Реверсивный вентильный электропривод

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в приводе с двухфазными синхронными двигателями. Целью изобретения является повышение надежности. Для достижения поставленной цели реверсивный вентильный электропривод дополнительно содержит два широтно-импульсных преобразователя 16,17, четыре формирователя 18-21 импульсов, два логических элемента ИЛИ 22, 23. Полупроводниковые коммутаторы выполнены в виде тиристорных реверсивных мостов 4,5, соединенных через силовые ключи 32, 33 с положительным выводом источника питания, и диодного моста, в двигатель которого согласно с его проводимостью включены силовые выводы транзисторных ключей 42, 43. Фазы 2,3 обмотки электродвигателя включены в общую диагональ диодного и тиристорного мостов. При вращении двигателя широтно-импульсный модуляторы 16, 17 обеспечивают модуляцию позиционного сигнала управления. Формирователи 18-21 управляют включением тиристоров 24-31. В паузе сигнала отключается один из ключей 32,33. Ток соответствующей фазы продолжает замыкаться под действием ЭДС самоиндукции и ЭДС вращения. При обесточивании электропривода фазы шунтируются ключами 42, 43, обеспечивая динамическое торможение двигателя, что обеспечивает его надежность. 1 ил.

° ФФ °

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4484720/24-07 (22) 20.07,88 (46) 07.10.90. Бюл. Иг 37 (71) Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики при Томском институте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (72) Ю.Ф. Михеев, А.Е, Лапа, С.Л. Пахомов, И.А, Янушик и П.П. Петров (53) 62-83:621.316,718.5(088.8) (56)ддволодкин Н.П. и др. Управляемые 6есконтактные двигатели постоянного тока,—

Л.: Энергоатомиздат, 1984, с. 5, б, 16 — 24, 80; рис. 4-5.

Беленький l0,M. и др. Бесконтактный моментный привод для замкнутых систем автоматического управления. — Электротехника, 1986, М2, с. 11-14, оис, 5, б, » ЫЛ, 1598097 Al

>s Н 02 P 6/02, Н 02 К 29/06 (54) РЕВЕРСИВНЫЙ ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОП РИ ВОД (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в приводе с двухфазными синхронными двигателями.

Целью изобретения является повышение надежности. Для достижения поставленной цели реверсивный вентильный электропривод дополнительно содержит два широтноимпульсных преобразователя 16, 17, четыре формирователя 18 — 21 импульсов, два логических элемента ИЛИ 22, 23. Полупроводниковые коммутаторы выполнены в виде тиристорных реверсивных мостов 4, 5, соединенных через силовые ключи 32, 33 с положительным выводом источника питания, и диодного моста, в диагональ которого согласно с его проводимостью включены сило1598097 ловые выводы транзисторных ключей 42 и 40 вые выводы транзисторных ключей 42, 43, Фазы 2, 3 обмотки электродвигателя включены в общую диагональ диодного и тиристорного мостов. При вращении двигателя широтно-импульсной модуляторы 16, 17 обеспечивают модуляцию позиционного сигнала управления. Формирователи 18 — 21 управляют включением тиристоров 24-31. В

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроприводу, и может быть использовано в управляемых приводах с двухфазными синхронными машинаМи.

Целью изобретения является повышение надежности реверсивного вентильного электропривода.

На чертеже приведена схема реверсивного вентильного электропривода.

Реверсивный вентильный электропривод содержит двухфазный синхронный электродвигатель с постоянными магнитами на роторе 1 и фазами 2 и 3 обмотки на якоре (статоре), два полупроводниковых коммутатора 4 и 5, два промежуточных усилителя 6 и 7, датчик 8 положения ротора с входной 9 и двумя выходными 10 и 11 обмотками, задатчик 12 частоты вращения, подключенный через модулятор 13 к входной обмотке 9 датчика 8. Обмотки 10 и 11 датчика 8 подключены к входам двух демодуляторов 14 и 15 соответственно. Кроме того; электропривод содержит два широтно-импульсных преобразователя 16 и 17 с двумя выходами каждый, четыре формирователя

18 — 21 импульсов с двумя выходами каждый, два логических элемента ИЛИ 22 и 23.

Полупроводниковый коммутатор 4 выполнен в виде тиристорного реверсивного моста на тиристорах 24-27, а полупроводниковый коммутатор 5 — в виде тиристорного моста на тиристорах 28 — 31. Коммутаторы соединены с положительным выводом источника питания синхронного двигателя через силовые транзисторные ключи 32 и 33.

В состав коммутатора введены мосты на диодах 34-37 и 38 — 41, в диагонали которых согласно с его проводимостью включены си43 прямой проводимости.

