RU168345U1

RU168345U1 - INTEGRATED DRIVE FOR SHORT MODES OF OPERATION WITH A SYNCHRONOUS ELECTRIC MACHINE WITH PERMANENT MAGNETS AND BUILT-IN CONTROL DEVICE

Info

Publication number: RU168345U1
Application number: RU2015105313U
Authority: RU
Inventors: Владимир Геннадьевич Масолов; Леонид Николаевич Архипов; Валерий Сергеевич Березин; Тамара Александровна Данькова; Степан Аркадьевич Котов; Александр Викторович Кузнецов; Геннадий Викторович Леонов; Анатолий Леонидович Логинов; Валерий Михайлович Марченко; Андрей Геннадьевич Масолов; Иван Георгиевич Полетаев; Иван Александрович Фадеев; Андрей Викторович Худоногов
Original assignee: Акционерное общество "Машиностроительный завод "Армалит"
Priority date: 2015-02-18
Filing date: 2015-02-18
Publication date: 2017-01-30

Abstract

Полезная модель относится к электротехнике и общему машиностроению, в частности к интегрированным электроприводам, предназначенным для кратковременных режимов работы. Задачей полезной модели является обеспечение повторно-кратковременного режима работы интегрированного привода от маломощной сети, в том числе при потере питания, а также возможность применения ручного дублера. Данная задача решается в интегрированном приводе для кратковременных режимов работы с синхронной электрической машиной с постоянными магнитами и встроенным устройством управления, отличающимся тем, что электрическая машина содержит щиты, закрепленный между ними статор с тороидальным магнитопроводом и кольцевыми обмотками, ротор с постоянными магнитами чередующейся полярности и осевой намагниченностью, выполненный из двух соосных дисков, расположенных по обе стороны от статора и жестко связанных между собой и с валом, датчик углового положения ротора, включающий в себя сигнальный диск, жестко связанный с ротором, и чувствительный элемент, закрепленный на щите. Диски ротора выполнены из немагнитного материала, сигнальный диск закреплен на наружной поверхности одного из дисков ротора и содержит расположенные по окружности постоянные магниты чередующейся полярности с осевой намагниченностью, число которых равно или кратно числу постоянных магнитов, расположенных на диске ротора синхронной электрической машины, чувствительный элемент датчика углового положения ротора представляет собой линейные датчики Холла, число которых равно числу кольцевых обмоток статора, чувствительные элементы датчика углового положения ротораThe utility model relates to electrical engineering and general engineering, in particular to integrated electric drives designed for short-term operation. The objective of the utility model is to provide intermittent operation of the integrated drive from a low-power network, including in the event of a power loss, as well as the possibility of using a manual backup. This problem is solved in an integrated drive for short-term operation with a synchronous electric machine with permanent magnets and an integrated control device, characterized in that the electric machine contains shields, a stator fixed between them with a toroidal magnetic circuit and ring windings, a rotor with permanent magnets of alternating polarity and axial magnetization, made of two coaxial disks located on both sides of the stator and rigidly connected with each other and with the shaft, the angle sensor about the position of the rotor, which includes a signal disk, rigidly connected with the rotor, and a sensing element mounted on the shield. The rotor disks are made of non-magnetic material, the signal disk is mounted on the outer surface of one of the rotor disks and contains circumferential permanent magnets of alternating polarity with axial magnetization, the number of which is equal to or a multiple of the number of permanent magnets located on the rotor disk of a synchronous electric machine, a sensor element the angular position of the rotor is a linear Hall sensors, the number of which is equal to the number of ring stator windings, sensitive date elements ika rotor angular position

Description

Полезная модель относится к электротехнике и общему машиностроению, в частности к интегрированным электроприводам, предназначенным для кратковременных режимов работы.The utility model relates to electrical engineering and general engineering, in particular to integrated electric drives designed for short-term operation.

