Вентильный электродвигатель

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в приводах большой и средней мощности. Целью изобретения является повышение надежности и улучшение качества регулирования. В вентильный электродвигатель введены регулятор 60 тока, задатчик 61 тока, блок 62 импульсной модуляции регулятора тока и логический элемент НЕ 63. На вход блока 62 импульсной модуляции регулятора тока поступают импульсы с логического элемента И - НЕ 59, инвертированные логическим элементом НЕ 63. Тем самым уменьшается коэффициент заполнения регулятора 60 тока, а соответственно, и ток якоря. При этом коэффициент заполнения регулятора 57 напряжения увеличивается, что приводит к увеличению напряжения источника коммутирующих импульсов. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю Н 02 К 29/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1582324 (21) 4693993/07 (22) 22.05.89 (46) 07,07.91. Бюл. ¹ 25 (71) Брянский институт транспортного машиностроения (72) В.В.Симкин (53) 621.31 6. 718(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1582324, кл. Н 02 К 29/06, 1988. (54) ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в приводах большой и средней мощности. Целью изобретения является повышение надежности

„„ЯД„„1661927 А2 и улучшение качества регулирования. В вентильный электродвигатель введены регулятор 60 тока, задатчик 61 тока, блок 62 импульсной модуляции регулятора тока и логический элемент НЕ 63, На вход блока 62 импульсной модуляции регулятора тока поступают импульсы с логического элемента

И вЂ” НЕ 59, инвертированные логическим элементом НЕ 63. Тем самым уменьшается коэффициент заполнения регулятора 60 тока, а соответственно, и ток якоря. При этом коэффициент заполнения регулятора 57 напряжения увеличивается, что приводит к увеличению напряжения источника коммутирующих импульсов. 2 ил.

1661927

Изобретение относится к электротехнике, может быть использовано в приводах постоянного тока большей и средней мощности и является усовершенствованием изобретения по авт, св. N- 1582324.

Цель изобретения — повышение надежности и улучшение качества регулирования.

На фиг,1 представлена принципиальная схема вентильного электродвигателя; на фиг.2 — диаграммы напряжений, поясняющие работу отдельных его блоков, Вентильный электродвигатель содержит электромеханический преобразователь с обмоткой якоря, составленной из шести фаз 1 — 6 (фиг.1), ротор с обмоткой возбуждения (не показан), датчик положения ротора с чувствительными элементами 7 — 12, источник коммутирующих импульсов с коммутирующим трансформатором 13. Первичная обмотка трансформатора 13 составлена из двух последовательно соединенных секций

14 и 15. Начало и конец первичной обмотки соединены с анодами первого 16 и второго

17 коммутирующих тиристоров соответственно, ее средние выводы подключены к объединенным катодам двух диодов 18 и 19 и образуют положительный вход цепи питания источника коммутирующих импульсов, 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 ротора соответственно. Каждый анодный вывод тиристоров 26 — 31 катодной группы объединен с катодным выводом одного из тиристоров 20 — 25 анодной группы.

Объединенные силовые выводы тиристоров

20,26; 21,27; 22,28; 23,29; 24,30; 25,31 подключены соответственно к точкам соединения смежных секций 1,2; 2,3; 3,4; 4,5; 5,6; 6,1 обмотки якоря.

Анодные выводы четных тиристоров

20,22 и 24 анодной группы подключены к началу первой вторичной обмотки 38 трансформатора 13, Анодные выводы нечетных: тиристоров 21,23 и 25 подключены к концу обмотки 38. Тиристоры 26,28 и 30 катодным выводом подключены к началу второй вторичной обмотки 39 коммутирующего трансформатора 13, а нечетные тиристоры

27,29,31 катодным выводом — к концу вторичной обмотки 39.

Вентильный электродвигатель содержит также восемь управляемых 40 — 47 и два неуправляемых 48 и 49 формирователей импульсов, четыре датчика 50-53 тока, конденсатор 54 и первый 55 и второй 56 дополнительные коммутирующие тиристбры.

55 регулятор 57 напряжения, блок 58 импульсной модуляции регулятора напряжения, логический элемент И-НЕ 59.

Катод первого коммутирующего тиристора 16 соединен с анодом первого дополнительного коммутирующего тиристора 55, который катодом подключен к началу первичной обмотки датчика 50 тока.

