Вентильный электродвигатель

(19) (11) 5 Н 02 К 29/О Й 31 "Т.л з1г ЗОБРЕТЕНИЯ Н ОПИ ОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ВТ и улучшение качества регулирования. В тильный электродвигатель введены ре тор 60 тока, задатчик 61 тока, бло импульсной модуляции регулятора т логический элемент НЕ 63, На вход бло импульсной модуляции регулятора ток ступают импульсы с логического эле И - НЕ 59, инвертированные логически ментом НЕ 63. Тем самым уменьшает зффициент заполнения регулятора 60 а соответственно, и ток якоря. При коэффициент заполнения регулятора 5 пряжения увеличивается, что приво увеличению напряжения источника к тирующих импульсов. 2 ил,вен гуля к 62 ка и ка 62(71) Брянский институт транспортногшиностроения(56) Авторское свидетельство СССРВ 1582324, кл. Н 02 К 29/06, 1988.(57) Изобретение относится к электроке и может быть использовано в прибольшой и средней мощности. Цельбретения является повышение надеж ТЕЛЬ ехниводах ю изо- ности ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР а по- мента м элеся котока, этом 7 надит к оммуИзобретение относится к электротехнике, может быть использовано в приводах постоянного тока большей и средней мощности и является усовершенствованием изобретения по авт, св, М 1582324,Цель изобретения - повышение надежности и улучшение качества регулирования.На фиг,1 представлена принципиальная схема вентильного электродвигателя; на фиг.2 - диаграммы напряжений, поясняющие работу отдельных его блоков,Вентильный электродвигатель содержит электромеханический преобразователь с обмоткой якоря, составленной из шести фаз 1 - 6 (фиг.1), ротор с обмоткой возбуждения (не показан), датчик положения ротора с чувствительными элементами 7 - 12, источник коммутирующих импульсов с коммутирующим трансформатором 13. Первичная обмотка трансформатора 13 составлена из двух последовательно соединенных секций 14 и 15. Начало и конец первичной обмотки соединены с анодами первого 16 и второго 17 коммутирующих тиристоров соответственно, ее средние выводы подключены к объединенным катодам двух диодов 18 и 19 и образуют положительный вход цепи питания источника коммутирующих импульсов,Вентильный электродвигатель содержит также тиристоры 20 - 25 анодной и тиристоры 26 - 31 катодной групп, управляющие электроды которых подключены через формирователи 32 - 37 импульсов к выходам чувствительных элементов 7 - 12 датчика положения ротора соответственно. Каждый анодный вывод тиристоров 26 - 31 катодной группы объединен с катодным выводом одного из тиристоров 20 - 25 анодной группы. Объединенные силовые выводы тиристоров 20,26; 21,27; 22,28; 23,29; 24,30; 25,31 подключены соответственно к точкам соединения смежных секций 1,2; 2,3; 3,4; 4,5; 5,6; 6,1 обмотки якоря,Анодные выводы четных тиристоров 20,22 и 24 анодной группы подключены к началу первой вторичной обмотки 38 трансформатора 13, Анодные выводы нечетных: тиристоров 21,23 и 25 подключены к концу обмотки 38. Тиристоры 26,28 и 30 катодным выводом подключены к началу второй вторичной обмотки 39 коммутирующего трансформатора 13, а нечетные тиристоры 27,29,31 катодным выводом - к концу вторичной обмотки 39.Вентильный электродвигатель содержит также восемь управляемых 40 - 47 и два неуправляемых 48 и 49 формирователей импульсов, четыре датчика 50-53 тока, конденсатор 54 и первый 55 и второй 56 дополнительные коммутирующие тиристбры. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 регулятор 57 напряжения, блок 58 импульсной модуляции регулятора напряжения, логический элемент И-НЕ 59.Катод первого коммутирующего тиристора 16 соединен с анодом первого дополнительного коммутирующего тиристора 55, который катодом подключен к началу первичной обмотки датчика 50 тока.Катод второго коммутирующего тиристора 17 соединен с анодом второго дополнительного коммутирующего тиристора 56, который катодом подключен к началу первичной обмотки датчика 51 тока,Концы первичных обмоток датчика 50 и 52 тока объединены и с объединенными катодами диодов 18 и 19 образуют соответственно отрицательный и положительный входы питания источника коммутирующих импульсов, к которым подключен выход регулятора 57 напряжения, входом соединенного с источником постоянного тока,Управляющий вход регулятора 57 напряжения подключен к выходу блока 58 импульсной модуляции регулятора 57 напряжения.