Известен автоматизированный электропривод для запорной арматуры, содержащий электродвигатель, силовой коммутатор, запорный элемент, шпиндель, редуктор, блок индикации, таймер, блок диагностирования положений запорного элемента, выполненный в виде импульсного магнитно-индуктивного датчика, устройство управления, отличающийся тем, что снабжен преобразователем импульсного сигнала, вход которого подключен к выходу блока диагностирования положения запорного элемента, а выход подключен к первому входу устройства управления, также снабжен блоком санкционированного включения электропривода, вход которого подключен к первому выходу устройства управления, а первый и второй выходы подключены соответственно к выходу таймера и к выходу силового коммутатора, а также снабжен счетчиком включений электропривода, первый и второй входы которого подключены соответственно к третьему выходу силового коммутатора и к третьему выходу устройства управления, а выход подключен к третьему входу устройства управления (патент Российской Федерации на изобретение №2301935, 2007 г., кл. МПК F16К 31/04, F16К 37/00).Known automated electric actuator for valves, containing an electric motor, power switch, locking element, spindle, gearbox, display unit, timer, block for diagnosing the position of the locking element, made in the form of a pulsed magnetic inductive sensor, a control device, characterized in that it is equipped with a pulse converter a signal whose input is connected to the output of the block diagnostics unit for the position of the locking element, and the output is connected to the first input of the control device n the unit of authorized switching on of the electric drive, the input of which is connected to the first output of the control device, and the first and second outputs are connected respectively to the output of the timer and to the output of the power switch, and is also equipped with a power switch on the drive, the first and second inputs of which are connected respectively to the third output of the power switch and to the third output of the control device, and the output is connected to the third input of the control device (patent of the Russian Federation for invention No. 2301935, 2007, cl. IPC F16K 31/04, F16K 37/00).

Недостатком вышеназванного автоматизированного электропривода является наличие внешнего датчика положения, который усложняет и делает менее надежной конструкцию. Также отсутствует возможность регулировки момента на валу электрической машины, что не позволяет обеспечить плавное закрытие запорного органа арматуры, что вызывает ускоренный износ уплотнительных поверхностей затвора и, как следствие - потерю его герметичности после каждого цикла в процессе эксплуатации.The disadvantage of the above automated electric drive is the presence of an external position sensor, which complicates and makes the design less reliable. Also, there is no possibility of adjusting the moment on the shaft of the electric machine, which does not allow for a smooth closing of the valve locking element, which causes accelerated wear of the sealing surfaces of the valve and, as a result, loss of its tightness after each cycle during operation.

Наиболее близким аналогом является интеллектуальный мехатронный модуль управления электроприводом запорной арматуры, содержащий систему управления, выполненную с возможностью подключения к электронной вычислительной машине посредством цифровых каналов связи и содержащую микропроцессорное устройство управления, входы которого подключены к выходам двух датчиков напряжения, а выходы через полупроводниковый коммутатор подключены к электродвигателю, при этом полупроводниковый коммутатор выполнен с возможностью подключения в электрическую сеть, отличающийся тем, что модуль дополнительно содержит как минимум три датчика положения ротора, установленные в зазоре электродвигателя, датчик температуры, установленный в обмотке электродвигателя, три датчика тока, которые подключены к выходам полупроводникового коммутатора, а их выходы соединены с входами микропроцессорного устройства управления (патент Российской Федерации на полезную модель №81399, 2009 г., кл. МПК F16К 31/02, F16К 31/56).The closest analogue is an intelligent mechatronic control module for electric valves, containing a control system configured to connect to an electronic computer via digital communication channels and containing a microprocessor control device, the inputs of which are connected to the outputs of two voltage sensors, and the outputs through a semiconductor switch are connected to an electric motor, while the semiconductor switch is configured to be connected to an electric A network, characterized in that the module additionally contains at least three rotor position sensors installed in the motor gap, a temperature sensor installed in the motor winding, three current sensors that are connected to the outputs of the semiconductor switch, and their outputs are connected to the inputs of the microprocessor control device (Russian Federation patent for utility model No. 81399, 2009, class IPC F16K 31/02, F16K 31/56).

Указанный интеллектуальный мехатронный модуль управления электроприводом запорной арматуры предусматривает регулирование момента на валу электрической машины, также отсутствует необходимость во внешнем датчике положения штока, что является его преимуществом по сравнению с конструкцией вышеназванного автоматизированного электропривода.The indicated intelligent mechatronic control module for the electric valve of the shutoff valve provides for torque control on the shaft of the electric machine, there is also no need for an external rod position sensor, which is its advantage compared to the design of the above-mentioned automated electric drive.

