Устройство для регулирования возбуждения бесщеточной электрической машины
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для автоматического регулирования возбуждения бесщеточной электрической машины (БЭМ). Целью изобретения является увеличение быстродействия и точности регулирования. Устройство содержит подвозбудитель 62, источник напряжения 61, возбудитель 1, обмотки возбуждения возбудителя и БЭМ 4, управляемый выпрямитель 2, управляющие входы вентильных элементов 5 - 10 которого связаны с фотоприемниками, узел синхронизации 12, регулятор напряжения 24, фазосдвигающее устройство 25, светоизлучатели 32 - 35, блок 11 управления светоизлучателями (БУС). Сущность изобретения заключается в определенном размещении на статоре светоизлучателей, а на роторе светоприемников и выполнении БУС. 4 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4603085/07 (22) 09.11,88 (46) 07.07,91. Бюл. М 25 (71) Ленинградское производственное электромашиностроительное объединение
"Электросила" им.С,М,Кирова (72) А.В.Гордин, В,Я.Вейгандт, B,Ã.Êóçåíêîâ и Д.А.Кацман (53) 621.313.13 014 2:621 382(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
М 525219, кл. Н 02 Р 9/14, 1973.
Авторское свидетельство СССР
N 1188829, кл. Н 02 К 19/36, 1984, „„. ЖÄÄ 1661964 А1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ
ВОЗБУЖДЕНИЯ БЕСЩЕТОЧНОЙ ЭЛЕКТPИЧЕСКОЙ МАШИНЫ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для автомаТического регулирования возбуждения бесщеточнай электрической машины (БЭМ). Целью изобретения является увеличение быстродействия .и точности регулирования. Устройство содержит подвозбудитель 62, источник напряжения
61, возбудитель 1, обмотки возбуждения возбудителя и БЭМ 4, управляемый выпря1661964 митель 2, управляющие входы вентильных элементов 5-10 которого связаны с фотоприемниками, узел синхронизации 12, регулятор напряжения 24, фазосдвигающее устройство 25, светоизлучатели 32-35, блок
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для автоматического возбуждения бесщеточных электрических машин, к которым предъявляются повышенные требования по быстродействию.
Цель изобретения — повышение быстродействия и точности регулирования, На фиг.1 представлена принципиальная схема устройства. для регулирования возбуждения электрической машины; на фиг.2 и 3-. схемы размещения неподвижных излучателей и вращающихся фотоприемников; на фиг,3 — вариант расположения фототиристора при отсутствии световодов; на фиг.4- схема расположения приемных окон фотоприемников, а также элементов узла синхронизации.
Устройство для регулирования возбуждения (PB) бесщеточной электрической машины (БЭМ), содержащее возбудитель 1, выполненный в виде электрической машины переменного тока и подключенный силовым выходом к входу управляемого выпрямителя 2, выход которого предназначен для связи с вйводами обмотки 3 возбуждения БЭМ 4, а управляющие входы вентильных элементов (фототиристоров) 510 связаны с фотоприемниками, расположенными на роторе, число которых равно числу плеч управляемого выпрямителя 2, источники света, число которых равно числу пар полюсов р возбудителя 1 и выполненные на светоизлучателях,блок 11 управления светоизлучателями, узел 12 синхронизации, сигнальные элементы 1318 которого сдвинуты на определенный угол по отношению приемных окон фотоприемников, а выводы чувствительных элементов
19 и 20 связаны с входом блока управления светоизлучателями.
Устройство PB БЭМ также содержит многоуровневые источники постоянного напряжения, выполненные на источнике напряжения,и делителе напряжения на резисторах 21-23, регулятор 24 напряжения, фазосдвигающее устройство (ФСУ) 25, логический элемент ИЛИ 26, причем вход
11 управления светоизлучателями (БУС), Сущность изобретения заключается в определенном размещении на статоре светоизлучателей, а на роторе светоприемников и выполнении БУС. 5 ил. регулятора напряжения подключен к силовому выходу БЭМ через трансформаторы напряжения 27 и тока 28, а выход связан с управляющим входом ФСУ 25, вход синхро5 низации которого соединен с выходом логического элемента ИЛИ 26, входами подключенного к выходам чувствительных элементов 19-20 узла синхронизации. Каждый из источников света выполнен в виде
10 светодуги 29 и 30 из двух полудуг, первая
31 из которых по ходу вращения с центральным углом айзакс /р, где айзакс — максимальный угол управления управляемым. выпрямителем, выполнена на светоизлу15 чателях первой группы, а вторая 32 — с центральным углом, соответствующим длительности импульсов управления управляемым выпрямителем, обеспечивающей надежное включение вентильных
20 элементов. выполнена на светоизлучателях второй группы, первая полудуга выполнена иэ такого количества и световых частей 33—
35, что угловая протяженность каждой световой части меньше, чем угловой сдвиг по
25 окружности ротора между двумя соседними приемными окнами.36-41 фотоприемников (60 эл. град. фиг,4), при этом приемное окно каждого фотоприемника сдвинуто относительно оси 42 фазы обмотки ротора воз30 будителя, связанной с вентильным элементом, управляющий вход которого связан с этим фотоприемником на угол, который на 30 эл. град. меньше угла сдвига между началом светодуги и осью соответст35 вующего атой светодуге полюса возбуждения, а угол сдвига между каждым приемным окном фотоприемника и соответствующим ему сигнальным элементом узла синхронизации равен углу сдвига между началом
40 светодуги и соответствующим ей чувствительным элементом узла синхронизации.
