Реверсивный вентильный электродвигатель

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНРЕСПУБЛИК ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН Й- АВТОРСНОМУ С ТЕЛЬСТВ ЫЙ ВЕНТИЛЬЬ, содержаций я (2 п +1)- бмотками нат нстве на ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(53) 621.313.392.024(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР398001, кл. Н 02 К 29/02, 1971.2. Авторское свидетельство СССР454649, кл, Н 02 К 29/02, 1973.3. Вентильные двигатели и их применение на электроподвижном составе, Под ред. Б. Н. Тихменева, М., фТранспортф, 1976, с. 50.(54) (57) РЕВЕРСИВННЪЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛсинхронную машину с двумсекционными якорными остаторе, смещенными в прос раугол 1 эл, град. и подключен-,. 2 Лпф ),ными к выходам первого и второго пре- .образователей частоты, управляющие цепи которых для одного направления вращения связаны непосредственно с чувсчвительными элементами первого и второго комплектов датчика положения ротора, чувствительные элементы каждогокомплекта установлены равномерно настаторе синхронной машины, причем пер,801007162 . А вый комплект чувствительных элементов смещен относительно второго комплекта на угол, а датчик положения2(в 11 ротера установлен с угддм опережающейЯ коммутации, равным , от 4 Ло+ 1) лича ющийсятем, что, сцелью расширения области применения путем обеспечения идентичности характеристик обоих направлений вращения, он снабжен инвертором, чувствительные элементыпервого комплекта датчика положения ротора ддя другого направления вращения подключены к управляющим цепям второго преобразователя частоты через инвертор, а чувствительные элементы второго Е комплекта датчика положения ротора подключены к управляющим цепям первого преобразователя частоты со сдвигом по сравнению с чувствительными элементами первого комплекта, а номера управ- а ляющих цепей первого преобразователя, соединяемых с соответствующим и чувстви тельными элементами второго комплекта,. бпределяются выражениемК =М+0+1, где П фф 1, 2, 3; К- номер управляющей .цепи первого преобразователя частоты; М - номер чувствительного элементавторого комплекта.Изобретение относится к области элеИтротехники и, в частности, к электроприводу,Изобретение может быть использованов лектроприводах органов управления юподвижного объекта.Известны высокоскоростные реверсивныевентильные электродвигатели, содержащиечетырехсекционную якорную обмотку и,многоканальное реле реверса, Электродвигатель обеспечивает идентичные электромеханические характеристики при правцм и левом направлениях вращения содним комплектом чувствительных элемен-тов датчика положения ротора, установленного с опережающей коммутацией наугол Ц = 45 эд, град. 11 и 2Недостатком данных устройств является то, что они не обеспечивают идентичные электромеханические характеристики правого и левого направлений вращения при углах опережающей коммутации, отличных от 45 эл. град. Для вентильных магнитоэлектрических электродвигателей малой и средней мощности 25необходимость в установке оптимальнойопережающей коммутации в 45 эл, град,возникает при разработке супервысокоскоростных электродвигателей с частотами вращения 60000 об/мин и более. зоДля электродвигателей нормального исполнения из соображений надежности иресурса приняты существенно более низкие частоты вращения 6000-1200 об/мин.В последнее время наметилась тенденция выполнения вентильных электродвигателей средней и болыиой мощностис двумя многосекционными якорными обмотками, смещенными в пространстве наопределенный угол. Такое выполнение 4 Овентильного электродвигателя уменьшаетпульсации.1Наиболее близким к изобретению является реверсивный вентильный электродвигатель, содержащий синхронную маши- фну с двумя (2 й +1) секционными якорными обмотками, смещенными в пространстве на угол 1 /2(2 П +1) эл. град,и подключенными к выходам первого ивторого преобразователей частоты, управ- Оляющие пепи воторых, для направлениявращения вперед" связаны непосредственно с чувствительными элементамипервого и второго комплектов датчикаположения ротора, установленного с опе- Ырежающей коммутацией на угол 8 =лц /4(2 и +1) эл. град., где П 1,",3,31,Недостатком известного технического решения является невозможность обеспечения идентичных электромеханических характеристик при правом и левом направлениях вращения с первым и вторым комплектами чувствительных элементов датчика положения ротора, установленного с опережающей коммутацией на угол 8 = И /4(2 П +1) эл. град.