Вентильный электродвигатель

СОЮЗ СОВЕТСНИХиввлииввсиивРЕСПУБЛИН 1 Р 4 Н 02 К 29/06 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВ ГОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Всесоюзный ордена ТрудовогоКрасного Знамени научно-исследовательский, проектно-конструкторский итехнологический институт релестроения(56) Авторское свидетельство СССРВ 970578, кл. Н 02 К 29/00, 1976.(57) Изобретение относится к электротехнике, а именно к эл. машинам.Целью изобретения является повышениенадежности вентильного электродвигателя (ВД). ВД содержит синхронную машину 1, секции якорной обмотки которой через инвертор 2 подключены к источнику 3 регулируемого напряжения.Имеются датчик 9 положения ротора,индикатор 1 О направления вращения,генератор 11 пилообразных напряженийи нуль-органы 12-14 с различным уров) Э нем смещения рабочей точки. В каждыйканал введено по три логических элемента (Э) совпадения. В первом канале это логические Э 16-18. Первыевходы этих Э непосредственно или через ключи 19 подключены на выходы соответствующих нуль-органов, Вторыевходы подключены на соответствующиеустройства 20 преобразования сигна"лов с датчика 9 положения ротора вимпульсы длительностью 60 эл, град.В этот канал входят также инвертирующие логические Э 22 и 58, логическиеЭ совпадения 23, 24, 29, 30, статический триггер 38 и ключ 39. Дополнительно введены блок 54 определениярежима работы, блок 55 сравнения фактического уровня скорости с заданными статический триггер 57, Первый входстатического триггеуа через Э совпадения 56.связан с выходами блока 54 Изобретение относится к области электротехнике,в частности к вентильным электродвигателям ВД) регулируемого электропривода переменно- го тока, может найти применение в5 электроприводах металлорежущих станков и других механизмов и является усовершенствованием устройства по авт. св. М 970578. Цель изобретения " повьппение надежности вентильного электродвигателя. На фиг, 1 представлена принципиальная схема предлагаемого вентильного электродвигателя; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.На фиг. 2 показаны графики измене-ния составных частей момента двигателя в зависимости от угла поворота ротора, развиваемого отдельными фазами якорной обмотки при обтекании их током 1, момент рассчитывается по формуле определения режима работы и блока 55,а второй вход через дифференцирующиецепочки 21 связан с датчиком 9 положения ротора. Блок 54 определениярежима работы содержит логические ЭИ-НЕ 59-62, а статический триггер 57логические Э И-НЕ 63 и 64. Благодарявновь введенным Э процесс переключенийзон управления тиристоров инвертора вентильного электродвигателяпроисходит после смены направлениявращения и совпадает с моментом выдачи очередного управляющего импульсана тиристоры инвертора, что исключаетвозможность подключения в момент перехода скорости двигателя через нульсекций обмотки, не соответствующихзаданному направлению вращения. Этоуменьшает дополнительные колебанияскорости и повьппает надежность в работе ВД, 2 ил. где Р - мощность фазы двигателя;- скорость вращения роторадвигателя;Е - мгновенное значение ЭДС вращения.ю д ру Б 51 у ЦБу Ббпр У ипр д ставляют собой логические сигналы на выходах соответствующих элементовсхемы фиг. 1,ВД содержит синхронную машину 1,секции якорной обмотки которой черезинвертор 2 подключены к источнику 3регулируемого напряжения, состоящего, например, из регулируемого выпрямителя 4 с системой 5 импульснофазового управления, системой б регулирования тока и скорости, датчиком 7нулевого тока, задатчиком 8 скоростии направления вращения. Имеется датчик 9 положения ротора.К выходам каналов датчика путиподключены входы индикатора 10 направления вращения и генератора 11пилообразных напряжений, содержаще;го, например, счетное устройство ипреобраэователь код-аналог. Выход генератора пилообразных напряженийподключен на входы нуль-органов 12 272413Вторые входы логических элементов 29 и 30 совпадения второй группы объединены и подключены через логический элемент И-НЕ 34 на выходы 45 узла 35 дифференцирования Фронтов сигналов с индикатора направления вращения, узла 36 Фиксации исходного состояния схемы, представляющего из себя, например, релейный элемент, включенный в исходном состоянии схемы, и логическое устройство 37 бестокового переключения режимов работы. Соответствующие выходы дополнительно введенных логических элемен тов совпадения первой и второй групп объединены и подключены на входы статических триггеров (для первого 50 14, имеющих разный уровень смещениярабочей точки. Вторые входы нуль-органов объединены и подключены к выходу задатчика 1.5 угла управленияинвертором. Имеется по три на каждый 5канал логических элемента совпаденияс объединенными выходами (на первыйканал логические элементы 16-18),первые входы которых непосредственно или через ключи 19 (для реверсивного ВД) подключены к выходам соответствующих нуль-органов.