Светоизлучатели 33 — 35 второй группы связаны с одним из выходов многоуровневого источника питающего напряжения. Блок 11
45 управления светоизлучателями выполнен в виде и узлов 43-45 управления светоизлучателями на ком параторе 46 и логическом элементе И 47, причем выход логического элемента И каждого узла управления свето1661964
10
55 излучателями связан через резистор 48 с входами светоизлучателей первой группы, соответствующих k-ой световой части первой полудуги источника света, где k — порядковый номер световой части от начала светодуги, первый вход — с выходом компаратора этого же узла управления светоизлучателем, а второй вход — с выходом ФСУ 25, Неинвертирующий вход компаратора подключен к выходу многоуровневого источника постоянного напряжения с напряжением, равным К U При этом оси 49 и 50 — оси индуктора БЭМ, а ось 42 — ось фазы, питающей фототиристоры 5. Устройство для размещения вентильных элементов 5 — 10 управляемого выпрямителя 2 и светоизлучателей 32, 33-35 (фиг.2) состоит из статора 51, статорной втулки 52, роторйой втулки 53, уплотнительных сальников 54, вала 55, выводов светоизлучателей 56,. изолирующей втулки 57, фотоприемника, выполненного на основе световода 58 с приемным окном 59, Из светодиодов 60 составлены светоизлучатели (фиг.2 — 4), расположенные равномерно по окружности. Источник 61 напряжения получает электроэнергию от маломощного подвозбудителя 62. Устройство для регулирования возбуждения БЭМ на фиг.1 — 4 соответствует конкретным условиям, заключающимся в том, что якорь возбудителя 1 имеет трехфазную обмотку, вращающийся управляем:й выпрямитель 2 — мостовую схему выпрямления, число пар полюсов возбудителя р=2, На фиг.2 введены дополнительно следующие обозначения: а — центральные углы световых частей, входящих в состав полудуг 31; Зз, ) з4, зз — угловые координаты концов световых частей соответственно 33-35, отсчитываемые от начала светодуги, Для конкретных условий, показанных на фиг,1 — 4, ацакс = 60 (60 означает 60, ан геометрических град,); — = а =1,зз = 20 Р р4=. 40 = 80 эл.град.; уз5 = 60 = 120 эл. град„при этом приемным окнам 36 — 41 соответствуют сигнальные элементы 15 — 18, 20 50 приемному окну 36 соответствует сигнальный элемент 13, приемному окну фотоприемника 37 — элемент 14 и т,д.), светодуге 29 соответствует чувствительный элемент 19 и ось полюсов индуктора 49, светодуге 30— сигнальный элемент 20 и ось 50. Угол сдвига между приемными окнами фотоприемника и соответствующими им сигнальными элементами равен 30 эл, град., такой же угол сдвига и между началом светодуг и соответствующими им чувствительными элементами устройства синхронизации. Число плеч управляемого выпрямителя 2 равно шести, такое же количество приемных окон расположено на валу синхронной машины 1, каждое приемное окно имеет свой светодиод, разветвляющийся на параллельные фототиристоры соответствующего плеча управляемого выпрямителя, расположенного на валу 55. Если приемные окна 36 и 39 расположены на Оси обмотки, связанной с фототиристорами 5 и 8, тогда начало светодуги 29 и 30 сдвинуто относительно оси соответствующих полюсов 49 (50) на угол 130 эл,град. (+30 эл.град. — значит в сторону вращения ротора). Именно этот случай показан на фиг,4, Таким образом, момент совмещения приемного окна 36 с началом светодуги 29 (фиг.4) соответствует моменту естественного зажигания фототиристоров 5 в режиме холостого хода возбудителя 1, Устройство для регулирования возбуждения бесщеточной электрической машины работает следующим образом. При вращении ротора приемные окна 36 — 41, расположенные как показано на фиг.4, непрерывной линией, поочередно совмещаются с началом светодуги 29(30), при этом сигнальные элементы 13 — 18 поочередно проходят вдоль чувствительного элемента 19(20) устройства синхронизации, которое формирует импульсы синхронизации, и на выходе логического элемента ИЛИ 26 имеют место импульсы, сдвинутые друг относительно друга на 60 эл. град., т.е, следующие с шестикратной частотой возбудителя. Регулятор 24 напряжения формирует сигнал управления Uy, который подается на вход ФСУ 25. Нулевому углу управления тиристорами соответствует нулевое напряжение управления, а максимальному углу управления а кс соответствует максимальное напря-жение управления UyMaKc при этом а „, выбирается из условия надежной работы 1661964 8 преобразователя в инверторном режиме без срывов коммутации. Импульсы с выхода ФСУ 25 проходят через узлы управления 43-45 и и включают соответствующие светодиоды. Узл ы уп ра аления позволяют включать световые части светодуг 29 и 30 в зависимости от величины Uy, следовательно, в зависимости от величины угла управления. Поскольку в рассматриваемом случае Оумакс соответствует углу амакс =120эл. град.,тоуглу рз=40эл. град, первой световой части 33 (к = 1) соответствует напряжение 0зз - 0умакс/п. Формируемое на резисторе 21, где и = 3 — количество световых частей светодуг, углу 1уЗ4 = 80 эл.