Целью изобретения является расширение области применения путем получения идентичных электромеханических характеристик вентильного электродвигателя при реверсе.Поставленная цель достигается тем, что в реверсивном вентильном электродвигателе, содержащем синхронную машину с двумя (2 П +1) секционными якорными обмотками, смещенными в пространстве на угол 1 /2(2 О +1) эл. град, и подключенными к выходам первого и второго преобразователей частоты, управляющие цепи которых для направления вра. щения "впереди связаны непосредственно с чувствительными элементами первого и второго комплектов датчика положения ротора, установленного с опережающей коммутацией на угол О = и /4(2 П +1), дополнительно для направления вращения "назад" чувствительные элементы первого комплекта датчика положения ротора подключены к управляющим цепям второго преобразователя частоты через инвертор, а чувствительные элементы второго комплекта датчика положения ротора подключены к управляющим цепям первого преобразователя частоты со сдвигом на П чувствительных элементов в направлении вращения "вперед", где П = 1, 2, 3На фиг. 1 изображена блок-схема реверсивного вентильного электродвигателя; на фиг. 2 - расположение чувствительных элементов датчика положения ротора для направлений. вращения фвпередф (фиг. -2 а) и фназадф (фиг. 2-б).Реверсивный вентильный электродвигатель с двумя трехсекционными якорными обмотками содержит первый 1 и второй 2 преобразователи частоты, синхрон. ную машину 3 и датчик 4 положенчя ротора. Преобразователи 1 и 2 частоты могут быть выполнены по любой известной схеме, например двухполупериодные,/ и на любых известных переключающих приборах, например на транзисторах. Синхронная машина 2 может быть любого типа, например с возбуждением от постоянных магнитов, и содержит нндук.первого 23 и второго 33 комплектов даэ чика 4 положения ротора установлены со сдвигом на угол/6 эл. град. ДатЛчик положения ротора может быть любого типа, например индукщвный с подмагничиванием.Для получения идентичных электрсе 4 еханических характеристик при вращении. "назад чувствительные элементы 20-22 и 30-32 датчика 4 положения ротора должны быть смещены из положения, изображенного на фиг. 2 а в направлении вращениявперед на угол 9 +2 эл.град, или на 76 эл, град. При этом для направления смещенияназад датчик 4 положения ротора окажется установлен также с опережающей коммутацией на угол 8 =н 12 эл. град. (фиг. 2 б) относительно линии нейтральной коммутации в направлении, противоположном вращению назад. -Сравнивая расположения чувствительных элементов 20-22 и 30-32 датчика 4 положения ротора (фиг. 2 а и 2 б), мож. но сделать вывод, что для управления вентильным электродвигателем в режиме вращенияназад могут быть использованы те же Чувствительные элементы 20-22 и 30-32 которые были установлены для направления вращениявперед, но только.с измененной схемой их подключения к управляющим цепям 14-16, 24-26 преобразователей 1 и 2 частоты. Для управления преобразователем 2 частоты в режиме вращенияназад следует использовать инверсные сигналы чувствительных. элементов 20-22 первого коьпВ лекта 20, а для управления первым преобразователем 1 частоты - сигналы чувствительных элементов 30-32 второгокомплекта 33 со сдвигом на один чувствительный элемент в направлении вращениявперед, т.