Двухзонный вентильный электродвигатель

ОП ИСАНИЗОБРЕТЕНИЯ Совэ СоветскикСоциалистмческмхРеспублнкуу,Ц К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ(23) Приоритет 51)М Кз Н 02 К 29/00 Государственный вомнтет СССР но делам нзобретеннй н открытнйДата опубликования описания 23, 11. 80 72) Автор изобретения В. . Шепелин(54) ДВУХЗОННЫЙ ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ Изобретение относится к электротехнике, в частности к регулируемому электроприводу переменного тока.Известны двухэонные электроприводы постоянного тока, состоящие из двигателя постоянного тока, управляемого выпрямителя, подключенного к якорю двигателя постоянного тока и управляемого выпрямителя, подключенного к обмотке возбуждения двигателя постоянного тока 11 .Регулирование частоты вращения в таких электроприводах до номинальной осуществляется с постоянным моментом эа счетрегулирования напряжения якоря двигателя с помощью выпрямителя при постоянном возбуждений, а выше номинальной - с постоянной мощностью при постоянном напряжении якоря двигателя, меняя его ток возбуждения, 20Недостаток таких двухэонных электроприводов состоит в ненадежности двигателя постоянного тока иэ-за наличия вращающегося коллектора двигателя постоянного тока и снижения пе з регруэочной способности иэ-за неудовлетворительной коммутации на высоких частотах вращения.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является 30 двухзонный вентильный электродвигатель, состоящий иэ зависимого выпрямительного инверторного преобразователя частоты со звеном постоянного тока, синхронной машины с электромагнитным возбуждением и управляемого выпрямителя для питания обмотки возбуждения синхронной машины 2).Двухэонный вентильный электродвигатель содержит управляемый выпрямитель, который подключен через инвертор к фазам синхронной машины. Обмотка возбуждения синхронной машины питается от второго управляемого выпрямителя;"ИмеетСя трансформатор напряжения, датчик тока, выходы которых подключены к системе фазового управления и регулирования выпрямителя. К управляющим электродам тиристоров вьдтрямителей подключены выходы систем импульсного управления, входы которых подключены к .выходу блока сдвоения импульсов управления. Вхды блока сдвоения импульсов подключены к выходу систем регулирования выпрямителя и инвертора. Имеется регулятор пуска, вход которого подключен к датчику частоты вращений и положения ротора и выходу трансформатора. Выход регуляф тора пуска подключен на вход системрования иннертора, Имеется"регулятор12 "пуска Вход"котброго подключен к55 датчику 13 частоты вращения и положения рбтораи выходу трансформатора5."Выход-регулятора пуска подключенна входы систем 7 и 11.Регулятор 12 пуска предназначен,для управления коммутацией тиристо- фО "ровинвертора в зоне низких частотвращения, когда ЭДС фаз синхронноймашины мала и недостаточна для осуществления коммутации (при малыхчастотах вращения коммутация тирис 65 торов ийвертора осуществляется мето-управления выпрямителем и инвертором.Входырегулятораййвертора поДключе ны к датчику частоты вращения и поло"- -жения ротора и к логическому устрой-ству выбора угла управления инвертора" входы которого подключены к выхойу,системы фазового управления и регулирования и выходам устройств задания" к датчикуи источникам напряжения за=даййя-"уг"лов управления .Имеетсясистема регулирования ныпрямителя, выход которой подключен к"вйпрямителя, а вход через датчик нап" ряжения к обмотке якоря синхронноймашины и через эадатчик ЭДС к"дат:"чику частоты вращения. Второй входзадатчика ЭДС подключен к источникузнающего напряжения.Поддержание заданной и частоты"-"вращения системой осуществляется путем воздействия на углы управленияНбйтрямителя анаЛогично электроприводам постоянного тока,В режиме регулирования с ослаблен-,ным полем ЭДС обмоток синхронной машйны"поддерживается на заданном уровне Е ; ослабление поля проксходит нФункции частоты вращения.Особенностью работы вентильногоЭлектродвигателя в режиме с ослаблен"нйчг-полем является то, что с ростомчастоты вращения увеличивается коммутационное сопротивление фаэ, а ЭДСвраЯЖйя;" а"значит и коммутирующаяЭДС фаз остается неизменной . Поэтому-при некоторой частотевращеййявоэ-"можйб нарушение коммутации, прорывинвертора и отключение вентильногоэлектродвигателя защитой. Для йсклю чейияданного явления при ослаблениипотока возбуждения необходимо увели"ЧИТь"угол регулирования тиристоравинвертора,РегУлирование угла управления ти ТЛЖтбров"ийвертбра осуществляетсядцскретно в функцийчастоты вращения,задатчиком. В режиме торможения уголрегулирования иннертора н вейтйльйомтак"КаК в" этом режиме никаких требо наний к нему из условйй коммутаций" "Не предъявляется (иинертор работаетв выпрямительном режиме) .