Управляемый вентильный электродвигатель

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве привода вентиляторов и гидронасосов с не12 ,19 г | йг .Srwv л прерывной работой в системах, в которых отсутствует возможность проведения регламентных работ. Целью изобретения является повышение КПД и надежности путем снижения пульсаций потребляемого тока с ограничения бросков пускового тока, С этой целью в управляемый вентильный электродвигатель введены датчик 34 тока, включенный между соответствующей шиной источника питания и общей шиной 15 и блок 41 управления широтно-импульсным модулятором 18 На вход блока 41 управления поступают сигналы с выхода датчика 34 тока и выходов токогенератора 40 постоянного тока и задатчика частоты вращения. В результате осуществляется токовое регулирование а зависимости от ошибки частоты вращения. 1 ил. .20 л г сл с п 3 о ч| О сл к

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (к)s Н 02 К 29/14, Н 02 Р 6/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

M (61) 1458961 (21) 4714503/07 (22) 04;07.89 (46) 23.12.91. Бюл. ¹ 47 (71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт малых электрических машин (72) Г, Б. Михайлов, В. B. Путников, В.В.Омельченко и Е,А,Петров (53) 62-83:621,313.13.014.2:621.383(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1458961, кл. Н 02 Р 6/02, 1987. (54) УПРАВЛЯЕМЫЙ ВЕНТИЛЬНЫЙ 3ЛЕКТРОДВИ ГАТЕЛ Ь (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве привода вентиляторов и гидронесосов с не<; 5U „, 17GG7G5 А2 прерывной работой в системах, в которых отсутствует возможность проведения регламентных работ. Целью изобретения является повышение КПД и надежности путем снижения пульсаций потребляемого тока с ограничения бросков пускового тока. С этой целью в управляемый вентильный электродвигатель введены датчик 34 тока, включенный между соответствующей шиной источнйка питания и общей шиной 15 и блок

41 управления широтно-импульсным модулятором 18. На вход блока 41 управления поступают сигналы с выхода датчика 34 тока и выходов токогенератора 40 постоянного тока и задатчика частоты вращения. В результате осуществляется токовое регулирование в зависимости от ошибки частоты вращения, 1 ил, 1700705

Изобретение относится к электротехнике и, в частности, может быть использовано в качестве привода вентиляторов и гидронасосоа с непрерывной работой в системах, в которых отсутствует возможность проведения. регламентных работ, и является усове.":..шенствоьанием изобретения г:-с авт.с .

М 1458961.

Целью изобретения является повыше. ние КПД и надежности путем снижения, пульсаций потребляемого электродвигате,, лем тока и ограничений броск.-в пусково;с, тока, На чертеже представлена блок-схема управляемого вентильного электродвига, теля.

Управляемый вентильный электродвигатель содержит два мостовых инвертора 1, и 2 (фиг.1). Плечи каждого из мостовых лнверторов 1 и 2 образованы соединенными встречно-попарно транзисторами 3, 4 и 5, 6.

Каждый иэ транзисторов 3 — б шунтирован, одним иэ диодов 7-10, В первую диагональ каждого из мостовых инверторов 1 и 2 включена соответству|сщая фаза 11 обмотки якоря синхронного двигателя. Электродвигатель содержит также трансформатор

12, основная обмотка 13 которого имеет вывод сре,цней точки. Начало этой обмотки подключено к первому выводу 14 второй диагонали мостового инвертора 1, а конец обмотки 13 — к первому выводу второй диагонали мостового инвертора 2. Вторые выводы вторых,циагоналей каждого из мостовых инвертсров и 2 подключены к общей шине 15 управляемого вентильного электродвигателя, Бентильный электродвигатель включает также дат-;ик 16 положения ротора синхронной машины и дополнительно управляемый клю; 17, вкгюченный между средним стводсм обмотки 13 и одним из зажимов источника питания, управляющий вход ключа 17 соединен с выходом широтно-импульсного модулятора 18.

Трансформатор 12 снабжен двумя дсполнлтельными обмотками 19 и 20, каждая из котрых выполнена с вь1водом средней точки. Каждый из мостовых инверторов 1 и 2 снабжен двумя диодами 21 и 22, кон,ценсатором 23, двумя управляющими гранзисторами 24 и 25 и восемью резис горами 26-33.