Катод второго коммутирующего тиристора 17 соединен с анодом второго дополнительного коммутирующего тиристора 56, который катодом подключен к началу первичной обмотки датчика 51 тока, Концы первичных обмоток датчика 50 и

52 тока объединены и с объединенными катодами диодов 18 и 19 образуют соответственно отрицательный и положительный входы питания источника коммутирующих импульсов, к которым подключен выход регулятора 57 напряжения, входом соединенного с источником постоянного тока, Управляющий вход регулятора 57 напряжения подключен к выходу блока 58 импульсной модуляции регулятора 57 напряжения.

Вход блока 58 импульсной модуляции регулятора 57 напряжения соединен с выходом логического элемента И вЂ” НЕ 59.

Третий датчик 52 тока включен между началом первой вторичной обмотки 38 ком- мутирующего трансформатора 13 и анодами четных тиристоров 20,22 и 24 анодной группы, Четвертый датчик 53 тока включен между концом обмотки 38 и анодами нечетных тиристоров 21,23 и 25 анодной группы, Входы первого 40 и второго 41 управляемых формирователей импульсов и входы логического элемента И вЂ” НЕ 59 соединены с выходами датчиков 52 и 53 тока соответственно, а входы первого 48 и второго 49 неуправляемых формирователей импульсов — с выходами датчиков 50 и 51 тока соответственно.

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 и

30 катодной и нечетных тиристоров 21,23 и

25 анодной групп. Входы четвертого 43, шестого 45, восьмого 47 управляемых формирователей импульсов подключены соответственно к выходам чувствительных элементов 8,10 и 12 нечетных тиристоров

27,29 и 31 катодной и четных тиристоров

20,22 и 24 анодной групп, Выход формирователя 41 импульсов объединен с одним из выходных зажимов формирователей 43,45,47 и 48 импульсов и подключен к управляющему электроду коммутирующего тиристора 17. Выход форми1661927 рователя 40 импульсов объединен с одним из выходных зажимов формирователей

42,44,46 и 49 и подключен к управляющему электроду коммутирующего тиристора 16.

Объединенные вторые зажимы формирователей 43,45,47 и 40 импульсов подключены к управляющему электроду второго дополнительного коммутирующего тиристора 56, а объединенные вторые зажимы формирователей 42,44,46 и 41 импульсов подключены к управляющему электроду первого дополнительного коммутирующего тиристора 55. Конденсатор 54 включен между катодами тиристоров 16,17, к которым соответственно подключены аноды диодов

18 и 19.

Вентильный электродвигатель содержит также регулятор 60 тока якоря, задатчик

61 тока, блок 62 импульсной модуляции регулятора тока якоря и логический элемент

НЕ 63, вход которого подключен к выходу логического элемента И вЂ” НЕ 59, а выход — к первому входу блока 62 импульсной модуляции, второй вход которого подключен к выходу задатчика 61 тока.

Выход блока 62 импульсной модуляции подключен к управляющему входу регулятора 60 тока, выход которого соединен со средними выводами вторичных обмоток 38 и 39 коммутирующего трансформатора 13, а вход — с источником питания постоянного тока.

Вентильный электродвигатель работает следующим образом, В момент запуска электродвигателя управляемые формирователи 42-47 импульсов отключены, обмотка возбуждения обесточена, а с помощью задатчика 61 тока выбирается напряжение задающего сигнала, соответствующее минимальной величине тока якоря.

Затем подается переменное прямоугольное напряжение на чувствительные элементы 7 — 12 датчика положения ротора.

Предположим, что в момент времени to (фиг.2) ротор вентильного электродвигателя находится в таком положении, при котором срабатывает чувствительный элемент 7 и импульсы поступают на входы формирователей 32 и 43 импульсов.

При этом формирователь 32 импульсов (фиг.2) работает в импульсном режиме, обеспечивая отпирание тиристоров 26 и 23.

В результате этого ток якоря протекает по цепям регулятор 60 тока — обмотка 38— датчик 53 тока — тиристор 23 — фазы 5,6 и 1— тиристор 26 — обмотка 39 — регулятор 60 тока, регулятор 6Р тока — обмотка 38 — датчик 53 тока — тиристор 23 — фазы 4,3 и 2—

55 тиристор 26 — обмотка 39 — регулятор 60. тока.

