Вентильный электродвигатель

(57 обретени ;е и мож роте спортных ости. Це повьшени шлеи яется ый эл ктродв обмо отора 7-12и ци к теляловым женин мента занными с управГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИЯМПРИ ГННТ СССР( 1 ) 4321 634/24-07 (22) 29.10.87 (46) 30.05,89, Бюл, (71) Брянский инсти е относится к электет быть использовано средствах и в пролью изобретения яве надежности., Вентиль атель содержит секякоря, датчик полочувствителыш 1 ми элеми Формирователями импульсов 42-47, коммутирующие тиристоры 29- 31, связанные с Лормирователями импульсов 32-37, управляющие тиристорами 20-25 аноднок группы и тиристорами 26-31 катодной группы. Коммутацию тока в секциях 1-6 обмотки яко ря и тиристорах 20-25 осуществляет источник коммутирующих импульсов, содержащий коммутирук 1 ий трансформатор с секциями 14, 15 первичной обмотки и двумя вторичными обмотками 38, 39, два тиристорных плеча, состояцих из тиристоров 17, 56 и 16, 55, соединенных между собой коммутирующим конденсатором 54, и два датчи ка тока 50, 51, включенные в тиристорные плечи источника коммутируюцих импульсов, Необходимая полярность заряда коммутируюцего конденсатора 54 в момент пуска вентильного двигаопределяется первоначальным угположением его ротора и осуце1483580 ствляется с помощью датчиков тока52, 53 и Формирователей импульсов41, 40. Поочередный заряд конденсатора 54 положительным или отрицательным потенциалом позволяет за счет Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроприводу, и может быть использовано в приводах постоянного тока большой и средней мощности.Цель изобретения - повышение надежности вентильного электродвигателя.На фиг, 1 изображена функциональная схема шестифазного вентильного электродвигателя; на Фиг, 2 - чувствительный элемент датчика положения ротора, неуправляемый и управляемый формирователи импульсов; на Фиг. 3 - датчик тока и управляемый формирователь импульсов; на Фиг. 4 - диаграммы напряжений на выходах Формирователей импульсов.Вентильный электродвигатель содержит якорь с замкнутой обмоткой с секциями 1-6, ротор с обмоткой возбуждения, датчик положения ротора с чувствительными элементами 7-12, источ - ник коммутирующих импульсов с коммутирующим трансформатором 13, первичная обмотка трансформатора составлена из последовательно соединенных секций 14 и 15. Начало и конец первичной обмотки соединены с анодами первого 16 и второго 7 коммутирующих тиристоров соответственно, источник питания с зажимами 18 и 19 системы управления плюсавым зажимом 19 соединен со средним выводом первичной обмотки коммутирующего трансформатора 13. Вентильный электродвигатель содержит также тиристоры 20- 25 анодной и тиристоры 26-31 катодной групп,управляющие электроды которых подключены через Формирователи 32- 37 импульсов к выходам чувствительных элементов 7-12 датчика положения ро" тора соответственно. Каждый анодный вывод тиристоров 26-31 катодной группы объединен с катодным выводом . устойчивой работы источника коммутирующих импульсов коммутировать четные и нечетные тиристоры анодной икатодной групп преобразователя час-тоты. 1 з.п, Ф-лы. 4 ил. соответствующего из тиристоров 20-25анодной группы. Объединенные указанные силовые вьводы тиристоров 20,26; 21, 27; 22, 28; 23, 29; 24, 30;5 25, 31 подключены соответственно кточкам соединения смежных секций 1,2; 2, 3; 3, 4; 4, 5; 5, 6; 6, 1 обмотки якоря. Управляющие электродытиристоров 20-31 через Формирователи 10 32-37 импульсов подключены к выходамчувствительных элементов 7-12 датчика положения ротора.Анодные выводы четных тиристоров20, 22 и 24 анодной группы подклю чены к началу первой вторичной обмотки 38 трансформатора 13. Анодныевьводы нечетных тиристоров 21, 23 и25 подключены к концу обмотки 38.Тиристоры 26, 28 и 30 катодным вы,водом подключены к началу второй вторичной обмотки 39 коммутирующеготрансформатора 13, а нечетные тиристоры 27, 29 и 31 катодным вьводомподключены к концу вторичной обмотки 39. Средние выводы каждой вторич-ной обмотки 38 и 39 подключены соответственно к положительному и отрицательному вьводам источника пос,тоянного тока.Дополнительно вентильный двигательсодержит восемь управляемых 40-47 идва неуправляемых 48, 49 формирователей импульсов, четыре датчика 5053 тока, конденсатор 54 и первый 55 35 и второй 56 дополнительные тиристоры. Анод первого дополнительного тиристора 55 соединен с катодом перво,го коммутирующего тиристора 16 и че рез первый датчик 50 тока - с минусовым зажимом 18 источника питания системы управления.,Анод второго дополнительного тиристора 56 соединен с катодом второ го коммутирующего тиристора 17 и20 25 через второй датчик 51 тока - с минусовым зажимом 18 источника питания системы управления. Средний вывод первичной обмотки трансформатора сое 5 динен с плюсовым зажимом источника питания системы управления.