Вентильный электродвигатель

/ л ВТОРСИОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ(46) 15.09.86. Бюл. Р 34 7) Чувашский государственный университет им. И,Н. Ульянова (72) В.А. Чихняев и А.А, Афанасьев (53) 621,313,13,014,2:621.382(088,8) (56) Патент Японии 9 52-20644, кл, 55 С 2, 1977.СопГ. Бее. 1 пй. Арр 1. Яос, 1 ЕЕЕ 1 АЯ. 1 6, Аппп. Мее 1 ., РМ 1 абе 1 рп 1 а, Ра, 1981, ОсоЬег 5-9, - Нью-йорк,1982, 696-701.(54) ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ . (57) Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при создании электроприводов с вентильными электродвигателями (ВД), коммутация обмоток которых осуществляется зависимым преобразователем частот со звеном постоянноготока. Целью изобретения является повышение надежности. ВД содержит выпрямитель 1, выход которого последовательно с дросселем 2, шунтирвванным тиристором 3, подключен к входуинвертора 4, выход к-рого соединенс обмотками якоря синхронной эл.машины 5, Управляющие цепи тиристоров выпрямителя через систему импульсно-фазового управления 6 подключены к устройству выбора режимовкоммутации 7, к-рое одновременноподключено к устройству управления8 тиристором 3, а также в упразляющему входу ключа режимов работы 9финвертора. Управляющие цепи тиристо-,ров инвертора могут быть подключенычерез устройство управления 10 иключ режимов работы 9 и к выходураспределителя импульсов 11 и к вы1757770 ходу системы импульсно-фазового управления 12, к-рая через датчик напряжения 13 подключена к обмоткамякоря синхронной эл, машины 5. Тран"сформатор тока 14 соединен с входомдатчика тока 15, выход к-рого соединен с первым входом первого интегратора 16, второй вход к-рого соединен с потенциометром 17 цепи задания момента нагрузки, Выход первогоинтегратора 16 подключен к входуинтегратора 18, выход к-рого соединен с входом компаратора 19, выходк-рого соединен с входом распределителя импульсов 11, входом обнуления20 интегратора 18 и с входом устрой.ства выбора режимов коммутации 7,Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании электроприводов с вентильным электродвигателем, коммутация обмоток которого осуществляется зависимым преобразователем частоты со звеном постоянного тока.Цель изобретения - повышение надежности путем исключения источника повышенной частоты, служащего для питания обмотки возбуждения в рабочем режиме,На фиг. 1 изображена схема вентильного электродвигателя; на фиг.2- развернутая схема нескольких узлов функциональной схемы; на фиг. 3 временные диаграммы напряжений на элементах схемы. Вентильный электродвигатель содержит выпрямитель 1, выход которого последовательно с дросселем 2, шунтированным тиристором 3, подключен к входу инвертора 4, выход последнего соединен.с обмотками якоря синхронной электрической машины 5, Управляющие цепи тиристоров выпрямителя через систему 6 импульсно-фазового управления подключены к устройству 7 выбора режимов коммутации, которое одновременно подключено к устройству 8 управления тиристором 3, а также к управляющему входу ключа 9 режимов Входы установки исходного состоянияраспределителя импульсов 11 соединены с выходами фазочувствительного выпрямительного устройства 21, входы к-рого соединены с обмотками якоря синхронной машины 5 через ключ 22, управляющая катушка к-рого подсоединена к первому входу блока 23 определения начального положения ротора,а второй и третий выходы соединеныс управляющими входами распределителя импульсов, Данная структурная схема ВД исключает необходимость в источнике повышенной частоты для питания обмотки возбуждения в рабочем режиме, что способствует повышению надежности, 3 ил. работы инвертора. Управляющие цепитиристоров инвертора могут быть подключены через устройство 10 управления и ключ режимов работы и либо к 5 выходу распределителя 11 импульсов,или к выходу системы 12 импульснофазового управления, которая черездатчик 13 напряжения подключена кобмоткам якоря синхронной машины.