Вентильный электропривод

 

Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем обеспечения реверса электродвигателя. С этой целью вентильный электропривод с асинхронным двигателем 1 с фазным ротором снабжен управляемыми переключателями 19,20, блоком 9 системы управления по фазе напряжения, D-триггерами 13,16, одновибраторами 11,12 и одновибраторами 15,17 с повторным запуском, элементами И-НЕ 10,14, инвертором 18 и формирователем 8 синхронных импульсов. Благодаря этому в электроприводе обеспечивается реверсирование асинхронного двигателя 1. Для этого по каналу якорного регулирования снижают частоту вращения до нуля. На первый вход переключателя 20 подается сигнал, соответствующий логическому нулю. Это вызывает изменение чередования фаз трехфазного сигнала, поступающего на второй вход переключателя 20. 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з Ч 02 Р 7/36, 6/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4306384/24-07 (22) 18.06.87 (46) 23.10.90. Бюл. М 39 (71) Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева (72) Ю.П. Сонин, Ю.В. Гуляев, Ю.И. Прусаков и С.А, Юшков (53) 62-83:621.313(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 803085, кл. Н 02 К 29/00, 1973.

Патент CILIA М 4295084, кл. H 02 Р 5/40, 1981.

Сонин Ю.П. Статические характеристики машины двойного питания в режиме вентильного двигателя, 1985, М 4, (54) ЕЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД (57) Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем

„„Я2„Ä 1601725 А1 обеспечения реверса электродвигателя. С этой целью вентильный электропривод с асинхронным двигателем 1 с фазным ротором снабжен управляемыми переключателями 19. 20, блоком 9 системы управления по фазе напряжения, 0-триггерами 13, 16, одновибраторами 11, 12 и одновибраторами

15, 17 с повторным запуском, элементами

И-НЕ 10, 14, инвертором 18 и формирователем 8 синхронных импульсов, Благодаря этому в электроприводе обеспечивается реверсирование асинхронного двигателя 1.

Для этого по каналу якорного регулирования снижают частоту вращения до нуля, На первый вход переключателя 20 подается сигнал, соответствующий логическому нулю. Это вызывает изменение чередования фаз трехфазного сигнала, поступающего на второй вход переключателя 20. 5 ил, 3

1601725

30

40

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах, где требуется реверсирование направления вращения электродвигателя.

Целью изобретения является расшире ние функциональных возможностей путем обеспечения реверса электродвигателя, .На фиг, 1 представлена функциональ, ная схема вентильного электропривода; на фиг. 2 — диаграммы X1 — X11 напряжений на, элементах схемы при прямом чередовании фаз в обмотке ротора при неподвижном ро торе; на фиг. 3 — диаграммы напряжений на

I элементах схемы при обратном чередова:нии фаз в обмотке ротора при неподвижном :роторе; на фиг, 4 — диаграммы напряжений

;:на элементах схемы при прямом чередова нии фаз в обмотке ротора при его вращении; на фиг, 5 — диаграммы напряжений на эле ментах схемы при обратном чередовании

,фаз в обмотке ротора при его вращении.

Вентильный электропривод содержит

;асинхронный электродвигатель 1 с фазным ротором(фиг, 1), статорные обмотки которого подключены к выходам преобразователя

2 частоты, а роторные обмотки — к выходу . преобразователя 3 частоты, блоки 4 и 5 за;дания амплитуды напряжений статора и ротора соответственно, выходы которых подключены к первым управляющим входам преобразователей 2 и 3 частоты статора и ротора соответственно, блок 6 задания постоянной частоты токов ротора, Датчик 7 фазных напряжений статора подключен выходами к входам формирователя 8 и блока 9 системы управления по фазе напряжений.

Первый выход формирователя 8 синхронных импульсов подключен к первому входу первого двухвходового логического элемента И вЂ” НЕ 10, а второй выход — к входам первого одновибратора 11, второго одновибратора 12, С-входу второго D òðèããåðà

13 и второму входу второго двухвходового логического элемента И-НЕ 14.

