Вентильный электродвигатель

Сфвз Советски кСфцмапнстмческииРеспублик ОП ИСАИ ИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУяв делам иэобретеннй и открытий(71) Заявитель Горьковский политехнический институт им. А,А. Жданова(54) ВЕНТИЛЬНЫ 1 ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ Изобретение относится к электротехнике, а именно к вентильным электродвигателям ( ВД ) и устройствам управления этими двигателями.Известны ВД на основе зависимого инвертора, содержащие ротор, статор с обмоткой якоря, управляемый выпрямитель, дроссель в цепи выпрямленного тока, инвертор для питания статорной обмотки двигателя и дат-, чик положения ротора двигателя 1 1 .Недостаток такого ВД является невозможность пуска непосредственно от инвертора и регулирования частоты вращения в диапазоне от 0 до 10 от синхронной. В подобных схе" мах двигатель запускают в асинхронном режиме,для чего в роторе предусматривается специальная пусковая обмотка, а регулирование частоты вращения осуцествляят лищь в диапазоне выще 103 синхронной частоты, что ограничивает функциональные воэможности двигателя. Наиболее близким к предлагаемомуявляется вентильный электридвигатель, содержащий ротор, с обмоткой якоря, соединенной с выходом преобразователя частоты со звеном постоянного тока, между выпргмителем и инвертором которого подключен последовательно дроссель, устройство искусственной коммутации инвертора, подключенное параллельно входу ин- вертора и выполненное в виде ключа с 2-С-коммутацией и последовательно соединенного с этим ключом дополнительного тиристора, а также логическую схему управления устройством т 5искусственной коммутации и схему управления инвертором, управляющие входы которых соединены с выходом датчика положения ротора 2 1. 20Недостатком известного ВД являются низкие функциональные возможнос.ти из-за невозможности автоматического перехода из режима искусствен Э 90ной коммутации в режим естественной(машинной) коммутации, что затруд"няет его применение в электроприводах с частыми пусками.Цель изобретения - расширениефункциональных возможностей двига"теля.Поставленная цель достигаетсятем, что двигатель снабжен цепочкой из двух резисторов, а схема,угравления устройством искусственнойкоммутации содержит логическиеэлементы НЕ и И, пороговый элементи дополнительный маломощный 2-Сфильтр, причем ключ и дополнительный тиристор шунтированы резисторами цепочки, а управляющие входы ключа и дополнительного тиристора подключены к выходу двухвходовогологического элемента И, один из входов которого соединен с выходом датчика положения ротора, а второйвход - с выходом логического элемента НЕ, вход которого через пороговый элемент подключен к конденсаторудополнительного Х-С-фильтра, присоединенного к входным, зажимам инвертофа.На чертеже изображена электрическая схема двигателя.Схема включает синхронный двигатель 1, питание статорной обмоткикоторого осуществлено от сети пере"менного тока через управляемый выпрямитель 2, сглаживающий дроссель 3и инвертор 4, На валу двигателя установлен датчик 5 положения ротора.Устройство искусственной коммутацииинвертора содержит два последовательно соединенных тиристора 6 и 7,коммутирующие конденсатор 8 и дроссель 9, высокоомные маломощные резисторы 10 и 11, причем тиристор бподключен анодом к плюсовому зажиму инверторв, а тиристор 7 под"ключен к минусовому зажиму инвертора. Параллельно каждому тиристору вклю"цены упомянутые резисторы 10 и 11, а параллельно тиристору 7 " последовательно соединенные конденсатор 8 и дроссель 9. Логическая схема управления устройством искусственной коммутации содержит логический элемент И 12, выходы которого присо" единены к управляющим входам тирис"торов 6 и 7, входы логического элемента 12 подсоединены один к датчику 5 положения ротора, а второй - . к выходу элемента НЕ 13, вход кото 4134рого через стабилитрон 14 включенпараллельно конденсатору 15. Упомянутый конденсатор соединен последовательно с резистором 16, а их свободные концы присоединены к зажимам постоянного тока инвертора.Устройство работает следующимобразом.Перед пуском с выпрямителя 2 в 1 о схему подается небольшое выпрямленное напряжение, под действием кото"рого конденсатор 8 заряжается плюсомна левой обкладке.В начальный момент пуска датчик 5 1 з положения ротора подает отпирающиеимпульсы на соответствующие тиристоры инвертора 4 и на один из входовэлемента И 12. На втором входе элемента 12 в это время тоже есть сигнал, так как при малом выпрямленномнапряжении выпрямителя 2 стабилитрон14 не проводит ток, и, следовательно, на выходе элемента 13 есть сигнал.1 Тиристоры 6 и 7 отпираются, проис"ходит резонансный перезаряд конденса"тора 8 по контуру: левая обкладка - .тиристор 7 - дроссель 9 - правая обкладка. В .результате тиристор 7 запирается, конденсатор 8 через ти-ристор 6 снова заряжается плюем налевой обкладке и тиристор 6 запира"ется. После запирания тиристор 6 и 7инвертор 4 раскорачивается и соответ" 35ствующие тиристоры инвертора, на которые подан сигнал с датчика поворота ротора 5, начинают проводить ток.