Вентильный электродвигатель

(19) 4 Н 02 К 29/ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) ВЕНТИЛЬНЫЙ (57) Изобретение ротехнике, Целью ся повышение эне телей вентильног ;за счет снижения ЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ относится к электизобретения являетгетических показа- электродвигателя динамических потерь ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(56) Заявка Японии У 51-42726,кл. Н 02 Р 5/16, 1976.Разработка систем электроприводдля органов управления подвижногообъекта. - Отчет МЭИ, В Г 7723,1982, ч. 11, с. 33-36. в ключах преобразователеи частоты ипотерь на вихревые токи и гистерезис.Укаэанная цель достигается тем, чтов вентильном электродвигателе выходпорогового элемента 8 соединен, например, с анодной группой ключейпреобразователя частоты 4 и с катодной группой ключей преобразователячастоты 5. В результате в процессеработы обеспечивается изменениеструктуры вентильного электродвигателя, снижение частоты коммутацииключей преобразователей частоты 4,5.Это приводит к уменьшению мошностипотерь в ключах преобразователей частоты; потерь на вихревые токи и гистерезис, а значит, повышается КПДвентильного электродвигателя. 2 з.л;ф - лы, 4 ил.1 3Изобретение относится к электротехнике и может быть использованов электроприводах с вентильнымиэлектродвигателями,Цель изобретения - повышение электрических показателей вентильногоэлектродвигателя за счет снижениядинамических потерь в ключах преобразователей частоты и потерь на вихревые токи и гистерезис,Нафиг. 1 представлена блок-схема.вентильного электродвигателя с двумятрехсекционными обмотками якоря; нафиг. 2 - эпюры напряжений, поясняющие работу вентильного электродвигателя; на фиг. 3 - блок-схема вентильного электродвигателя, вариант выполнения; на фиг. 4 - эпюры напряжений,поясняющие работу вентильного элект. родвигателя, выполненного по другомуварианту.Вентильный электродвигатель содержит синхронную машину 1 с двумяякорными обмотками 2 и 3, сдвииутымив пространстве на угол 30 эл. град,одна относительно другой. Обмотки 2и 3 подключены через преобразователи 4 и 5 частоты к источнику 6 питания. Каждый преобразователь имеетанодную и катодную группы ключей. Вцепь первой якорной .обмотки 2 электрической машины включен датчик 7 тока, последовательно с которым соединен пороговый элемент 8, выход 9 которого связан с цепями 1 О управленияключей по крайней мере одной, например, анодной группы первого,преобразователя 4 частоты и с цепями 11 упьравления ключей по крайней мере одной, например, катодной группы второго преобразователя 5 частоты. Пороговый элемент 8 может быть выполнен ввиде гистерезистного реле.Вентильный электродвигатель работает следующим образом.Наличие сигнала, поступающего с выхода порогового элемента 8 на цепи 10 и 11 управления ключей, свидетельствует о том, что указанные ключи закрыты. Пусть на интервале времени й -1 фиг. 2) токи в обмотках . электродвигателя нарастают. При достижении выходным сигналом датчика 7 тока первой якорной обмотки 2 синхронной машины в момент времени Т порога срабатывания П первого порогового элемента 8 на его выходе 9 появляется управляющий сигнал У,54351 2который, поступая на цепи 10 и 11управления ключей преобразователей4 и 5 частоты, отключает якорные обмотки 2 и 3 синхронной машины от источника питания. В рассматриваемомслучае токи первой и второй якорныхобмоток спадают через открытые ключиоставшихся во включенном состояниигрупп и диоды моста обратного тока иподдерживаются согласно действующимЭДС самоиндукции и взаимоиндукциисекций синхронной машины. В общемслучае возможно закрытие всех ключейпреобразователей 4 и 5 частоты, итоки обмоток спадают через источникпитания через мост обратного тока,при этом спад токов значительно уско.ряется действием напряжения источника питания, включенного встречно.В момент временинапряжениена выходе датчика 7 тока достигаетпорога отпускания П, гистерезистного реле 8; на его выходе 9 появляет ся управляющий сигнал, который, поступая на цепи 10 и 11 управленияключей, разрешает прохождение управляющих сигналов на управление ключами указанных групп преобразователей4 и 5 частоты. Обмотки 2 и 3 синхронной машины подключенык источни,ку питания, и токи в них нарастают.При укаэанном сдвиге в пространстве между якорными обмотками и синусоидальным распределением индукциив воздушном зазоре форма тока во второй якорной обмотке 3 несколько отлична от формы тока в первой обмотке,если ЭДС вращения имеет значение, со- О измеримое с величиной напряжения источника питания, В этом случае врежиме пуска формы токов будут совпадать с точностью до разброса параметров обмоток синхронной машины, 45 Для улучшения формы тока второй якорной обмотки при значительных часто тах вращения в вентильном электродви.гателе целесообразно применение тра/пецеидального распределения индукциив воздушном зазоре электрической машины. Для повышения надежности работы в вентильном электродвигателенеобходимо предусмотреть блок контроля тока и отключения второй обмоткивентильного электродвигателя от источника питания в аварийных режимахработы, например при коротком замыкании, Предполагается, что вентильныйэлектродвигатель работает в нормальСкорость нарастания тока в обмотках электрической машины является функцией ее параметров,для рассматриваемого случая в функции Р( в ).