Однако в обеих конструкциях не предусмотрена возможность работы от маломощной сети в повторно-кратковременном режиме и отсутствует возможность кратковременного срабатывания при аварийном отключении электропитания.However, both designs do not provide for the possibility of operation from a low-power network in intermittent mode and there is no possibility of short-term operation during an emergency power outage.

Задачей полезной модели является обеспечение повторно-кратковременного режима работы привода от маломощной электросети, в том числе при отключении электропитания и, как следствие - плавное безударное открытие-закрытие запорного органа трубопроводной арматуры.The objective of the utility model is to ensure the intermittent operation of the drive from a low-power network, including when the power is turned off and, as a result, smooth, shock-free opening-closing of the shut-off element of the pipe fittings.

Данная задача решается в интегрированном приводе для кратковременных режимов работы с синхронной электрической машиной с постоянными магнитами и встроенным устройством управления, характеризующимся тем, что привод содержит находящиеся в функционально-конструкционном единстве щиты, закрепленный между ними статор с тороидальным магнитопроводом и кольцевыми обмотками, ротор, выполненный из двух соосных немагнитных дисков, в каждом из которых выполнено четное количество окон, в которые уложены постоянные магниты чередующейся полярности и осевой намагниченностью, прикрепленные к магнитному диску, диски ротора расположены по обе стороны от статора и жестко связаны между собой и с валом, сигнальный диск, который закреплен на наружной поверхности одного из дисков ротора и содержит расположенные по окружности постоянные магниты чередующейся полярности с осевой намагниченностью, число которых равно или кратно числу постоянных магнитов, расположенных на диске ротора, линейные датчики Холла, число которых равно числу кольцевых обмоток статора, которые установлены на плате, расположенной в окне торцевой стенки щита напротив магнитов сигнального диска, и подключены к входам платы устройства управления, закрепленной на защитном стальном основании, установленном на наружной поверхности щита привода, которая содержит блок стабилизации и защиты от перенапряжения, подключенный к конденсаторной батарее, соединенной с инвертором, работа которых обеспечивается контроллером, а входы устройства управления соединены с выводами обмоток статора. В обмотку статора встроен датчик температуры, обработка показаний которого позволяет устройству управления обеспечить аварийное отключение при перегреве привода. Свободный конец вала привода усилен и приспособлен для подключения ручного дублера привода, проходящего через кожух и свободные центральные отверстия электронных плат устройства управления. Устройство управления имеет интерфейс связи с устройством верхнего уровня. Устройство управления имеет линии дискретного управления.This problem is solved in an integrated drive for short-term operation with a synchronous electric machine with permanent magnets and an integrated control device, characterized in that the drive contains shields in functional-structural unity, a stator fixed between them with a toroidal magnetic circuit and ring windings, a rotor made of two coaxial non-magnetic disks, in each of which an even number of windows are made, in which permanent magnets of alternating polar ty and axial magnetization attached to the magnetic disk, the rotor disks are located on both sides of the stator and are rigidly connected with each other and with the shaft, the signal disk, which is mounted on the outer surface of one of the rotor disks and contains permanent magnets of alternating polarity located around the circumference with axial magnetization, the number of which is equal to or a multiple of the number of permanent magnets located on the rotor disk, linear Hall sensors, the number of which is equal to the number of ring stator windings that are installed on the circuit boards located in the window of the end wall of the shield opposite the magnets of the signal disk and connected to the inputs of the control device board mounted on a protective steel base mounted on the outer surface of the drive shield, which contains a stabilization and overvoltage protection unit connected to a capacitor bank connected to the inverter whose operation is provided by the controller, and the inputs of the control device are connected to the terminals of the stator windings. A temperature sensor is integrated in the stator winding, the processing of the readings of which allows the control device to provide emergency shutdown when the drive overheats. The free end of the drive shaft is reinforced and adapted to connect a manual drive backup, passing through the casing and the free center holes of the electronic circuit boards of the control device. The control device has a communication interface with the upper level device. The control device has discrete control lines.