Вторыевходы логических элементов 16-18 подключены на соответствующие выходыустройства 20 преобразования сигналов с датчика положения ротора в, импульсы длительностью 60 эл, град.Выхогы устройства, 20 через дифференцирующие цепочки 21 подключены также на вход генератора 11 пплообраз- Юных напряжений. Объединенные выходылогических элементов 16-18 совпадения подключены через инвертирующий.логический элемент 22 на входы ло-гических элементов 23 и 24 сонпадения первой группы, вторые входы которых подключены соответственно непосредственно и через инвертирующийлогический элемент 25 (для другихканалов управления через логические 30элементы 26 и 27) и ключи 28 (для реверсивного ВД) на вход датчика положения ротора. Имеются логические элементы 29 и 30 совпадения второй группы, первые входы которых подключены 35соответственно непосредственно и через инвертирующий логический элемент 31 (для других каналов управления через логические схемы 32 и 33)на выход датчика положения ротора 4 ОВД. канала управления на вход статического триггера 38), выходы которых непосредственно или через ключи 39 (для нереверсивного ВД а торможением и реверсивного ВД) подключены к соответствующим входам дешифратора сигналов с триггеров. Логические элементы 16-18, 22-24, 29 и 30 с триггером 38 и ключами 39 предназначены для формирования зон управления противофазными тиристорами инвертора, подключенными к фазе А синхронной машины. Для управления противофазными тиристорами инвертора, подключенными к фазам В и С синхронной машины, служат группы схем 40 и 41.Выходы дешифратора на логических элементах 42-47 подключены на входы импульсных устройств 48-53 управления тиристорами инвертора.Устройство содержит также блок 54 определения режима работы, блок 55 сравнения фактического уровня скорости с заданным, элемент 56 совпадения и статический триггер 5 7, первый вход которого через элемент 56 совпадения связан с выходами блока 54 определения режима работы и блока 55 сравнения фактического уровня скорости с заданным, а второй вход через дифференцирующие цепочки 21 - с датчиком 9 положения ротора. Первый выход статпческого триггера 57 соединен через инвертирующий логический элемент 58 с вторыми входами логических элементов 23 и 24 совпадения первой группы, а второй выход через элемент 34 совпадения - с вторыми входами логических элементов 29 и 30 совпадения второй группы. Первый вход блока 54 определения режима работы соединен с выходом индикатора 10 направления вращения, а второй - с выходом логического устройства 37 бестокового переключения режимов работы. Вход блока 55 сравнения фактического уровня скорости с заданным подключен через дифференцирующие цепочки 21 к датчику 9 положения ротора.Блок 54 определения режима работы содержит логические элементы И-НЕ 59- 62, Статический триггер 57 содержит логические элементы И-НЕ 63 и 64.Вследствие указанного подключения введенных элементов на низкой скорости в тормозном режиме блокируется работа логических элементов совпадения первой группы, через которые прохо 1272413.5дят регулируемые по фазе импульсы, и разрешается работа элементов совпадения второй группы, пропускающих нерегулируемые по фазе импульсы с датчика положения ротора, при исполь зовании которых углы управления ключами инвертора при смене направления вращения изменяются без дополнительных переключений с д = 0 в тормозном режиме на Р = 0 в двигательном режи ме (по отношению к точке пересечения фазных ЭДС холостого хода синхронной машины), что исключает неправильное подключение секций синхронной машины.Автоматическая смена углов управ ления с с(= 0 на = 0 при смене направления вращения происходит потому, что при направлении "вперед" полезный сигнал на выходе датчика положения ротора начинает появляться при сов падении передней части сектора диска с чувствительной головкой, а при направлении назад" - с задней частью сектора диска, что равноценно смене фазы управляющего сигнала на 25 180 эл. град.Переход на режим регулирования угла р происходит в функции сигнала с дифференцирующих цепочек, выдающих его в= О, после переключения ин дикатора направления вращения или одновременно с ним и появления на выходе датчика режима работы сигнала, свидетельствующего о двигательном режиме, т.е, тогда, когда изменение направления вращения завершилось.В исходном состоянии схемы на выходе задатчика 8 скорости нулевой сигнал, углы управления тиристорами выпрямителя близки к 160 эл. град.40 и напряжение на выходе источника 3 регулируемого напряжения равно нулю.На .