Базы транзисторных ключей 42 и 43 подключены к анодам тиристоров 24, 26 и

28, 30 соответственно, соединенных с силовым транзисторным ключом 32 и 33 через резистор 44 и 45 и два дополнительных диода 46 и 47 и 48 и 49 к выводам фаз 2 и 3

35 паузе сигнала отключается один из ключей

32, 33. Ток соответствующей фазы продолжает замыкаться под действием ЭДС самоиндукции и ЭДС вращения. При обесточивании электропривода фазы шунтируются ключами 42, 43, обеспечивая динамическое торможение двигателя, что обеспечивает его надежность. 1 ил. синхронного электродвигателя, включенных в общую диагональ диодных и тиристорных мостов. Управляющие входы тиристоров 24, 27 и 25, 26 коммутатора 4 и тиристоров 28, 31 и 29, 30 коммутатора 5 соединены с входами соответствующих формирователей 18, 19 и 20; 21 импульсов.

Входы формирователей 18, 19 и 20, 21 импульсов подключены к выходам первого 16 и второго 17 широтно-импульсных преобразователей (ШИП), которые соединены выходами соответственно с входами первого 22 и второго 23 логических элементов ИЛИ.

Выходы элементов ИЛИ 22 и 23 через промежуточные усилители 6 и 7 соединены соответственно с управляющими входами силовых транзисторных ключей 32 и 33, а входы широтно-импульсных преобразователей 16 и 17 соединены с выходами соответствующих демодуляторов 14 и 15.

Электропривод работает следующим образом.

Формируемое с помощью задатчика 12 частоты вращения управляющее напряжение Uy поступает на вход модулятора 13.

Выходное напряжение модулятора — амплитудно-модулированный разнополярный электрический сигнал постоянной частоты, поступает на входную обмотку 9 датчика 8 положения ротора (ДП Р) — синусно-косинусного вращающегося трансформатора, согласованного по количеству полюсов с синхронным двигателем, При этом на выходных обмотках 10 и 11 ДПР 8 формируются модулированные напряжения, амплитуды которых пропорциональны синусу и косинусу угла поворота ротора 1 двигателя относительно етатора (якоря) и одновременно зависят от характера и амплитуды выходного напряжения задатчика 12 частоты вращения, т.е. реализуются следующие математические зависимости:

U — = U> К. з1п

Uc=Uy К. созфр, где Us — выходное напряжение синусной выходной обмотки 10 ДПР 8;

1598097

Π— выходное напряжение косинусной выходной обмотки 11 ДПР 8;

Uy — управляющее напряжение с выхода задатчика 12;

К вЂ” коэффициент трансформации ДПР 8; о — угол поворота ротора 1; р — число полюсов ДП P 8.

Напряжения Us и Ос с выходных обмоток ДПР поступают на демодуляторы 14 и

15, при этом на выходах демодуляторов формируются синусоидальные напряжения, сдвинутые по фазе нэ 90О, амплитуда которых пропорциональна напряжению Uy.

Выходные напряжения демодуляторов преобразуются широтно-импульсными преобразователями (LLIMll) 16 и 17 в последовательность прямоугольных импульсов, скважность которых изменяется пропорционально напряжению демодуляторов 14 и 15, Предположим, что при появлении положительного управляющего напряжения Uy на выходе задатчика 12 фаза напряжения на выходе модулятора 13 такова, что на выходах демодуляторов 14 и 15 начинают формироваться положительные полуволны синусоидального напряжения.

В этом случае на одном выходе ШИП 16 (17), например первом, появляются модулированные по длительности прямоугольные импульсы, которые через логический элемент ИЛИ 22 (23) и промежуточный усилитель 6(7) управляют работой силового транзисторного ключа (СТК) 32 (33), а также через формирователь 19 (20) импульсов поступают на включение диагональных тиристоров 24 и 27 (28 и 31) реверсивного тиристорного моста 4 (5).

В течение импульса ШИП силовой транзисторный ключ 32 (33) открыт и ток от плюса источника питания протекает по цепи:

СТК 32 (33), тиристор 24 (28), обмотка 2 (3), тиристор 27 (31), минус источника питания.

Пока открыт СТК 32 (33) и по тиристору 24 (28) протекает ток, база транзисторного ключа прямой проводимости 42 (43) оказывается соединенной с положительной шиной источника питания, а падений напряжения на тиристоре 24 (28) является для его входной цепи запирающим (плюс на базе, минус на аноде диода 34 (38)), следовательно, транзисторный ключ 42 (43) во время действия импульса управления закрыт. По окончании действия импульса управления, когда СТК 32 (33) перейдет в режим отсечки (полностью закроется), обмотки 2 (3) отключаются от обеих шин источника питания., Под действием наведенной а фазе 2 (3)