Каждый из первых четырех резисторов

26 — 29 включен параллельно переходу база, эмиттер одного лз транзисторов 3 — 6 моста, Пятый 30 и шестой 31 резисторы включены соответственно между базами транзисторов 4 и 5, 6 и 3 противоположных плеч мостового инвертора. Каждый из управляющих транзисторов 24 и 25 поцключен переходом коллектор-эмиттер параллельно переходу

1ц

"3 g

5Q база-коллектор соответствующих транзисторов 4 и 6, связанных с первой шиной источника питания. Базы управляющих транзисторов 24 и 25 подкл очены к выходам датчика 16 положения ротора, Начало и конец дополнительной обмотки .19 трансформатора 12 подключены чеоез диоды 21 и

l2 к первь.м выводам конденсатора 23, седьмого 32 и восьмого 33 резисторов, Второй вывод конденсатора 23 и средняя точка

",опслнительной обмотки 19 подключены к первому выводу 14 ьторол диагонали моста, а вторые выводы седьмого 32 и восьмого 33 резисторов — соответственно к базам "ранзисторов 3 л 5, включенных в смежныс пле-i мостового инвертора л связанных с первым выводом 14 второй диагонали моста.

Средний вывод основной обмотки 13 трансформатора 12 подключен к второй шине лсточника питания через управляемый ключ 17, вход управления которого подключен к выходу широтно-импульсного модулятора 18.

Дополнительная обмотка 20 подключена аналогично обмотке 19, но во втором инверторе 2, Последовательно между вторым зажимом источника 15 питания включен датчик

34 потребляемого тока, выход датчика 34 тока подключен через масштабный усилитель 35 к инвертирующему входу компратора 36, Неинвертирующий вход ксмпаратора

36 через резистор 37 подключен к выходу пропорционально-интегро-дифференциального (ПИД)-регулятора 38 и через стабилитрон 39 на общую шлну 15 источника питания. Инвертирующий вход ПИД-регулятора

38 подключен к выходу тахогенератора 40 постоянного. тока, а на неинвертирующий . вход ПИД-регулятора к выходу задатчика частоты вращения с опорным напряжением (управления) Бал на выходе, Управляемый ключ 17, инертно-импульсный модулятор 18 и вновь введенные узлы 34 — 40 предс-гавляют собой блок 41 управления вентильным электродвигателем в режлме пуска и рагулирования частоты воащечия.

В рассматриваемом устройстве ключ 17 и широтно-импульсный модулятор 18 реализованы на транзисторах, датчик 34 тока выполнен в виде нлзкоомного резистора, масштабный усилитель 35 выполнен на операционном усилителе, в котором входными резисторами устанавливается зацанный коэффициент усиления, компаратор 36 N ПИДрегулятор 38 реализованы на операционных

„IL.ÈËMTÂËéÕ.

Электродвигатель работает сл8ду(он", -м

ОбразОМ. (1;.>и ПОЮ..}6 напряжения + Ц-, 0-(. .ист(,а!Il1Kd (lос-го(.:-! но(< I Ока и нап!р.:>::.6((я(fð:о.=..::Л8ния (ло(на !Ie (нвер(ир1: н(ч(1 н.-:02

Г(1. (:-оегул,1 "Ооа >8 (в ".Bt-IH("til (л"чае (:BÐ:,aг

>хе(-(ие уil ра."лениa (! —,((Поол(о: итал(,((ой п .ляо (П "»",() >дЛ =Л."- ;Or;;f.:ã.(;.Гат:(:(Ч".Ч(:1

Вращзт(-.ся по сигналам Да- -чика 16 поло:::,8нип poTOt,g, кптооые ОГ(ределя(от поояд, >K перекл(очения силовых транзисторов 3- г мостовых инверторов 1 и 2, Бросок ".ск»:;Га ГОКВ от Датч:.:Ка ." ; (-Гока ((С:;;Лила ..=ТСЯ м;..:,=Гн 1-абнык; усил (теле;,,(v5 и пост nlae(на неи((Вер иру(огн(ий (хОд компаратора 36.

ОдHoape f(8Hío ПИР.-рег(ffflятор,".18 ВырабатыВве HB Выхс це с((гнал положит6!1ьной полярно ти максимальной величины, rBK KBK c тахогенератора 40 г;оступает сигнал . -(а инВертирующий вход (ИД реГулЯтора, близ" (;ий (< нулю иf и BHBHèòe((BHO меньший напря>(.6Hия управления (Зол. ((ротека(0(ний

Т0К ЧВРеа В(В(ХО ВН,,: (Цвг(Ь (ll4, )-пег(ЛЯТ. (1, состоящую из резист ра 37 и стабилитрона

35, образует стабильное напоя>кение на стабилитроне 39.