выходе узла 36 фиксации исходного состояния схемы логический нуль, который переводит счетное устройст 45 во генератора пилообразных напряжений в исходное состояние тогда, когда на его выходе также нулевой сигнал.При этом а зависимости от уровня сигнала с устройства 15 логический нуль может быть на выходе всех нуль - органов или только двух. В первом случае на выходе логических элементов 16-18 совпадения первого канала управления, а также на выходе аналогичных элементов других каналов появляется логическая единица, на выходе инвертирующего логического элемента 22 - логический нуль, а на выходах элементов 23 и 24 - логическая единица, которая не влияет на состояние триггера 38,Одновременно на выходе логического элемента И-НЕ 34 под действием сигнала с узла 36 появляется логическая единица, которая снимает блокировку с входа логических элементов . 29 и 30 совпадения. При этом сигнал на выходе элементов 29 и 30, а значит и состояние триггера 38 определяются сигналом на их первых входах с датчика положения ротора. Во втором случае, когда на выходе одного из нуль-органов логическая единица, сигналы на выходах логических элементов 23 и 29, 24 и 30 совпадают и определяются сигналами с датчика положения ротора.Сигналы с выходов статических триггеров через ключи 39 (для первого каналауправления ) поступают на входы элементов 42-47 совпадения, на третьи входы которых поступает сборка импульсов управления регулируемого выпрямителя и импульсы управления тиристоров инвертора, сформированные, например, по фронтам переключения триггеров 38 и триггеров других кана ов управления.При наличии логическИ единиц на всех третьих входах соответствующих двух из шести логических элементов 42.47, на их выходах появляется логический нуль, а на выходе двух из шести импульсных устройств 48-53;появляется управляющий сигнал, которьй открывает соответствующие два тиристора инвертора, Но поскольку на выходе выпрямителя напряжение отсутствует, ток в секциях сннхронной машины не протекает и ротор двигателя неподвижен.На выходе блока 55 сравнения фактического уровня скорости с заданным в неподвижном состоянии ротора сигнал соответствует логической единице, а сигналы на выходах индикатора 10 направления вращения и устройства 37 бестокового переключения режимов работы не определены, не определены и сигналы на вь 1 ходе блока 54 определе . ния режима работы, а значит и на выхо. дах статического триггера 57. Однако его сигналы или не влияют на статический триггер 38 (в одном положении триггера 57) или подтверждают его со1272 10 На выходах двух импульсных устройств появляются управляющие импульсы, два тиристора инвертора 2 открываются и по секциям синхронной машины в соответствии с состоянием датчика положения ротора начинает протекать ток, и ротор двигателя поворачивается на определенный угол. Индикатор ОЗО .направления вращения включается в состояние, соответствующее направлению Вперед", включая в этом же направлении ключи 19.При повороте ротора на выходе генератора 11 пилообразных напряженийсигнал снижается по линейному зако/ну ( может быть построена схема ВД, работающая и на нарастание сигнала на выходе генератора пилообразных напряжений).40При уменьшении на входе нуль-органа 12 суммы сигналов с генератора 1 и источника смещения ниже сигнала с задатчика 15 на его выходе появляется логическая единица, которая поступает на первый вход логическогоэлемента 16 первого канала управления и первые входы аналогичньх элемЕнтов второго и третьего каналов управления. При этом в соответствие с60-градусной зоной разрешения (наличие логической единицы на втором входе, например, логического элемента 6с устройства 20) сигнал с нуль-органа проходит через логический элемент 22 на вход логических элементов 23 и 24 совпадения, на один изпервых входов которых поступает диг 7стояние .(в другом положении триггера 57), определяемое сигналами с датчика 9 положения ротора в соответствии с сигналом с узла 36 фиксации исходного.состояния схемы. 5При появлении напряжения на выходе задатчика скорости заданной полярности, соответствующей, например,направлению "Вперед", углы управления тиристорми выпрямителя 4 становятся меньше 90 эл. град. и на выходе выпрямителя 4 появляется напряжение.Одновременно логическое устройство 37 переключается в состояние, соответствующее направлению Вперед", переводя 5 при этом ключи 39 в положение, кргда на входы логических элементов 42-47 поступают сигналы с выходов триггеров 38 (для первого канала управления), также соответствующие направ .пению "Вперед". 