Трансформатор 14 тока соединен с входом датчика 15 тока, выход которогосоединен с первым входом первого интегратора 16, второй вход которогосоединен с потенциометром 17 цепизадания момента нагрузки, Выход первого интегратора 16 подключен к входу интегратора, 18, выход которогосоединен с входом компаратора 19, выходом соединенного с входом распре делителя 11 импульсов, входом 20 обнуления интегратора 18 и входом устройства 7 выбора режимов коммутации,Входы установки исходного состоянияраспределителя 11 импульсов соединены с выходами фазочувствительноговыпрямительного устройства 21, входы которого соединены с обмоткамиякоря синхронной машины 5 черезключ 22, управляющая катушка которого подсоединеиа к первому выходублока 23 определения начального положения ротора, а второй н третийвыходы соединены с управляющими входами распределителя импульсов. Ин 1257770теграторы 16 и 18 и компаратор 19 образуют блок моделирования уравнения движения ротора. Фазочувствительное устроцство 21 предназначено для получения информации о положении ротора двигателя относительно статора в неподвижном состоянии, Входы устройства 21 подключены через ключ 22 к выходу инвертора, т.е. к обмотке якоря синхронной машины 5. О Выходы 24-26 блока 23 подключены к входам 27 и 28 распределителя 11, Устройство 21 имеет три одинаковых канала с трансформатором 29 согласования. Трансформатор 29 питается от 5 той же сети, что и обмотка возбуждения. Поэтому напряжения, поступающие с фаз обмотки якоря синхронной машины 5 на диодные мосты 30 каждого као нала, могут быть сдвинуты на 180 20 или совпадать по фазе. Одна из точек диодного моста 30 подключена к входу операционного усилителя 31, работающего в релейном режиме. Конденсатор 32 предназначен для сглаживания вы прямленного напряжения, а диод 33 для шунтирования отрицательного сигнала на выходе усилителя 31. Блок 23 определения начального положения ротора предназначен для управления ЗО катушкой ключа 22 ( первый выход 24и распределителем 11 импульсов (второй 25 и третий 26 выходы) с целью обеспечения взаимосвязанной последовательности срабатывания элементов устройства 21 и распределителя импульсов 11. Блок 23 состоит из известных соединенных последовательно и параллельно схем транзисторной задержки, время срабатывания которых 40 определяется величиной емкости конденсаторов в базовой цепи транзисторов, а также двух микросхем 34 и 35 для получения инвертированного сигнала выходов 25 и 26.45Распределитель 11 импульсов служит для распределения поступающих с выхода компаратора 20 импульсов на три канала и формчрует их длительность. Он состоит из трех 3 К триггеров 36-38, счетные входы кото- рых соединены через микросхему 39 с выходом компаратора 19, через управляющий вход 27 - с блоком 23, а потенциальные входы соединены с 55 элементами микросхем И-НЕ 40-51. С выходом 52 триггера 36 соединены входы 53-55 микросхем И-НЕ 43, 47:и 51. Элементы ч 0-51 регламентируютпоследовательность срабатываниятриггеров 36-38. Входы 56-58 установки исходного состояния распределителя 11 соединены с потенциальными входами триггеров 36-38 через элементы 59-61. Управляющий вход 28соединен с одним из входов элементов41-49,На фиг. 3 приняты следующие обозначения: 1 - момент времени включения вентильного двигателя; 15 -время включенного состояния ключа 22;1 - время паузы между моментом отключения ключа 22 и моментом годачи управляющего сигнала 0 , 1, - момент времени записи в распределитель1 импульсов кодированной информациио положении ротора электрической машины 5; 1 -момент времени подачи управляющего сигнала О, или момент появления тока в якорной цепи двигателя; т, - время нарастания тока двигателя от нуля до тока статической нагрузки, пропорционального напряжениюс потенциометра 17; 0 - постоянное напряжение на втором входе ком.паратора 19; 11; - напряжения выходовблоков схемы управления вентильнымдвигателем, где- номер обозначения блока или номер выхода блока.