Напряжение, снимаемое со стабилитрона 39 и поступа(0(дее на неинвертирующий В><о 0, ком паратора 36, Я ВляетсЯ Для Hего огорным, При равенстве опорного напряжения и напряжения на неинвертирующем входе, пос-.упа Ощего с датчика 34 тока, компаратор 36 вырабатывае(сигн л низк:-(го

У Ро В Н Я, И С П 0 М О Щ Ь (О (.(! И Р 0 Т Н О-И М П УЛ Ь С!-. 0 ГО модулятора 18 и ключа 17 обмотки аеКТродвигат ля 1 ткл(ач! (* л (Т Nl Т- .1 14И1/ : I IH (1РЛжен .я постоянного -Ока,, егул((рава(к (ам .Оэф<(иЦ((ен1 а усьлениЯ ь асштабного чси лителя 35 и Величиной (-;аг(ряяKHO у",танови1ь заданную вели.ину пускового тока, при котором срабатывает компаратор 36, Величина пульсаций тока при пуске электродвигателя Определяется толь <о коз<о.;>ициентбм усиfleния кОмпара opa 36 а :BcTOTB пульсаций ((BcroTB пе. екл.:О:(ений) определяе-.::.".я величлной емкогти Фильтра источника Г(ита(-(ия, РаЗГОН У(-.РаВЛЯ МOÃO ЭЛЕКТРОДВИГатеЛЯ погисходит,oi; пo,гоя;(стае п01р:;-;ол е;,.10 >B.""T :-(.(aPB :(>H(P аЛВ,<0- В= нaг(гях< g,и э 1 OOTOян - ог,;ока aыpабатыaаемое тахагенератооом 40, не сравняется с наг(ряжен((ем угравления U(((. Рассмотрим г ал(,Hey;.: i;(.; —. Пя пОТ> „аиста<>йсгва 1(апри(i(80 при ((еиз(иенной Вели я(не опорного напряжени>1 ((;„ I ак только напряжен(<8 на инвертиру.о(це(входе Г)ИД-регулятора 38 приол((З(л Ся оо В8 "1ИЧине K Напояжению

1. п, Г3Ф Г(, ре(. Ië I .>p О начина Вь(оабаты

a=";1ь си.:нал расосгласования для управлеНия (В даННОМ ПрИМЕрЕ Г(ри (4л =- COnSt дЛя лучая:::.Во(1лиза((и(1) часто-0(: вращения в-;,а !!; .-родвига(еля, В этой ситуации на."-;:.я .ел.:":. с вь(хода ГИ Д-регулятора 38

8.;! .-.:г::;-:ся (a предыдущем режиме разгона ь.. ..a v .>ëüí.ioão рассогласования по вхос:«,-;ас ..щен, т.е, напряя<ение на его ьых,(де максимальное), стабилитрон 39 за (0 кр(::"-:ается, и напряжение рассогласования через резистор 37 поступает на неинвертиру o ций вход компаратора 36, Одновременно Hа aинaepTèpóioøèé вход компаратора 36 (1рп(.:;;.:,.-:-:. ò поступать сигнал от да (.чика ."(-4

-:" i

В Об(.(чнь(х (,:;вест(-((;(х схемах статиче"..::.а .;: Стабилиза((.:. 1 час OTbl вращения вала или;, и авленич осуществляется релейный

25 принцип упаавления частотой вращения вала, т,е. при дости>KeH !» напряжения тахогенератора, разного напряжению установки (Опорное HBnpa>KB(;èe), электродвигатель от;гюaaeTnя от источника, а ротор продол30 жает движение по инерции. Г1ри атом ток, потребляемый от источника равен нулю, а г(ри движении ро1 "р по инерции частота вращения Вала BBB«=i":т от нагрузки на валу электродвигателя. KBK только частота вра35 щ(ения вала пон(.>-.ается до величины, когда

Пап(.я>KeH-.-:.е с тахогенера (.Opa несколько ,eH=,: 8 опорн;..:, Электроде f(a efl(опять под: . .1ю-:ается K (сто нику и так далее, т.е.

aB (электрола:.: гатef я колсблется при своем "„(в ашении относ(1тельao заданной постоянной ча=тоты враще -(((я, а ток, потребляемый зле ктоодвигател6 „пул ьсируя от нуля до величины Определяемой мом8нтом HB валу.