4138нал разрешения (логическая единица) длительностью 180 эл. град, через ключи 28 с датчика 9 положения ротора. При наличии двух логических единиц на входе логического элемента 23, на его выходе появпяется логический нуль, который переключает статический триггер 38. Сигнал на входах логических элементов И-НЕ 42, 43, 46 и 47 изменяется, что приводит к включению других импульсных устройств и открытию другой пары ключей инвертора 2. При этом ток нагрузки протекает по другим секциям синхронной машины и ротор двигателя начинает поворачиваться на следующие 60 эл.град.В моменты смены сигналов с каналов датчика положения ротора (через 60 эл.град.) дифференцирующие цепочки 21 пропускают передний фронт сигнала на вход генератора пилообразных напряжений, который приводит генератор в исходное состояние. При дальнейшем повороте ротора сигнал на его выходе вновь снижается по прямолинейному закону и после его уменьшения ниже задающего с задатчика 15 вновь включается нуль-орган и сигнал с него проходит в соответствии с зонами разрешения с устройства 20 и с датчика положения ротора на вход статического триггера, но уже другого канала управления. Вновь происходит переключение ключей инвертора 2 и поворот ротора еще на 60 эл. град . Синхронная машина работает в двигательном режиме, При этом на выходе узлов 35 и 36 находятся логические единицы, а на выходе логического элемента И - НЕ 34 - логический нуль, который запрещает прохождение сигнала с датчика положения ротора на логические элементы 29 и 30 Статический триггер управляется сигналами с нуль- органа в соответствии с сигналами зон разрешения с датчиков 9, поступающими через ключи 28 и логические элементы 25-27 на входы логических элементов 23 и 24.При работе ВД в двигательном режиме сигнал па выходе блока 54 определения режима работы соответствует логическому нулю, а па выходе элемента 56 совпадеппя - логической единице, которая не влияет на состояние статического триггера 57, переключен- ного сигпдг,амп с блока дифференцирующих цепочек 2 в состояние, когда на9:его первом выходе находится (выход логического элемента И-НЕ 64)логичес-; кий нуль, а на его втором выходе (выход логического элемента И-НЕ 63) логическая единица. 5 Сигнал на перевод ВД в тормозной режим или на реверс поступает с сис" темы 6 регулирования тока и скорости. При этом тиристоры выпрямителя 4 переводятся в инверторный режим, ток секции синхронной машины спадает до муля, логическое устройство 37 переключается, переключая ключи 39 таким образом, чтобы фаза сигналов со статических триггеров на входы логических элементов 42-47 сменилась на 180 эл. град. Одновременно в момент переключения логического устройства 37 на одном из его выходов кратковременно появляется логический нуль, который поступает на вход логического элемента И-НЕ 34, На его выходе появляется логическая единица, которая поступает на входы логи ческих элементов 29 и 30 первого канала управления н входы аналогичных ,схем других каналов управления. При этом на их выходах появляются сигналы в соответствии с сигналами датчика 9, приводя в соответствие с ними состояние статических триггеров.Если в первый момент после исчезновения логического нуля на входе элемента 34 сигналы на выходе нуль 35 органов 12-14 равны нулю, то углы уп." равления тиристоров инвертора 2 устанавливаются в соответствии с датчиком положения ротора, сохраняя свое значение до прихода информации с нуль органов.Аналогичным образом происходит обновление информации на входе статических триггеров и при смене направления вращения. При этом в случае переключения индикатора направления вращения через узел 35 дифференцирования фронтов сигналов на входе логического элемента 34 появляется кратковременно логический нуль, а на его50 выходе - логическая единица, разрешая прохождение сигналов с датчика 9 на вход статических триггеров,При работе двигателя в тормозномрежиме на высокой скорости, когдатребуется регулировка углов управления тиристоров инвертора с, напримерс целью ограничения напряжения навыходе тиристоров инвертора 2, работающих при торможении в выпрямительном режиме (оно не должно превышать противо-ЭДС на входе регулируемого выпрямителя, работающего при торможении в инверторном режиме), на выходе блока 55 сравнения фактического уровня скорости с заданным сохраняется логический нуль, а на выходе элемента 56 совпадения - логическая единица, которая не влияет на состояние статического триггера 57На выходе блока 54 определения режима работы при торможении двигателя сохраняется логическая единица.