Реверсивный вентильный электродви-гатель

Союз Советских Социалистических республик(51)м, Кд,З Н 02 К 29/00 Государственный комитет СССР но делам "изобретений и открытий(54) РЕВЕРСИВНЫЙ ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛ Изобретение относится к электротехнике, в частности к регулируемому электроприводу переменного тока и может найти применение в злектроприводах металлорежущих станков и других механизмов.Известны реверсивные электроприводы постоянного тока, содержащие ревер сивный двухкомплектный управляемый вы прямитель, подключенный к двигателю и стоянного тока 1 .Недостатком данного электропривода является невысокая надежность.Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является реверсивный вентильный двигатель, содержащий выпрямитель, подключенный через сглаживающий дроссель и инвертор к секциям обмоток синхронной машины, регулятор скорости, сумматор, регулятор тока, выходы которых подключены к источнику задающего напряжения, задающего тока и датчику тока. Выход регулятора тока подключен к системе фазового управления выпрямителя. управление тиристоров выпрямителя и инвертора осуществляется от систем импульсного управления, входы которых через блок сдво ения импульсов подключены соответственно к системе фазового управлениявыпрямителя и инвертора. Выход датчика положения ротора подключен на входсистемы фазового управления инвертораи вход устройства управления искусственной коммутацией, вход которого подключен на вход регулятора тока. Выходтахогенератора подключен на вход регулятора скорости, на вход индикато"ра направления вращения и к входамустройств выбора коммутации и заданияв зависимости от вида коммутации (ес"тественная на высокой частоте вращенияили искусственная методом прерываниятока на низкой частоте вращения) углав двигательном и тормозном режимах,выходы которых подключены на вход логического устройства управления тиристорами инвертора. Выход логическогоустройства подключен на вход системыфазового инвертора. Имеется индикаторрежима работы, один вход которого подключен через нуль-орган на выход регулятора скорости, а второй вход подключен к индикатору направления вра".щения. При реверсе вентильного двига"теля в режиме торможения с заданнойчастотой вращения углы управления ти"ристорами инвертора задаются устройством, один вход которого подключен ктахогенератору, а второй к внешнемуисточнику. Подключение задающего устройства осуществляется логическимустройством в функции сигнала с инди.катора режима работы, При разгонеротора двигателя в другом направленииглы упрвления тиристорами инвертораадаются устройством. В тормозном режиме тиристоры работают с углом опережения открывания90 эл. град.выпрямительный режим), а в двигатель-щном - сс 90 эл. град. ( инверторныйрежим),Максимальное среднее значение моМента синхронной машины в двигательном режиме и ее лучшие динамическиехарактеристики достигаются при работетиристоров инвертора с= О, а втормозном режиме с 9 = 180 эл.град.(А = 0) . При построении системы управления вентильным электродвигателем необходимо обеспечить укаэанные 20выше значения углов управления тиристоров инвертора. Такие значения угловможно получить подключением системыийпульсного управления непосредственно к датчику положения ротора, исключив добавочные устройства зада-.ния угла управления 21.Однако данный двигатель не реализует указанные законы управления, поэтому его недостатком является наличие блока задания угла управлениятйристорами в тормозном режиме, н егоне оптимальные динамические характеристики. Если в инверторном режимепри работе синхронной машины при высоких частотах вращения значение уг 35ла д определяется условиями коммутации, то в выпрямительном режиме уголсможет быть принят равным 180 эл.град,(А = 0). При этом тормозной моментимеет наибольшее значение при заданном токе фаз синхронной машины. БыстрЕе машина будет отрабатывать и заданное системой автоматического регулирования снижение частоты вращения. Если принять в тормозном режиме= 180 эл.град., то при шириневыходного импульса с датчика положения ротора 120 эл. град. можно осуществить торможение, а затем разгонрбтора вентильного двигателя в режиме коммутации методом прерывания тока без переключения углов управления,т.