Вентильный электродвигатель

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик оц 951582(5)М. Кл. Н 02 К 29/00 ЪеударствееЫ 1 комитет СССР ао делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения В.Ф. Шепелин и О.А. Серков Всесоюзный научно-и сследова тель ски й иконструкторский и технологический институт-рГт 1 еГгроения(54) ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ 1Изобретение относится к электро, технике, в частности к регулируемымэлектроприводам с вентильными электродви гателями,Известен вентильный электродвигатель, содержащий синхронную машину,выпрямительно-инверторный преобразователь, вспомогательные тиристорыдля пропускания тока фазы синхронноймашины, остающейся в работе, в момент коммутации тока фаз тиристоровинвертора путем кратковременного перевода тиристоров выпрямителя в инверторный режим, ключ для шунтирования входа системы импульсно-фазового управления выпрямителя и две логические схемы ИЛИ, подключенные черезКС-цепочки к датчику положения ротораи предназначенные для дифференцирования и суммирования фронтов сигналовгос датчика положения ротора Я,Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому является вентильный электродвигатель, в котором 2для расширения диапазона регулирования частоты вращения дополнительновведено устройство регулирования длительности шунтирования один входкоторого подключен к датчику нуля выпрямленного напряжения,Вентильный электродвигатель содержит выпрямитель, тиристоры инвертора,синхронную машину о якорными обмотками и роторными обмотками, сглаживающий дроссель с магнитосвязаннымиобмотками, два вспомогательных тиристора, систему импульсно-фазового управления выпрямителя, регулятор скорости, транзисторный ключ для шунтирования выхода регулятора скорости,устройство для регулирования длительности шунтирования, состоящее изстатического триггера, логическихэлементов И (при применении логикина транзисторах и-р-и проводимостисхем И-НЕ), логического элемента ИЛИ(при применении логики на транзисторах и-р-и проводимости-элемента И-НЕ),.два устройства дифференцирования илогического суммирования Фронтов сигналов с датчика положения ротора, состоящих из. ВС-цепочек и логическихэлементов ИЛИ, датчик положения ротора, логические элементы совпадения,для управления вспомогательными тиристорами, датчик нуля тока, тахогенератор,Коммутация токов тиристоров ин Овертора вентильного двигателя в зоне малых скоростей осуществляется путем перевода тиристоров выпрямителяв инверторный режим, При этом открывается также один. из вспомогательных тиристоров, создавая на времякоммутации контур для протекания тока в секции синхронной машины, остающейся в работе. На первом участкекоммутации ток в секции синхронной дмашины, выходящей из работы, и обмотке дросселя, связанной с ней черезтиристор инвертора, под действиемвстречной ЭДС сети снижается до нуля и тиристор инвертора закрывается.После перевода тиристоров выпрямителя в выпрямительный режим и подключения тиристоров инвертора к третьей обмотке машины в ней нарастает токдо установившегося значения. Шунтирование ключом выхода регулятйра скорости и перевод тиристоров выпрямителя в инверторный режим происходитв момент прихода сигналов с датчикаположения ротора и датчика нуля вы 3прямленного напряжения, т.е. в момент перехода выпрямленного напряже.ния через нуль при изменении его всторону отрицательного значения.Закрытие шунтирующего ключа и сня 40тие управляющего импульса со вспомогательного тиристора происходит посигналу с датчика нулевого тока 1.21.Недостатком вентильного электродвигателя является необходимость при 45менения в датчике нуля выпрямленногонапряжения, подключенного на зажимысилового выпрямителя, гальваническойразвязки (на магнитных или оптронныхэлементах) входных и выходных цепей,вКроме того, конденсаторы и сопротивления ВС-цепочек в вентильном двигателе должны выбираться из условий наличия на выходе логических элементовИЛИ сигнала длительностью большейдлительности межкоммутационного ин"тервала тиристоров выпрямителя (35 сек) и КС-цепочки получаются громоздкими,4Все это увеличивает массу и габариты вентильного двигателя.Целью изобретения является снижение массы и габаритов вентильногодвигателя.Поставленная цель достигается тем,что в вентильном электродвигателе,содержащем синхронную машину, якорныеобмотки которой подключены к источнику переменного напряжения с помощьюзависимого выпрямительно-инверторного преобразователя, два вспомогательных шунтирующих тиристора, регулятор скорости, систему импульсноФазового управления (СИФУВ) выпрямителем с узлом синхронизации от питающей выпрямитель сети, ключ, устройство,цля регулирования длительностишунтирования, один из входов которогоподключен к выходу логического элеомента И-НЕ, две логические схемы совпадения для управления вспомогательными тиристорами, первые входыкоторых подключены к выходу устройства для регулирования длительностишунтирования, два устройства дифФеренцирования и логического суммирования Фронтов сигналов с датчика положения ротора, состоящие, например, из ВС-цепочек и логическихэлементов ИЛИ, подключенными зажимами к соответствующим вь 1 ходам датчи"ка положения ротора, и датчик нулятока, введены логический элементИ-НЕ и два статических триггера, причем, входы введенного элемента И-НЕподключены на выходы узла синхронизации СИФУ выпрямителя, а выход подключен на второй вход устройства регулированяя длительности шунтирования, первые входы статических триггеров подключены соответственно к вы 9ходам первого и второго устройствдифференцирования и логического суммирования Фронтов сигналов с датчикаположения ротора, вторые входы подключены к датчику нуля тока, а выходы подключены на входы логическогоэлемента И-НЕ.