвькодом системы импульсh равления выпрямителем, IOK регу-пирования, включаю1ций в себя логическую схему выбора режима коммутации, входы которой соединены с выходами им-пульсного датчика положения ротора и тахогенератора, а выход - с входом системы импульсно-фаэового управления выпрямителем через схему регулирования выпрямленного тока, а также -сумматор, отличающийся тем, что, с целью повышения перегрузочной способности и упрощения конструкции вентильного двигателя, в него введены задатчик уровня модуляции пропорциональный преобразователь и преобразователь код-напряжение, причем одним входом задатчик уровня мод ляции подсоединен к первому входу пропорционального преобразователя, второй вход которого подсоединен к второму выходу блока регулирования.

а выход - к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с выходом преобразователя код-напряжение, первый вход которого подключен к второму ВЫХОДУ задатчика уровня модуляции, второй вход - к третьему выходу блока регулирования, а третий вход к импульсному датчику положения ротора, кроме того, выход сумматора подсоединен к второму входу системы импульсно-фазового управления выпрямителем .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент США 3696278, кл, 318 - 138, 1972.

2.Авторское свидетельство СССР по заявке 2807246/07,

кл. Н 02 К 29/00, 1979.

е j