Потенциометр 17 задает напряжениепропорциональное заранее известной величине статического нагрузочного момента. По знаку он противоположен сигналу датчика 15 тока и невызывает предварительного интегрирования интегратора 16. Последний начинает интегрировать только тогда,когданапряжение с датчика 15 токапревысит напряжение с потенциометра17. Следовательно, он работает посигналу разности полного и статического нагрузочного тока, а это пропорционально разности моментов. Ком.паратор 19 при совместной работе синтегратором 18 реализует функциюпреобразования дважды интегрированного сигнала разности датчика 15 тока и потенциометра 17 ( - О) вдискретные импульсы. Это осуществляется сравнением двух сигналов на1входе компаратора 19 и действиемобратной связи между выходом компаратора 9 и ключом интегратора 18.Ключ при замыкании приводит к нулевое состояние выход интегратора 18.Время между двумя последовательными3импульсами равно времени поворотаротора на угол 60 зл. град.Вентильный двигатель работаетследующим образом.Исходное состояние схемы вентиль.", ного двигателя: задающий сигнал Ц равен нулю, и напряжение на выходе выпрямителя 1 отсутствует. После включения тумблера 62, находящегося в блоке 23 нулевого состояния, на выходе 24 появляется сигнал 0 и включается ключ 22 момент времени Ц , Переменное напряжение, поданное в обмотку возбуждения синхронной электрической машины 5, трансформируется в три фазы статорной обмотки и поступает на входы фазочувствительного выпрямительного устройства 21, В зависимости от положения ротора относительно стентора на выходах распределителя 11 импульсов создается соответствующая комбинация сигналов положительных и нулевых), которые подаются на входы установки начального состояния распределителя 11, Одновременно в момент времени 1 с выхода 25 блока 23 подает" ся сигнал разрешения 0 в распределитель 11 импульсов через управляющий вход 28, В момент времени 11 с выхода 26 блока 23 через вход 27 распределителя 11 импульсов на счетные входы триггеров 36-38 подается стробирующий сигнал 0 записи исходной информации, которая поступает в распределитель 11 импульсов через входы 56-58 и элементы 59-61 микро". схемы, Происходит ориентирование триггеров 36-38 в требуемое положение напряжения 0 цБ0)т.е, в соответствие с положением ро" тора синхронной машины 5. С выходов распределителя 11 импульсов сигналы через ключ 9 поступают в устройство 10 управления тиристорами, усиливаются в нем и подаются к управляющим электродам двух тиристоров инверто,ра 4, По истечении выдержки времени 1 ключ 22 отключается. С выходов фа зочувствительного выпрямительногоустройства 21 сигналы становятсяравными нулю, а на входе 28 распределителя импульсов 11 устанавливается единичный сигнал 11 . Зми сигнаЮлы в дальнейшем не препятствуют работе распределителя 11 импульсов.Состояние триггеров 36-38 не изменяется. В момент 1 включается напряжение задания 0 . Система импульсно-фазового управления 6 выдает сигналыуправления на тиристоры выпрямителяНапряжение с выпрямителя 1 подается на инвертор 4, а через его два открытых тиристора - к двум обмоткам якоря синхронной машины 5. Появляется ток двигателя, который черезтрансформатор 14 тока поступает на вход датчика 15 тока и подается навход интегратора 16, Напряжение Цпропорциональное полному току синхронной машины 5, увеличивается до величины , снимаемого с потенциометра17 за время 1 достижения током двигателя величины тока статической нагрузки, Как только напряжение 0 станет больше Цротор синхронной машины 5 выводится иэ неподвижного состояния и интегратор 16 начинает интегрировать. На его выходе увеличивается напряжение 0 темп увеличе-ния которого эавис.;т от разностинапряжений 0, - ЦНа вход интегратора 18 подаетсяувеличивающееся напряжение 0, поддействием которого интегратор 18 интегрирует до напряжения уставки 0 пПри соотношении напряжений 38 1 Она выходе компаратора 19 скачком появляется сигнал 1 По каналу обратной связи сигнал. замыкает ключ интегратора 18, который шунтирует (разряжает) конденсатор, ограничивая длн"тельность сигнала с выхода компаратора 19, Напряжение (импульс) 11 с вы.