Третий датчик 52 тока включен между началом первой вторичной обмотки 38 трансформатора и анодными выводами тиристоров 20 22 и 24, Четвертый датчик 53 тока вклвчен между концом обмотки 38 и аноцными выводами тиристоров 21, 23 и 25.Средние выводы обмоток 38, 39 15 подключены к зажимам источника постоянного тока.Входы первого и второго неуправляемых Формирователей импульсов соединены с выходами датчиков 50, 51 тока соответственно, а входы первого и второго управляемых Формирователей импульсов - с выходами датчиков 52, 53 тока.Входы третьего 42, пятого 44 и седьмого 46 управляемых Формирователей импульсов подключены соответственно к выходам чувствительных элементов 7, 9 и 11 датчика положения ротора четных тиристоров 26, 28, 30 катодной и нечетных тиристоров 21, 23, 25 анодной групп. Входы четвертого 43, шестого 45 и восьмого 47 управляемых формирователей подключе.ны соответственно к выходам чувствительных элементов 8, 10, 12 нечетных тиристоров 27, 29, 31 катодной и четных тиристоров 20, 22, 24 анодной групп.Выход формирователя 48 импульсов 4 О объединен с одним из выходных зажимов формирователей 41, 43, 45, 47 импульсов и подключен к управляющему электроду коммутирующего тиристора 17. Выход формирователя 49 импульсов 45 объединен с одним из выходных зажимов формирователей 40, 42, 44, 46 импульсов и подключен к управляющему электроду коммутирующего тиристора 16, Объединенные вторые зажимы Формирователей 40, 43, 45, 47 импульсов подключены к управляющему электроду дополнительного тиристора 56, а объединенные вторые зажимы формирователей 41, 42, 44, 46 импульсов подключены к управляющему электроду дополнитель" ного тиристора 55. Конденсатор 54 включен между катодами тиристоров .16, 17. Кроме. того, вентильный электродвигатель может содержать два 1 иода 5 и 58, катоды ксторых объединены и подключены к среднему выводу первичной обмотки коммутирующего трансформатора 13, а анод каждого диода подключен к соответствующему выводу конденсатора 54.Коммутирующий трансформатср 13 может быть снабжен дополнительной обмоткой 59, замкнутой на регулируемый резистор 60.Каждый неуправляемый Формирователь 32-37 импульсов фиг. 2) содержит, например, компаратор, собранный на операционном усилителе 61, инверсный вход которого связан с обмоткой 62 трансформаторного чувствительного элемента 7. Выход операционного усилителя 61 через стабилитрон 63 связан с входом транзистора 54, Формировате-: ли 32 - 37 .содержат также импульсный трансформатор, первичная Обмотка 63 которого включена в цепь коллектора транзистора 64, а две выходные обмот - ки 66, 67 образуют выход Формирователя.Управляемые Формирователи 42-47 импульсов (Фиг, 2) выполнены аналогично Формирователям 32-37, но снабжены выключатеГ 1 ями 68 на выходе.Датчики 52,53 тока (Фиг, 3) представляют собой магнитные усилители, начала первичных обмоток 69, 70 соединены с анодами тиристоров 20, 22, 24 и 21, 23, 25 соответственно, а концы подключены к выводам обмотки 38 коммутирующего трансформатора 13. Вторичные обмотки 71, 72 и 73, 4 датчиков 52 и 53 тока включены . встречно и через диодные мосты 75, 76 подключены к генератору прямоугольных импульсов, К выходам диодных мостов 75, 76 подключены входы формирователей 40, 41, выполненных аналогично Формирователям 32-37, но снабженных кнопочным выключателем ;. Датчики 50, 51 тока выполнены аналогично задатчикам 52, 53.Вентильный электродвигатель работает следующим образом.В момент запуска электродвигателя обмотка возбуждения электродвигатя - ля обесточивается, а выключатель 68 (Фиг. 2) отклвчаятся. Затем подается на первичные обмотки чувствительных элементов 7-12 переменное прямоугольное напряжение.Предположим, что в момент времени(фиг. 4) ротор вентильного электродвигателя находится в таком положении, при котором срабатывает чувствительный элемент 7 и импульсы поступают на входы формирователей 32, 42 импульсов, В формирователе 32 импульсов (Фиг. 2) транзистор 64 будет работать в импульсном режиме, 10 обеспечивая периодическое подйлючение первичной обмотки 65 к источнику питания системы управления.