Выход первого одновибратора 11 соединен с вторым входом первого двухвходового логического элемента И-НЕ 10, выход которого подключен к входу первого одновибратора 15 с повторным запуском, Его выход соединен с D-входом первого 0-триггера 16. D-вход второго D-триггера подключен к выходу второго одновибратора 12, Выход второго 0-триггера 13 соединен с входом второго одновибратора 17 с повторным запуском, который через инвертор 18 подключен к первому входу второго двухвходового логического элемента И-НЕ 14.

С-вход первого D-триггера соединен с выходом второго двухвходового логического элемента И-НЕ 14, выход первого О-триггера соединен с первым входом первого управляемого переключателя 19, Второй вход первого управляемого переключателя 19 соединен с выходом блока 9 системы управления по фазе напряжений, а выход подключен к второму управляющему входу преобразователя 2 частоты статора. Второй вход второго управляемого переключателя

20 соединен с выходом блока 6 задания частоты токов ротора, а выход — с вторым управляющим входом преобразователя 3 частоты ротора.

Вентильный электропривод работает следующим образом.

При подаче напряжения питания на преобразователи 2 и 3 частоты статора и ротора сигнал блока 6 задания постоянной частоты токов ротора (задает постоянную частоту порядка 3 — 5 Гц) проходит через второй управляемый переключатель 20, открывает тиристоры преобразователя 3 частоты ротора и по обмотке ротора асинхронного двигателя 1 начинает протекать трехфазный низкочастотный ток возбуждения частотой

cur, создающий вращающееся магнитное поле возбуждения.

При неподвижном роторе (фиг. 2) с датчика 7 фазных напряжений статора снимается сигнал частотой ш и подается на вход блока 9 системы управления по фазе напряжений, которая вырабатывает импульсы управления тиристорами инверторного звена преобразователя 2 частоты статора, причем угол опережения включения тиристоров остается постоянным во всем диапазоне рабочих частот двигателя. Импульсы управления поступают. через первый управляемый переключатель 19 на второй управляющий вход преобразователя 2 частоты статора и открывают тиристоры инверторного звена. В обмотке статора начинает протекать трехфазный ток и создается вращающееся магнитное поле статора, которое при вращении в одном направлении и с одинаковой частотой вращения с полем ротора взаимодействует с ним, создавая электромагнитный вращающий момент.

При вращающемся роторе частота госнимаемого с датчика 7 фазных напряжений статора сигнала равна где в, — угловая частота вращения ротора, Регулирование частоты вращения двигателя осуществляется по двум каналам. По первому каналу (якорное регулирование) блок 4 задания амплитуды напряжения статора воздействует на фазу управления вы1601725

1 тим1 + +

ff

Тим2 =—

1

Тимз +

ff

50 прямительного звена преобразователя частоты стэтора и регулирует тем самым его выходное напряжение. По второму каналу (регулирование возбуждения) блок 5 задания амплитуды напряжения ротора определяет амплитуду напряжения преобразователя 3 частоты ротора, При необходимости реверсирования направления вращения двигателя в электроприводе предусмотрена возможность из. менения направления вращения магнитных полей статора и ротора.

В исходном состоянии на первых входах первого 19 и второго 20 управляемых переключателей присутствует логический сигнал, соответствующий уровню логической "1".

Управляемые переключатели 19 и 20 работают следующим образом, Когда на первых входах управляемых переключателей присутствует уровень логической "1", поступающий на второй вход трехфазный сигнал без изменений передается на выход. Когда на первых входах присутствует уровен ь логического "0", управляемый переключатель изменяет чередование фаз трехфазного сигнала. поступающего на второй вход, на обратное.

Реверсирование направления вращения двигателя осуществляется следующим образом. За счет якорного регулирования частоту вращения двигателя снижают до нуля. На первый вход второго управляемого переключателя 20 подается логический сигнал, соответствующий уровню логического

"0". Это вызывает изменение чередования фаз трехфазного сигнала, подаваемого на второй вход второго управляемого переключателя 20. При подаче логической "1" на первый вход второго управляемого переключателя 20 чередование фаз возвращается в исходное состояние.

