Вентильный электродвигатель

Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 14,07,77(2 2509797/24-07 (51)М. Кл,с присоединением заявки М 2 Н 02 К 29/02 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(71) ЗаяВИТЕЛЬ Чувашский государственный университет им. И. Н,ульянова(54) ВЕНТИЛЬНЫ 11 ЭЛЕКТРРОДВИГАТЕЛЬ Изобретение относится к областиэлектротехники и может быть использовано при создании электродвигателейс бескотактной коммутацией.Известен вентильный электродвигатель, содержащий якорь, с обмоткой,соединенной с выходом инвертора ииндуктор с обмоткой возбуждения,включенной в цепь постоянного токаинвертора и соединенной через отсекающий диод с дополнительным источником питания 111.Недостатком известного электродвигателя является сложность егоэксплуатации,Наиболее близким по техническойсущности к предложенному изобрете"нию является вентильный электродвигатель, содержащий якорь с многосекционной обмоткой, подключеннойк выходу инвертора с естественнойкоммутацией и тактовой синхронизацией по напряжению якоря и имеющегодроссепь в цепи выпрямленного тока,индуктор с обмоткой возбуждения идополнительный источник питания цепивозбуждения (2),Недостатком известного двигателяявляется недостаточно высокая перегрузочная способность и устойчивость,особенйо в динамических режимах,Цель изобретения - повышение перегрузочной способности и устойчивости двигателя,11 оставленная цель достигаетсятем, что обмотка возбуждения и ееисточник питания соединены междусобой последовательно и подключеныпараллельно дросселю, а источник питания снабжен регулятором, охваченным жесткой нелинейной положительнойобратной связью по потребляемомутоку, например, токовой отсечкой.Сущность изобретения поясняетсячертежами, где на фиг.1 представленапринципиальная схема вентильногодвигателя о регулятором возбуждения,на фиг.2 даны в относительных единицах вольт-амперные характеристики регулятора возбуждения и токораспредв,ление в вентильном двигателе,на фиг.3 приведена структурная схема вентильного двигателя с предлагаемым регулятором возбуждения, а на фиг,4 - характеристики двигателя,Электродвигатель содержит трехфазный синхронный двигатель (СД) 1,инвертор тока на управляемых полупроводниковых вентилях(тиристорах) 2, 699 б 17управляемый выпрямитель 3, системаимпульсного фазового управления(СИФУ) инвер",ором 4, обмотка возбуждения СД 5,источник независимого возбуждения.б, блок управления этим источником 7, сглаживающий дроссель 8,узел нелинейной положительной обратной связипо току нагрузки - токовойотсечки 9, СИФУ выпрямителя 10.На чертежахданы следующие условныеобозначения: 11. - график изменениятока возбуждения, необходимый (требуемый) для обеспечения постояннойвеличины магнитного потока в зазоре(Рь =сонэ), 12 - график изменениятока возбуждения в функции тока нагрузки в интервале действия токовойотсечки, 13 - график изменения сигнала положительной обратной связи потоку нагрузки с отсечкой ( Ь,. ),14 - график изменения суммарйогосигнала управления на входе независимого источника возбуждения15 - график изменения тока возбуждения в функции жесткой непрерывнойположительной обратной связи по токунагрузки;в) 0 ви,ц- входные25.сигналы управлейия соответственновыпрямителя, инвертора, независимого источника возбуждения; о - сигнал непрерывной положительной жесткойР лобратной связи по току нагрузки,11"- то же внешней обратной связиосс отсечкой,Источник постоянного напряжения6. (фиг.1) вместе с блоком управления7, обмоткой.,возбуждения 5 синхронного 15двигателя 1, сглаживающего дросселя 8 и узла отсечки 9 составляет регулятор возбуждения. Оннагружен через обмотку возбуждения5 двигателя 1 на дроссель 8. 40В режиме холостого хода вентилвного двигателя возбуждения синхронной машины 1 обеспечивается неэависимям источником питания регулято ра возбуждения, а электрическая угловая частота его ротора (скорость ротора) определяется соотношением:Ъ 1 ци , - г(д ЕР где Ц - первая гармоника фазногопнапряжения двигателя,1. С 1 - индуктивность взаимоиндукции по продольнойоси синхронной машины,60- приведенный к обмоткестатора ток возбужденияпри холостом ходе СД,При статическом нагружении двигателя, его скорость опоеделяется по ско ростной характеристике, описываемойвыражением:У со - Э г ГПС Ч гп3. 13 соь(сР +6)-Э " 1 ОЬЯЯ(сУ,-В) где Э, ср первая гармоника выходного тока инвертора иугол сдвига между этимтоком и напряжением статора СИ, - полные индуктивности синхронной машины по осямд и ,активное сопротивлениефазы обмотки якорясинхронного двигателя,приведенный к обмоткеякоря ток возбуждениясинхронного двигателя,угол нагрузки СД,иэ которого следует, что наклон (жесткость) скоростной (механической) характеристики системы в любой точке зависит от соотношений меЖду 8(щ1 и Ч 1 . При. нерегулируемом токе возбуждения (3 - сал 61 ) и эаданнум параметре упрайления ср с ростом мо. -Я мента сопротивления на валу,."1 и, следовательно, угла нагрузки 3 растет скорость двигателя, придавая, таким образом, скоростной механической характеристике положительную жесткость, делающую невозможным устойчивую работу двигателя под нагрузкой.