ЭДС самоиндукции по цепи: диод 36(40), 5

55 переход эмиттер-база транзисторного ключа 42 (43), последовательно соединенные резистор 44 (45) и диод 46 (48) протекает ток, при этом открывается транзисторный ключ

42 (43), В результате ток в фазе двигателя за счет запасенной в индуктивности магнитной энергии продолжает протекать в прежнем направлении, замыкаясь в кон туре: фаза 2 (3), диод 36 (40), переход эмиттер-коллектор транзисторного ключа (42) 43, диод

35 (39), фаза 2 (3). В дальнейшем, во время действия импульсов управления через включенные СТК 32 (33) и диагональные тиристоры 24 и 27 (28 и 31) обеспечивается протекание тока по фазам двигателя от источника питания. В паузах между импульсами аналогичным образом включается транзисторный ключ 42 (43) и создает контур для протекании тока в прежнем. направлении от ЭДС самоиндукции.

Магнитные потоки, создаваемые токами якорных (статорных) обмоток 2 (3), обуславливают возникновение результирующего магнитного поля статора, которое, взаимодействуя с полем постоянных магнитов ротора 1, создает вращающийся электромагнитный момент, в результате чего ротор двигателя начинает поворачиваться в том же направлении, например вперед, что и поле статора. При повороте ротора двигателя поворачивается также и ротор ДПР 8, механически связанный с валом двигателя, что приводит к изменению амплитуды и фазы напряжений на его выходных обмотках

10 и 11 и, соответственно, напряжений на выходах демодуляторов 14 и 15 по синусоидальному закс;-у сс сдвигом на 90О.

В положе - иях ДПР 8, когда выходные напряжения демодуляторов проходят через нуль и изменяют полярность, прекращается подача импульсов управления с первого выхода ШИП 16 (17) на логический элемент

ИЛИ 22 (23) и формирователь 19 (21) импульсов и начинается их подача с второго выхода

ШИП 16 (17) на другой вход элемента ИЛИ

22 (23) и формирователь 18 (20) импульсов.

Диагональные тиристоры 24 и 27 (28, 31) закрываются, и при включении СТК 32 (33) включаются диагональные тиристоры 25 и

26 (29 и 30). Происходит реверсирование тока в обмотке 2 (3) синхронного двигателя, при этом направление электромагнитного вращающегося момента остает ..я прежним.

Когда включен СТК 32 (33) и протекает ток через тиристор 26 (30), транзисторный ключ 42 (43) также остается закрытым, так как в этом случае уже падение напряжения на тиристоре 26 (30) является запирающим для его входной цепи. В паузе между импульсами управления СТК 32 (33) тиристоры

1598097

25 и 26 (29 и 30) выключаются и отключают обмотку 2 (3) двигателя от шин источника питания, а транзисторный ключ 42 (43) под действием ЭДС самоиндукции открывается по цепи: фаза 2 (3), диод 34 (38), эмиттер-базовый переход ключа, резистор 44(45), диод

47 (49), фаза 2 (3) и вместе с диодами 34, 37 (38, 41) образует замкнутый контур, по которому продолжает протекать в прежнем направлении ток обмотки под действием запасенной в ее индуктивности магнитной энергии, При очередной смене знака напряжения на выходе демодулятора 14 (15) прекращается формирование импульсов управления на втором выходе ШИП 16 (17) и вновь они формируются на первом выходе. При этом тиристоры 25 и 26 (29 и 30) выключаются и происходит реверсирование тока через включенные тиристоры 24 и 27 (28 и 31). В дальнейшем процессы в электроприводе протекают аналогичным образом, т.е. во время действия импульсов управления СТК 32 (33) и тиристоры 24 и 27 (28 и 31) обеспечивают путь для протекания тока по фазе 2 (3) от источника питания, а в паузах между импульсами управления включается автоматически транзисторный ключ 42 (43) и вместе с диодами 36 и 35 (40 и 39) образует контур для протекания тока в прежнем направлении от ЭДС самоиндукции. При увеличении управляющего напряжения с задатчика 12 увеличивается скважность импульсов управления ШИП и, следовательно, возрастают амплитуда первой гармоники модулированного напряжения на обмотках двигателя и соответственно скорость вращения ротора

1. При вращении ротора в обмотках якоря наводится ЭДС вращения, направленная встречно с приложенным напряжением и изменяющаяся по синусоидальному закону.

В переходных режимах, например при сбросе нагрузки или уменьшении управляющего напряжения в системе с обратной связью по скорости, скважность импульсов управления уменьшается и может стать равной нулю, т,е. ЭДС вращения может быть больше . приложенного к обмоткам двигателя среднего напряжения.

В этом случае СТК 32 (33) и открытые тиристоры, например 24 и 27 (28 и 31), закрываются и под действием ЭДС вращения автоматически открывается транзисторный ключ 42 (43) по цепи: фаза 2 (3), диод 34 (38), переход эмиттер-база ключа, резистор 44 (45), диод 47 (49). обмотка двигателя.

