Вентильный электродвигатель

(19) 51) Н 02 К 29/00 ОПИС Е ИЗОБ ТЕН ВИДЕТЕЛЬСТВ Н АВТОРСКОМл 382(088.8)ктроснабжегистр 19ВентильныйдвигатеМ.,рмула 1-25485,05.02.75. хЛ, Оредля центроых нефте- нефтяное м пью ираравбмо рео ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ"Энергия", 1977, с, 33, фо3. Патент Японии М.:. 50-3кл. 55 С 2 Р 7/00, опублик4. Русов Е Коровинскигулируемом электроприводебежных насосов магистральнгазопроводов, - "Машины иоборудование", 1979, У 6,(54) (57) ВЕНТИЛЬНЫИ ЭЛЕКТРОДВИГ содержащий синхронную машину, о ка якоря которой соединена с це питания через управляемые выпря тель и инвертор, блок фазового равления тиристорами инвертора, лятор скорости, датчик частоты щения, датчик тока двигателя, у ляемый выпрямитель для питания ки возбуждения, Функциональный разователь, датчик тока возбужденияи регулятор тока возбуждения, подключенный входом к датчику тока возбуждения и через функциональный преобразователь к датчику тока двигателя,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения энергетических показателей путем осуществления работы вентильного двигателя в режимеподдержания постоянного момента, в него введены датчик постоянного напряжения инвертора, датчик напряжения на обмотке якоря, усилитель, делитель, блок арккосинуса, перемножитель и сумматор, функциональный преобразователь содержит подключенныек датчику тока двигателя второй перемножитель,и второй сумматор, который через второй перемножитель и блоарккосинуса подключен к делителю,первый вход которого через усилительподключен к датчику напряжения наобмотке якоря, а второй вход черезвторой сумматор - к датчику постоянного напряжения инвертора и к второ"му перемножителю, входы которогосоединены с датчиком тока двигателяи датчиком частоты вращения, выходрегулятора скорости подключен к блоку фазового управления тиристорамиинвертора.Изобретение относится к электротехнике, конкретнее к вентильным электродвигателям, и может быть использовано в приводах насосов и перекачивающих агрегатов, где необходи-мо управлять их производительностью.Повышение экономической эффективности работы насосных и компрессорных станций тесно связано с регулируемыми безредукторными синхронными 1 О электроприводами. Решению этой задачи способствует применение системы регулируемого электропривода по схеме вентильного двигателя, включающего синхронно машину и упрваляемые вы прямитель и инвертор 13.В случае узкого диапазона регулирования скорости прицода целесообразно регулировать ее изменением угла управления / тиристоров инвертора, 2 О так как это позволяет иметь в схеме привода более простой, неуправляемый выпрямитель Г 1 и 23. К тому же, регулирование скорости по каналу управляемого выпрямителя изменением 25 угла управления с его тиристоров имеет недостаток, связанный с тем, что с увеличением глубины регулирования угла О растут нелинейные искажения в сети, сказывающиеся на коэффициен- ЗО те реактивной мощности в узле нагрузок.Возможность регулирования скорости изменением угла д видна из 1 3:35К,С, ,.зргде и - частота вращения;Б- напряжение на входе инвертора;К - коэффициент схемы, по кото Орой собран инвертор;С - постоянный коэффициент, зависящий от конструкции машины.Известно устройство для возбуждения вентильного двигателя, содержащего синхронную машину, управляемые выпрямитель и инвертор с обмоткой возбуждения, включенной в рассечку между. выпрямителем и инвертором и обтекаемой постоянным током, пропорциональным выпрямпенному току двигателя СЗ 2.Недостатком этого устройства является зависимость возбуждения от 55 работы управляемого выпрямителя и управляемого инвертора вентильного двигателя, а также то, что оно не обеспечивает работу вентильного двигателя в режиме поддержания постоянного момента при регулировании скорости изменением угла управления тиристоров инвертора.Наиболее близким по тех ической сущности и достигаемому результату к изобретению является вентильный электродвигатель, содержащий синхронную машину, обмотка якоря которой подключена к цепи питания через управляемые выпрямитель и инвертор, блок фазового управления инвертором, регулятор скорости, датчик частоты вращения, датчик тока двигателя, управляемый выпрямитель для питания обмотки возбуждения, функциональный преобразователь, датчик тока возбуждения и регулятор тока возбуждения, подключенный к датчику тока возбуждения и через функциональный преобразователь к датчику тока двигателя. Управление скоростью двигателя осуществляется изменением величины постоянного напряжения на входе инвертора. Источником этого напряжения является управляемый тиристорный .выпрямитель с импульсно-фазовым управляющим устройством. Изменение величины выходного напряжения выпрямителя осуществляется регулированием угла управления Ы его тиристоров 43.