Изменение чередования фаз в роторе приводит к изменению направления вращения магнитного поля ротора. Это означает, что в трехфазной ЭДС, наводимой полем ротора в статоре, тоже изменилось чередование фаз. Сигнал с датчика 7 фазных напряжений статора подается на формирователь 8 синхронных импульсов, который вырабатывает два синхронных импульса, представляющие собой логические сигналы прямоугольной формы, совпадающие по фазе и частоте с соответствующими фазными напряжениями. Синхронный импульс с первого выхода формирователя 8 синхронных импульсов Х1 (фиг. 3) совпадает. по фазе с напряжением фазы А, а с второго выхода синхронный импульс Х2 — с напряжением фазы В.

Синхронный импульс Х1 фазы А поступает непосредственно на первый вход первого двухвходового логического элемента

И-НЕ 10, а синхронный импульс Х2 фазы 8 поступает нэ второй вход первого двухвходового логического элемента И вЂ” Н Е 10 через первый одновибратор 11, который формирует из синхронного импульса Х2 фазы В узкий импульс ХЗ,длительность которого где гим1 — длительность импульса на выходе первого одновибратора;

ft — частота тока ротора (частота возбуждения).

При прямом чередовании фаз А, В, С (фиг, 2) сигнал с выхода первого двухвходового логического элемента И вЂ” НЕ 10 Х4 представляет собой чередование импульсов с периодом и длительностью импульса

1 HM2 — 4M/ HM1 — f 0M i

При обратном чередовании фаз В. А, С (фиг. 3) сигнал Х4 с выхода первого двухвходового логического элемента И вЂ” НЕ 10 имеет уровень логической "1", так как в любой момент времени на одном из входов первого двухвходового логического элемента И вЂ” НЕ

10 присутствует уровень логического "0", Длительность импульса с выхода первого одновибратора с повторным запуском (X5) выбрана так, что где z

7 1601725 8

-. i им ff

1 тим4 Е !

ff гдето « -, 1

Сигнал с выхода rtepeoro одновибратора 15 с повторным запуском подается иа

0-вход первого 0-триггера 16, на- С-вход которого поступают импульсы Х10 с выхода второго двухвходового логического злемен- . 5 та И вЂ” HE 14.

Выходной сигнал Х11 первого D-триггера 16 поступает на первый вход первого

,, управляемого переключателя 19 и является ., для него сигналом управления. Если на пер- 1О, вом входе первого управляемого переклю: .чателя 19 присутствует уровень логическои ; "1", то чередование фаз на его выходе по;:, вторяет чередование фаз на втором входе.

; Если на первом входе первого управляемо- 15. го переключателя 19 присутствует уровень логического "О", то чередование фаз íà его, выхоце по отношению к чередовани о фаз на втором вхо,це изменяется иа обратное.

Изменение чередования фаз иа выходе 20 первого управляемого переключателя 19 приводит к изменению алгоритма работы тиристоров ииверторного звена преобразователя 2 частоты статора и, как следствие,— . к изменению чередования фаз на его выхо- 25 де. Это вызывает изменение направления вращения магнитного поля статора.

Повышение напряжения на статоре с помощью блока 4 задания амплитуды напряжения статора приводит к тому, что ро- 30 тор двигателя начинает вращаться в противоположном направлении.

Для исключения возможности изменения направления вращения магнитного по- 35 ля статора при ненулевой скорости вращения двигателя, что может вызвать резкий иаброс нагрузки и опрокидывание инвертора в статорной цепи, B злектроприводе предусмотрено пороговое устройство,. 40 запрещающее подачу импульсов на С-вход первого О-триггера 16 и делающее невозможной смену логического уровня на его выходе при частоте вращения двигателя, отличной от нуля. 45

Пороговое устройство работае следующим образом. Второй одновибратор формирует иэ синхронных импульсов фаэь, В импульсы Хб, длительность которых раина

При неподвижном роторе тим4 <- (f

f частота токов статора), так ка f=ft, На выходе второго D-триггера 13 сигнал Х7 имеет урове ь логического "О", так как при появлении пе эедиего фронта импульса Х2 на его

С-входе сигнал Hà D-входе имеет уровень логического "0", На выходе второго одновибратора 17 с повторным запуском сигнал

Х8 также имеет уровень логического "О". После инвертирования инвертором 18 сигнал

Х9 поступает на первый вход второго двухвходового логического элемента И-НЕ 14, иа выходе которого присутствует последовательность импульсов, являющихся инвертированными синхронными импульсами

Х10 фазы В. Так как на С-входе первого

9-триггера 16 поступает последовательность импульсов Х10, его выходной сигнал

Х11 повторяет сигнал Х5 Hà D-входе.