Вследствие этого во вторичные обмотки 66, 67 импульсного трансформатора 15 будут трансформироваться импульсы, которые поступают на управляющие электроды тиристоров 23, 26 и отпирают их. При этом ток якоря протекает по цепям: "+" -38-53-23-5-6-1-26- 20 39-"-" и "+"-38-53-23-4-3-2-26-27(фиг. 1). В то же время Формирователь 42 импульсов не формирует импульсы, так как выключатель 68 разомкнут, Импульсы на управляющие элект роды тиристоров 16 и 55 не поступают и они остаются закрытыми.Для обеспечения необходимой полярности первоначального заряда коммутирующего конденсатора 54 исполь зуются два датчика 52 и 53 тока и Формирователи 40, 41 импульсов(Фиг. 3), которые работают следующим образом при протекании тока через датчик 53 на выходе диодного моста 76 увеличивается переменное напряжение. При кратковременном нажатии кнопочного выключателя 77 в момент времени с, (Фиг. 4) Формирователь 41 импульсов сформирует импульс щ управления, который поступит на тиристоры 17 и 55, обеспечив их отпирание. В то же время ток по первичной обмотке 69 датчика 52 тока не протекае и поэтому Формирователь 40 не работает. В результате этого создается цепь заряда коммутирующего конденсатора 54: 19-15-17-54- 55-50-18-19. В конце50 заряда коммутирующего конденсатора 54 с полярностью, указанной на Фиг.1 без скобок тиристоры 17, 55 запираются. Затем в момент времени с(фиг. 4) включается выключатель 6855 (Фиг. 2), обеспечивающий подключение управляющих электродов тиристоров 16, 17, 55 и 56 к Формирователям 42-47 импульсов, и подается питание на об-,мотку возбуждения электродвигателя,что обеспечивает поворот ротора. Когда угол поворота ротора окажетсяравным фазной зоне обмотки якоря,что соответствует моменту времени.элемент 8 и отключится чувствительный элемент 7 датчика положения ротора, На выходах Формирователя 33импульсов появляются импульсы, которые открывают тиристоры 24 и 27 соответственно анодной и катоднойгрупп.В результате этого секции 2, 5обмотки якоря оказываются замкнутымичерез открытые тиристоры 29, 24 и26, 27 на вторичные обмотки соответственно 38 и 39 коммутирующего трансформатора 13.Одновременно с выходов формирователя 43 импульсов поступают одиночные импульсы на управляющие электроды тиристоров 17, 56 (Фиг. 4), приотпирании которых обмотка 15 коммутирующего трансформатора подключается к источнику постоянного тока и через нее начинает протекать ток, пере-,магничивающий сердечник магнитопровода коммутирующего трансформатора13, что обеспечивает наведение ЭДСна вторичных обмотках 38, 39 коммутирующего трансформатора.Так как обмотки 38, 39 находятсяв контурах 38-24-25-23-38 и 39-26-227-39, то это обеспечивает коммутацию тока в секциях 2,5 якоря и обмотках 38, 39 коммутирующего трансформатора 13. При этом ЭДС обмоток 38,39 прикладываются к тиристорам 24,27 в прямом, а к тиристорам 26, 23в обратном направлениях.В момент равенства тока параллельной ветви якоря току коммутации тиристоры 23,26 запираются и ток якоря начинаетпротекать по цепям: "+"-38-52-24-54-3-27-39-"-" и "+"-38-52-24-6-1-227-39-"-",После запирания тиристоров 23,26 процесс перемегничивания коммутирующего трансформатора 13 заканчивается, ЭДС самоиндукции обмотки 15,уменьшаясь, способствует увеличениютока через тиристоры 17, 56 и датчик 51 тока. Вследствие этого в момент времени с на выходе Формирователя 48 импульсов появляется импульсуправления и открывается тиристор 16.Ранее заряженный коммутирующий кон 1483580 1010 15 20 50 55 денсатор 54 с полярностью, указаннойна фиг. 1 без скобок, переэаряжаясьвначале по контуру 54 - 17-15-14-16-54,обеспечивает эапирание тиристара 17,а далее перезаряжается па цепи 1914-16-54-56-51-18, В конце перезаряда ток конденсатора 54 уменьшаетсядо нуля и тиристоры 56, 16 запираются, а конденсатор 54 приобретаетполярность, указанную на Лиг.1,в скобках.В дальнейшем ротор электродвигателя приходит во вращение и все описанные процессы циклически повторяются.Введение в коммутирующий трансформатор дополнительной обмотки 59,замкнутой на ре улируемый резистор60, изменяет величину тока намагничивания коммутирующего трансформатора 13 при подключении обмоток 15,24 последнего к источнику питания. Врезультате этого регулируется времядействия обратного напряжения на тиристорах анодной и катадной групп.При включении в источник коммутирующих импульсов диодов 57 и 58 коммутирующий конденсатор 54 при коммутации тиристорав 17, 56 перезаряжается па цепям: 54-17-15-14-16-54,54-58-14-16-54, 19-14-16-54-56-51-18,а в случае коммутации тиристарав 16и 55 - 54-16-14-15-1-54, 54-57-1517-54, 19-15-17-54-55-50-18,В результате этого время перезаряда коммутирующего конденсатора 54уменьшается, чта позволяет увеличитьчастоту коммутации тока в секциях1-6 обмотки якоря, а следовательно,расширить диапазон частоты вращенияротора вентильного электродвигателя. 