Б -Е2 К Скорость спада тока зависит от величины напряжения источника питания, Частота коммутации силовых ключей преобразователей частоты в общей случае является функцией при постоянном напряжении источника питания вида Р(Пд -Е)=Р(И-С пФ). С возрастанием частоты вращения и в двигательном режиме при заданных параметрах токового коридора, например при ограничении тока, происходит снижение частоты коммутации силовых ключей преобразователей частоты. Генератор 4 импульсов с регулированием частоты следования выходных сигналов в функции Р(Б-Е) может быть реализован на делителе частоты, вход которого подключен к выходу 21 управляемого переключателя 15, а выход - к управляющему входу 19 указанного переключателя.При регулировании частоты следования выходных сигналов генератора импульсов в функции частоты вращения генератор 14 импульсов представляет собой последовательно соединенные тахогенератор постоянного тока, установленный на валу электрической машины, и частотно-импульсный модулятор. В этом случае, если вентильный электродвигатель снабжен датчиком положения ротора, генератор 14 импульсов регулируемой частоты может быть реализован на логических элементах. Генератор 4 импульсов может быть выполнен в виде генератора импульсов постоянной частоты.Первое и второе гистерезистные реле 8 и 13 могут быть выполнены наоснове аналогового компаратора с положительной обратной связью.Управляемый переключатель 15 может быть выполнен на базе двухпоэиционного реле, обмотка управления которого является управляющим входом указанного переключателя, а три контакта - его двумя входами и выходом.Управляемый переключатель может быть выполнен на базе логических элементов.Преобразователи 4 и 5 частоты могут быть как однополупериодные, так и двухполупериодные. з 1354351ных режимах работы, поэтому аварийные режимы не рассматриваются.В соответствии с другим вариантомвентильный электродвигатель снабжендатчиком 2 тока (фиг. 3), включен 5ным в .цепь второй обмотки 3 синхронной машины 1, и вторым пороговымэлементом 13, последовательно соединенным с датчиком 12 тока, генератором 14 импульсов, управляемым переключателем 15, первый 16 и второй 17информационные входы которого подключены соответственно к выходам 9и 18 первого 8 и второго 13 порогоного элементов, управляющий вход 19к выходу 20 генератора 14 импульсов,а выход 2 - к цепям 10 и 11 управления ключей указанных групп первого4 и второго 5 преобразователей частоты.По сигналу с выхода генератора 14импульсов осуществляется коммутациявыходных сигналов первого и второгопороговых элементов на цепи 1 О и 1управления ключей преобразователей4 и 5 частоты. При наличии управляющего сигнала на входе 19 управляемого переключателя 15 на его выход 21передается сигнал с первого порогового элемента 8, а при отсутствии.указанного сигнала - с второго порогового элемента.На интервале времени , -.(фиг.4)осуществляется контроль тока в пер 35вой обмоткеякоря синхронной машины.Форма тока первой якорной обмоткиопределяется параметрами токовогокоридора, а второй - параметрами отключающих импульсов. В момент . времениисчезает управляющий сигналс входа 19 управляемого переключателя 15 и на интервале времени Сосуществляется контроль тока во второй якорной обмотке. Переход из токового коридора (интервал времени 1, -) при прямом формировании тока впервой якорной обмотке к косвенномуформированию тока (интервал С-С)в указанной обмотке сопровождаетсяпереходным процессом, который сглаживает этот переход. Как показали исследования, наибольший эффект сглаживания достигается в том случае,когда частота переключения управляемого переключателя 15 в 5-7 раз превышает частоту коммутации силовыхключей преобразователей 4 и 5 частоты.54351 Уп-Ег ТонтаоойдМтнюо,оя 5 13Изменение структуры вентильного электродвигателя позволяет снизить частоту коммутации силовых ключей преобразователей частоты в 2 (1+М.)+ЗМп- раз. Это позволит сии+ 1 иэить мощность потерь в ключах преобразователей частоты, потери в электрической машине на вихревые токи и гистерезис и повысить за счет этого КПД вентильного электродвигателя. Это приводит к улучшению массогабаритных показателей теплоотвода силовых ключей, что способствует миниатюризации вентильного электродвигателя,Формула изобретения 1. Вентильный электродвигатель, содержащий синхронную машину с двумя якорными обмотками, каждая из которых подключена к преобразователю частоты, составленному из анодной и катодной групп управляемых ключей, соединенных между собой по мостовой схеме, источник питания, к которому подключены входы преобразователей частоты, датчик тока, включенный в цепь первой якорной обмотки синхронной машины, пороговый элемент, вход которого соединен с выходом датчика тока, а выход - с управляющимицепями ключей одной из групп первогопреобразователя частоты, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения энергетических показателейза счет снижения динамических потерь в ключах преобразователей частоты и потерь на вихревые токи и гистерезис, выход порогового элементасоединен с уйравляющими цепями ключей одной из групп второго преобразователя частоты.2. Электродвигатель по п. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что введены второй датчик тока, включенныйв цепь второй якорной обмотки синхронной машины, второй пороговый элемент, вход которого соединен с выхо О дом второго датчика тока, управляемый переключатель и генератор импульсов, выходом подключенный к управляемому входу управляемого переключателя, посредством которого 25 организовано соединение выхода первого и второго пороговых элементовс указанными группами управляемыхключей преобразователей частоты.3. Электродвигатель по п. 1, о т- ЗО л и ч а ю щ и й с я тем, что генератор импульсов выполнен с возможностью регулирования частоты следования выходных импульсов.ь А. Головченкоопович Коррект оставиехред Шарош Редак В. Пе 710/52Р сноВН У ко Р ака Подпимитета СССоткрытий шская наб.,аПроизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Ь 1 16 6, Ф 8 юо,и;ц 6 р Фо Ти ИИПИ Гос о дела 35., Ио