Высокоскоростной вентильный электродвигатель

 

ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, содержащий индуктор , якорь с многофазной обмоткой, обмотку возбуждения, подключенную к источнику питания, датчик положения ротора, полупроводниковый коммутатор, включакяций в себя силовые ключи в виде тиристоров и параллельно подключенных им цепей из последовательно соединенных дополнительного тиристора и транзистора, через которые к управляемому вьшрямителю подключена якорная обмотка, и систему управления, состоящую из устройства переключения режима работы и распределителей управляющих импульсов, два входа каждого из которых соединены с датчиком положения ротора и устройством переключения режима работы, а три выхода через усилители-формирователи соединены с управляющими цепями элементов соот-t ветствующего силового ключа, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, он снабжен элементами задержки, включенными межДУ устройством переключения режима /) работы и распределителями управляющих импульсов, источник питания выполнен с двумя выходами, соединенными с обмоткой возбуждения через переключатель , причем управляющий вход переключателя и управляющий вход управляемого выпрямителя соединены с выходом tc устройства переключения режима работы .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„, 1264268 А1 (gg 4 Н 02 К 29/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 7"

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTPM (21) 3578953/24-07 (22) 27.04.83 (46) 15 10.86. Бюл. Р 38 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт электромашиностроения (72) Н.П.Адволоткин, И.Е.Овчинников, А.В.Шабанов и А.Ю.Янковский (53) 621.313.13.014.2:621.382(088.8) (56) 1. Повышение эффективности устройств преобразовательной техники:

Сборник, ч. 4, Киев: Наукова думка, 1973, с. 102-107.

2. Авторское свидетельство СССР

В 1197018, кл. Н 02 К 29/02, 1981. (54)(57) ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ ВЕНТИЛЬНЫЙ

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, содержащий индуктор, якорь с многофаэной обмоткой, обмотку возбуждения, подключенную к источнику питания, датчик положения ротора, полупроводниковый коммутатор, включающий в себя силовые ключи в виде тиристоров и параллельно подключенных им цепей иэ последовательно соединенных дополнительного тиристора и транзистора, через которые к управляемому выпрямителю подключена якорная обмотка, и систему управления, состоящую из устройства переключения режима работы и распределитегей управляющих импульсов, два входа каждого из которых соединены с датчиком положения ротора и устройством переключения режима работы, а три выхода через усилители-формирователи соединены с управляющими цепями элементов соот- ветствующего силового ключа, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью упрощения конструкции, он снабжен элементами задержки включенными меж- а

Ф

Я ду устройством переключения режима работы и распределителями управляющих импульсов, источник питания выполнен с двумя выходами, соединенными с обмоткой возбуждения через переключатель, причем управляющий вход переключателя и управляющий вход управляемого выпрямителя соединены с выходом устройства переключения режима работы.

4ь

1264268.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к высокоскоростным вентильным электродвигателям и может быть использовано в приводах высокооборотных механизмов, не требующих 5 больших пусковых моментов, таких как компрессоры, насосы, центрифуги и другие устройства.

Известны высокоскоростные вентильные электродвигатели, содержащие 10 электрическую машину с многофазной якорной обмоткой, датчик положения ротора, полупроводниковый коммутатор, включающий в себя тиристорные силовые ключи, через которые к источнику пи- 15 тания подключена якорная обмотка, транзисторные силовые ключи, включенные в цепь питания постоянного тока, и систему управления ключами.

Транзисторные силовые ключи такого 20 двигателя предназначены для прерывания цепи питания в моменты, когда требуется запирание какого-либо из силовых тиристорных кл.эчей. Вследствие этого исключается необходимость 25 в коммутирующих реактивных элементах, при наличии которых существенно возрастают габариты и масса коммутатора 1 3.

