Вентильный двигатель

Союз Советских Социалистических Республик(61) Дополнительное к авт. сеид-ву(22) Заявлено 260380 (21)2899029/24-07 Р) М тЛ Н 02 К 29/02 Н 02 Р 1/30 с присоединением заявки Йф -(23) Приоритет -Государственный комитет СССР ио делам изобретений и открытий(541 ВЕНТИЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Изобретение относится к электрическим машинам и может быть использовано для создания вентильных двигателей с повышенной плавностью вращения.Известно устройство для управления трехфазным вентнльным двигателем,содержащее синхронную машину, подключенную к тиристорному преобразователю, частоты со звеном постоянноготока, связанному с логическим управляющим устройством 11,Недостатком известного устройства являются значительные пульсацииэлектромагнитного момента двигателя,возникающие при пуске и низких частотах его вращения, что снижает надежность н срок службы двигателя, атакже ограничивает его применениедля механизмов, требующих широкогодиапазона регулирования скорости вращения.Известен также вентильный двигатель, содержащий синхронную машину,подсоединенную к тиристорному преобразователю частоты со звеном постоянного тока, выпрямитель, инвертор,систему управления выпрямителем, систему управления инвертором, датчиквыпрямленного тока, датчик положенияротора, соединенный своим выходом с 30 одним из входов логического устройства, второй, вход которого соединен с органом управления 2.Недостатком известного устройства является сложность конструкции его силовой части, вклюЧающей по меньшей мере два выпрямителя и два инвертора, входящих в состав тиристорного преобразователя частоты, и многообмоточный развязывающий трансформа-. тор, что снижает надежность управления вентильным двигателем. Кроме того, высокий уровень гармонических электромагнитного момента двигателя, особенно.при больших углах опережения.управления инвертором, также сни" жает надежность управления двигателем.Цель изобретения - упрощение конструкции, повышение надежности управления и снижение уровня пульсаций электромагнитного момента вентикального двигателя. Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее синхронную машину, подключенную к тнристорному преобразователю частоты со звеном постоянного тоха,содержащему выпрямитель, инвертор, систему управле,йия выпрямителем, систему управления инвертором и датчик выпрямленного тока, а также датчик положения ротора, подсоединенный к одному из входов логического устройства, второй вход которого связан с органом управления, а а выходы - соответственно, с системой управления выпрямителем и с системой управления инвертором., введена цепь, содержащая последовательно соединенные интегратор, сумматор, Функциональный преобразователь, второй сумматор, пропорциональный преобразо-, ватель и третий сумматор, а также задатчик начального угла поворота ротора двигателя, задатчик постоянного уровня сигнала и задатчик начального 15 значения выпрямленного тока, подключенные, соответственно, к первому, второму и третьему сумматорам, при этом вход цепи подсоединен к логическому устройству, а выход цепи - к сис-щ системе управления выпрямителем, кроме того, к третьему входу логического устройства подсоединен тахогенератор,Включение в устройство указанной цепи позволит исключить из него дополнительные выпрямительные и инверторные агрегаты, используемые для уменьшения уровня пульсаций электромагнитного момента двигателя, что существенно упростит конструкцию силовой части вентильного двигателя и по высит надежность его управления. Модуляция с помощью названной цепи выпрямленного тока в звене постоянного тока преобразователя частоты, при пуске и низких частотах вращения дви гателя, обеспечит Формирование электромагнитного момента с ограниченным до безопасных величин уровнем пульсаций.На чертеже представлена блок-схе Ома устройства.