Управляемый вентильный электродвигатель

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 5 Н 02 К 29/14, Н ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНВТОРСЕОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР(71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт малых электрическихмашин(56) Авторское свидетельство СССРМ 1458961, кл. Н 02 Р 6/02, 1987,(54) УПРАВЛЯЕМЫЙ ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИ ГАТЕЛ Ь(57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качествепривода вентиляторов и гидронесосов с неЯ 217 ОО 705 А 2 прерывной работой в системах, в которых отсутствует возможность проведения регламентных работ. Целью изобретения является повышение КПД и надежности путем снижения пульсаций потребляемого тока с ограничения бросков пускового тока, С этой целью в управляемый вентильный электродвигатель введены датчик 34 тока, включенный между соответствующей шиной источнйка питания и общей шиной 15 и блок 41 управления широтно-импульсным модулятором 18. На вход блока 41 управления поступают сигналы с выхода датчика 34 тока и выходов токогенератора 40 постоянного тока и задатчика частоты вращения. В результате осуществляется токовое регулирование в зависимости от ошибки частоты вращения, 1 ил,Изобретение относится к электротехнике и, в частности, может быть использовано в качестве привода вентиляторов и гидронасосов с непрерывной работой в системах, В которых ОтсутстВует эозмОжность проведения регламентных работ, и является усове",.- ш 8 нствОьанием изобоетения гзо авт.сс М 1458961.Цельзо изобретения является повышение КПД и надежности путем снижения , пульсаций потребляемого электродвигате лем тока и ограничений бросков пускового , тока,На чертеже представлена блок-схема управляемого вентильного электродвига, теля.Управляемый вентзлльззьзй электродви" гатель содержит два мостовых инвертора 1 , и 2 (фиг.1), Плечи каждого из мостовых инверторов 1 и 2 образованы соединенными встречно-попарно транзисторами 3, 4 и 5, б, Каждый иэ транзисторов 3 - б шунтирован , одним иэ диодов 7-10, В первую диагональ каждого из мостовых инверторов 1 и 2 включена соответствузощая фаза 11 обмотки якоря синхронного двигателя, Электродвигатель содержит также трансформатор 12, основная обмотка 13 которого имеет вывод сре,цней точки. Начало этой обмотки подключено к первому выводу 14 второй диагонали мостового инвертора 1, а конец обмотки 13 - к первому выводу второй диагонали мостового инвертора 2. Вторые выводы вторьзх,циагоззалей каждого из мостовых инверторов 1 и 2 подключены к общей шине 15 управгзяемого вентильного ЭЛЕКтРОДВИГатеЛЯ, БЕНтИЛЬНЬЗй ЭЛ 8 КТРОДВИ- гатель включает также датчик 16 положения ротора синхронной машины и дополнительно управляемый ключ 17, включенный между средним отводсм обмотки 13 и одним из зажимов источника питания, управляющий вход ключа 17 соединен с выходом широтно-импульсного модулятора 18, Трансформатор 12 снабжен двумя дополн 1 лтельными обмотками 19 и 20, каждая из котрых вь 1 полнена с вьзводом средней точки. Каждый из мостовых инверторов 1 и 2 снабжен двумя диодами 21 и 22, кон,ценсатором 23, двумя управляющими гранзисторами 24 и 25 и восемью резисторами 26-33.