Недостатками данного устройства 50 являются низкие рабочее напряжение и мощность двигателя, Это обусловлено необходимостью работы силовых транзисторов с максимальным током двигателя на максимальном напряжении. Кро З5 ме того, поскольку трагзисторы включены в цепь питания двигателя и работают с номинальным током, имеют место существенные потери в транзисторах, снижающие КПД двигателя.

Наиболее близок к предлагаемому высокоскоростной вентильный электродвигатель, содержащий индуктор с системой возбуждения, якорь с многофазной обмоткой, от каждой фазы которой

45 выполнены отводы, датчик положения ротора, тиристорный коммутатор, через который к источнику питания подключена якорная обмотка, дополнительный коммутатор, через который к источнику 50 питания подключены отводы якорной обмотки и каждый ключ которого состоит из последовательно соединенных дополнительного тиристора и транзистора; а также систему управления, включающую в себя усилители-формирователи, устройство переключения режима работы и распределители упран тяющих импульсов с двумя управляющими входами, один из которых соединен с выходом датчика положения ротора, другой— с устройством переключения режима работы, а выходы — с управляющими цепями силовых ключей обоих коммутаторов

Наличие дополнительного коммутатора с полностью управляемыми силовыми транзисторными ключами обеспечивает пуск двигателя и разгон его до частоты вращения, при которой возможна надежная работа тиристорного коммутатора в режиме естественной коммутации. Питание двигателя осуществляет-. ся от управляемого источника (например, от управляемого выпрямителя).

Переключение режима работы двигателя с искусственной коммутация (при работе с транзисторным коммутатором) на естественную необходимо осуществлять при напряжении, не превьппающем предельно-допустимого для выбранного типа транзисторов. Подключение дополнительного коммутатора к отводам фаз якорной обмотки позволяет повысить частоту вращения в сравнении,с частотой вращения, достигаемой при работе всей обмотки нри равном напряжении питания. За счет этого обеспечиваетсл работа двигателя от высоковольтных источников питания (до 6-8 кВ) при использовании для пуска относительно низковольтных транзисторов t.21.

Недостаток двигателя заключается в сложности из-за наличия дополнительных отводов от фаз якорной обмотки. В особенности, это касается серийно выпускаемых синхронных машин, выполнение дополнительных отводов от обмотки которых связано со значительными затратами и возможно только при наличии специального оборудования..

Цель изобретения — упрощение конструкции.

Указанная цель достигается тем, что высокоскоростной вентильный электродвигатель, содержащий индуктор, якорь с многофазной обмоткой, обмотку возбуждения, подключенную к источнику питания, датчик положения ротора, полупроводниковый коммутатор, включающий в себя силовые ключи в вице тиристоров и параллельно подключенных им цепей из последовательно соединенных дополнительного тиристора и транзистора,-через которые к управ пяемому выпрямителю подключена якорная обмотка, и систему управления, з 1264 состоящую из устройства переключения режима работы, распределителей управляющих импульсов, два входа каждого из которых соединены с датчиком положения ротора и устройством переключе ния режима работы, а три выхода через усилители-формирователи соединены с управляющими цепями элементов соответствующего силового ключа, снабжен элементами задержки, включенными меж- 1О ду устройством переключения режима работы и распределителями управляющих импульсов, источник питания выполнен с двумя выходами, соединенными с обмоткой возбуждения через переключатель, причем управляющий вход переключателя и управляющий вход управляемого выпрямителя соединены с выходом устройства переключения режима работы. 20

На фиг.1 представлена принципиальная схема двигателя; на фиг.2 — схема распределителя управляющих импульсов с элементами задержки; на фиг.3 — диаграмма сигналов, снимаемых с некото-25 рых элементов схемы.