град. второй световой части 34 (к = 2) К 0 макс соответствует напряжение йв4 — — у —и = 2 . 033 = 2 " 0умакс/3,,которое формируется на резисторах 21 и 22. Соответственно напряжение 0зв = UyMgKC формируется на резисторах 21-23, следовательно, 35 делитель напряжения позволяет реализовать многоуровневый источник постоянного напряжения, Если в регуляторе 24 напряжения имеется ограничитель, который обеспечивает условие Uy UyMBKC тогда возможно упрощение устройства, так как узел 45 управления не нужен и светоизлучатель 35 через резистор 48 подключаются к выходу ФСУ 25, как показано на фиг.1 пунктирной линией. Укаэанное упрощение возможно и при отсутствии ограничителя в регуляторе 24 напряжения, если светодуга, составленная иэ полудуги 32 световой части 35, т,е. дуга с центральным углом a+ а„, загораясь на время 1н=а / й), где и — циклическая частота возбудителя, может иметь оптический контакт только с одним приемным окном. Необходимость введения блока управления можно пояснить на примере. Пусть угол управления управляемым выпрямителем ау соответствующий напряжению Uy, равен 70 эл.град., тогда в момент совмещения, например, приемного окна 36 с началом светодуги 29 формируется импульс синхронизации и через время t =ау/в засветятся на время 1л световые части 34 и 35. Световой поток, воспринимаемый приемным окном 36. включает соответствующие фототиристоры. Если бы при этом загорелось световая часть 33, то световой поток восприняли бы два приемных окна 36 и 37, так как загоревшаяся светодуга имела бы угловую длительность, большую 60 эл. град, При этом включились бы фототиристоры плеча 5 с углом а - 70 эл. град. и фототиристоры плеча 6 с углом 10 эл, град. T,е. имела бы место неправильная работа управляемого выпрямителя 2, Таким образом, при угле управления 5 ay .> 40 эл. град. световые части 33 не включаются; при су> 80 эл. град, не включаются световые части 34 и ЗЗ. Поскольку светоизлучатели 32 постоянно излучают, то тем самым обеспечивается условие 10 ay < ймакс Если нет необходимости в плечах управляемого выпрямителя 2 устанавливать параллельно соединенные фототиристоры, то, очевидно, возможно такое расположение фототиристоров 5 — 10, чтобы их собственные приемные окна при вращении совмещались бы со светодиодами светодуг 29, 30, как показано на фиг.3. При этом отпадает необходимость в прокладке световодов, что упрощает конструкцию вращающейся части. Количество светодиодов в дугах 29, 30 определяется центральным углом (4 макс + (хн)/р, а также диаграммами направленности световых потоков выбран,ных светодиодов. Близко расположенные светодиоды образуют протяженный источник излучения, обеспечивающий отсутствие дискретности управления и при выходе 30 части светодиодов из строя устройство обеспечивает нормальную работу бесщеточной машины 1, Для исключения возможности включения фототиристоров отраженным световым 35 потоком поверхности роторной втулки 53 целесообразно покрыть светопоглощающим веществом. На фиг.4 показан непрерывной линией первый вариант расположения приемных 40 окон фотоприемников и соответствующих им сигнальных элементов устройства синхронизации. однако такое расположение не ,является единственным. Пунктирной линией показан второй вариант расположения фотоприемников и сигнальных элементов, сдвинутых относительно расположения первого варианта на 360 эл. град. Возможно комбинирование указанных вариантов, что дает свободу при разработке конструкции вращающейся части. Например, приемные окна 36, 38, 40 и сигнальные элементы 13, 15, 17 можно расположить по первому варианту, а приемные окна 37, 39, 41 и сигнальные элементы 14, 16, 18 — по второму. В общем случае число вариантов расположения каждого приемного окна равно р, а общее число всех вариантов p m, где m— количество приемных окон. Подвозбудитель 1б61964 5 62 может быть необходим только при начальных пусках системы. В остальных режимах, включая режим короткого замыкания на шинах БЗМ, питание источника 61 напряжения может быть обеспечено по схеме самовоэбуждения от трансформаторов 27 и 28 с токовым компаундированием, т.