Ток в фазе 2 (3) меняет свое направление и протекает в контуре, образованном открытым транзисторным ключом 42 (43) и

55 диодами 34 и 37 (38 и 41), При изменении полярности ЭДС вращения на выводах обмотки 2 (3) транзисторный ключ 42.(43) уже вместе с диодами 36 и 35 (40 и 39) образует контур для протекания тока от ЭДС вращения в другом направлении. Следовательно, в переходных режимах в электроприводе осуществляется автоматически перевод двигателя в режим торможения, т.е. происходит частичный сброс запасенной в двигателе электромагнитной энергии и его подтормаживание, При остановке двигателя, когда снимаются импульсы управления, а также в аварийный режимах, например при исчезновении питания на двигателе, в известных электроприводах элементы полупроводниковых коммутаторов становятся неуправляемыми и двигатель тормозится выбегом. В подобных ситуациях в предлагаемом электроприводе обмотки двигателя отключаются силовыми транзисторными ключами и тиристорами реверсивного тиристорного моста от шин источника питания и под действием наведенных в них ЭДС вращения открываются автоматически транзисторные ключи прямой проводимости, которые вместе с диодами обратных диодных мостов образуют контуры динамического торможения. Токи в обмотках меняют свое направление и создают тормозной момент, противоположный моменту вращения, в результате происходит быстрый останов двигателя. Для ограничения тормозного тока в коллекторную цепь транзисторного ключа 42 (43) может быть включен резистор.

При смене полярности управляющего напряжения на выходе задатчика 12 изменяются на 180 фаза выходного напряжения модулятора 13 и соответственно фаза напряжений на обмотках ДПР и выходах демодуляторов. При этом импульсы управления появляются сначала на вторых выходах

ШИП 16 и 17 и от формирователей 18 (20) импульсов включаются первыми диагональные тиристоры 25 и 26 (29 и 30), т.е. происходит смена фазы формируемого тока в обмотках двигателя и, соответственно, изменение направления электромагнитного вращающегося момента. Ротор двигателя приходит в движение и вращается назад, при этом коммутационные процессы в схеме электропривода происходят так же, как и при вращении двигателя вперед.

Таким образом, в электроприводе за счет введения новых элементов осуществляется импульсное регулирование напряжения на обмотках синхронного двигателя и, следовательно, его скорости только двумя

1598097 зователя с двумя выходами каждый, четыре

-формирователя импульсов с двумя выхода ми каждый, два логических элемента ИЛИ, а каждый полупроводниковый коммутатор

5 выполнен в виде тиристорного реверсивного моста с силовым транзистором для подключения к положительному полюсу источника питания и диодного моста, в диагональ которого включены согласно с

10 его проводимостью силовые выводы транзисторного ключа прямой проводимости, база которого подключена к анодам тиристоров, соединенных с силовым транзисторным ключом, и через резистор и два

15 дополнительных диода соединена с выводами соответствующей фазы синхронного электродвигателя, включенной в общую диагональ диодного и тиристорного мостов, управляющие входы диагонально располо20 женных тиристоров каждого коммутатора подключены к выходам соответствующих формирователей импульсов, входы формирователей импульсов первого и второго коммутаторов подключены соответственно

25 к выходам первого и второго широтно-импульсных преобразователей и входам соответствующих логических элементов ИЛИ, выходы которых через соответствующие промежуточные усилители подключены к

30 управляющим входам транзисторных силовых ключей, а вход каждого широтно-импульсного преобразователя соединен с выходом соответствующего демодулятора. силовыми транзисторными ключами, а изменение направления тока в обмотках производится по раздельному закону тиристорными реверсорами, что уменьшает вероятность возникновения сквозных токов в полупроводниковых коммутаторах. Кроме того, в электроприводе при импульсном регулировании напряжения обеспечивается безразрывность тока в обмотках двигателя во всех режимах работы, а также осуществляется автоматически перевод двигателя в режим динамического торможения в аварийных ситуациях ° при этом не требуется дополнительных устройств управления и источников питания. Все это повышает надежность его работы.

Формула изобретения

Реверсивный вентильный электропривод, содержащий двухфазный синхронный электродвигатель, каждая фаза которого подключена к полупроводниковому коммутатору, два промежуточных усилителя, датчик положения ротора с входной и двумя выходными обмотками, задатчик частоты вращения, подключенный через модулятор к входной обмотке датчика положения ротора, две выходные обмотки которого подключены соответственно к входам двух демодуляторов, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, в него введены два широтно-импульсных преобраСоставитель А.Иванов

Редактор Н.Лазаренко Техред М,Моргентал Корректор Н.Король

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 3067 Тираж 452 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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