При BpBBJeí|4û ротора длительность им" пульса Х6 иа выходе второго одиовибратора

12 больше периода частоть, тока статора (импульсы Х1, Х2, фиг, 4 и 5), и на выходе второго D-триггера 13 присутствует последовательность импульсов Х7. Второй одновибратор 17 с повторным запуском формирует импульсы, длительность которых больше периода частоты токов ротора: где r ; 5 — длительность импульсов., формируемых вторым одиовибратором 17 с повторным запуском, На выходе og:,HoBèápегоðà 17 сигнал Х8 имеет уровень логической "1", так как длительность формируемого одновибратором

17 импульса больше периода частоты следования импульсов на его входе. После инвертирования иивеотором 18 сигнал Х9, представляющий собой уровень логического

"О", поступает на первый вход второго двухвходового логическа о элемента И вЂ” HE 14. На

С-входе первого П-триггера 16 присутствует уровень логической "1" сигнала Х10, Сигнал

Х11 на выходе первого D-триггера 16 не изменяется при изменении сигнала на его D-входе.

Асинхронный двигатель с фазным ротором в электроприводе обладает свойствами и характеристиками двигателя постоянного тока с компаундиым возбуждением. Последнее реализуется эа счет скольжения ротора относительно вращающегося магнитного поля машины.

Применение изобретения позволяет обеспечить повышение быстродействия, надежности и точности реверса двигателя и тем самым расширить функциональные возможности злектропривода, 1601725

Формула изобретения

Вентильный электропривод, содержащий асинхронный двигатель с фазным ротором, преобразователи частоты, подклю-.енные соответственно к обмоткам сТ8Тор3 и рот(ра, блоки задания амплитуд напряжений статора и ротора, соединенные выходами с первыми управляющими входами соответственно преобразователей частоты статора и ротора, блок задания постоянной частоты токов ротора, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения реверса, введены первый управляемый переключатель, второй управляемый переключатель, блок системы управления по фазе напряжений, два D-триггера, два одновибратора с повторным запуском, два двухвходовых логических элемента И-НЕ, два одновибратора, инвертор, формирователь синхронных импульсов с двумя выходами, датчик фазных напряжений статора, подключенный выходами к входам формирователя синхронных импульсов и блока системы управления по фазе напряжений, первый выход формирователя синхронных импульсов соединен с первым входом первого двухвходового логического элемента

И-КЕ, второй выход формирователя синхронных импульсов соединен с входами первого и второго одновибраторов, с С-входом второго D-триггера и с вторым входом ВТорого двухвходового логического элемента

5 И вЂ”;:";Е, выход первого одновибратора соединен с вторым входом первого двухвходового логического элемента И вЂ” НЕ, выход которого подключен к входу первого одновибратора с повторным запуском, соединенного

10 выходом с 0-входом первого 0-триггера, выход второго одновибратора подключен к Dвходу второго D-триггера, выходом соединенного с входом второго одновибратора с повторным запуском, который через

15 инвертор подключен к первому входу второго двухвходового логического элемента И вЂ” НЕ, выходом соединенного с С-входом первого

D-триггера, подключенного выходом к первому входу первого управляемого переключате20 ля, второй вход которого соединен с выходом блока системы управления по фазе напряжений, а в ход — с вторым управляющим входом преобразователя частоты статора, первый вход второго управляемого ключа

25 служит для подачи сигнала постоянного уровня, второй его вход соединен с выходом блока задания постоянной частоты токов ротора, а выход подключен к второму управляющему входу преобразователя частоты

30 ротора.

Хб

Х9

ХГО

1б01725 !

Составитель A. Головченко

Редактор M.Áëàíàð Техред ММоргентал Корректор M.Ñàìáoðñêàÿ

Заказ 3276 Тираж 457 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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