Этот ток, протекая по двум фазамстатарной обмотки, создает вращающиймомент и ротор двигателя 1 начинаетповорачиваться. Через определенный угол поворота датчик положения ротора снова выдает импульсы на вход элемента 12 и на соответствующую пару тиристоров инвертора. Отирание тиристоров 6 и 7 вызывает закорачивание внвертора, спад до, нуля тока в статорных обмотках двигателя, выключение ранее про- водивших тиристоров инвертора, Затем тиристоры 6 и 7 запираются при перезаряде конденсатора 8, как это уже было, описано, а в очередной паре тиристоров инвертора 4 появляется ток, Двигатель продолжает вращаться со скоростью, определяемой величиной выпрямленного напряжения выпрямителя 2.9041 Формула изобретения 5Когда это напряжение достигнет величины 10- 153 от номинального, напряжение на конденсаторе 15 окажется больше напряжения стабилизации стабилитрона 14 и на входе элемента 13 появится сигнал, что вызовет исчезновение сигнала на его выходе.В результате даже при наличии сиг" нала с датчика положения ротора на 10 выходе элемента 12 сигналы не появятся и схема искусственной комму" тации прекратит свою работу. Теперь уже коммутация тиристоров инвертора будет осуществляться под.действием 1 з ЭДС в обмотках статора, т.е. естественным путем (при частоте вращения ротора выше 10-153 синхронной величина ЭДС статора достаточна для осуществления коммутации тиристоров 2 р инвертора).С увеличением выпрямленного нап" ряжения выпрямителя частота вращения двигателя будет расти. При этом будет расти и напряжение на д элементах схемы искусственной ком" мутации. Однако благодаря последовательному включению двух тиристоров б и 7 и резисторов 10 и 11, предс" тавляющих делитель напряжения, напря- ЗО жение на конденсаторе 8 будет равно лишь части выпрямленного напряжения, Эта часть определяется соотношениемсопротивлений резисторов 10 и 11. Капример, если сопротивление резистора 1 О в пять раз превышает сопротивление резистора 11, то напряжение на конденсаторе 8 будет ( в установившемся режиме) около 20 от выпрямленного напряжения выпрямителя 2 при максимальной частоте вращения двигателя. Соответственно класс тиристора б, т.е. его допустимое напряжение, должен быть выше класса тиристора 7,При работе привода на низких час" тотах вращения, т.е. при искусствен" ной коммутации инвертора, конденсатор 8 заряжается в силу резонансного характера цепи заряда: тиристор бконденсатор 8 - дроссель 9 до напряжения почти вдвое большего, чем напряжение выпрямителя 2Затем конденсатор 8 разряжается на резистор 11. При достаточно большом сопротивлении резистора 11 конденсатор за межком-. мутационный период может не успеть разрядиться до установившегося напряжения, что несколько увеличит нагрузочную способность узла искусствен 34 6ной коммутации, но не приведет к вредным последствиям: работы узлаискусственной коммутации происходитлишь при малых (10- 151) напряженияхвыпрямителя. Практически конденсатор 8 и дроссель 9 могут рассчитывать"ся на напряжение не более 30-40 отноминального,В предлагаемой схеме электродви"гателя как и в схемах с периодическимпереводом выпрямителя в инверторныйрежим или в схемах с общей коммутацией, ток и момент двигателя в период коммутации проходят через нульОднако в предлагаемой схеме в цепи выпрямленного тока, т,е. в цепис наибольшей индуктивностью, ток влериод коммутации не изменяется,поэтому "провалы" момента двигателяносят более кратковременный характер,Вентильный электродвигатель, со" держащий ротор, статор с обмоткой якоря, соединенной с выходом преобразователя частоты со звеном постоянного тока, между выпрямителем и инвертором которого подключен последовательно дроссель, устройство искусственной коммутации инвертора, подключенное параллельно входу инвертора и выполненное в виде ключа с 2-С"коммутацией и последовательно соединенного с этим ключом дополнительного тиристора, а также логическую схему управления устройством ис" кусственной коммутации и схему управления инвертором, управляющие входы которых соединены с выходом датчика положения ротора, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью расширения Функциональных возможностей двигатель снабжен цепочкой из двух резисторов, а схема управления устройством искусственной коммутации содержит логические элементы НЕ и И, пороговый элемент и дополнительный маломощный 2-С-фильтр, причем ключ и дополнительный тиристор шунтирова" ны резисторами цепочки, а управляющие входы ключа и дополнительного тиристора подключены к выходу двухвходового логического элемента И, один из входов которого соединен с выходом датчика положения ротора, а второй вход - с выходом логического904 13 ч Подписн ИИПИ Заказ 150/Й Тираж Проектная, Ч илиал ППП лПа г.Ужгоро элемента ZЕ, вход которого черезпороговый элемент подключен к конденсатору дополнительного 2-С-Фильтра,присоединенного к входным зажимаминвертора.Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе 1. Аракелян А.К. и др. Вентильный электропривод с синхронным двигателем и зависимым инвертором. И "Энергия", 1977, с. 23. 5 2, Патент СССР К 615876, Н 02 Р 13/18, 1976.