Каждый из первых четырех резисторов 26 - 29 вкл очен параллельно переходу база, эмиттер одного из транзисторов 3 - 6 моста, Пятый 30 и шестой 31 резисторы вклзочены соответственно между базами транзисторов 4 и 5, б и 3 противоположных плеч мостового инвертора, Каждый из управляющих транзисторов 24 и 25 поцключен переходом коллектор-эмиттео параллельно переходу 10 1 ц 20 25 30 40 БО база-коллектор соответствующих транзисторов 4 и 6, связанных с первой шинойисточника питания. Базьз управляющихтранзисторов 24 и 25 гзадклзочены к выходам датчика 16 положения ротооа, Начало иконец дополнительной обмотки.19 трансформатора 12 подключены чеоез диоды 21 и.2 к первьзм вьзводам конденсатора 23,седьмого 32 и восьмого 33 резисторов, Второй вывод конденсатора 23 и средняя точка",ополнительной обмотки 19 подключены кпервому Выводу 14 ьто рой диагонали моста,а вторые выводы седьмого 32 и восьмого 33резисторов - соответственно к базам гранзисторов 3 и 5, включенных в смежныс плечи мостового инвертора л связанньзх спервым выводом 14 второй диагонали моста,Средний вывод основной обмотки 13трансформатора 12 подключен к второй шине источника питания через управляемыйключ 17, вход управления которого подклзочен к выходу широтно-импульсного модулятора 18.Дополнительная обмотка 20 подключена аналогично обмотке 19, но во второминверторе 2,Последовательно между Вторым зажимом источника 15 питания включен датчик34 потребляемого тока, выход датчика 34тока подключен через масштабный усилитель 35 к инвертирующему входу компратора 36,Неинвертирующий вход компаратора36 через резистор 37 подключен к выходупропорционально-интегро-,дифференциального (ПИД)-регулятора 38 и черзз стабилитрон 39 на общую шину 15 источника питания. Инвертирующий вход ПИД-регулятора38 подключен к выходу тахогенератора 40постоянного. тока, а на неинвертирующий .вход ПИД-регулятора к вьзходу задатчикачастоты вращения с опорным напряжением(управления) Оап на выходе, Управляемыйключ 17, инертно-импульсный модулятор 18и вновь введенные узлы 34 - 40 представляют собой блок 41 управления вентильнымэлектродвигателем в режиме пуска и регулирования частоты воащечия,В рассматриваемом устройстве ключ 17 и широтно-импульсный модулятор 18 реализованы на транзисторах, датчик 34 тока Выполнен в виде нлзкоомного резистора, масатабный усилитель 35 выполнен на операционном усилителе, в котором Входными резисторами устанавливается зацанньзй коэффициент усиления, кампаратор 36 и ПИД- р 8 гулятор 38 реализОваны на оп 8 рацзлон ньзх УСБЛИТ 8 ЛЯХ.Элехтродви Гзтел ь работает сле пу 101",м образом.11,.)и посяяе напряжения " 1,-, .От я",т,цНЦКЯ 11 ас Я,:" Наг.: 1:)КЗ и НЗПР:) .ЕиЦ ,1:)Я1 Г, на не Иверир);:нниП 1 "-егулпя "8 (Р "янном л/чае:яп,яжение упрз ленив 1-, пал 0 и;81 ь 1)й пс ЛЯОНОСТИ) ВЯЛ ЭДЕ.Т)СЛВИГЗТЕ:Я НЧ;:.вращаться па сигналам 1)атчихз 1) ПОлсже.ни.". ратаэ, катаные ОГревеляат пооядк переклочения силавьх тоянзистоэав 3 э мостовых инвертаров 1 и 2, Бросок и скав - Га тоКЯ Пт ДатчКа.";4 ГОа 1 С:;ЛигЯ,.; нтябныусилтелем м 5 и паст,пяенз неинВеруашн 1 вход компаратогя 36."днаьремеО ПИР-регулятор 38 вырабатывает на Выхс це сигнал положительной Гсг лярнасти максимальной вели ины, тяк кяк с тахогенератаря 40 г;аступает сигнал а ин- В 8 Р гУа)1)Щ,ЯЛ 7 ;) В ,фД РЬГУЛЯ ОРЗ ЛИЗ 1;ий к нулю или э ячительно меньний няпрякения управления 13 оя. ратекяаПИЙоу через в.чг ер,: 1 еп и-ррчрт 1).состоящую из Оезлстара 37 и стзбилитраня 35, образует стабильное напоякение на стабилитроне 39.