Вентильный электродвигатель содержит многофазную якорную обмотку 1, подключенную к управляемому выпрямителю 2 через полупроводниковый Коммутатор 3, силовые ключи 4-9 которого (например, силовой ключ 4) состоят из тиристора 10 и последовательно соединенных дополнительного тиристора 11 и транзистора 12, включенных парал- 3S лельно тиристору 10. Каждый силовой ключ коммутатора 3, например, силовой ключ 4 управляется с помощью распределителя 13 управляющих импульсов, выходы 14-16 которого через усилите- о ли-формирователи 17-19 соединены с управляющими цепями тиристора 10, дополнительного тиристора 11 и транзистора 12 соответственно. Один из входов распределителя управляющих им- 4> пульсов 13 (вход 20) соединен с датчиком 21 положения ротора, а другие входы 22 и 23 через элемент 24 задержки "0" и элемент 25 задержки "1"— с устройством 26 переключения режима 5О работы. Распределители управляющих импульсов, осуществляющие управление силовыми ключами 5-9, выполнены аналогично, Возбуждение вентильного двигателя 5ъ осуществляется с помощью обмотки 27, соединенной с источником 28 питания через переключатель 29. В зависимости

268 4 от наличия или отсутствия на управляющем входе переключателя 29 сигнала к обмотке 27 возбуждения подключен один из выходов 30 и 31 источника 2Ь питания, которые отличаются друг от друга величиной выходного напряжения.

Распределитель управляющих импульсов 13 выполнен на логических элементах НЕ 32-35 и ИЛИ-НЕ 36-38.

На фиг.3 приведены диаграммы сигналов, снимаемых с элементов двигателя. Индексы в обозначении сигналов соответствуют обозначениям элементов схемы, с которых снимается соответствующий сигнал. Линии 39 и 40 обозначают соответственно моменты начала и окончания перехода с искусственной коммутации на естественную, а линии

41 и 42 — соответственно моменты начала и окончания перехода с естественной коммутации на искусственную.

Предлагаемый двигатель работает следующим образом.

При пуске двигателя обеспечивается питание датчика положения ротора 21 и получение с него сигналов U осуществляющих отпирание соответствующего силового ключа, а также подачи питания на обмотку 27 возбуждения с ,выхода 30 источника 28 питаний. Устройство 26 переключения режима работы при этом обеспечивает работу двигате" ля в режиме искусственной коммутации .с помощью транзисторов 12 силовых ключей 4-9, что характеризуется отсутствием с устройства 26 напряжения, т.е. наличием сигнала "0".

Наличие "0" на входе управляемого выпрямителя 2 обусловливает выдачу с него пониженного напряжения питания, а наличие "0" на входе переключателя 29 — подключение обмотки 27 к выходу 30, напряжение с которого в сравнении с напряжением, снимаемым с выхода 31, также понижено.

Наличие "0" на входах 22 и 23 распределителя управляющих импульсов обеспечивает отсутствие сигналов с выхода 14, наличие постоянного отпирающего сигнала с выхода 15 и прохождение управляющих сигналов U, с датчика 21 положения ротора через усилитель-формирователь 19 на управляющую цепь транзистора 12.

У

Таким образом, пуск двигателя осуществляется при работе его в режиме искусственной коммутации на тринзисторах 12, при пониженных напряжениях

1264 питания якорной сбмотки 1 и обмотки

27 возбу3 ени.z. По мере разгона двигателя напряжение U. на выходе управляемого выпрямителя возрастает, достигая максимального для режима искусственнои ко ггтации значения, при котором частота вра3цения возрастает настолько, что возможна надежная работа двигателя в режиме естественной коммутации на тиристорах 10. За счет сидения напряжения U питания об10 мотки 27 возбуждения и ослабления потока возбуждения, частота вращения двигателя в режиме искусственной коммутации вьш3е в сравнении с частотой вращения достигаемой при том же ня пряжеиии . í i:! t:Itit U,, спимаемом с упpa H$iHO -lOi о в: til lti!It tt I с ия 2 li

tto I ItalIpп;;e!tttи U3i, снимаемом с выхоga 3l источника ?8 питания.