1Таким образом, положительный эффект заключается в повышении надежности вентильнога электродвигателя за счет устойчивой работы источника коммутирующих импульсов при коммутации тока в секциях обмотки якоря вентильнога электродвигателя, работающего при частых пусках и перегрузках. Источник коммутирующих импульсов вентильного электродвигателя обеспечивает регулирование времени действия обратного напряжения на выключаемых тиристорах аноднай и катодной групп. Кроме того, расширен диапазон регулирования частоты вращения ротора. Формула изобретения 1, Вентильный электродвигатель, садержащии якорь с мнагосекцианнай замкнутой обмоткой, ротор с обмоткой возбуждения, датчик положения ротора, источник коммутирующих импульсов, снабженный коммутирующим трансформатором с секцианированнай первичной и двумя вторичными обмотками и двумя ксммутирующими тиристарами, анод одного из которых соединен с началом первичной обмотки указанного трансформатора, конец которой соединен с анодом второго коммутирующего тиристора, а средний вывод первичной обмотки подключен к плюсовому зажимуисточника питания системы управления, анадную и катодную группы тиристоров, управляющие электроды которыхподключены через формирователи импульсов к выходам чувствительныхэлементов датчика положения ротора,анадный вывод и-га тиристора катоднай группы и катадный вывод и втиристара анаднай группы объединены иподключены к точке соединения двухсмежных секций обмоток якоря, абъединенные анодные выпады четных тиристоров и объединенные анадные выводынечетных тиристаров анаднай группыподключены соответственна к началуи концу первой вторичной обмотки упомянутага трансформатора, начало и конец второй вторичной обмотки которого соединены с объединенными катодными выводами соответственно четных и нечетных тиристорав катаднай группы,40 средний вывод каждой упомянутой вторичной обмотки соединен с соответствующим зажимом источника постоянного тока, отличающийся тем что, с целью повышения надежности, введены восемь управляемых и два неуправляемых формирователя импульсов, четыре датчика тока, конденсатор и два дополнительных тиристара, анодкаждого из которых соединен с катодом одного из коммутирующих тиристорав, а катод через соответствующийдатчик тока - с минусовым зажимомисточника питания системы управления,один из оставшихся датчиков токавключен межцу началам первой вторичной обмотки упомянутого трансформатора и анодами четных тиристарованаднай группы, а другой датчик токамежду концом первой вторичной обмот 1483580 12ки.и анодами нечетных тиристоров анодной группы, входы первого и второго неуправляемых формирователей импульсон подключены к выходам соответ 5 ственно первого и второго датчиков тока, входы первого и второго управляемых формирователей импульсов - к выходам соответственно третьего и четвертого датчиков тока, входы третьего, пятого, седьмого формирователей управляемых импульсов подключены к выходам соответствующих чувствительных элементов датчика положения ротора четных тиристоров катод ной и нечетных тиристоров анодной групп, а входы четвертого, шестого и восьмого управляющих импульсов - к выходам чувствительных элементов датчика положения нечетных тиристоров 20 катодной и четных тиристоров анодной рупп, выход второго неуправляемого формирователя импульсов объединен с одним из выходных зажимов первого, третьего, пятого и седьмого управ ляемых формирователей импульсов и подключен к управляющему электроду первого коммутирующего тиристора, выход первого неуправляемого формирователя импульсов объединен с одним из выходных зажимов второго, четвертого, шестого и восьмого управляемых формирователей импульсов и подключен куправляющему электроду второго коммутирующего тиристора, объединенные вторые выходные зажимы второго, третьего, пятого и седьмого управляемых формирователей и объединенные вторые выходные зажимы первого, четвертого шестого и восьмого управляемых формирователей импульсов подключены к управляющим электродам соответственно первого и второго дополнительных тиристоров, конденсатор включен между катодами коммутирующих тиристоров. 2. Эпектродвигатель по п. 1, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что в источник коммутирующих импульсов введены два диода, катоды которых объединены и подключены к среднему выводу первичной обмотки коммутирующего трансформатора, а анод каждого диода соединен с одним из выводов конденсатора.1483580 Корректор Н. Король Заказ 2848/52 Тираж 550 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина,. 10Сост Редактор А.Долинич Техр