Напряжение, снимаемое со стабилитрона 39 и поступаюдее на неинвертирующий Вход кампзрятаря 36, Я Вля 8 тсЯ Для нега агарным, Ври равенстве опорного напряжения и напряжения ня неинвертирующем Входе, поступяащего с датчлка 34 така, компаратор 36 вырябатываесигнал низк)го уровня, и с помощь 0 н)иратна-импульс.ОГО модулятора 8 и ключа 17 обмотки злектра- ДВЯ абая -, КгЧР";,лг, Г Г И, апцн 1: , ,Пджен:я пастаяннага -Окя егулирсвя 1.811 1 Оэффицьен Гя усилеия ьзсштабнага уси лителя 35 и Величиной ь япряжения стаб г.- зации стябилитраня 39 можно у",тянови) ь заданную вели;ину пускового тока, при котором срабатывает компаратар 36, Величина пульсаций тока при пуске электродви гател я определяется талька каэициентом усилс ния компяоя Гара 36 а частота пульсацийястатя пе."81(л:а ений) определяет:".я величлной емкости Фильтра лстачника питания,РЗЗГОН УПРаВЛЯЕМОГО ЭЛЕКТРОДВИГЗТЕЯ;)СХОПЦГ Поь; Пп,гОЯНСТВЕ Па п= лЛо 10 а Да цала Р", .1 ВГЯ 11 дн 1 Гдала агавняпдджем 1 лгд постпяннаг . тока. Вы рябятывяемое тяхагенерятааам 40, не сравняется с нягфряжением угравления .4 П Рассмотрим,ЗЛЬНЕй:;,; - . Г 1 Я-,О,-СТа,СТВЗ .ЯП)имеа при неизменной велиине ОпарноГО 1 япряжения 1)-;а 1 алька напряжение на инвертиру.ощ 81.входе ГНИД-регулятора 38 приолизиГся Га В 8 личине к няпояж 8 нию 1.Оп, ПОД-регулятор 38 начиняет вырябатыв.,ь сигнал расасгласования для управления (в данном примере гри п =- сопзт для случая стао,лизаци 1) часта-ай вращения вяля,л-родвига жля, В этой ситуации на.; Яени с выхода ГИьД-регулятора 38 , . 8,11.1:.:г:;ГСЯ (В ПРЕДЫДУЩЕМ РЕЖИМЕ РЯЗГО- ня ь: д .-)Льнаго рассогласования по вхосн нясьщен, т,е, напряжение на егоььх,)де мясчмяльное), стабилитрон 39 за- )0 крьзается, и напряжение рассогласованиячег)ез резистор 37 поступает на неинвертиру.ащий вход компаратора 36, Одновременна ня иьвэртируащий вход компарятора 36 Гра)с:":,.Зет поступать сигнал от да чика 14 гаКЗ Чврея ;ЗСабНЫй уСИЛИтЕЛЬ 35, Пра.Гсхадт с помощью кампярятора 36 сравнение потребляе"фага ВД тока от источника, я следовательно, и момента, развиваемого эектрадвигателем и напряжения с таха- )0 Ге нера Га)а .Г;,а.:саян нога така и, такимОбразам, частот.,: ьрящения вяля ВД,В обычных 1,:вест-ых схемах статиче-.,.-;: Стабилиза, ., чяс-аты вращения вала ии;. появления осуществляется релейный 25 прчннип управления частотой вращения вала, т,е, при достижении напряжения тзхогенератара, разного напряжению установки (агарнае напряженна), электродвигатель отк,ючяется от истачнкя, а ротор продол жает движение ПО инерции, Гри атом ток,потребляемый ат источника равен нулю, а гри движении ра) "ря па инерции частота вращения вяля зяви:ит от нагрузки на валу ялектрадвигятегя, Как только частота вра гцения вяла пон.;)кается да величины, когдаяп)я;8 ч:.8 с таогенератора несколько .;Вньн)-, Опсрн:":, электродегятель Опять подключается к ста нику и так далее, т.е.вял электров:.: Гятеля ;алеблется при своем 0 врэшенли атнастельно заданной пастаЯннай чятаты вращения, а ток, потребляемый зле ктаадвигател 8 пул ьсируя от нуля до величины определяемой моментом на валу.Если необходимо исключить пульсации 45 ток; ат чсточикя стявятсрильтр, как правила нс,тивна: лкас. Ный, между источникам и эл".:кт) а Ви Гятел 8 м, При этОм возникает следуоняя ситуация, Емкость йильтая догово:а быть такай, чтобы обеспе- ГГч;:;);,-:есбуав.,1,ы, .