е. чувствительный элемент 30 должен быть связан с управляющей цепью 15 преобразователя частоты, а чувствительные элементы 31 и 32, соответственно, управляющими цепями 16и 14. Для направления вращения "назад" чувствительные элементы 20-22 комплекта 23 датчика 4 положения ротора подключены к управляющим цепям 24- 26 второго преобразователя 2 частоты через инвертор 35 и три двухвходовые . логические схемы 36-38 совпадения, а чувствительные элементы 30-32 второго35 .комплекта 33 датчика 4 положения ротора подключены к управляющим цепям 15- 14 первого преобразователя 1 частоты через три двухвходовые логические схемы 39-41 совпадения со сдвигом на один40 чувствительный элемент в направлении вращениявперед. Вторые входы логических схем 36-41 совпадения объединены и подключены к другому выходуназад блока 34 задания направления вращения. Реверсивный вентильный электродвигатель.подключен к источнику 42 электрической энергии, Для направления вращениявперед датчик 4 положения ротора установлен с опережающей коммутацией на угол6 = Р/12 эл. град. (фи. 2 а) относительно, линии нейтральной коммутации(ЛНК) в направлении, противоположном вращению электродвигателя ЛНК 20 и 3)НК 30 обозначают положения одноимен ных чувствительных элементов 20 и 30 при нейтральной коммутации. Одноимен- . ные чувствительные элементы 20 и 30 3 10071 тор 5 и две трехсекционные якорные обмотки 6 и 7, смещенные в пространствелна угол 1( /6 эл, град, Якорная обмотка 6 подключена к выходам 8-10 первого преобразователя частоты 1, а якорная 5 обмотка 7 - к выходам 11-13 второго преобразователя частоты 2. Для налравле ния вращения "вперед" управляющие цепи 14-16 первого преобразователя 1 частоты связаны через двухвходовые логичес кие схемы 17-19 совпадения с чувствительными элементами 20-22 первого комплекта 23 датчика 4 положения ротора непосредственно, а управляющие цепи 24-26 второго преобразователя 2 частоты 15 связаны через двухвходовые логические схемы 27-29 совпадения с чувствительными элементами 30-32 второго комплекта ЗЗ. Вторые входы логических схем 17-19, 27-29 совпадения обьединены и щ подключены к одному выходу блока 34 задания направления вращения, например вперед". Для направления вращениявперед условно принят сцедуюший порядок чередования сигналов чувствительных 25 элементов датчика 4 положения ротора: 20-21-22 и 30-31-32. Реверсивный вентильный электродвигатель работает следующим образом.При поступлении сигнала на вращение вперед логические схемы 17-19 и 27-29 совпадения обеспечивают поступле ние сигналов с чувствительных элементов 20-22 датчика 4 положения ротора на управляющие цепи 14-16 первого преобразователя 1 частоты, а сигналов с чувствительных элементов 30-32 на, управляющие цепи 24-26 второго преобразователя 2 частоты. Электродвигательвращается вперед" с углом опережаютщей коммутации, равным 3 /12 эл.град.Логические схемы 36-38 и 39-41 совпар 5 дения отключены, поскольку на их вторых входах отсутствует сигнал управления с блока 34 задания направления вращения,При поступлении сигнала на вращение фназадф логические схемы 17-19 и 10 27-29 совпадения отключаются, а включаются логические схемы 36-41 совпадения, которые обеспечивают поступление инвертированных в инверторе 35 сигналов с чувствительных элементов 20-22 1 датчика 4 положения ротора на одноименные управляющие входы 24-26 преобразователя 2 частоты, а сигналов с чувствительных элементов 30-32 - на управляющие пепи 15-14 соответственно. ъО со сдвигом на один чувствительный элемент в направлении вращения фвпередф.Выявденные закономерности схемы подключения чувствительных элементов датчика положения ротора к управляющим 25 цепям преобразователей частоты при реверсе также справедливы и для (2 и+1)- секционной якорной обмотки синхронной машины, где и = 1, 2, 3.