Известное устройство в состоянии обеспечить работу в режиме поддержания постоянного момента при регулировании его скорости по каналу управляемого выпрямителя, однако оно не обеспечивает такую работу при регулировании скорости изменением угла управления тиристоров инвертора, так как в этом случае недостаточно управлять возбуждением только в зависимости от тока двигателя.Цель изобретения - повышение энергетических показателей вентильногоэлектродвигателя.Цель достигается тем, что в устройство, содержащее синхронную машину, обмотка якоря которой соединена с цепью питания через управляемые выпрямитель и инвертор, блок фазового управления тиристорами инвертора, регулятор скорости, датчик частоты вращения, датчик тока двигателя, управляемый выпрямитель для питания обмотки возбуждения, функциональный преобразователь, датчик тока возбуж50 дения и регулятор тока возбуждения,подключенный входом к датчику токавозбуждения и через функциональныйпреобразователь к датчику тока двигателя, введены датчик постоянногонапряжения инвертора, датчик напряжения на обмотке якоря, усилитель, делитель, блок арккосинуса, перемножитель и сумматор, функциональный преобразователь содержит подключенные 1 Ок датчику тока двигателя второй перемножитель и второй сумматор, который через второй перемкожитель иблок арккосинуса подключен к делителю, первый вход которого через усилитель подключен к датчику напряжения на обмотке якоря, а второй входчерез второй сумматор - к датчику,постоянного напряжения инвертора ик второму перемножителю, входы которого соединены с датчиком тока двигателя и датчиком частоты вращения,выход регулятора скорости подключенк блоку фазового управления тиристорами инветора. 25На фиг. 1 и 2 приведена структурная схема вентильного электродвигателя для возбуждения вентильногодвигателя,Вентильный электродвигатель содер- Зжит синхронную машину 1, с обмоткойякоря 2 которой соединен зависимыйинвертор 3, блок 4 импульсно;фазового управления которого связан с блоком 5 выделения коммутирующей элект 35родвижушей силы, соединенным с обмоткой якоря 2.Управление тиристорами инверторав зоне частот, превосходящих 3 Гц(пусковой режим не рассматривается),40осуществляется синхронно с частотойвращения двигателя по коммутирующейсверхпереходной ЭДС, получаемой изнапряжения на зажимах двигателя с помощью блока 5.Инвертор 3 через сглаживающий реактор 6 связан с подключенным к сетиуправляемым выпрямителем 7, имеющимблок 8 импульсно-фазового управлеВ вентильном двигателе осуществля,ется регулирование скорости с подчиненным регулированием тока двигателя, отличающееся высокими показателями качества. На вход 4 подан выход ре гулятора 9 тока двигателя. Вход регулятора 9 соединен с выходом его схемы 10 сравнения, один вход которой 1соединен с выходом датчика 11 тока двигателя, чувствительным элементом которого служит трансформатор 12 тока, а второй вход соединен с выходом регулятора 13 скорости, чей вход соединен с выходом его схемы 14 сравнения, один вход которой соединен с выходом датчика 15 частоты вращения, а второй вход соединен с выходом задатчика 16 скорости.Устройство возбуждения содержит включенный на обмотку 17 возбуждения и подсоединенный к сети управляемый выпрямитель 18 возбуждения, вход блока 19 импульсно-фазового управления которого соединен с выходом регулятора 20 тока возбуждения, чей вход соединен с выходом его схемы 21 сравнения, один вход которой соединен с выходом датчика 22 тока возбуждения, чувствительным элементом которого является трансформатор 23 тока, авторой вход соединен линией 24 с функциональным преобразователем 25, который линией 26 соединен с датчиком 11 тока двигателя.. Вустройство введены датчик 27 постоянного напряжения инвертора, датчик 28 выпрямленного тока инвертора, чувствительным элементом которого служит шунт 29, датчик 30 напряжения на обмотке якоря, вычислитель 31 угла управления тиристоров инвертора.Функциональный преобразователь 25 состоит из двухвходового перемножителя 32 и с ним последовательно соединенного сумматора 33, причем на один из входов каждого из них подан выход датчика 11 тока двигателя по линии 26, на второй вход перемножителя 32выход вычислителя 31, входы которогосоединены с выходами датчиков 27, 28, 30 и 15 соответственно линиями 34 - 37.Вычислитель 31 состоит из усилителя 38, перемножителя 39 с двумя входами, сумматора 40, делителя 41 и блока 42 арккосинуса. Вход блока 42 соединен с выходом делителя 41, первый вход которого соединен с выходом сумматора 40, а второй вход соединен с выходом усилителя 38, вход которого соединен с выходом дат чика 30, первый вход сумматора 40 соединен с выходом перемножителя 39, . а второй вход соединен с выходом датчика 27, первый вход перемножите(в) 1 О где РКв ос 3ном Рассматривая совместно выражения(7) В ш 101 .м 1 о во тс Р в д К 1 К тс КРК15К ф Р вд нем "+ р Кв "осРегулировку тока возбуждения в зависимости от тока двигателя при переменном угле а можно осуществить, если выполнить функциональный преобразователь в устройстве Г 33 с коэффициентом передачи по формуле (8).