При снижении скорости в тормозном режиме ниже заданной, на выходе блока 55 появляется логическая единица, которая поступает на вход элемента 56 совпадения. При наличии на обоих его выходах логических единиц, на его выходе появляется логический нуль, который поступает на вход статического триггера 57 и переключает его в состояние, когда на выходе логического элемента 64 появляется логическая единица, а на выходе логического элемента 63 - логическийнуль. При этом на выходе логического эл 6 мента 34 появляется логическая единица, разрешающая прохождение сигналов ;с датчика 9 положения ротора через элементы 29 и 30 совпадения, на вход триггера 38, а на выходе инвертируюдего логического элемента 58 появляется логический нуль, запрещающий прохождение регулируемых по фазе сигналов с нуль-органов 12-14 на входы триггера 38. В дальнейшем торможение происходит с нерегулируемыл 1 и углами открывания тиристоров инвертора б =О (по отношению к точке пересечения фазных ЭДС холостого хода синхронной машины).1Если в процессе торможения поступает сигнал на разгон электродвигателя в другом направлении, то после снижения скорости до нуля ток в фазах синхронной машины сохраняется прежним, сохраняется и вращающий момент на ее валу, зависящий от величины тока фаз и их взаимного положения относительно ротора. При этом ротор стремится занять такое положение,ког да момент становится равным нулю,т.е. когда результирующая ось двух секций совпадает с осью магнитных полюсов11Йндуктора синхронной машины. Поскольку вращающий момент синхронноймашины, стремящийся установить индуктор в данное, положение, совпадает с вращающим моментом двигательного режима другого направления, ротор двигателя начинает поворачиваться в данном направлении. Но до нейтрального положения он не доходит,так как датчик положения ротора выдает сигнал на включение других фазсинхронной машины, но уже заднимфронтом своего сигнала, длительностькоторого 180 эл.град. (для другогонаправления вращения он является передним фронтом).Такйм образом, Фаза управляющихсигналов с датчика положения роторабез дополнительных переключений в цепях управления меняется на 180 эл, 20град. по отношению к фазной ЗДС синхронной машины, а режим работы синхронной машины автоматически меняетсяс тормозного на двигательный.При повороте ротора двигателя наопределенный угол, соответствующийзоне нечувствительности индикаторанаправления вращения, сигнал на еговыходе меняется, меняется и сигнална выходе блока 54 определения режи- З 0ма работы с логической единицы на логический нуль, соответствующий двигательному режиму работы,При этом иа выходе элемента 5 бсовпадения появляется логическая едн ница, не влияющая на состояние статического триггера 57, который припоступлении логического нулевого сигнала на другой его вход с дифференцирующих цепочек переключается в положение, когда на выходе логическогоэлемента б 3 появляется логическаяединица, а на выходе логического элемента 64 - логический нуль. Запретна прохождение регулируемых по фазе 45импульсов на вход статического триггера 38 снимается, а появляется запрет на прохождение импульсов с датчика положения ротора, не регулируемых по фазе, Процесс реверса эаканчи-,10вается и в дальнейшем двигатель работает в заданном режиме. 12Таким образом, благодаря использованию вновь введенных элементов, процесс переключений зон управления тиристоров ннвертора вейтильного электродвигателя происходит после смены направления вращения и совпадает с моментом выдачи очередного управляющего импульса на тиристоры инвертора в рО, что исключает возможность подключения, в момент перехода скорости двигателя через нуль, секций синхронной машины, не соответствующих заданному направлению вращения.Это уменьшает дополнительные колебания скорости и повышает надежность работы вентильного электро- двигателя.,Формула изобретенияВентильный электродвигатель по авт,св, Р 970578, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с цЕлью 1 овьппения надежности, в него введены блок определения режима работы, блок сравнения фактического уровня скорости с заданным, элемент совпадения и статический триггер, первый вход которого через элемент совпадения связан с выходами блока определения режима работы и блока сравнения фактического уровня скорости с заданным, а второй вход через двференцирующие цепоч ки с выходом датчика йоложения ротора, первый выход статического триггера связан с вторьпГи входами логических элементов совпадения первой группы, а втЬрой выход связан с вторыми входами логических элементов совпадения второй группы, первый вход блока определения режима работы связан с выходом индикатора направления вращения, а второй его вход связан с выходом логического устройства бестокового переключения режимов работы, вход блока сравнейия фактического уровня скорости с заданным связан через дифференцирующие цепочки с выходом датчика положения ротора.1272413 Ф Уд Составитель А. СанталовРедактор А, Шишкина Техред Л.Сердюкова Корректор Л, Патай к Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная 6345/52 ВНИИПИ по 113035, Тираж 631 ПодписнбГосударственного комитета СССРелам изобретений и открьгтийосква, И, Раушская наб., д. 4/5