е. автоматически после переходачерез нулевую частоту вращениястановится равным к (при 9180 эл.град, в тормозном режиме,180 эл. град. в двигательном режиме).Цель изобретения - упрощение реверсивного вентильного электродвигателя и улучшение его динамических фбхарактеристик.Укаэанная цель достигается тем,что вход блока сдвоения Импульсовподключен через первую пару ключей"вперед" и "назад" непосредственно д к выходу датчика положения ротора, входы первой пары ключей подключены к выходу логического устройства управления тиристорами инвертора в режиме торможення и на низких частотах вращения ротора, входы логического устройства подключены к выходу индикатора режима работы, индикатору направления вращения Й устройству выбора коммутации, входы второй пары ключейвперед", "назад", включенной между входом блока сдвоения и системой Фазового управления тиристорами инвертора в двигательном режиме, подключены непосредственно или через инвертирующие элементы к выходам индикатора направления вращения, устройства выбора коммутации и индикатора режима работы,Благодаря подключению устройств в схеме реверсивного вентильного электродвигателя при оптимальной установке датчика положения ротора с шириной выходных импульсов 120 эл.град ., исключается специальный блок задания углов управления инвертора в двигательном режиме в обоих направлениях на низкой частоте вращения, при коммутации тиристоров инвертора методом прерывания тока, основанном на поочередном переводе тиристоров выпрямителя в инверторный режим, осуществляется при Р = О (без учета реакции якорясинхронной машины), а в тормозном режиме - на всех частотах вращения прио = О, что соответствует наибольшемуизменению момента при заданном изменнии тока и лучшим динамическим характеристикам системы автоматическогорегулирования частоты вращения.На фиг. 1 представлена принципиальная схема реверсивного вентильного злектропривода; на Фиг. 2 - временные диаграммы изменений выходных сигналов отдельных узлов схемы.Реверсивный вентильный электродвигатель имеет выпрямитель 1, который подключен через сглаживающий дроссель 2, инвертор 3 к секциям обмотоксинхронной машины 4, регулятор 5 скорости, сумматор 6, регулятор 7 тока,входы которых подключены к источникамзадающего напряжения и тока (Оз, з ) и датчику 8 тока, Выход ревулятора 7 тока подключен к системе Фазового управления выпрямителя 9. Управление тиристорами выпрямителя и инвертора осуществляется от систем 10, 11 импульсного управления, входы которыхчерез блок 12 сдвоения импульсов подключены непосредственно к системе Фазового управления выпрямителя 9 и через ключ 25, 26 - к системе 13 фазового управления инвертором (в двигательном режиме на высоких частотахвращения) . Имеется также датчик 14 положения ротора и тахогенератор 15, выход датчика положения ротора подключен к системе 13 фазового управле 813608ния инвертора, индикатору 17 направления вращения, устройству 18 выборакоммутации, и через ключи 23, 24 навыход блока 12 сдвоения импульсов.Выход устройства 16 управления искусственной коммутацией тиристоров инвертора методом прерывания тока наНизких частотах вращения подключен навход регулятора 7 тока, один выход подключен непосредственно или через ключ23 блока 19 на выход датчика 14 положения ротора, а второй вход подключенк выходу устройства 18 выбора коммутации 18. Выход тахогенератора подключен на вход регулятора 5 скорости.Имеется логическое устройство 20 управления тиристорами инвертора в двигательном режиме на низких частотахвращения и в тормозном режиме на всехчастотах вращения, выходы которогоподключены на соответствующие входыключей 23 и 24, один вход логического 20устройства подключен к выходу индикатора 21 режима работы, второй входна выход устройства 18 выбора коммутации, третий и четвертый входыподключены непосредственно и черезинвертирующий логический элементИ-НЕ 29 к выходу индикатора 17 направления вращения, Первый вход индикатора 21 режима работы подключен навыход индикатора 17 направления вращения 7, а второй вход через нульорган 22 - на выход регулятора скорости. Первые входы ключей 25, 26 подключения задания углов управлениятиристоров инвертора в двигательномрежиме на высоких частотах вращения35подключены соответственно непосредственно и через логический элементИ-НЕ 29 на выход индикатора направления вращения 17, вторые и третьивходы ключей через логические эле Оменты И-НЕ 27, 28 подключены на выходиндикатора 21 режима работы и устройства выбора коммутации.