Вход блока 58 импульсной модуляции регулятора 57 напряжения соединен с выходом логического элемента И - НЕ 59.Третий датчик 52 тока включен между началом первой вторичной обмотки 38 ком- мутирующего трансформатора 13 и анодами четных тиристоров 20,22 и 24 анодной группы, Четвертый датчик 53 тока включен между концом обмотки 38 и анодами нечетных тиристоров 21,23 и 25 анодной группы, Входы первого 40 и второго 41 управляемых формирователей импульсов и входы логического элемента И - НЕ 59 соединены с выходами датчиков 52 и 53 тока соответственно, а входы первого 48 и второго 49 неуправляемых формирователей импульсов - с выходами датчиков 50 и 51 тока соответственно. Входы третьего 42, пятого 44 и седьмого 46 управляемых формирователей импульсов подключены соответственно к выходам чувствительных элементов 7,9 и 11 датчика положения ротора четных тиристоров 26,28 и 30 катодной и нечетных тиристоров 21,23 и 25 анодной групп. Входы четвертого 43, шестого 45, восьмого 47 управляемых формирователей импульсов подключены соответственно к выходам чувствительных элементов 8,10 и 12 нечетных тиристоров 27,29 и 31 катодной и четных тиристоров 20,22 и 24 анодной групп,Выход формирователя 41 импульсов объединен с одним из выходных зажимов формирователей 43,45,47 и 48 импульсов и подключен к управляющему электроду коммутирующего тиристора 17. Выход форми 1661927рователя 40 импульсов объединен с одним из выходных зажимов формирователей 42,44,46 и 49 и подключен к управляющему электроду коммутирующего тиристора 16.Объединенные вторые зажимы формирователей 43,45,47 и 40 импульсов подключены к управляющему электроду второго дополнительного коммутирующего тиристора 56, а объединенные вторые зажимы формирователей 42,44,46 и 41 импульсов подключены к управляющему электроду первого дополнительного коммутирующего тиристора 55. Конденсатор 54 включен между катодами тиристоров 16,17, к которым соответственно подключены аноды диодов 18 и 19.Вентильный электродвигатель содержит также регулятор 60 тока якоря, задатчик 61 тока, блок 62 импульсной модуляции регулятора тока якоря и логический элемент НЕ 63, вход которого подключен к выходу логического элемента И - НЕ 59, а выход - к первому входу блока 62 импульсной модуляции, второй вход которого подключен к выходу задатчика 61 тока,Выход блока 62 импульсной модуляции подключен к управляющему входу регулятора 60 тока, выход которого соединен со средними выводами вторичных обмоток 38 и 39 коммутирующего трансформатора 13, а вход - с источником питания постоянного тока.Вентильный электродвигатель работает следующим образом,В момент запуска электродвигателя управляемые формирователи 42-47 импульсов отключены, обмотка возбуждения обесточена, а с помощью задатчика 61 тока выбирается напряжение задающего сигнала, соответствующее минимальной величине тока якоря.Затем подается переменное прямоугольное напряжение на чувствительные элементы 7 - 12 датчика положения ротора. Предположим, что в момент времени то (фиг,2) ротор вентильного электродвигателя находится в таком положении, при котором срабатывает чувствительный элемент 7 и импульсы поступают на входы формирователей 32 и 43 импульсов. При этом формирователь 32 импульсов (фиг.2) работает в импульсном режиме, обеспечивая отпирание тиристоров 26 и 23. В результате этого ток якоря протекает по цепям регулятор 60 тока - обмотка 38 - датчик 53 тока - тиристор 23 - фазы 5,6 и 1 - тиристор 26 - обмотка 39 - регулятор 60 тока, регулятор 6 Д тока - обмотка 38 - датчик 53 тока - тиристор 23 - фазы 4,3 и 2 -10152025 3035 40 455055 тиристор 26 - обмотка 39 - регулятор 60. тока.