Введение в устройство параметра ф обуславливает необходимость иметь в его составе вычислитель угла 7 о. Одна из возможных схем вычислителя угла управления тиристоров инвертора реализует алгоритм определения угла 15 из формулыЗО О: Ч/2 Осоз/5+=3, Х 112 йОо (М5 УЗ 3а = Ывгде П - фазное напряжение на обмотке статора двигателя;Э. - среднее значение выпрямдрленного тока инвертора;П,1 - постоянное напряжение навходе инвертора-;Х - индуктивное сопротивлениефазы обмотки статора, ограничивающее ток короткогозамыкания при коммутациитиристоров при номинальнойчастоте вращения;ЛБ - падение напряжения в откры"45атом тиристоре (весьма малая величина).Индуктивное сопротивление Ха(Ха= :ю). ) зависит от частоты вращения двигателя 50 Хан и Хцг - , ИО/ дн где Х -Ха - при номинальной частоте вращения; и - величина номинальной Н частоты вращения; и - текущее значение частоты вращения.Вычисление угла р производитсяпо формуле, полученной из (9) где Б - линейное напряжение на облмотке статора двигателя.Аналоговые измерители величины Ц , 2), Б должны быть подсоединены к соответствующим выводам инвертора на стороне постоянного тока (Б,1 , Э с 1 ) и на стороне переменного тока (Бд). На вход вычислителя доложен поступать сигнал, пропорциональный величине и, от датчика частоты вращения. Датчик выпрямпенного тока инвертора Э 1 по существу тот же датчик тока двигателя ) (связаны соотношением 3=0,817 Э ), так что сигьналом на выходе последнего можно пользоваться для вычисления угла.Задание скорости о осуществляется в соответствии с величиной давления Р в трубопроводе за перекачивающей станцией. Схема задатчика осуществляет выполнение функциональной зависимости и (Р) и функциональной зависимости 15(п). Здесь не рассматривается устройство схемы задатчика, как не имеющей непосредственное отношение к устройству возбуждения. Зависимость (п) просчитывается и уточняется экспериментально.Устройство работает следующим образом.Пусть заданный задатчиком 16 сигнал сравнивается в блоке 14 с величиной сигнала от датчика 15 оборотов и результат сравнения пбступает на вход регулятора 13 скорости. Величина выходного сигнала блока .13 служит заданием для регулятора 9 тока двигателя. В блоке 1.0 сравниваются величины сигналов от регулятора 13 и от датчика 11 тока двигателя, и результат сравнения подается на вход регулятора 9 тока. Выходной сигнал регулятора 9 воздействует на блок 4 импульсно-фазового управления инвертора 3, устанавливая значение угла управления тиристоров инвертора, соответствующее заданной скорости.Действующее в системе значение угла управления тиристоров инвертора вычисляется блоком 31 в соответствиис выражением (11) . Величины сигналовот датчика 28 выпрямленного токаинвертора и от датчика 15 оборотовперемножаются в инвертирующем перемножителе 39 с коэффициентом усиления В,и результат операции складывается с величиной сигнала от датчика 27 постоянного напряжения инвертора.в сумматоре 40. В делителе 4 1осуществляется деление выходной величины сумматора 40 на выходную величину усилителя 38 с коэффициентомусиления Кз, на вход которого поступает сигнал от датчика 30 линейногонапряжения на обмотке статора. Вблоке 42 арккосинуса осуществляетсявычисление функции арккосинуса позначениям аргумента от делителя 41.Выходом блока 42 является действующее в системе значение угла управления тиристоров инвертора. По сигналам от вычислителя 31 и датчика 11 тока двигателя в перемножителе 32 осуществляется перемножение, и результат операции с весовым коэффициентом К" в сумматоре 33 складывается с сигналом от датчика 11 тока двигателя с весовым коэффициентом К. Величина сигнала на вы - ходе сумматора 33 является заданием для регулятора 20 тока возбуждения.В блоке 21 сравнения сравниваютсязадание от блока 33 и.величина сигнала от датчика 22 тока возбуждения, 5 По результату сравнения регулятор120 вырабатывает сигнал управления,поступающий на вход блока 19 импульсно-фазового управления выпрямителявозбуждения. Устанавливается соответствующее напряжение возбуждения, итакой ток в обмотке 17 возбуждения,который в соответствии с выражениями(2), (3) и (8) компенсирует размагничивающее действие реакции якоря. Подачей сигнала от датчика 22 тока возбуждения на вход блока 21 сравненияосуществляется стабилизация токавозбуждения при колебаниях напряжения питания выпрямителя 18.Вентильный двигатель в режиме поддержания постоянного момента благодаря точной компенсации размагничиваю -щего действия реакции якоря, достигаемой коррекцией коэффициента переДачи системы автоматического управления током возбуждения по току двигателя в зависимости от величины угла управления тиристорами инвертора, имеет повышенные энергетические лов казатели при работе в механизмах с переменной скоростью вращения.1141526 ПодписноСР 09/42 Тираж 646 ВНИИПО Государственного по делам изобретений 113035, Москва, Ж, Ромитет открыт кая наб.,лиал 1 Н 1 П "11 чтент", г.ужгород, ул,Проектная, 4 Составитель А.Санталов Редактор Н.Данкулич Техред М.Надь Корректор И. Эрдей