О- задающие напряжения час 31 3тоты вращения и тока, 6- частота 45вращения ротора синхронной машины,О О О О , О, О " - напряжение5 ф 1 тф 18 гна выходе регулятора скорости, индикатора направления вращения, устройства выбора коммутации, индикатора режима работы и двух выходах логического устройства, О з О 2, Оз, 026 в диаграммы состояния ключей(О - включен, 1 - отключен).О, - напряжение на выходных зажимах выпрямителя. 55Работает схема при реверсе следующим образом.Пусть в исходном состоянии на входе имеет +О и ротор вентильного двигателя вращается в направлении "вперед". В этом случае на выходе регулятора 5 скорости положительный сигнал, на выходе нуль-органа 22 и первом входе индикатора 21 режима работы - логическая единица, на выходе индикатора 17 направления вращения и втором входе 21 тажкже логическая единица. При этом на выходеиндикатора режима работы - нулевойсигнал, соответствующий двигательному режиму работы синхронной маши 1 ны 4. На выходе устройства 18 выбора коммутации нулевой сигнал, соответствующий высокой частоте вращенияи естественной коммутации тиристоровинвертора 3, В этом случае на выходахлогических элементов И-НЕ 32-35 - единичный сигнал, а на выходе логическихэлементов И-НЕ 30, 31 - нулевой сигнал, запрещающий включение ключей 23,24. На выходе логических элементовИ-НЕ 27, 28 единичный сигнал, разрешающий включение одного из ключей 25,26 сигналом с индикатора 17 направления вращения. При направлении впередна выходе индикатора 17 - единичныйсигнал, и включен ключ 25, через который сигналы с системы 13 фазовогоуправления инвертором поступают наблок 12 сдвоения импульсов. В блоке12 образуется сумма коротких импульсов (по передним фронтам сигналов сблоков 9, 13), и в соответствии с зоной работы соответствующих тиристоров распределяется по управляющимэлектродам тиристоров выпрямителя иинвертора. Угол регулирования тиристоров инвертора определяется сигналомдатчика 8 тока, пропорциональным то"ку нагрузки синхронной машины. Приподаче сигнала на реверс меняетсязнак ОЗ с плюса на минус, сигнал навыходе регулятора 5 скорости стано"вится отрицательнье, а на выходе нульоргана 22 - нулевым. На входы индикатора 21 режима работы в этом случае поступают нулевой и единичный сигналы, что соответствует тормозному режиму работы синхронной машины 4. На выходе индикатора 21 появляется единичный сигнал, который через логический элемент И-НЕ 28 отключает ключ 25, одновременно выдавая запрет на включение ключа 26.Единичный сигнал с выхода индикатора 21 подается и на входы логических элементов И-НЕ 32, 33. При наличии логической единицы на втором входе 32 и выходе индикатора 17 направления вращения на выходе логического элемента 32 появится нулевой сигнал, который переключит логический элемент И-НЕ 30, и на его выходе появится единичный сигнал, который включит ключ 24. На вход блока 12 сдвоения импульсы будут поступать непосредственно с датчика. При положении ротора с фазой с 6 = 0 инвертор перехо" дит в выпрямительный режим, а выпрямитель 1 - в инверторный режим. Двигатель тормозится, а энергия торможения рекуперируется в питающую сеть.813608 Формула изобретения П ри снижении частоты вращения нижеграницы уставки устройства 18 выбора коммутации сигнал на его выходе становится единичным, включается устройство 16 управления искусственной Коммутацией. При этом никаких переключений в логическом устройстве 20 не происходит, так как на вход логи" еских элементов И-НЕ 34 и 35 потупает нулевой сигнал с логического Элемента И-НЕ 36, вход которого подключен к индикатору 21 режима работы.