Для обеспечения необходимой полярности первоначального заряда конденсатора 54 используются два датчика 52 и 53 тока и формирователи 40 и 41 импульсов, Срабатывает тот формирователь импульсов, вход которого соединен с датчиком така, через обмотку которого протекает ток, Так как токпротекает по первичной обмотке датчика 53тока, то формирователь 41 импульсов формирует импульс управления в момент 11 (фиг,2), соответствующий их кратковременному включению, и открывает тиристоры 55и 17. В результате создается цепь зарядаконденсатора 54 регулятор 57 напряжения - секция 15 первичной обмотки трансформатора - конденсатор 54 - первый 55 дополнительный коммутирующий тиристор - датчик 50 тока - регулятор 57 напряжения. В концезаряда конденсатора 54 с полярностью, указанной на фиг.1 без скобок, тиристоры 17 и 55 запираются. Затем в момент времени т 2 (фиг.2) включаются формирователи 42 - 47 импульсов и подается питание на обмотку возбуждения электродвигателя. Если момент сопротивления больше электромагнитного момента, то с помощью задатчика 61 тока увеличивают напряжение задающего сигнала, обеспечивая рост тока якоря ивеличины электромагнитного момента, что обеспечивает поворот ротора. Когда угол поворота окажется равным фазной зоне обмотки якоря, срабатывает чувствительный элемент 8 и отключается чувствительный элемент 7 задатчика положения ротора, На выходах формирователя 33 импульсов появляются импульсы, которые открывают тиристоры 24 и 27, соответственно, анодной и катодной групп, В результате этого фазы 2 и 5 обмотки якоря оказываются замкнутыми через открытые тиристоры 23,24 и 26 и 27 на вторичные обмотки 38 и 39 коммутирующего трансформатора 13.Одновременно с выходов формирователя 43 импульсов поступают одиночные импульсы на управляющие электродытиристоров 17 и 56, при отпирании которых обмотка 15 коммутирующего трансформатора 13 подключается к регулятору 57 напряжения, и через нее протекает ток, перемагничивающий сердечник магнитопровода коммутирующего трансформатора 13, что обеспечивает наведение ЭДС на вторичных обмотках 38 и 39 коммутирующего, трансформатора 13. Так как обмотки 38 и 39 находятся в контурах обмотка 38 - датчик 52 тока - тиристор 24 - фаза 5 - тиристор 23 -датчик 53 тока - обмотка 38 и обмотка 39 - тиристор 26 - фаза 2 - тиристар 27 - обмотка39, то это обеспечивает коммутацию тока всекциях 2 и 5 обмотки якоря и обмотках 38и 39 коммутирующего трансформатора 13,При этом ЭДС обмоток 38 и 39 прикладывается к тиристорам 24 и 27 в прямом, а к 5тиристорам 26 и 23 в обратном направлениях. В моменты равенства тока параллельнойветви якоря току коммутации тиристоры 23и 26 закрываются и ток якоря начинает протекать по цепям регулятор 60 тока - датчик 1052 тока - тиристор 24 - фазы 5,4 и 3 -тиристор 27 - обмотка 39 - регулятор 60 токаи регулятор 60 тока - :обмотка 38 - датчик,52 тока - тиристор 24 - фазы 6,1 и 2 -тиристор 27 - обмотка 39 - регулятор 60 15тока.После того, как закроются тиристоры 23и 26, процесс перемагничивания коммутирующего трансформатора 13 заканчивается, ЭДС самоиндукции обмотки 15, 20уменьшаясь, способствует увеличению токачерез тиристоры 17 и 56 и датчик 51 тока.Вследствие этого, в момент времени 14 навыходе формирователя 49 импульсов появляется импульс управления и открывается 25тиристор 16. Ранее заряженный конденсатор 54 с полярностью, указанной на фиг.1без скобок, перезаряжаясь по контурамконденсатора 54 - тиристор 17 - секции15,14 - тиристор 16 - конденсатор 54 и конденсатор 54 - диод 19 - секция 14 - тиристор16 - конденсатор 54, обеспечивает закрытие тиристора 17, а далее перезаряжаетсяпо цепи регулятор 57 напряжения - секция14 - тиристор 16 - конденсатор 54 - тиристор 56 - датчик 51 тока - регулятор 57напряжения. В конце перезаряда ток конденсатора 54 уменьшается до нуля и тиристоры 56 и 16 закрываются, а конденсатор54 приобретает полярность, указанную на 40фиг.1 в скобках,В дальнейшем ротор электродвигателяприходит во вращение и все описанные процессы циклически повторяются.Динамический характер изменения момента сопротивления на валу электродвигателя при его пуске и управлении им .,изменяет длительность процесса коммутации. В случае питания электродвигателя отконтактной сети значительно изменяется и напряжение питания, способствующее изменению ЭДС коммутации, а следовательно, и длительности процесса коммутации. Врезультате этого длительность интервала времени коммутации тока в фазах обмоткиякоря электродвигателя может превыситьвремя поворота ротора на 60 эл,град, чтоприводит к нарушению его работы.