Полезная модель поясняется фиг. 1, 2, 3, 4, где:A utility model is illustrated in FIG. 1, 2, 3, 4, where:

- на фиг. 1 схематично показан интегрированный привод для кратковременных режимов работы с синхронной электрической машиной с постоянными магнитами и встроенным устройством управления (без конденсаторной батареи) согласно полезной модели, вид в продольном разрезе;- in FIG. 1 schematically shows an integrated drive for short-term operation with a synchronous electric machine with permanent magnets and an integrated control device (without a capacitor bank) according to the utility model, view in longitudinal section;

- на фиг. 2 - интегрированный привод в поперечном разрезе;- in FIG. 2 - integrated drive in cross section;

- на фиг. 3 - обобщенная схема интегрированного привода;- in FIG. 3 is a generalized diagram of an integrated drive;

- на фиг. 4 - изображена функциональная схема блока стабилизации и защиты от перенапряжений.- in FIG. 4 - shows a functional block diagram of the stabilization and surge protection.

На фигурах приняты следующие обозначения основных элементов: 1 - щит; 2 - второй щит; 3 - подшипники; 4 - вал; 4' - свободный конец вала; 5 - статор; 5' - обмотки статора; 6 - тороидальный магнитопровод; 7 - выводы кольцевых трехфазных обмоток; 8 - плата устройства управления; 9 - основание; 10 - диски ротора; 11 - постоянные магниты; 12 - магнитный диск; 13 - сигнальный диск датчика углового положения ротора; 14 - сигнальные магниты датчика углового положения ротора; 15 - чувствительные элементы датчика углового положения ротора (линейные датчики Холла); 16 - плата датчика углового положения ротора; 17 - соединительные провода; 18 - вторая плата устройства управления; 19 - устройство управления; 20 - блок стабилизации и защиты от перенапряжения; 21 - конденсаторная батарея; 22 - инвертор; 23 - синхронная электрическая машина; 24 - датчики тока в фазах инвертора; 25 - контроллер; 26 - фидер постоянного тока; 27 - датчик входного напряжения; 28 - блок защиты от перенапряжения; 29 - датчик тока; 30 - блок стабилизации напряжения; 31 - датчик выходного напряжения; 32 - силовой кабель; 33 - кабель управления; 34 - кожух; ДТ - датчики температуры в обмотках двигателя синхронной электрической машины; ДПР - датчик углового положения ротора.The following designations of the main elements are adopted in the figures: 1 - shield; 2 - second shield; 3 - bearings; 4 - shaft; 4 '- the free end of the shaft; 5 - stator; 5 '- stator windings; 6 - toroidal magnetic circuit; 7 - findings of ring three-phase windings; 8 - control device board; 9 - base; 10 - rotor discs; 11 - permanent magnets; 12 - a magnetic disk; 13 - signal disk of the rotor angular position sensor; 14 - signal magnets of the rotor angular position sensor; 15 - sensitive elements of the rotor angular position sensor (linear Hall sensors); 16 - board of the sensor of the angular position of the rotor; 17 - connecting wires; 18 - the second board of the control device; 19 - control device; 20 - block stabilization and surge protection; 21 - capacitor bank; 22 - inverter; 23 - synchronous electric machine; 24 - current sensors in the phases of the inverter; 25 - controller; 26 - DC feeder; 27 - input voltage sensor; 28 - block surge protection; 29 - current sensor; 30 - voltage stabilization unit; 31 - output voltage sensor; 32 - power cable; 33 - control cable; 34 - a casing; DT - temperature sensors in the motor windings of a synchronous electric machine; DPR - the sensor of the angular position of the rotor.

