Устройство для форсированного разгона, создания и автоматического поддержания режима перевозбуждения синхронного гистерезисного двигателя

 

Изобретение относится к устройствам управления электроприводом с автономным инвертором и гистерезисным синхронным двигателем. Технический результат заключается в стабилизации уровня напряжения питания инвертора, упрощении схемы и повышении надежности устройства. Для этого устройство содержит гистерезисный двигатель, инвертор, синхронизированный кварцевым задающим генератором, источник питания и амплитудный регулятор напряжения, управляемый с помощью звена обратной связи с изменяющимся коэффициентом передачи по командам от блока контроля перевозбуждения и реле времени. 4 ил.

Предлагаемое изобретение относится к устройствам управления электроприводом с автономным инвертором и гистерезисным синхронным двигателем.

Известно устройство для перевозбуждения синхронного гистерезисного двигателя (Л.1), в котором при включении напряжения питания реле времени включает генератор форсировки. В генераторе форсировки с помощью двойного преобразователя получается постоянное напряжение, гальванически разделенное с напряжением питания. Напряжение генератора форсировки складывается с напряжением питания, снимаемого со стабилизатора и подается на выходные каскады.

Таким образом на двигателе обеспечивается повышенное напряжение, перевозбуждающее его. После вхождения двигателя в синхронизм реле времени отключает генератор форсировки и напряжение на двигателе уменьшается до нормального. При случайных перегрузках двигатель может выпасть из синхронизма и эффект перевозбуждения пропадает. В этом случае генератор форсировки запускается устройством повторного перевозбуждения.

Известно также устройство для создания режима перевозбуждения синхронных гистерезисных двигателей (Л.2) при постоянной величине выходного напряжения и изменяющейся частоте.

Известно также устройство широтно-импульсного управления электроприводом с автономным интвертором и гистерезисным синхронным двигателем (Л.3).

Недостатками первого является необходимость двойного преобразования напряжения (постоянного в переменное с последующим его выпрямлением), что снижает к.п.д. и усложняет схему устройства. Кроме того, в устройстве коммутируется силовая линия (генератор форсировки). Для повышения стабильности уровня выходного напряжения используется стабилизатор постоянного напряжения, в котором отсутствует обратная связь по выходному напряжению, поэтому при изменении нагрузки выходное напряжение изменяется на величину:

ΔU_вых.=ΔI_нагр.·R_вн.,

где R _вн. - внутреннее сопротивление инвертора;

ΔI_нагр. - изменение тока нагрузки.

Устройство (Л.2) неприемлемо для создания режима перевозбуждения синхронных гистерезисных двигателей, так как в этом устройстве при потере режима перевозбуждения гистерезисным двигателем снижается частота выходного напряжения, что приводит к потере числа оборотов двигателя, а, следовательно, к ухудшению точности гироскопической системы.

Недостатками устройства (Л.3) является высокий процент содержания высших гармоник в выходном напряжении, которые разогревают гистерезисный двигатель и ухудшают точность гироскопической системы, а также использование тахогенератора для измерения скорости вращения двигателя.

Целью предлагаемого изобретения является повышение стабильности уровня выходного напряжения, упрощение схемы, уменьшение веса и повышение надежности устройства. Эти задачи решаются тем, что вместо стабилизатора постоянного напряжения и генератора форсировки в устройство введен регулятор выходного напряжения, осуществляющий переход с рабочего напряжения на форсирующее и с форсирующего напряжения на рабочее изменением коэффициента передачи звена обратной связи.

Целесообразно для уменьшения нагрева гистерезисных двигателей при частичной потере перевозбуждения в блок контроля перевозбуждения для измерения тока гистерезисного двигателя ввести стабилитронный измерительный мост, позволяющий фиксировать частичную потерю перевозбуждения, на вход которого в рабочем режиме подается напряжение, пропорциональное току нагрузки, а с выхода выдается команда на реле времени для изменения уровня выходного напряжения.

Кроме того, целесообразно для уменьшения потерь в блоке контроля перевозбуждения в каждую фазу последовательно с нагрузкой включить низкоомное сопротивление и параллельно последнему - повышающий трансформатор, напряжение на вторичных обмотках которого в рабочем режиме пропорционально току нагрузки, а при форсирующем напряжении находящийся в насыщенном состоянии.

В последующем изобретение поясняется описанием примера выполнения устройства и прилагаемыми чертежами, на которых изображено:

Фиг.1 - схема устройства для форсированного разгона, создания и автоматического поддержания режима перевозбуждения синхронных гистерезисных гидродвигателей, согласно изображению;

Фиг.2 - эпюры огибающих выходного напряжения и тока;

Фиг.3 - форма выходного напряжения и тока.

К источнику постоянного тока 1 (фиг.1) через выключатель 2 подключены широтно-импульсный модулятор с фильтром 3, кварцевый задающий генератор 4 и реле времени 5. Выход широтно-импульсного модулятора с фильтром 3 и кварцевого задающего генератора 4 подключен к инвертору 6. Выход инвертора 6 через сопротивления 7, 8, 9 блока контроля перевозбуждения подключен к нагрузке (гистерезисным двигателем) 15. Выход блока контроля перевозбуждения (сопротивления 7, 8, 9, трансформаторы 10, 11, 12, трехфазный выпрямитель 13, стабилитронный измерительный мост 14) подключен к реле времени 5. К входу нагрузки 15 подключено звено отрицательной обратной связи по выходному напряжению (трансформаторы 16, 17, 18, трехфазные выпрямители 19, 20). Выход звена отрицательной обратной связи по выходному напряжению через контакты 21 и 22 (23) реле времени 5 подключен к входу измерительного органа выходного напряжения 24. Выход измерительного органа 24 подключен к широтно-импульсному модулятору с фильтром 3.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