Регулятор 57 напряжения, блок 58 импульсной модуляции и логический элемент И - НЕ 59 обеспечивают регулирование ЭДС коммутации в функциональной зависимости от длительности процесса коммутации тока в секциях обмотки якоря электродвигателя.Регулирование тока якоря в функцио-. нальной зависимости от длительности процесса коммутации тока в секциях якоря электродвигателя обеспечивают дополнительно включенные регулятор 60 тока якоря, блок 62 импульсной модуляции регулятора тока якоря и логический элемент НЕ 63,Регуляторы 57 и 60 работают следующим образом.На межкоммутационных интервалах, когда ток якоря протекает лишь по первичной обмотке одного из датчиков 52 и 53 тока, на выходе логического элемента И - НЕ 59 возникает потенциал высокого уровня, а на коммутационных интервалах, когда ток якоря протекает по двум первичным обмоткам датчиков 52 и 53 тока, на выходе элемента И - НЕ 59 создается потенциал низкого уровня (фиг,2). Таким образом, на выходе элемента И - Н Е 59 при чередовании коммутационных интервалов формируются импульсы, пропорциональные длительности процесса коммутации тока в секциях обмотки якоря электродвигателя, Эти импульсы поступают на вход блока 58 импульсной модуляции регулятора напряжения и через логический элемент НЕ 63 на вход блока 62 импульсной модуляции регулятора тока якоря (фиг.2), В результате происходит изменение коэффициентов заполнения регуляторов 57 и 60, а следовательно, изменяются ЭДС коммутации и ток якоря. Так, например, при набросе момента сопротивления длительность процесса коммутации в каждой последующей коммутируемой секции обмотки якоря увеличивается, Это обеспечивает рост длительности импульсов, формируемых логическим элементом И-НЕ 59, В результате этого блок 58 импульсной модуляции увеличивает коэффициент заполнения регулятора 57 напряжения, а следовательно, и напряжение в цепи питания источника коммутирующих импульсов. ЭДС коммутации возрастает, обеспечив снижение длительности процесса коммутации.Так как на вход блока 62 импульсной модуляции регулятора тока якоря поступают импульсы с логического элемента И-НЕ 59, инвертированные логическим элементом НЕ 63, то блок 62 уменьшает коэффициент заполнения регулятора 60 тока якоря, а соответственно и ток якоря. В результате длительность процесса коммутации уменьшается,Таким образом, введение обратных связей по длительности процесса коммутации10 1661927 32 о б г зФиг. 2 Составитель М. Соннко Техред М.Моргентал ктор Н. Ла ектор М. аз 2133 Тираж 329 ПоВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям113035, Москва, Ж, Раушская наб дписноеи открытиям при ГКНТ СС изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 1 обеспечивает регулирование тока якоря и ЭДС коммутации в таких пределах, при которых вентильный электродвигатель может работать на пределе коммутационной ус" тойчивости и в функциональной зависимости от внешних факторов, характеризующих как источник питания, так и момент сопротивления на валу электродвигателя. Тем самым повышается надежность работы электродвигателя и - улучшается качество регулирования при динамическом характере изменения нагрузки и изменении напряжения питания.Формула изобретения. Вентильный электродвигатель по авт.св. В 1582324, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности и улучщения качества регулирования, введены ре-.гулятор тока, задатчик тока, блок импульсной модуляции регулятора тока и логический элемент НЕ, вход которого под ключен к выходу логического элемента ИНЕ, а выход - к первому входу блока импульсной модуляции регулятора тока, второй вход которого соединен с выходом задатчика тока, к выходам упомянутого бло ка импульсной модуляции подключены входы управления регулятора тока, силовые входы которого подключены к источнику питания постоянного тока, а силовые выходы соединены со средними выводами вторич ных обмоток коммутирующего трансформатора.