Как показано на фиг. 1 и фиг. 2, интегрированный привод содержит синхронную электрическую машину со щитами 1 и 2, в которых на подшипниках 3 установлен вал 4. Со щитами 1 и 2 жестко связан статор 5 в виде тороидального магнитопровода 6 с кольцевыми трехфазными обмотками 5', выводы 7 которых соединены с платой 8 устройства управления, закрепленной на основании 9, установленном на наружной поверхности щита 2. На валу 4 закреплен ротор в виде двух соосных немагнитных дисков 10, которые расположены по обе стороны от статора 5. В каждом из дисков 10 ротора выполнены окна, в которые уложены постоянные магниты 11, прикрепленные к магнитному диску 12. На каждом диске 10 ротора может располагаться любое четное количество постоянных магнитов 11 с осевой намагниченностью и чередующейся полярностью. К диску 10 ротора, более удаленному от выходного (рабочего) конца вала 4, прикреплен сигнальный диск 13 датчика углового положения ротора (ДПР) с сигнальными магнитами 14 чередующейся полярности в количестве, равном числу полюсов постоянных магнитов 11, расположенных на диске 10 ротора. Диаметр расположения сигнальных магнитов 14 выбирается минимально возможным для данной синхронной электрической машины. Предпочтителен внешний размер сигнального диска 13 меньше размера окружности, касающейся внутренних поверхностей постоянных магнитов 11, расположенных на дисках 10 ротора. Чувствительные элементы 15 датчика углового положения ротора (ДПР) представляют собой линейные датчики Холла и расположены на плате 16, закрепленной в окне торцевой стенки щита 2 напротив сигнальных магнитов 14. Минимальная величина угла окна в щите 2 для установки платы 16 составляет:As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the integrated drive contains a synchronous electric machine with shields 1 and 2, in which a shaft 4 is mounted on the bearings 3. Stator 5 is rigidly connected to the shields 1 and 2 in the form of a toroidal magnetic circuit 6 with three-phase ring windings 5 ', the terminals 7 of which are connected to the board 8 of the control device, mounted on the base 9, mounted on the outer surface of the shield 2. On the shaft 4 is fixed a rotor in the form of two coaxial non-magnetic disks 10, which are located on both sides of the stator 5. In each of the disks 10 of the rotor there are windows in which s permanent magnets 11 attached to the magnetic disk 12. Each disk 10 of the rotor may be located any even number of permanent magnets 11 with axial magnetization and alternating polarity. To the rotor disk 10, farther from the output (working) end of the shaft 4, a signal disk 13 of the rotor angular position sensor (DPR) is attached with signal magnets 14 of alternating polarity in an amount equal to the number of poles of permanent magnets 11 located on the rotor disk 10. The diameter of the location of the signal magnets 14 is selected as small as possible for this synchronous electric machine. Preferred is the outer size of the signal disk 13 is smaller than the circumference of the inner surfaces of the permanent magnets 11 located on the rotor disks 10. The sensitive elements 15 of the rotor angular position sensor (DPR) are linear Hall sensors and are located on the board 16, mounted in the window of the end wall of the shield 2 opposite the signal magnets 14. The minimum window angle in the shield 2 for installing the board 16 is:

р - число пар полюсов постоянных магнитов 11, расположенных на дисках 10 ротора.p is the number of pairs of poles of permanent magnets 11 located on the disks 10 of the rotor.

После общей сборки синхронной электрической машины 23 (фиг. 3) настройка датчика углового положения ротора (ДПР) может осуществляться смещением платы 16 в окне щита 2 (фиг. 1).After the general assembly of the synchronous electric machine 23 (Fig. 3), the adjustment of the rotor angular position sensor (DPR) can be carried out by displacing the board 16 in the shield window 2 (Fig. 1).

Свободный конец вала 4' усилен, приспособлен для подключения ручного дублера привода и проходит через свободное центральное отверстие устройства управления 19.The free end of the shaft 4 'is reinforced, adapted to connect a manual backup drive and passes through the free Central hole of the control device 19.

Число чувствительных элементов 15 соответствует числу фаз обмоток статора 5'. Чувствительные элементы 15 расположены на плате 16 таким образом, чтобы угол между их осями для трехфазной синхронной электрической машины составлял:The number of sensing elements 15 corresponds to the number of phases of the stator windings 5 '. The sensing elements 15 are located on the circuit board 16 so that the angle between their axes for a three-phase synchronous electric machine is:

р' - число пар полюсов электрической машины (число пар полюсов постоянных магнитов 11, установленных на дисках 10 ротора).p 'is the number of pairs of poles of the electric machine (the number of pairs of poles of permanent magnets 11 mounted on the disks 10 of the rotor).

Чувствительные элементы 15 соединительными проводами 17 подключены к входам устройства управления 19, которое выполнено на платах 8 и 18, закрепленных на защитном стальном основании 9, установленном на наружной поверхности щита 2. Плата 16 с чувствительными элементами 15 фиксируется после настройки ее положения в окне щита 2.Sensitive elements 15 by connecting wires 17 are connected to the inputs of the control device 19, which is made on boards 8 and 18, mounted on a protective steel base 9, mounted on the outer surface of the shield 2. Board 16 with sensitive elements 15 is fixed after setting its position in the shield window 2 .