После включения переключателя 2 от источника постоянного тока 1 постоянное напряжение подается на широтно-импульсный модулятор с фильтром 3, кварцевый задающий генератор 4 и реле времени 5. Начинают работать кварцевый задающий генератор 4, выходное напряжение которого синхронизует инвертор 6, и широтно-импульсный модулятор с фильтром 3, выходное напряжение которого питает инвертор 6. На выходе инвертора 6 появляется переменное напряжение, поступающее через сопротивления 7, 8, 9 на нагрузку 15. Одновременно переменное напряжение с клемм нагрузки 15 поступает на звено обратной связи (трансформаторы 16, 17, 18, трехфазные выпрямители 19, 20). С выпрямителя 19 через контакты 21 и 22 реле времени 5 на измерительный орган 24 подается выпрямленное напряжение, пропорциональное напряжению на нагрузке 15. С выхода измерительного органа 24 снимается напряжение обратной связи, управляющее широтно-импульсным модулятором 3. Под действием напряжения обратной связи изменяется напряжение на выходе широтно-импульсного модулятора 3, на выходе инвертора 6 устанавливается рабочее напряжение. Под действием рабочего напряжения через сопротивления 7, 8, 9 блока контроля перевозбуждения в нагрузку 15 течет ток. Падение напряжения на сопротивлениях 7,8,9 в рабочем режиме пропорционально току нагрузки 15. Напряжение, снимаемое с сопротивлений 7,8,9, повышается с помощью трансформаторов 10,11,12 и подается на выпрямитель 13. С выпрямителя 13 напряжение, пропорциональное току нагрузки, подается на стабилитронный измерительный мост тока нагрузки 14.

Так как при пуске ток синхронного гистерезисного двигателя (нагрузки) больше тока, потребляемого им в установившемся режиме при наличии перевозбуждения, то на измерительный мост 14 подается повышенное напряжение, а с выхода измерительного моста 14 выдается команда на включение реле времени 5. Реле времени 5 срабатывает, контакты 21 и 22 размыкаются, а контакты 21 и 23 замыкаются, к измерительному органу выходного напряжения 24 подключается выпрямитель 20, выпрямитель 19 отключается, передаточный коэффициент звена обратной связи изменяется (уменьшается), под действием напряжения обратной связи напряжение на выходе широтно-импульсного модулятора 3 увеличивается, на нагрузке устанавливается форсирующее напряжение (фиг.2). Длительность импульса форсирующего напряжения t_ф (фиг.2) определяется реле времени 5 (фиг.1).

По истечении времени t_ф (фиг.2) контакты реле времени 5 (фиг.1) 21 и 23 размыкаются, а контакты 21 и 22 замыкаются, коэффициент передачи звена обратной связи изменяется (увеличивается), под действием напряжения обратной связи на нагрузке 15 устанавливается рабочее напряжение. В случае, если при этом ток нагрузки больше уставочного значения I_уст. (фиг.2), то процесс выдачи импульса форсирующего напряжения повторяется.

Аналогично работает устройство и при потере перевозбуждения синхронным гистерезисным гиродвигателем.

Выходное напряжение устройства имеет вид многоступенчатой волны (фиг.3) с коэффициентом нелинейных искажений К_f≈16%, который не изменяется при переходе с рабочего напряжения на форсирующее и с форсирующего на рабочее. При этом ток нагрузки имеет вид фиг.3.

Возможны и другие варианты осуществления устройства для перевозбуждения синхронных гистерезисных двигателей с регулятором выходного напряжения с изменяемым коэффициентом передачи звена обратной связи.

Устройство для преобразования постоянного напряжения в переменное с регулятором выходного напряжения, имеющим изменяемый коэффициент передачи звена обратной связи, можно применять для форсированного разгона и создания режима перевозбуждения не только синхронных гистерезисных гиродвигателей, но и для других синхронных гистерезисных двигателей, а также всюду, где требуются источники переменного тока с различными уровнями выходного напряжения.

Источники информации

1. В.К.Тихомиров, К.К.Коцари. Транзисторный преобразователь напряжения постоянного тока в переменное напряжение для питания гистерезисных двигателей. Авторское свидетельство №140881, кл. 21 d² 12₀₃, 21 d² 16.

2. В.К.Тихомиров, А.Д.Ларионов. Устройство для перевозбуждения (пуска) гистерезисного двигателя. Авторское свидетельство №205112, кл. 21 C, 57/34.

3. В.Е.Агеев, Э.Г.Кузнецов, О.Д.Гончаров, А.К.Тищенко, Г.П.Мудрый. Устройство широтно-импульсного управления электроприводом с автономным инвертором и гистерезисным синхронным двигателем. Авторское свидетельство №213163, кл. 21 d² , 12/03; 21 d², 14/02; 21 d², 15.

Формула изобретения

Устройство для форсирования разгона, создания и автоматического поддержания режима перевозбуждения синхронного гистерезисного двигателя, содержащее гистерезисный двигатель, инвертор, синхронизированный кварцевым задающим генератором, отличающийся тем, что, с целью стабилизации уровня напряжения питания инвертора, упрощения схемы и повышения надежности устройства, применен амплитудный регулятор напряжения, включенный между источником питания и инвертором, управляемый с помощью звена обратной связи с изменяющимся коэффициентом передачи по командам от блока контроля перевозбуждения и реле времени.

РИСУНКИ