е. подвозбудитель б2 может быть маломощным и, следовательно, малогабаритным.. Рассмотренная одноканальная система импульсно-фазового управления проста, так как в ней отсутствует распределитель импульсов управления по m каналам управления. Указанные распределители импульсов обычно представляют собой сложные устройства. Таким образом, в устройстве реализуется импульсно-фазовое управление вращающегося фототиристорного управляемого выпрямителя, что позволяет повысить быстродействие системы, так как из контура регулирования исключается инерционное звено-возбудитель. При этом сравнительная простота устройства, в котором регулятор напряжения воздействует непосредственно на вращающийся управляемый выпрямитель, обеспечивает повышение точности регулирования напряжения. Формула изобретения Устройство для регулирования возбуждения бесщеточной электрической машины, содержащее возбудитель, выполненный в виде электрической машины переменного тока и подключенный силовым выходом к входу управляемого выпрямителя, выходом соединенного с выводами для подключения обмотки возбуждения бесщеточной электрической машины, а управляющие входы вентильных элементов управляемого выпрямителя связаны с фотоприемниками, расположенными на роторе, число которых равно числу плеч управляемого выпр".мителя, источники света, число которых равно числу пар полюсов P возбудителя, выполненные в виде нескольких светоизлучателей, блок управления светоизлучателями, узел синхронизации, сигнальные элементы которого сдвинуты на определенный угол по окружности ротора относительно приемных окон фотоприемников, а выводы чувствительных элементов узла синхронизации связаны с входом блока управления светоизлучателями, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия и точности регулирования, введены многоуровневый источник постоянного напряжения, регулятор напряжения, фазосдвигающий узел, логический элемент ИЛИ, узел синхронизации выполнен с числом сигнальных элементов равный р, причем вход регулятоi ранапряжения соединен с выводами для подключения к силовому выходу бесщеточной электрической машины, а выход связан с управляющим входом фазосдвигающего узла, вход синхронизации которого соединен с выходом логического элемента ИЛИ, входами подключенного к выходам чувствительных элементов узла синхронизации, каждый из источников света выполнен в виде светодуги из двух полудуг, первая из которых по ходу вращения с центральным углом амакс/р, где амакс — максимальный угол управления управляемым выпрямителем, выполнена на светоизлучателях первой группы, а вторая — с центральным углом, соответствующим длительности импульсов управления управляемым выпрямителем, обеспечивающей надежное включение вентильных элементов, выполнена на светоизлучателях второй группы, первая полудуга выполнена из такого количества и световых частей, что угловая протяженность каждой световой части меньше, чем угловой сдвиг по окружности ротора между двумя соседними приемными окнами фотоприемников, при этом приемное окно каждого фотоприемника сдвинуто относительно оси фазы обмотки ротора возбудителя, связанной с вентильным элементом, управляющий вход которого связан с этим фотоприемником, на угол, который на 30 зл. град. меньше угла сдвига между началом светодуги и осью соответствующего этой светодуге полюса возбудителя, а угол сдвига между каждым приемным окном фотоприемника и соответствующим ему сигнальным элементом узла синхронизации равен углу сдвига между началом светодуги и соответствующим ей чувствительным элементом узла синхронизации, входы светоизлучателей второй группы связаны с одним из выходов многоуровневого иточника постоянного напряжения, блок управления светоизлучателями выполнен в виде и узлов управления светоизлучателями, на компараторе и логическом элементе И, причем выход логического элемента И каждого узла управления светоизлучателями связан со входами светоизлучателей первой группы, соответствующих К-й световой части первой полудуги источника света, где К вЂ” порядковый номер световой части от начала светодуги, первый вход - с выходом компаратора этого же узла управления свегоизлучателями, а второй вход — с выходом фазосдвигающего узла, неинвертирующий вход компаратора подключен к выходу многоуровневого ис11 1661964 точника постоянного напряжения с напряжением, равным К. О акс/и, где К вЂ” номер уэла управления светоизлучателями, соответствующего этому компаратору; 0мвкс— максимальный уровень выходного сигнала регулятора напряжения, соответствующий максимальному углу управления управляемым выпрямителем, а инвертирующие входы компараторов подсоединены к выходу 5 регулятора напряжения. 1661964 Составитель А.Акимов Редактор С.Патрушева Техред М,Моргентал Корректор М,Демчик Заказ 2135 Тираж 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