На фиг. 3 показан блок стабилизации напряжения и защиты от перенапряжения 20, соединенный с конденсаторной батареей 21, подключенной к инвертору 22, который соединен с синхронной электрической машиной 23. В фазах инвертора 22 установлены датчики тока 24. Контроллер 25 подключен к блоку стабилизации и защиты 20, инвертору 22, датчикам тока 24 и синхронной электрической машине 23.In FIG. 3 shows a voltage stabilization and overvoltage protection unit 20 connected to a capacitor bank 21 connected to an inverter 22, which is connected to a synchronous electric machine 23. In the phases of the inverter 22, current sensors 24 are installed. The controller 25 is connected to the stabilization and protection unit 20, the inverter 22, current sensors 24 and a synchronous electric machine 23.

На фиг. 4 показан блок стабилизации и защиты от перенапряжения, состоящий из фидера постоянного тока 26, подключенного к датчику входного напряжения 27, который соединен с блоком защиты от перенапряжения 28, получающего данные от датчика тока 29. По выходу датчика тока 29 подключен блок стабилизации напряжения 30, соединенный с датчиком выходного напряжения 31.In FIG. 4 shows a stabilization and overvoltage protection unit, consisting of a DC feeder 26 connected to an input voltage sensor 27, which is connected to an overvoltage protection unit 28, receiving data from a current sensor 29. A voltage stabilization unit 30 is connected to the output of the current sensor 29, connected to the output voltage sensor 31.

Устройство управления работает следующим образом.The control device operates as follows.

Питание интегрированного привода осуществляется через фидер 26 от сети постоянного тока. Наличие и контроль величины входного напряжения производится с помощью датчика входного напряжения 27 и при снижении величины ниже порога, установленного аппаратными средствами, датчик генерирует дискретный сигнал, поступающий в контроллер 25.The integrated drive is powered through a feeder 26 from a DC network. The presence and control of the input voltage value is performed using the input voltage sensor 27 and when the value decreases below the threshold set by the hardware, the sensor generates a discrete signal supplied to the controller 25.

Обеспечение кратковременного режима работы при питании от сети с ограниченной мощностью или при потере питания достигается применением конденсаторной батареи 21, служащей буферным звеном, в которой накапливается энергия от сети питания.Providing a short-term mode of operation when powered by a network with limited power or when the power is lost is achieved by using a capacitor bank 21, which serves as a buffer link in which energy from the power network is accumulated.

Применение блока стабилизатора 30 совместно с блоком защиты от перенапряжения 28 позволяет поддерживать рабочее значение напряжения на конденсаторной батарее 21, чем обеспечивается необходимая величина накопленной энергии (W):The use of the stabilizer unit 30 together with the overvoltage protection unit 28 allows you to maintain the operating value of the voltage on the capacitor bank 21, which ensures the required amount of stored energy (W):

Uc - напряжение на конденсаторной батарее 21;Uc is the voltage on the capacitor bank 21;

С - электрическая емкость конденсаторной батареи 21.C is the electric capacity of the capacitor bank 21.

Величина емкости С конденсаторной батареи 21 и напряжение Uc определяются из расчета необходимой производимой работы привода и характеристик синхронной электрической машины.The value of the capacitance C of the capacitor bank 21 and the voltage Uc are determined from the calculation of the required work of the drive and the characteristics of a synchronous electric machine.

Блок защиты от перенапряжения 28 ограничивает ток заряда (I_вх) конденсаторной батареи на заданном уровне по показаниям датчика тока 29 и при достижении установленного напряжения Uc на конденсаторной батарее 21 прекращает заряд. Это обеспечивает работу интегрированного привода при величине напряжения входной цепи выше величины номинального напряжения на конденсаторной батарее 21. Применение активной защиты от перенапряжения позволяет передать всю энергию в исполнительное устройство без излишних омических потерь, возникающих при применении варистора или иных методов защиты.The overvoltage protection unit 28 limits the charge current (I _in ) of the capacitor bank to a predetermined level according to the readings of the current sensor 29 and, when the set voltage Uc on the capacitor bank 21 is reached, stops charging. This ensures the operation of the integrated drive when the input circuit voltage is higher than the rated voltage on the capacitor bank 21. The use of active overvoltage protection allows you to transfer all energy to the actuator without unnecessary ohmic losses arising from the application of a varistor or other protection methods.