Недостатком этогб вентитьногоЭлектрдвигателя являются низкие энерГетические покаэателй и колебайия"рФгулйрУвания-угла управления инвертором при постоянстве ЭДС синхронноймашины.Цель изобретения - повышение энер=" ге 1 йческих показателей и равномерносвращеййя"за-счет"оптимального уй аЪленмя углом опережения, включения" ";при регулировании"частоты вращенияослаблением потока возбуждения. Указанная цель достигается тем,что один из входов устройства задания углов управления тиристорами инвертора в двигательном рЕжиме пбдключен к выходу датчика тока возбуждения вентильного электродвигателя, второйиэ входов подключен через стабилитронк тахогенератору. При небольшом ослаблении поля управления углами открывания тиристорон 1 О инвертора осуществляется н функциитока возбуждения, а затем, когда относительное изменение тока возбуждения с ростом частоты вращения становйтся незначительным, управление углами открывания тиристоров инвертора происходит в функции частоты вращенйя вентильного электроднигателя,Таким образом, предлагаемый нен- =тильный электродвигатель позволяет " управлять"углами опережения открывания тиристоров инвертора по оптималь -ному закону,что снижает его массуи габариты.На фиг. 1 представлена принципиальная схема предлагаемого вентильного электродвигателя; на фиг. 2график необходимого изменения углаопережения; на фиг, 3 - график изменения пилообразного напряжения системы фазового управления тиристорами 30 йнвертора и соотношения сигналов управления.Двухзонный вентильный электроднигантель имеет управляемый выпрямитель1, который подключен через иннертор 35 2 к синхронной машине 3. Обмотка ноз -буждения синхронной машины 3 питаетсяот управляемого выпрямителя 4.Имеется трансформатор 5 напряжения,датчик б тока, выходы которых подклю чены к сйстеме 7 Фазонб 1 о управленияи"регулирования выпрямителя, К упранляющим электродам тиристоров выпрямителя 1 и 2 пбдключены выходы систем8, 9 имйульсногб управления, входы которьй подключены к выходу блока 10 45 "сдвоенйя"ймйульсов управления, предназначенного для обеспечения одновремеййогб-"бткр%йания соответствующих " тиистобв вьптрямителя и инвертора н" режиме прерывистых токов, Входы 50 блока 10 сдвоенйя импульсов подклю-чены к выходу системы 7 регулироваййя выпрямителя и системы 11 регулидом прерыванйя тока, основанном напоочередном переводе тиристоров выпрямителя 1 в инверторный режим и обратно)Входы регулятора 11 подключены кдатчику 13 частоты вращения и положения ротора и к логическому устройству 14 выбора угла управления инвертора 2, входы которого подключены квыходу системы 7 фазового управленияи регулирования и выходам устройств1 5, 16 задания угла управления тиристорами инвертора в двигательном и тормозном режимах соответстненно. Приэтом устройство 16 задает также уголуправления тиристорами иннертора 2 вдвигательном режиме при малой частоте вращения. Входы устройства 15 под. - ,ключены к датчику 17 тока возбуждения,датчику б тока нагрузки и через стабилитрон 18 и согласующий усилитель19 - к датчику 13 частоты вращения . 20Имеется система 20 регулированиявыпрямителя 4, выход которой подключен к управляющим электродам тиристоров выпрямителя, а вход подключенк регулятору 21 выпрямленного напря-жения инвертора и тока возбуждениясинхронной машины, Вход регулятора21 подключен к источнику задающегонапряжения О и датчику 22 выпрямленного напряжения иннертора 2. Устройство 15 задания углов управлениятиристорами инвертора состоит из генератора 23 пилообразных напряженийи управляющего органа 24.На фиг. 2 преДставлена кривая необ-ходимого изменения угла опережения35открывания тиристоров инвертораотносительной частоты вращения -ф- вдвигательном режиме вентильного электродвигателя при номинальйом токе длякоммутационного сопротивления фаз, 40равного 0,2 о.е, (в долевых величинах по отношению к номинальному )9 :с ф , рассчитанная йос формуле=0 3249мощности двигателя вместо 9 М=О,станет 99=0,6249, т,е, ухудшится.Величины необходимого приращенияугла , в функции тока возбужденияЬ , тока нагрузки ьЬз, и в функций частоты вращения ар, представлены на фиг. 2.55При этом значения токов возбуждения для заданных частот вращения приняты по нормальной характеристике холостого хода синхронных машин.