Для обеспечения необходимой полярности первоначального заряда конденсатора 54 используются два датчика 52 и 53 тока и формирователи 40 и 41 импульсов, Срабатывает тот формирователь импульсов, вход которого соединен с датчиком така, через обмотку которого протекает ток, Так как ток протекает по первичной обмотке датчика 53 тока, то формирователь 41 импульсов формирует импульс управления в момент t> (фиг,2), соответствующий их кратковремен ному включению, и открывает тиристоры 55 и 17. В результате создается цепь заряда конденсатора 54 регулятор 57 напряжения— секция 15 первичной обмотки трансформатора — конденсатор 54 — первый 55 дополнительный коммутирующий тиристор — датчик

50 тока — регулятор 57 напряжения. В конце заряда конденсатора 54 с полярностью, указанной на фиг.1 без скобок, тиристоры 17 и

55 запираются. Затем в момент времени т2 (фиг.2) включаются формирователи 42 — 47 импульсов и подается питание на обмотку возбуждения электродвигателя. Если момент сопротивления больше электромагнитного момента, то с помощью задатчика

61 тока увеличивают напряжение задающего сигнала, обеспечивая рост тока якоря и величины электромагнитного момента, что обеспечивает поворот ротора. Когда угол поворота окажется равным фазной зоне обмотки якоря, срабатывает чувствительный элемент 8 и отключается чувствительный элемент 7 задатчика положения ротора, На выходах формирователя 33 импульсов появляются импульсы, которые открывают тиристоры 24 и 27, соответственно, анодной и катодной групп. В результате этого фазы 2 и 5 обмотки якоря оказываются замкнутыми через открытые тиристоры 23,24 и 26 и 27 на вторичные обмотки 38 и 39 коммутирующего трансформатора 13.

Одновременно с выходов формирователя 43 импульсов поступают одиночные импульсы на управляющие электроды тиристоров 17 и 56, при отпирании которых обмотка 15 коммутирующего трансформатора 13 подключается к регулятору 57 напряжения, и через нее протекает ток, перемагничивающий сердечник магнитопровода коммутирующего трансформатора

13, что обеспечивает наведение ЭДС на вторичных обмотках 38 и 39 коммутирующего, трансформатора 13. Так как обмотки 38 и 39 находятся в контурах обмотка 38 — датчик 52 тока — тиристор 24 — фаза 5 — тиристор 23— датчик 53 тока — обмотка 38 и обмотка 39— тиристор 26 — фаза 2 — тиристар 27 — обмотка

1661927

39, то это обеспечивает коммутацию тока в секциях 2 и 5 обмотки якоря и обмотках 38 и 39 коммутирующего трансформатора 13, При этом ЭДС обмоток 38 и 39 прикладывается к тиристорам 24 и 27 в прямом, а к 5 тиристорам 26 и 23 в обратном направлениях. В моменты равенства тока параллельной ветви якоря току коммутации тиристоры 23 и 26 закрываются и ток якоря начинает протекать по цепям регулятор 60 тока — датчик 10

52 тока — тиристор 24 — фазы 54 и 3— тиристор 27 — обмотка 39 — регулятор 60 тока и регулятор 60 тока —:обмотка 38 — датчик.

52 тока — тиристор 24 — фазы 6,1 и 2— тиристор 27 — обмотка 39 — регулятор 60 15 тока.

После того, как закроются тиристоры 23 и 26, процесс перемагничивания коммутирующего трансформатора 13 заканчивается, ЭДС самоиндукции обмотки 15, 20 уменьшаясь, способствует увеличению тока через тири сторы 17 и 56 и датчик 51 тока.

Вследствие этого, в момент времени t4 на выходе формирователя 49 импульсов появляется импульс управления и открывается 25 тиристор 16. Ранее заряженный конденсатор 54 с полярностью, указанной на фиг.1 без скобок, перезаряжаясь по контурам конденсатора 54 — тиристор 17 — секции

15,14 — тиристор 16 — конденсатор 54 и кон- 30 денсатор 54 — диод 19 — секция 14 — TMpMGTop

16 — конденсатор 54, обеспечивает закрытие тиристора 17, а далее перезаряжается по цепи регулятор 57 напряжения — секция

14 — тиристор 16 — конденсатор 54 — тири- 35 стор 56 — датчик- 51 тока — регулятор 57 напряжения. В конце перезаряда ток конденсатора 54 уменьшается до нуля и тиристоры 56 и 16 закрываются, а конденсатор

54 приобретает полярность, указанную на 40 фиг.1 в скобках.