При величине напряжения входного фидера ниже Uc включается блок стабилизации напряжения 30, собранный по схеме повышающего широтно-импульсного преобразователя. Он обеспечивает заряд конденсаторной батареи 21 до номинального значения. Выходное напряжение блока стабилизации напряжения 30 контролируется датчиком выходного напряжения 31, подключенным к контроллеру 25.When the voltage of the input feeder is lower than Uc, the voltage stabilization unit 30 is turned on, assembled according to the circuit of a step-up pulse-width converter. It provides charge of the capacitor bank 21 to a nominal value. The output voltage of the voltage stabilization unit 30 is controlled by an output voltage sensor 31 connected to the controller 25.

Инвертор 22 по звену постоянного тока подсоединен к конденсаторной батарее 21 и обеспечивает работу синхронной электрической машины 23, используя накопленную энергию.An inverter 22 is connected by a DC link to a capacitor bank 21 and provides operation of a synchronous electric machine 23 using stored energy.

Контроллер является центральным элементом устройства управления и обеспечивает взаимодействие составных узлов устройства управления и частей привода. Программное обеспечение, установленное в контроллере, обеспечивает реализацию алгоритмов совместной работы частей привода.The controller is a central element of the control device and provides the interaction of the components of the control device and parts of the drive. The software installed in the controller provides the implementation of algorithms for the joint operation of drive parts.

В контроллере 25 реализована трехконтурная система регулирования с контурами тока, скорости и положения. В контуре тока применены алгоритмы векторного управления. Для этого используется информация о положении ротора электрической машины относительно статора 5, получаемая с линейных датчиков Холла 15 (фиг. 1), и информация о мгновенных значениях фазных токов, поступающая с датчиков токов 24. Контуры скорости и положения организованы по классической схеме. Инвертор 22 формирует синусоидальные токи заданной амплитуды в обмотках синхронной электрической машины 23, что позволяет задавать электромагнитный момент в широком диапазоне частот вращения, начиная от нулевой.The controller 25 implements a three-loop control system with current, speed and position loops. In the current loop, vector control algorithms are applied. For this, information on the position of the rotor of the electric machine relative to the stator 5 is used, obtained from linear Hall sensors 15 (Fig. 1), and information on the instantaneous values of phase currents received from the current sensors 24. The speed and position contours are organized according to the classical scheme. Inverter 22 generates sinusoidal currents of a given amplitude in the windings of a synchronous electric machine 23, which allows you to set the electromagnetic moment in a wide range of rotational speeds, starting from zero.

Управление моментом для широкого диапазона частот вращения позволяет реализовать в полезной модели следующие режимы кратковременной работы:Torque control for a wide range of speeds allows you to implement the following modes of short-term operation in a utility model:

1) формирование заданной частоты вращения при заданном ускорении;1) the formation of a given speed at a given acceleration;

2) формирование заданного момента для фиксации исполнительного механизма в крайнем положении;2) the formation of a given moment for fixing the actuator in the extreme position;

3) формирование перемещения с заданными параметрами.3) the formation of displacement with the given parameters.

Наличие конденсаторной батареи 21 и специальное программное обеспечение контроллера 25 позволяют осуществить за счет накопленной энергии перевод исполнительного механизма в предварительно заданное положение при поступлении с датчика входного напряжения 27 дискретного сигнала, свидетельствующего о снижении напряжения питания ниже установленного значения или при потере связи с устройством верхнего уровня.The presence of a capacitor bank 21 and the special software of the controller 25 make it possible to transfer the actuator to a predetermined position due to the accumulated energy when a discrete signal is received from the input voltage sensor 27, indicating a decrease in the supply voltage below the set value or when communication with the upper level device is lost.