Яг 1 льсный ток на Включенном интервгле, я величинаинтервала )пределлется нагрузкой на валу, ее характером, величиной пульсаций напрямания тяхогенерятора. В общем случае час тата коммутации повально нлзкая и емкостьфл,тря, я следовательно, его размеры, масса и гябарить значительны, причем резко растут с увеличением мощности электродвигателя, Ловыс:"ть частоту коммутации удается в слу:яе паименения многофазныхЗаказ 4475 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб.,4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 и многополюсных тахогенераторов постоянного тока или модуляцией опорного напряжения сигналом пилообразной формы, Все это усложняет и удорожает привод и, кроме того, в случае динамического наброса 5 нагрузки на валу возникают дополнитель ные погрешности в режиме стабилизации ввиду квантования при управлениитак как есть моменты времени, когда двигатель не управляется (режим отключения при дости жении частоты вращения вала, при котором напряжение на тахогенераторе равно опор, ному).Совершенно иное положение в рас, сматриваемом устройстве. ПИД-регулятор 1538 усиливает сигнал рассогласования меж-ду опорным напряжением Оо и напряжени, ем тахогенератора 40, вводит необходимую , производную и интеграл в сигнал ошибки,Этот сигнал ошибки по частоте вращения, 20преобразованный ПИД-регулятором, посту, ,пает как опорный на неинвертирующий , вход компаратора 36. Так как на инвертиру; ющий вход компаратора 36 поступает сигнал по току от датчика 34 тока через 25 масштабный усилитель 35 (а это информа, ция по моменту), то ключ 17 через широтно; импульсный модулятор 18 осуществляетимпульсное регулирование потребляемого тока строго в соответствии с сигналом 30 ; ошибки ПИД-регулятора 38. Причем пульса, ции потребляемого тока определяются коэффициентом усиления компаратора 36, который автоматически выбирает частоту ; коммутации в соответствии с величиной ем , кости фильтра. Осуществляется токовое регулирование (т.е, инверторы 1 и 2 работают в режиме источников тока) частотой вращения вала с минимально возможными пульсациями потребляемого тока, При этом амплитуда пульсаций тока зависит от величины емкости фильтра в значительно меньшей степени, чем при релейном регулировании частоты вращения вала.Ф о р мул а и зоб рете н ия Управляемый вентильный электродвигатель по ав-,св, М 1458961, о т л и ч а ющ и й с я тем, чтос целью повышения КПД и надежности путем снижения пульсаций потребляемого тока и ограничения бросков пускового тока, введены датчик тока, включенный между вторым зажимом источника питания и общей шиной управляемого вентильного электродвигателя, масштабный усилитель, компаратор, последовательно соединенные резистор и стабилитрон, пропорционально-интегродифференциальный регулятор, задатчик частоты вращения и тахогенератор постоянного тока, установленный на валу электродвигателя, выход которого подключен к инвертирующему входу упомянутого регулятора, неинвертирующий вход которого соединен с выходом задатчика частоты вращения, а выход - со свободным выводом резистора, точка соединения второго вывода которого и катода стабилитрона подключена к неинвертирующему входу компаратора, инвертирующим входом соединенного через масштабный усилитель с выходом датчика тока, выход компартора подключен к входу широтно-импульсного модулятора, а анод стабилитрона - к общей шине управляемого вентильного электродвигателя.