Пусть синхронная машина содержит зо две (2 П +1)-секционные якорные обмотки, смещенные в пространстве на угол 7 /2(2 п +1) эл. град. Датчик положения ротора содержит два комплекта чувствительных элементов. В каждом комплекте имеется (2 и +1) чувствительных элемента. Одноименные чувствительные элемен,ты разных комплектов сменены друг относительно друга на уголl2(2 и+ 1+1) эл. град. Чувствительные элементы 1в комплекте размещены равномерно со сдвигом на угол- 1 - - эл. град. ДатчиксИ 1положения ротора установлен с опережаю-, щей коммутацией на угол 9-эл, град,2 п и 1Приняв за начало отсчета точку, соответствующую положению ЛНК 30 (фиг. 2 а) для второго комплекта чувствительных элементов, а за положительное направление отсчета - направление вращения "вперед", для координат к 1 и 50к. гых чувствительных элементов первого и второго комплектов (для направления вращения фвпередф) получим9 2 и (КФ 11к 1 2 п 1 В 2(2-1)к 2 2 пФ 1 162 6Координат ", и у ц к-тьп чувствительных элементов первого и второго комплектов для направления вращения назад" могут быть определены следующим образом1 к МВН Вк 2= Чк 2+ и 28После вычисления для указанных координат получимн , (1 о+2 1 1) К 1: 2 о+1:8+Н Т (2 и+2-1)К 2, 2 и 11Координаты ( смещенных на 3 эл.град.К алых чувствительных элементов первогокомплекта, сигналы которых инверснысигналам чувствительных элементов скоординатами ( , определяются слеВдующими выражениями- В п(1 л -2 К 1-1)2 п 1Сравнивая (4) и (5), можно сделать вывод, что координаты (чувствительК 2ных элементов второго комплекта для направления вращения "назад" соответствуют координатам (, смещенных наВэл. град. одноименных (1 =.) чувствительных элементов первого комплекта для направления вращения впереди. Т.е. инверсные сигналы с чувствительных элементов дервого комплекта могут быть использованы для управления вторым преобразователем частоты для направления вращения назадф,Возможность. использования чувствительных элементов второго комплекта для управления первым преобразователем частоты для налравления вращения фназад может быть установлена в результате решения уравнения вида )КВ Используя (2) и (3) получимг к 12 = К+И Ф 1,Т.е. для управления К-той управляющей цепью первого преобразователя частоты для направления вращения назад использованы сигналы К-того чувствительного элемента второго комплекта, порядковый номер которого определен из (6). Например, для управления первой управляющей цепью первого преобразоьтгеля частоты7. 10 следует использовать (й +2) -ой чувствительный элемент второго комплекта датчика положения ротора.С точки зрения достижения поставленной цели безразлично, в какую сторону осуществлять сдвиг при подключении чувствительных элементов второго комплекта к управляющим цепям первого преобразователя частотьп в направлении вращения фвпередф или фназадф. Но, поскольку., всего в комплекте имеется (2 й +1) чувствительных элементов, то . удобнее говорить о кратчайшем сдвигена.п чувствительных элементов в направлении вращения вперед . В частности, для трехсекционной якорной обмотки (И =1) требуется сдвиг на один чувствительный элемент, т.е. чувствительный элемент 30 второго комплекта должен быть подключен к управляющей цепи 18первого преобразователя Х частоты, Для направления вращения фвпередф к указанной управляющей цепи 15 подключен .чувствительный элемент 21 первого . ,.комплекта. 07162 8Для пятисекционной якорной обмотки( П =2) требуется сдвиг на два чувствительных элемента, и т.д% Изобретение решает задачу обеспечения идентичных электромеханических характеристик правого и левого направлений вращения реверсивного вентильногоэлектродвигателя с одним блоком чувстви 1 ф тельных элементов датчика положенияротора, установленного с опережающей,коммутацией на угола/42 й+Ч эл. град.,где (2 Л+1) - число секций однойиздвух якорных обмоток, смещенных в про 1 з странстве на угол И /2(2,ц +1), аи1, 2, 3фактические значенияуглов опережающей коммутации для П "1, 2, 3 составляют, соответственно,18,9 и 6,4 эл, град., что находится в20 диапазоне оптимальных значений. этихуглов. Учитывая пологий характер фуш- ций в области оптимальный значений у- лов,. опережающей. коммутации, можно.считать такое приближение достаИ точным, 10071621007162 и Составитель В, КомаровТехред Д,Д, Коррек эятко 151/7 йраж 685рственного коиэобретений и ва, Ж, Ра Подписноеитета СССРоткрытийушская наб., д. 4 Р 5 НИИПИ Госу по дела 13035, Мос