На Фиг. 1 изображена схема вентильного двигателя при использовании логических элементов на транзисторахи-р-и проводимости; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу,На чертежах обозначено: О - напряжение питания выпрямителя; О 4 - напряжение на выходе выпрямителя;ток на выходе выпрямителя; 1 ф - ток951582 10 15 го 30 5фазы двигателя; О,1 - напряжение. на выходе устройства регулирования длительности шунтирования; О 2, Онапряжение на выходе статических триггеров 2 ч 25; ОО 11 - напряжение на выходе устройств дифференцирования и логического суммирования фронтовсигналов с .датчика положения ротора;О, - напряжение на выходе датчикануля тока.1 Вентильный двигатель содержит выпрямитель 1, который подключен через тиристоры инвертора 2-7 к якорным обмоткам синхронной машины 8 с ротором 9. В звено постоянного тока преобразователя включен сглаживающий дроссель с магнитосвяэанными обмотками 10 и 11. Имеется два вспомогательных тиристора 12 и 13 для пропускания тока некоммутируемой фазы синхронной машины, при коммутации тока тиристоров инвертора в области низких частот вращения путем переводавыпрямителя в инверторный режим, сис- г 5 тему импульсно-фазового управления выпрямителя 11 регулятор скорости.15 транзисторный ключ для шунтирования выхода регулятора скорости 16, устройство регулирования длительности шунтирования 17, состоящее иэ статического триггера 18 и логического элемента И-НЕ 19. Первый вход 6В исходном состоянии схемы, когда напряжение управляющего источника равно нулю углы управления тиристорами выпрямителя 1 составляют, например, 160 эл. град. Выпрямленный ток равен нулю, ротор 9 синхронной машины неподвижен, сигнал на выходе датчика тока 32 равен логическому нулю. В этом случае с выхода датчика положения ротора 28 снимаются два постоянных сигнала, которые подаются на управляющие электроды тиристоров, например 3 и 5. Постоянный сигнал с датчика положения ротора через логические устройства 26 и 27 не проходйт и на их выходе присутствует логическая единица, которая не влияет на состояние статических триггеров 211 и 25, выполненных на транзисто 1рах и-р-и проводимости. Нулевым сигналом с датчика нуля тока 3 1 статические триггеры 24 и 25 переводятся в состояние, когда на их выходах появляются логические единицы, которые подаются на вход логического элемента И-НЕ 23. На выходе логического элемента И-НЕ появляется логический нуль, который переключает статический триггер 18 в состояние, когда на его выходе сигнал отсутствует - логический нуль. Тиристоры 1,2, 13 закрыты, транзистор 16 закрыт также.подключен на вход системы импульсного управления с генератором пилообразного напряжения 22; второй вход устройства регулирования длительности шунтирования подключен через логический элемент И-НЕ 23, статические триггера 2 ч 25 и устройства дифференцирования и логического суммирования фронтов сигналов с датчика положения ротора 26, 27 на вход датчика положения ротора 28, Для управления вспомогательными тиристорами имеются логические схемы совпадения 29и 30, первые входы которых подключены на выход устройства регулированиядлительности шунтирования, а вторые входы к выходам соответствующих статических триггеров 2 ч и 25, Имеется датчик тока 31, выход которого подключен на выходы статических триггеров и тахогенераторов 32, подключен"ный на выход регулятора скорости 15; 404550 устройства регулирования длительности шунтирования подключен через логи 35ческий элемент И-НЕ 20 на выход узласинхронизации СИФУ 21, который также При подаче управляющего напряжения с источника ОС 4 на вход регулятора15 напряжение на его выходе растет, углы управления тиристорами выпрями.теля становятся меньше 90 эл. град, на его выходе появляется напряжение и по двум секциям якорной обмотки 8, подключенной к выпрямителю двумя от", крытыми тиристорами 3 и 5, начинает протекать ток, создавая вращающий момент. Ротор синхронной машины поворачивается и при определенном его положении на одном из выходных зажимов датчика 28 сигнал исчезает, а на другом появляется (на тиристоре 3 сигнал исчезает, а на тиристоре 4 сигнал появляется), При этом появляющийся сигнал с датчика 28 проходит через устройство 21 на вход триггера 25 на входе триггера 25 появляется логический нуль), триггер переключается, на входе логического эле-. мента И-НЕ 19 появляется логический нуль, а на ее выходе - логическая единица.951582 В момент появления логической единицы с логической схемы И-НЕ 30 (на выходе узла синхронизации в момент перехода линейного напряжения сети через нуль, что равнозначно ра венству нуля выпрямленного напряжения выпрямителя, появляется логический нуль) на выходе логического элемента И-НЕ 19 появляется логический нуль, который переключает триггер 18.