Для приема дискретных сигналов от системы верхнего уровня в контроллере 25 предусмотрены каналы связи и реализован последовательный интерфейс с контролем короткого замыкания и обрыва. Для обеспечения надежности работы привода к контроллеру 25 подключаются датчики температуры (ДТ) в обмотках синхронной электрической машины 23, показания которых обрабатываются, и при достижении порогового значения формируется сообщение устройству верхнего уровня.To receive discrete signals from the upper level system in the controller 25, communication channels are provided and a serial interface with monitoring of short circuit and open circuit is implemented. To ensure the reliability of the drive to the controller 25 are connected temperature sensors (DT) in the windings of the synchronous electric machine 23, the readings of which are processed, and when the threshold value is reached, a message is generated to the upper level device.

Элементы устройства управления, представленные на фиг. 3 и 4, расположены на платах 8 и 18, закрепленных на защитном основании 9 (фиг. 1). Питание устройства управления осуществляется силовым кабелем 32, соединение с устройством верхнего уровня обеспечивается кабелем управления 33. Устройство управления, закрепленное на щите 2, может быть закрыто кожухом 34.The elements of the control device shown in FIG. 3 and 4, are located on the boards 8 and 18, mounted on a protective base 9 (Fig. 1). The control device is powered by a power cable 32, the connection with the upper level device is provided by the control cable 33. The control device mounted on the shield 2 can be closed by a casing 34.

Конструктивное исполнение платы 8 и основания 9 позволяет применять ручной дублер, подсоединяемый к свободному концу вала 4'.The design of the board 8 and the base 9 allows the use of a handwheel, connected to the free end of the shaft 4 '.

Конструкция данного интегрированного привода, содержащего находящиеся в функционально-конструкционном единстве (системе) синхронную электрическую машину с постоянными магнитами, датчик углового положения ротора электрической машины, устройство управления с блоком стабилизации и защиты от перенапряжения, подключенные к конденсаторной батарее и соединенные с инвертором, работа которых обеспечивается контроллером, обеспечивает повторно-кратковременный режим работы привода от маломощной электросети, в том числе при отключении электропитания, и, как следствие - плавное безударное открытие-закрытие запорного органа трубопроводной арматуры.The design of this integrated drive, containing a synchronous electric machine with permanent magnets located in a functional-structural unity (system), an angular position sensor of the rotor of the electric machine, a control device with a stabilization and overvoltage protection unit, connected to a capacitor bank and connected to an inverter, the operation of which provided by the controller, provides intermittent operation of the drive from a low-power network, including when disconnecting electric opitaniya, and as a result - a smooth shock-free opening and closing of the closure member of pipe fittings.

Claims

1. An integrated drive for short-term operation with a synchronous electric machine with permanent magnets and an integrated control device, characterized in that the drive contains shields in functional structural unity, a stator fixed between them with a toroidal magnetic circuit and ring windings, a rotor made of two coaxial non-magnetic disks, in each of which an even number of windows are made, in which permanent magnets of alternating polarity and axial magnetized are stacked mounted on a magnetic disk, the rotor disks are located on both sides of the stator and are rigidly connected with each other and with the shaft, the signal disk, which is mounted on the outer surface of one of the rotor disks and contains around the circumference permanent magnets of alternating polarity with axial magnetization, number which is equal to or a multiple of the number of permanent magnets located on the rotor disk, linear Hall sensors, the number of which is equal to the number of ring stator windings that are installed on the board located in the window t the front wall of the shield opposite the magnets of the signal disk, and are connected to the inputs of the control device board mounted on a protective steel base mounted on the outer surface of the drive shield, which contains a stabilization and overvoltage protection unit connected to a capacitor bank connected to the inverter, the operation of which is ensured the controller, and the inputs of the control device are connected to the terminals of the stator windings.

2. The integrated drive according to claim 1, characterized in that a temperature sensor is integrated in the stator winding of the synchronous electric machine, the processing of the readings of which allows the control device to provide emergency shutdown when the electric machine overheats.

3. The integrated drive according to claim 1, characterized in that the free end of the shaft of the synchronous electric machine is reinforced and adapted to connect a manual backup drive passing through the casing and free central holes of the electronic circuit board of the control device.

4. The integrated drive according to claim 1, characterized in that the control device of the synchronous electric machine has a communication interface with the upper level device.

5. The integrated drive according to claim 1, characterized in that the control device of the synchronous electric machine has discrete control lines.