Устройство содержит орган управления 1, связанный с входом логическогэ устройства 2, выход которого подключен к цепи последовательно соединенных интегратора 3, сумматора 4, функционального преобразователя 5,. сумматора 6, пропорциональйого преобразователя 7 и сумматора 8, к вторым входам сумматоров 4, 6 и 8 подключены, соответственно, задатчик 9 начального угла поворота ротора , задатчик .10 постоянного уровня сигнала и задатчик 11 начального значения выпрямленного тока, выход цепи подсоединен к системе 12 управления, связанной 55 этим же входом с логическим устройством 2, к третьему выходу которого подсоединена система 13 управления . инвертором, датчик 14 выправленноготока, подключенный к второму входу що системы 12 управления выпрямителем, выпрямитель 15, инвертср 16, сглаживающий дроссель 17, датчик 18 положения ротора и тахогенератор 19, подсоединенные к логическому устройству Я 2, а также синхронную машину (двигатель) 20 с системой возбуждения 21,Устройство работает следующим образом,11 ри поступлении сигнала от органауправления 1 на вход логического устройства 2, выдается команда на пуск синхронного двигателя 20. Логическое устройство 2, через соответствующие выходы, выдает команды на пуск выпрямителя 15, системе 12, управления, и на частоту коммутации вентилей инвертора 16, системе 1,3 управления, Частота коммутации определяется датчиком 18 положения ротора, связаннымс валом двигателя 20.В результате взаимодействия тока, протекающего по секциям якорной обмотки, коммутируемых иннертором 16, с полем возбуждения, создаваемым системой возбуждения 21, ротор двигателя 20 приходит но вращение.При пуске и низких частотах вращения двигателя (меньше 0,1 синхронной) ЭДС машины недостаточна для производства естественной коммутации вентилей инвертора. Поэтому с помощью устройства 2 произнодится их искусственная коммутация за счет прерывания тока выпрямителя 16, путем кратковременного перевода его н иннерторный режим, через каждые 60 эл, градусов поворота ротора двигателя 20.Разнинаемый двигателем электромагнитный момент является функцией выпрямленного тока 1, протекающего в секциях якорной обмотки двигателя, угла опережения управления иннертором , ЭДС (Е), наводимой н якоре при вращении возбужденного ротора и угла. поворота М между коммутируемой секцией и обмоткой возбуждения двигателя:М 9 = ф (1 с),Е, Ч) (1)В первом приближении выражениеэлектромагнитного момента двигателя,без учета влияния реакции якоря, запишется следующим образом:МЭ -- К 1 дсов(с - Ч ), (2)где К =Е/щ - коэффициент ЭДС днигаС Отеля;- синхронная частотаовращения ротора;. -+ р - начальный угол поноро.Йщта ротора,в - число фаз иннертора.Такая зависимость приводит к тому,что н кривой момента кроме постояннойсоставляющей присутствует и переменная составляющая, вызывающая пульсации момента.Для снижения уровня пульсаций момента выбран алгоритм управления,.позволяющий формиронать кривую электромагнитного момента путем модуляциивыпрямленного тока;892594 начальное значение выпрямленного тока, выбираетсяиз условия обеспечения такой же работоспособностидвигателя, как и при немодулированном выпрямленном токеглубина модуляции выпрямленного тока определяетсяисходя иэ требований к допустимому уровню пульсаций момента.Для реализации заданного алгоритма управления в устройство введенацепь иэ последовательно соединенныхинтегратора 3, сумматора 4, функционального преобразователя 5, сумматора 6, пропорционального преобразователя 7 и сумматора 8, а также эадатчики начального угла поворота ротора 9, постоянного уровня сигнала 10и начального значения выпрямленного 33тока 11, соединенные, соответственно, с вторыми входами сумматоров 4,б и 8. Кроме того, в устройство введен тахогенератор 19,После команды на пуск двигателя и рначала его разворота, информация очастоте вращения ротора передается отот тахогенератора 19 н логическоеустройство 2 и оттуда поступает в интегратор,3,Выход логического Устройства 2,связанный с системой управления Выпрямителем 12 после подач; к мандына пуск, отключается.