Есл необходимо исключить пульсации

45 Toi,= o; aи(1 ьтр, KBK flpBBM ло ((и,: у <тивно--:;- (:.<Ос ный, между источниI 0 (i". и Зл ".:Кто а . Ви Гателем, П ри этОм возH(;(.ает следу Он(ая ситуация, Емкость фильтра долх<н:=. быть такай, чтобы обеспе5 (ч;:т.;- ООХОД.::-((ь (<::;.:.(пУльСныи TOK HB BKIIIOченном интервале. B Bef!è÷èHB этОГО интервала определяется нагрузкой на валу, 88 характером, В(.;л(1чиноЙ пульсаций напрямания тахогенератора. В общем случае час55 тата .Оммутации BОвoflüíî Hëçêaÿ и емкость ф((л,тра, а следовательно, ef o размеры, массВ и габарить(значительны, причем резко растут с увеличением мощности электродвигателя. "toa(,Ic:":;ь частоту коммутации удается в слу:ае применения многофазных

1700705

Составитель А,Головченко

Редактор M.Бланар Техред M,Mîpãeèòçë Корректор M.Mçêcèìèojèíeö

Заказ 4475 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 и многополюсных тахогенераторов постоянного тока или модуляцией опорного напряжения сигналом пилообразной формы, Все это усложняет и удорожает привод и, кроме того, в случае динамического наброса 5 нагрузки на валу возникают дополнительные погрешности в режиме стабилизации . ввиду квантования при управлении„так как есть моменты времени, когда двигатель не управляется (режим отключения при дости- 10 жении частоты вращения вала, при котором напряжение на тахогенераторе равно опор, ному).

Совершенно иное положение в рас, сматриваемом устройстве. IlMP,-регулятор 15

i 38 усиливает сигнал рассогласования меж ду опорным напряжением Uop и напряжени, .ем тахогенератора 40, вводит необходимую производную и интеграл в сигнал ошибки. Этот сигнал ошибки по частоте вращения, 20 преобразованный ПИД-регулятором, посту,,пает как опорный на неинвертирующий, вход компаратора 36. Так как на инвертиру; ющий вход компаратора 36 поступает сигнал по току от датчика 34 тока через 25 . масштабный усилитель 35 (а это информа, ция по моменту), то ключ 17 через широтноимпульсный модулятор 18 осуществляет импульсное регулирование потребляемого

: тока строго в соответствии с сигналом 30

; ошибки ПИД-регулятора 38. Причем пульса, ции потребляемого тока определяются коэффициентом усиления компаратора 36, который автоматически выбирает частоту

; коммутации в соответствии с величиной ем- 35, кости фильтра. Осуществляется токовое регулирование (т.е, инверторы 1 и 2 работают в режиме источников тока) частотой вращения вала с минимально возможными пульсациями потребляемого тока, При этом амплитуда пульсаций тока зависит от величины емкости фильтра в значительно меньшей степени, чем при релейном регулировании частоты вращения вала.

Формула изобретения

Управляемый вентильный электродвигатель по ав-,св. М 1458961, о л- и ч а ю,ц и и с я тем, что„с целью повышения КПД и надежности путем снижения пульсаций потребляемого тока и ограничения бросков пускового тока, введены датчик TGi(3, включенный между вторым зажимом источника питания и общей шиной управляемого вентильного электродвигателя, масштабный усилитель, компаратор, последовательно соединенные резистор и стабилитрон, пропорционально-интегродифференциальный регулятор, задатчик частоты вращения и тахогенератор постоянного тока, установленный на валу электродвигателя, выход которого подключен к инвертирующему входу упомянутого регулятора, неинвертирующий вход которого соединен с выходом задатчика частоты вращения, а выход — со свободным выводом резистора. точка соединения второго вывода которого и катода стабилитрона подключена к неинвертирующему входу компаратора, инвертирующим входом соединенного через масштабный усилитель с выходом датчика тока, выход компартора подключен к входу широтно-импульсного модулятора, а анод стабилитрона — к общей шине управляемого вен-ильного электродвигателя.