При переключении триггера 18 сигналом транзистор 16 открывается и вход СИФУ 1 ч шунтируется. Углы управления тиристорами выпрямителя уста навливаются равными 16, эл.град. и напряжение сети оказывается включенным встречно направлению тока выпрямителя. Одновременно через логическую схему совпадения 30 открывается 2 О тиристор 13 и ток секции якорной обмотки, остающейся в работе, в это время протекает через тиристор 13 и полуобмотку дросселя 11, несколько увеличиваясь за счет электромагнитной 25 энергии полуобмотки 10, ток в которой спадает до нуля.1 Формула изобретения Вентильный электродвигатель, содержащий синхронную машину, якорные обмотки которой подключены к источнику переменного напряжения с помощью зависимого выпрямительно-инверторного преобразователя частоты, два вспдмогательных шунтирующих тиристора, регулятор скорости, систему ймпульсно-Фазового управления выпрямителем с узлом синхронизации от питающей выпрямитель сети, ключ, устройство После снижения тока выходящей из работы секции якорной обмотки доЗО нуля и закрытия тиристора 3 триггер 25 сигналом с датчика нулевого тока 31 переключается в исходное состояние, когда на его выходе логическая единица, на выходе логического элемента И-НЕ 23 появляется логический нуль и триггер 18 также переключается в исходное состояние, когда на выходе его сигнал отсутствует, транзистор 16 закрывается и сигнал с управ 4 О ляющего электрода тиристора 13 снимается. При этом вход СИФУ расшунти руе тся, у глы уп ра вл ения ти ри сто,рами выпрямителя становятся меньше 90 эл. град, и на выходе выпрямителя45 появляется положительное напряжение, под действием которого ток вступающей в работу сеКции якорной обмотки нарастает до номинапьного значения, После выравнивания токов в катушках 10 и 11 дросселя тиристор 13 закрыва 5 О ется.Таким образом, сигнал на выходе устройства регулирования длительности шунтирования на открытие вспомогательного тиристора и на начало коммутации появляется так же, как и в известном вентильном электродвигателе, в момент равенства нулю выпрямленного йапряжения, но необходимость примейения датчика нуля выпрямленного напряжения отпадает, что снижает массу и габариты вентильного двигателя.Кроме того, поскольку статические триггеры переключаются от входного сигнала практически любой длительности, то ВС-цепочки могут быть выбраны с постоянной времени заряда емкости на 2 порядка меньшей (несколько десятков мксек), что также снижает массу и габариты вентильного двигателя.Использование данного технического решения позволит уменьшить стоимость одной панели управления вентильным двигателем по сравнению с вариантом вентильного двигателя с датчиком нулевого напряжения, выполненного с оптронной развязкой, а также снизить ее массу и габариты.Вентильный двигатель может быть выполнен с однообмоточным сглаживающим дросселем или без него. В этом случае вспомогательные тиристорь 1 подключаются одним электродом к нулевой точке синхронной машины, а вторым к соответствующим выходным зажимам инвертора.Кроме того, при отсутствии вывода нулевой точки синхронной машины может быть установлен дополнительный выпрямитель, подключенный зажимами переменного тока к секциям синхронной машины, В этом случае вспомогательные тиристоры подключаются вторыми зажимами к противоположным зажимам вспомогательного выпрямителя.ЭФФект снижения колебаний момента синхронной машины в момент коммутации тока фаз в.обоих случаях, будет наблюдаться, но в несколько меньших размерах, чем при наличии сглаживающего дросселя и вывода нулевой точки синхронной машины.1для регулирования длительности шунтирования,один из входов которого подключен к выходу логического элементаИ-НЕ, два логических элемента совпадения для управления вспомогательными шунтирующими тиристорами, первые входы которых подключены к выходу устройства для регулирования длительности шунтирования, два устройства дифференцирования и логического 1 Осуммирования фронтов сигналов с датчика положения роторов, состоящие,например, из КС-цепочек и логическихэлементов ИЛИ, подключенных входнымизажимами к соответствующим выходам 15датчика положения ротора, и датчикнуля тока, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью снижения массы игабаритов, в него дополнительно введены логический элемент И-НЕ и два ста- гвтических триггера, причем входы введенного логического элемента И-НЕподключены к выходам узла синхронизации системы управления выпрямителем, а выход подключен на второй входустройства регулирования длительности шунтирования; первые входы статических триггеров подключены соответственно к выходам первого и второгоустройств дифференцирования и логического суммирования фронтов сигналов с датчика положения ротора, вторые входы подключены к датчику нулятока, а выходы подключены на входылогического элемента И-НЕ. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1, Авторское свидетельство СССР М 499635, кл. Н 02 К 29/00, 1972. 2. Авторское свидетельство СССР М 692015, кл. Н 02 К 29/00, 1977г. Ужгород, ул. Проектная,НИИПИ Заказ 5967/б лиал ППП цПа 951582 раж 721 Подписно