Интегратор 3 выдает сумкатору 4сигнал пропорциональны, текущемузначению угла поворота ротора ч. Навторой вход сумматора 4 поступаетсигнал от задатчика 9 начального ула поворота ротора Ч. Полученный суммарный сигнал вводится в функциональ Оный преобразователь 5, где он модулируется косинусоидальной функцией,С выхода преобразователя 5 сигналпоступает на один иэ входов сумматора б, на второй вход которого подается сигнал от эадатчика 10 постоянного уровня сигнала, пропорционального условной единице. После сравне"ния сигнал поступает в пропорциональный преобразователь 7, в котором он Окорректируется в соответствии с выбранной глубиной модуляции Я, Дальшесигнал подается на вход 8, где суммируется с сигналом, поступающим отэадатчика 11 начального значения выпрямленного тока Я и поступает навход системы 12 управления выпрямите- лем Формула изобретения Вентильиый двигатель, содержащий синхронную машину, подключенную к тиристорному преобразователю частоты со звеном постоянного тока, содержащему выпрямитель, инвертор, систему управления выпрямителем, систему управления инвертором и датчик вы" прямяенного тока, а также датчик положения ротора, подсоединенный к одному из входов логичеСкого устройства, второй вход которого связан с органом управления, а выходы - соот" ветственно с системой управления выпрямителем и с системой управления М = Ке 1 +б(1-соэ (У - ч) ) соэ (ч-М) (4)65 Выпрямленный ток,модулируемыйвыпрямителем 15 в соответствии с алгоритмом управления, формирует кривуюэлектромагнитного момента двигателя,которая описывается выражением: уровень пульсаций результирующей кривой электромагнитного момента регулируется в соответствии с требованиями к допустимому уровню пульсаций путем выбора начального значения выпрямленного тока 1 дК и глубины его модуляции Е . После каждого поворота ротора двигателя 20 на 60 эл. градусов (при щ = б) по команде, поступающей от датчика 18 положения ротора, логическое устройство 2 производит перевод интегратора 3 в исходное (нулевое) состояние и цикл повторяется.При достижении двигателем 20 частоты вращения превышающей 0,1 синхронной, контролируемой тахогенератором 19, логическое устройство 2 переводит инвертор 16 в режим естественной коммутации, вход интегратора 3 отклЮчается, а система управления выпрямителем 12 подключается непосредственно к устройству 2. Вентильный двигатель работает в режиме естественной коммутации.При снижении частоты вращения двигателя ниже 0,1 синхронной, к выходу логического устройства 2 подключается интегратор 3, а система 12 управления отсоединяется от устройства 2, Инвертор переводится в режим искусственной коммутации, Система управления рабо" тает аналогично описанному выше.Предлагаемое устройство, по срав" нению с известным, имеет более простую и надежную конструкцию силовой части, а, следовательно, имеет менькгую стоимость и обладает большей надежностью управления.Снижение уровня пульсаций электромагнитного момента двигателя при пуске и работе его с низкими частотами вращения способствует расширению области применения вентильных двигате" лей, в частности, применение их вмес" то машин постоянного тока, имеющих большую стоимость и меньшую надежность управления, для механизмов с частыми пусками и с широким диапазоном регулирования скорости.. Н, Кончицкая Техред Т. Маточка Корректор М. Демчи а 733митета СССРткрытийаб., д, 4/5 дписное Тираж ого к ний и шская аказ 11274/79 ВНИИПИ Государственн по делам изобрете 113035, Москва, Ж, Рауилиал ППП Патентф, г, Ужгород, ул. Проектн инвертором, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью упрощения конструкции, повышения надежности управленияи снижения уровня пульсаций электромагнитного момента двигателя, в неговведена цепь, содержащая последовательно соединенные интегратор, сумматор, функциональный преобразователь, второй сумматор, пропорциональный преобразователь и третий сумматор, а также задатчик начального углаповорота ротора двигателя, эадатчикпостоянного уровня сигнала и задатчик начального значения выпоямленного тока, подключенные, соответственно, к первому, второму и третьемусумматорам, при этом вход цепи подсоединен к логическому устройству,а выход цепи - к системе управлениявыпрямителем, кроме того, к третьемувходу логического устройства подсоединен тахогенератор.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США Р 3,896278,кл. 318-138, 1972.2. Патент ФРГ Р 1588058,кл, Н 02 Р 1/30, 1975.