Пользуясь данными кривых, можнополучить эмпирическую формулу длярасчета угла бО 65 к Юг %. - .48+ ХЬМ - ЗОЭ + 8;)1 п Ь Причем, слагаемое сЭ" действуетпри )" =1 до точки А, оставаясь вдальнейшем практически постоянным,а,а слагаемое сйюдействует послеточки А ( -- Х,25).Схема работает следующим образом,В исходном состоянии Оь =0 и углыуправления тиристорами выпрямителя 1Й:160 эл.град, С датчика 13 черезустройстна 16,14 сигнал управленияпоступает на дна тиристора интертора2.Однако при О =О ток в силовой цепиотсутствует и ротор синхронной маши-ны неподвижен. При этом сигналом Очерез регулятор 21 и СИФУВ 2 20 углыуправления выпрямителя 4 устанавливаются такой величины, чтобы по обмотке возбуждения синхронной машиныпротекал ток, создающий номинальныйпоток возбуждения.При появлении задающего напряженияО углы управления тиристорами выпрямителя 1 становятся меньше 90 эл.град.3и по двум фазам синхронной машййыпротекает ток, сЬзданая вращающий момент. До 5-10 Гц частоты статорасинхронной машины коммутация тирис.торов инвертора осущестнляется методом прерывания тока с углами опережения открывания тиристоров=О, Придостижении граничной частоты регулятор 12 пуска выдает сигнал переходана коммутацию тиристоров инвертораза счет ЭДС фаз синхронной машины.При этом углы управления устанавливаются задатчиками 15 и зависят отвеличины тока нагрузки.До номинальной частоты вращенияток возбуждения постоянен и сигналс датчика 17 тока не изменяется. Сиг.нал по скорости с усилителя 19 такжеменьше порога стабилитрона 18 и непоступает на вход управляющего органа 24,При достижении номинальной частоты"вращенйя ЭДС синхронной машины возрастает настолько, что сигнал с датчика 22 напряжения становится близкимк напряжению О и сигнал с регуляторай21 начинает уменьшаться, углы управления тиристорами выпрямителя 4 увеличиваются и ток возбуждения уменьшается, Частота вращения синхронноймашины возрастает при неизменном выпрямленном напряжении иннертора 2.Одновременно уменьшается сигнал сдатчика 17 тока и результирующий сигнал с управляющего органа 24. Углыуправления тиристорами инвертора 2увеличиваются, обеспечивая коммутационную способность инвертора приросте коммутационного сопротивленияиз-за увеличения частоты вращения,П и достижении частотой вращения за-Рданной величины, когда сигнал с датчика 13 частоты вращения и усилителя 19 становится равным порогу стабилитрона, вступает н дейстние каналрегулирования углов р инвертора 2 почастоте вращения ротора синхронной машины, обеспечивая соблюдение заданного закона изменения угла 9 в соответствии с графиком фиг. 2. Поэтому сдвиг первых гармоник тока и напряжения фаз синхронной машины получается минимальным, минимальные и величины токов фаз синхронной машины и потери активной мощности, а значит и ее нагрев. Это в конечном итоге приводит к снижению массы и габаритов синхронной машины примерно на 5-10.Формула ,изобретенияДвухзонный вентильный электродвигатель, содержащий индуктор с обмоткой возбуждения, якорь с обмоткой,фазы которой подключены через инвертор и управляемый выпрямитель к сетипеременного тока, системы фазового 2 Оуправления выпрямителя и инвертора,выходы которых подключены через блоксдвоения импульсов и системы импульсного управления к управляющим электродам.тиристоров выпрямителя и инвертора, устройства задания угла управления тиристоров в двигательном = и"тбрмозном режимах, выходы которыхподключены через. логическое устройство к входу системы управления инвО вертором, управляемый выпрямитель дляпитания обмотки возбуждения синхронной машины с системой регулированиятока возбуждения и выпрямленного напряжения инвертора, входа которой подключены к источнику задающего напряжения, датчику выпрямленного напряжения инвертора и датчику тока возбуждения, тахогенератор и датчик положения ротора, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения энергетических показателей и равномерности вращения, при регулировании егочастоты вращения с постоянной мощностью, один из входов устройства задания углов управления тиристорамиинвертора в двигательном режиме подключен к выходу датчика тока возбуждения вентильного электродвигателя,второй из входов подключен через стабилитрон к тахогенератору .Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Тулупов В . Д. Автоматическоерегулирование сил тяги и торможенияв электроподвижном составе. М "Транспорт", 1976, с. 41-43.2. Сцпйег Оо 1 г, Рейег СгцщЬгесЬсцпд ГгапМ НепСясЬе 1 "ОЬег пеце ВейгеЬьагсеп бег ВегоагсЬсегщаьсЬпевупсЬгопег Вацагс", Ы 1 зь Вег. АЕОТЕЕГОНЕЕй 48, 1975, 4, 170-180.ИО ФО ИПК Заказ 8161/ илиал ППП Иат 782069 Тираж 783