Для получения устойчивых механических характеристик с заданным статизмом требуется изменениетока обмотки возбуждения двигателя, следовательно и тока независимого источника питания в функции тока нагрузки по определенному,.исходя иэ требований регулирования, закону.Обобщенный аналитический закон регулирования тока возбуждения в функции нагрузки и скорости при заданном параметре управления ( , :сола 1 ) получается из вышеприведенного уравнения скоростной характерис тики: Ц СР 5 +- 1/510 с)+ 8)зпо+51 л с(,Еысо 61 Ю,ФО)Б 1 п 3В Связь этого тока с током нагрузки для получения, например, устойчивых статических механических характеристик конечной (отрицательной) жесткости обнаруживается через магнитный поток в воздушном зазоре синхронного двигателя, который при этом должен оставаться постоянным р : солИ(1(Р) ф 1 (Р)+БЕ (Р)ф 2(Р)п 4")= ) где 9/(Р) - характеристический полином вентильного двигателя4-го порядка,9/1(Р)1%2(Р) - соответствующие многочлены 3-го порядка по управляю ляющим воздействиям состороны входной цепи инвертора Юс( и возбуждения СД ЫЕ показыва- ЗОет, что при отсутствии регулированияпо каналу входа инвертора или по каналу возбуждения синхронной машины вентильный двигатель неустойчив, поскольку некоторые коэффициенты характе ристического уравнения отрицательны,Сравнительно просто устойчивая работа,т.е, стабилизация скорости ВД при любых воэмужениях по току нагрузки,обеспечивается при воздействии наканал возбуждения с помощью данногорегулятора возбуждения. Это следуетиз уравнения, приведенного к статору,электрического равновесия по каналувозбуждения в схеме этого регуляторабез токовой отсечки,фЕ+ 1 а 1 др(1+тдрР),Где ф - полное, приведенноетору, потокосцепление обмоткидения синхронного двигателя 5 О к ставо збужУЕ-, МЯи 1 (Р)сЕ=)-, +Ь(4 9 д1 Т) ( 1Ь 2= 1 РЕ+ "Э+ "аР положения ротора вентильный двигатель,аналогично некомпенсированной коллекторной машине постоянного тока с нежестко закрепленным щеточным механизмом весьма чувствителен к возмущениямпо любому каналу, проявляемым через 5ток нагрузки Причем при малых углахопережения отпирания вентилей В( инвертора обеспечивающих лучшее испольэование синхронной машины /Ь 1= Ч 1- -10предел динамической устойчивости системы в целом ограничивается инверторомПри сравнительно больших углах3 т.е. при малых со 5 ц)1 этотпредел ограничивается по допустимомутоку двигателя,15Анализ передаточной функции двигателя по этому. токуток демпферной обмоткиСД по продольной оси ииндуктивность ее,Анализ этого уравнения показывает наличие в канале возбуждения внутренней положительной обратной связи по току нагрузки и его производной одновременно, т.е,атос( ) б Р + Ь действующих в направлении компенсации размагничивающей составляющейтока нагрузки. При Р Оокоэффициент усилиянезависимого источникапо напряжению.едаточная функция ВД прис помощью регуляторатсечкн выразится уравТеперь пеоегулированибез токовой онением.с 1,Р+ Ь,й (Р) =Ж (Р)Р 1 т фоСт 1 которой соответствует полная структ ная схема вентильного двигателя с данным регулятором, приведенная на фиг,2.Таким образом электродвигатель может быть использован для механизмов к ак с плавно меняющейся нагрузкой (насосов, вентиляторов), так и переменной либо резко переменной Ц 1 М 1 (Ж + )у (Р) т 2(Р) 1 э (р)П 1Л 1(р)С,Р+ Ь 1где м 1(Р) = юl(Р)"12 2которому соответствует структурнаясхема фиг.2 Анализ К (Р) показываетвыполнение условий устойчивости ВД.При регулировании с ср: соп 61 вовсем диапазоне нагрузок в операторномвыражении 1 Е(.Р) появится член,учитывающий действие канала отсечки,а передаточная функция системы будетнагрузкой (воздуходувок, поршневыхкомпрессоров и др.). ФоРмУла изобретенияВентильный электродвигатель, содержащий. якорь с многосекционной обмоткой, подключенной к выходу инвертора и естественной коммутаци-. ей и тактовой синхронизацией по напряжению якоря и имеющего дроссель в цепи выпрямленного тока,индуктор с обмсткой возбуждения и дополнительный источник литания цепи возбуждения,о тл и ч а ю щ и й с я тем,что,с целью повышения перегрузочной способности и устойчивости, обмотка возбуждения иее источник питания соединены междусобой последовательно и подключены параллельно дросселю, а источник питания снабжен регулятором, охваченным жесткой нелинейной положительной обратной связью по потребляемомутоку, например, токовой отсечкой.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе699617 г. Составитель А. Санталовов Техред Л,Алферова Корректор И,Стец дактор Д сное лиал ППП Патентф, г.ужгород Ул ная,4 аказ 7242/5 ЦИИИПИ по д 113335, Тираж 857Государственноголам изобретенийосква, Ж, Рауш По комитета СС открытий . ская наб.,д