Переход с pелснма работы с искус20 ственной коммутацией на режим работы с естественной коммутацией осуществляется по команде Uz, с устройства

26 переключения режима работы. Сигнал "0" с устройства 26 переключения режима работы.".aìeèÿåòcÿ сигналом в tt

t, что приводит к срабатыванию переклю-3ателя 29, перекшочающег0 обмотку 27 возбу3кдеиия с выхода 30 на выход 31 с павьппениым напряжением. Одновременно с этим осуществляется переключение выходного напряжения уп30 равляемого выпрямителя 2 на повышен55

Однако в предложенной схеме благодаря наличию элементов 24 и 25 задержки tropKHI0 tpHHe тнристоров 1 О осуществляется c IIe cn t opott Йадержкой, иое значение, определяемое изменени-

35 еи индукции в всЪдупи3ом зазоре MaitlHHbi за счет подкзпочения обмотки 27 возбуждения на повьппенное напряжение питания. Напряжение питания управляемогo выпрямителя 2 принимается таким, что-щ бы значения ЭДС обмотки 1 до и после переключения режима работы были приблизительно одинаковы. Неравенство этих значений приводит к потере частоты вращения машины после перехода на режим естественной коммутации.

Изменение сигнала на входе распределителя 13 управляющих импульсов обусловливает прекращение подачи сигналов управления U>, на транзисторы

12, которые остаются отпертьп3и, запи. рание вспомогательных тиристоров 11 и подачу управляющих импульсов U;.I на тиристьры 10.

268 характеризуемой длительностью между линиями 39 и .40 на фиг.3 по сравнению с моментом поступления сигнала

U ..Отключение транзистора 12 без задержки обеспечиваетея тем, что элемент 25 задержки, через который сигнал U управляет транзистором 12, задерживает только сигнал "1" и не задерживает сигнал "0", имеющий место при переходе с искусственной коммутации на естественную.

Задержка в подключении тиристора

10 необходима для того, чтобы обеспечить тиристорную коммутацию обмотки

1 после того, как закончатся переходные процессы, обусловленные изменением напряжения У на выходе управляемого выпрямителя 2 и на обмотке 27 возбуждения. Задержка принимается такой, чтобы несколько превысить длительность времени нарастания выходно"о напряжения источника питания 28 и времени нарастания выходного напряжения управляемого, выпрямителя 2. Так как постоянные времени управляемого выпрямителя 2 и источники 28 питания, как правило, для машин мощностью до. сотни киловатт, не превышают десятки миллисекунд, длительность задержки весьма незначительна по сравнению с электромеханической постоянной време ни машины, чем обеспечивается практи« чески неизменная скорость двигателя до и после задержки, Так как момент перехода на другой режим работы характеризуется появлением сигнала в виде напряжения на входах элементов 24 и 25 задержки, временную задержку переднего фронта сигнала U осуществляет только элемент 24, так как элемент 25 служит для задержки заднего фронта сигнала

U, сигнала

Если не требуется снижать частоту вращения, обеспечивается работа двигателя в режиме естественной коммутации на тиристорах 10.

При снижении частоты вращения до значения, при котором работа двигате ля в режиме естественной коммутации становится ненадежной, осуществляется переход на режим искусственной коммутации,„ Сигнал для перехода на другой режим работы поступает с устройства

26 переключения режима работы (вместо

"1" с выхода устройства подается "0 ).

Элементом 75 задержки обеспечивается задержка заднего фронта: сигна7 1264268 8 ла, в результате чего транзисторы 12 1 двигателя -.обесточенной. Так как какое-то время, несколько превышающее элемент 24 задержки не задерживает время переходных процессов в управля- сигнал "1", тиристоры 10 отключаются емом выпрямителе 2 н источнике 28 пи- без задержки. По истечении времени тания, остаются запертыми, а обмотка 5 задержки напряжения U,и Uù снижаются.

1264268 дрие 2

Редактор Л.Пчелинская

Заказ 5570/54 Тираж 631 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 гю

4 ю

Ны

Йв

Составитель А.Лисов

Техред Л.Сердюкова Корректор Е.Сирохман