После торможения до нулевой частоты вращения начинается процесс разгона в другом направлении без каких- либо добавочных переключейий в схеме. После перехода нулевой частоты вращения Фаза ЭДС синхронной машины меняется на 180 эл. град. При этом угол А= 0 становится 1 о = О. При данном значении угла регулирования продолжается процесс разгона до момента срабатывания устройства 18 выбора коммутации. При этом сигнал на ега выходе становится нулевым, запрет на включение ключей 25, 26 снимается, устройство 16 отключается, сигналы на выходе логического устройства 20 становятся нулевыми, ключ 24 отключается, а включается ключ 26 сигналом с индикатора 17 направления вращения. Дальнейший разгон до заданной частоты вращения происходит при естественной коммутации тиристоров, инвертара за счет ЭДС Фаз синхронной машины. Угол опережения открывания тиристоров инвертора 3 регулируется системой 13 Фазового управления. В данном устройстве (фиг.1) необ хадимость в установке блока заданияугла управления тиристоров инвертора в тормозном режиме отпадает, чтоупрощает схему вентильнага электродвигателя. Анализ осциллограммы реверса синхронной машины вентильногоэлектродвигателя показывает, что момент синхронной машины в процессепуска и торможения не зависит Отчастоты вращения, и равен заданному(прямолинейный характер изменениячастоты вращения) . Момент синхронноймашиныв известном вентильнам злектрадвигателе в процессе пуска и тормажеиия меняется (ломанный характеризменения частоты. вращения). Сравнение осциллограмм показывает, чтопредложенный веитильный электродвигательобладает лучшими динамическими характеристиками. Реверсиввый внтильиый электродвигатель, содержащий синхронную машину, секции обмотки якоря которой подключены через выпрямительно-ивверторный преобразователь с сглаживающим дросселем в звене постояннога тока к сетипеременнага тока, датчик положения ротора, тахагенератор, систем импульсного управления вь лрямктеля к инвертора,. систему фазового управления выпрямителя, систему фазового управления кнвертора в двигательном режиме,блок сдвоения импульсов выпрямителяи инвертора, выход которого подключенк системам импульсного управлениятиристорамк выпрямителя к инвертора, О а вход подключен к выходу системы фа- зового управления выпрямителя и черезключи к системе Фазового управлениякнвертора, регулятор скорости, регуЛЯТОР такар ДаТЧИК ТОКа, ВЫХОД КОТО рого подключен на вход регулятора така, устройства выбора коммутации ииндикатора направления вращения, входы кОтарых ПОдключены к выхОду датчкка положения ротора, индикатор режима 2 О работы, адин, вход которого подключенк индикатору напра ленкя вращения,а второй вход через нуль-орган к выходу регулятора. скорости, устройствоуправления искусственной коммутацией,выхОд катароГО подключен к реГулятару тока, а входи - к выходу датчикаположения ротора к устройству выборакоммутацки, логическое устройство управления ткристорамк инвертора, одинКЗ ВХОДОВ КОТОРОГО ПОДКЛЮЧЕН К ВЫХОДУ ЗО индикатора режима рабаты, Две парыключей, а т л к ч а ю щ и й с я тем,что, с целью упрощения, улучшения динамических характеристик, первая пара ключей управления кнверторам "впеЗ 5 ред" и "назад" подключена между выходами датчика положения ротора к входамк блока сдвоенкя, а входы ключейподключены к соответствующим выходамлагическога устройства,. первые входы 49 второй пары ключей "впеаеп" и назад",подключенных между вхадамк блока сдвоения импульсов и выходом системы фазового управления ткркстаров кнвертара,подключены непосредственно к через лоГическкй элемент Б-НЕ к выходу индикатора. направления вращения, вторые итретьи ВМОды подключены через лОГическии элемент И-НЕ к кндикатару режима работы к;,страйс.тву выбора коммутации, второй вход логического уст- фО райства подключен к выходу, устройствавыбора коммутации,. Третий к четвертыйвходи подключены непосредственно кчерез логический элемент и-НЕ к выходу индикатора направления вращения. Источники кнфармацик,принятые во внкманке прк экспертизе 1. Патент Велккабрктанкк 9 1246970, кл. Н 2 Л, 1 И 1.,опд ГгапМ Непс 5 сЬе 1, 0 Ьег пеое Вегг 1 еЬа ггеп де г Вг гоаг 1 сп ге гщасп 1 пе рупсИгопег Вецаггп. И 1 я, Вег. АЕС- щ 3 ЦЕГОИКЕИЕН, 48 (1975) , 170-181.НИИПИ Эакаэ 789/71Тк 9 аа 730 ПодписноеФилиал ППП Патент