хода компаратора 19 поступает в устройство выбора режимов коммутации 7,которое выдает игнал в систему 6импульсно"фазового управления тиристорами выпрямителя 1, переводя его винверторный режим, и одновременно вустройство 8 управления тиристором 3,включая его для шунтирования дросселя 2; а также в распределитель 11импульсов, изменяя состояние одногоциэ триггеров (выход 11), Через ключ9 режимов работы и устройство 10 уп" ,50равления тиристорами снимается управ-,ляющий сигнал с одного тиристора нн:вертора 4 и подается управляющий сигнал на следующий тиристор, которыйв свою очередь, подключает другуюобмотку якоря синхронной машины 5,В этот момент времени происходитрежим коммутации инвертора 4 путемзапирания тока выпрямителя.125770 7Возвращение выпрямителя 1 в выпрямительный режим и отключение тиристора 3 происходит после исчезновения тока двигателя и выдержки времени, равной времени восстановления з;пирающих свойств тиристора. Интегратор 16 продолжает интегрировать, а интегратор 18 интегрирует с нулевого состояния под действием изменяющегося (увеличивающегося налря О жения 0, с выхода интегратора 16.Последующие моменты коммутации происходят аналогично. Когда частота следования импульсов с компаратора 19 достигает определенной величины частота вращения ротора примерно 8-107 от номинальной, устройство выбора режима коммутации 7 в нужный момент вре б мени переключает ключ 9 на систему 12 Фазового управления. Следователь.но, инвертор 4 переводится в режим работы с естественной коммутацией с синхронизацией от напряжения, снимаемого с фаз обмоток синхронной машины 5 через датчик 13 напряжения. Одновременно прекращается подача сигналов управления с устройства 7 выбора режимов коммутации в систему 6 импульсно-фазового управления и устройство 8 управления тиристором 3.1. Вентильный электродвигатель можетбыть применен в электроприводах,в которых пусковой режим работы неявляется основным. Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я,40Вентильный электродвигатель, содержащий ротор с обмоткой возбуждения, статор с обмоткой якоря, подключенной к цепи питания переменного тока через преобразователь частоты со звеном постоянного тока, содержащий управляемый выпрямитель, дроссель с шунтирующим тиристором итиристорный инвертор, управляющиецепи тиристоров инвертора связанычерез переключатель с выходом системы импульсно-фазового управленияинвертором и выходом распределителяимпульсов, управляющие входы системы импульсно-Фазового управлениясвязаны с выходом датчика выходного,напряжения инвертора, устройствовыбора ражимов коммутации, выход которого связан с управляющим входомсистемы импульсно-фазового управления выпрямителем, управляющим входом шунтирующего тнристора и управляющим входом переключателя, блокопределения начального положения ротора, выход которого подключен кустановочному входу распределителяимпульсов, содержащий переключательдля подключения обмотки возбужденияк цепи переменного тока, и фазочувствительное устройство, вход которого связан с выходом инвертора, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения надежности, он снабжен датчиком входного тока выпрямителя, цепью задания момента нагрузки и модЕлирующим блоком, выполненным в виде соединенных последова- .тельно по входу-выходу первого и второго интеграторов и компаратора,второй интегратор выполнен с входомобнуления, первый вход первого интегратора соединен с выходом датчикавходного тока выпрямителя, второйвход первого интегратора связан с выходом цепи задания момента нагрузки, выход компаратора связан с управляющим входом распределителя импульсов ис входом обнуления второго интегратора,а вход устройства выбора режимов коммутации связан с выходом компаратора, 12577701257770 оставитель А, Санталовехред Л.Сердюкова КорректорМ, Демчик Редактор Л. Пчелинская Заказ 5036/5 писно роизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная ираж 631венного кометений и отЖ, Раушс ВНИИПИ Государс по делам изоб 113035, Москва, ета ССытийя наб,