В дальнейшем ротор электродвигателя приходит во вращение и все описанные процессы циклически повторяются.

Динамический характер изменения мо- 45 мента сопротивления на валу электродвигателя при его пуске и управлении им ., изменяет длительность процесса коммутации. В случае питания электродвигателя от контактной сети значительно изменяется и напряжение питания, способствующее изменению ЭДС коммутации, а следовательно, и длительности процесса коммутации. В результате этого длительность интервала времени коммутации тока в фазах обмотки якоря электродвигателя может превысить время поворота ротора на 60 эл.град, что приводит к нарушению его работы.

Регулятор 57 напряжения, блок 58 импульсной модуляции и логический элемент

И вЂ” НЕ 59 обеспечивают регулирование ЭДС коммутации в функциональной зависимости от длительности процесса коммутации тока в секциях обмотки якоря электродвигателя.

Регулирование тока якоря в функцио-. нальной зависимости от длительности процесса коммутации тока в секциях якоря электродвигателя обеспечивают дополнительно включенные регулятор 60 тока якоря, блок 62 импульсной модуляции регулятора тока якоря и логический элемент НЕ 63, Регуляторы 57 и 60 работают следующим образом.

На межкоммутационных интервалах, когда ток якоря протекает лишь по первичной обмотке одного из датчиков 52 и 53 тока, на выходе логического элемента И вЂ” НЕ 59 возникает потенциал высокого уровня, а на коммутационных интервалах, когда ток якоря протекает по двум первичным обмоткам датчиков 52 и 53 тока, на выходе элемента

И вЂ” НЕ 59 создается потенциал низкого уровня (фиг.2). Таким образом, на выходе элемента И вЂ” Н Е 59 при чередовании коммутационных интервалов формируются импульсы, пропорциональные длительности процесса коммутации тока в секциях обмотки якоря электродвигателя. Эти импульсы поступают на вход блока 58 импульсной модуляции регулятора напряжения и через логический элемент НЕ 63 на вход блока 62 импульсной модуляции регулятора тока якоря (фиг.2), В результате происходит изменение коэффициентов заполнения регуляторов 57 и 60, а следовательно, изменяются ЭДС коммутации и ток якоря. Так, например, при набросе момента сопротивления длительность процесса коммутации в каждой последующей коммутируемой секции обмотки якоря увеличивается, Это обеспечивает рост длительности импульсов, формируемых логическим элементом И-НЕ

59. В результате этого блок 58 импульсной модуляции увеличивает коэффициент заполнения регулятора 57 напряжения, а следовательно, и напряжение в цепи питания источника коммутирующих импульсов. ЭДС коммутации возрастает, обеспечив снижение длительности процесса коммутации.

Так как на вход блока 62 импульсной модуляции регулятора тока якоря поступают импульсы с логического элемента И-НЕ

59, инвертированные логическим элементом НЕ 63, то блок 62 уменьшает коэффициент заполнения регулятора 60 тока якоря, а соответственно и ток якоря. В результате длительность процесса коммутации уменьшается.

Таким образом, введение обратных связей по длительности процесса коммутации

1661927

12

Т =Е

49 о 4 >z Еэ у ь бр 4 Ц Е„

Фиг. 2.

Составитель M. Сон

Редактор Н. Лазаренко Техред М.Моргентал Корректор М. Пожо

Заказ 2133 Тираж 329 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 обеспечивает регулирование тока якоря и

ЭДС коммутации в таких пределах, при которых вентильный электродвигатель может работать на пределе коммутационной ус" тойчивости и в функциональной зависимости от внешних факторов, характеризующих как источник питания, так и момент сопротивления на валу электродвигателя. Тем самым повышается надежность работы электродвигателя и

- улучшается качество регулирования при динамическом характере изменения нагрузки и изменении напряжения питания.

Формула изобретения

Вентильный электродвигатель по авт. св. N 1582324, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и улучшения качества регулирования, введены ре- гулятор тока, задатчик тока, блок импульсной модуляции регулятора тока и логический элемент НЕ, вход которого под5 ключен к выходу логического элемента ИНЕ, а выход — к первому входу блока импульсной модуляции регулятора тока, второй вход которого соединен с выходом задатчика тока, к выходам упомянутого бло10 ка импульсной модуляции подключены входы управления регулятора тока, силовые входы которого подключены к источнику питания постоянного тока, а силовые выходы соединены со средними выводами вторич15 ных обмоток коммутирующего трансформатора.