RU1809504C - Вентильный электродвигатель - Google Patents

Abstract

Использование: в приводах различных исполнительных механизмов. Сущность: введены датчик тока 13, элементы 14, обеспечивающие обратную св зь по току. Блок коррекции содержит элемент 11 сравнени  и регулирующий элемент 12, входами соединенный с обмоткой управлени  датчика 2 положени  ротора синхронной машины и выходом элемента 11 сравнени . Вход элемента 11 сравнени  через измерительный преобразователь 10 частоты в напр жение соединен с выходом фазочувствительного выпр мител  5. Введенные элементы по- звол ют регулировать угол опережени  ком- мутации, ток и напр жение питани  синхронной машины. 3 ил.

Description

Изобретение относитс  к электротехнике , в частности к вентильным электродвигател м (ВД), выполненным на основе полупроводниковых преобразователей и синхронных машин (СМ) с. посто нным магнитами на роторе и может найти применение при разработке регулируемых и стабилизируемых по частоте вращени  ВД, предназначенных дл  привода различных исполнительных механизмов

Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей ВД за счет регулировани  как угла опережени  © , так и напр жени  питани  синхронной машины

UCM.

Действительно, выполнение блока коррекции из указанных выше структурных элементов так, что его выходной сигнал пропорционален разности сигналов частоты вращени  двигател  и заданной величины , введение датчика тока, первого элемента сравнени   и выполнение св зей

между элементами обеспечивает регулирование напр жени  Ug и фазы ©выходных сигналов датчика положени  ротора. Соответственно измен ютс  величина UCM и фаза 0 выходных напр жений усилителей мощности, питающих синхронную машину, При этом в режиме стабилизации частоты вращени  синхронна  машина работает с минимумом тока потреблени  при нагрузках как равной номинальной, так и меньше ее, а пуск двигател  проходит в режиме ограничени  тока. Указанные отличительные особенности расшир ют функциональные возможности ВД и его область применени .

На фиг. 1 приведен пример выполнени  n-фазного ВД с усилител ми мощности в режиме ШИМ; на фиг. 2 приведен пример выполнени  регулирующего элемента; на фиг. За приведены векторные диаграммы ДПР; на фиг. 36 - векторные диаграммы

Ё

00

о ч ел

S

синхронной машины с регулированием по двум параметрам (напр жению Осм и углы 0).

ВД содержит n-фазную синхронную машину СМ1 с возбуждением от посто нных магнитов, датчик положени  ротора ОПР2, содержащий обмотку возбуждени  0В 2.1, управлени  ОУ 2.2, выходные обмотки 2.3, п каналов питани  3.1, 3.2, ..., Зп фаз СМ1, каждый канал включает в себ  усилитель мощности УМ4 и схему управлени , состо щую из фазочувствительного выпр мител  Ф4В5 и широтно-импульсного модул тора ШИМб. Кроме того в схеме ВД имеетс  источник опорных напр жений ИОН7, модул тор М8, генератор пилообразных напр жений ГПН9, датчик тока ДТ13..первый элемент сравнени  ЭС14, блок коррекции 15, состо щий из измерительного преобразовател  частоты вращени  ротора в напр жение ИПЧ10, второго элемента сравнени  ЭС11 и регулирующего элемента РЭ12 В каждом канале питани  3.1, 3.2,,.., Зп выход ФЧП5 через ШИМ6 соединен с управл ющим входом УМ4, выход которого св зан с соответствующей фазной обмоткой СМ1, один из входов ФЧВ5 соединен с соответствующей фазой ДПР2, а другой - с соответствующим выходом ИОН7, синхронизирующий вход ШИМб св зан с соответствующим выходом ГПН9, вход М8 соединен с одним из выходов ИОН7,. а выход св зан с обмоткой возбуждени  ДПР2, ДТ13 включен в цепь питани  УМ4, а его выход подключен к управл ющему входу; М8 через ЭС14, один из входов которого св зан с источником Ui задани  тока потреблени  УМ4 (на фиг. 1 не показан); выход одного из ФСВ5 св зан со входом ИПЧ10, выход М8 соединен со входом РЭ12, выход которого св зан с обмоткой управлени  ДПР2, а управл ющий вход- с выходом ЭС11, один из входов которого соединен с выходом ИПЧ10, а другой - с источником Uf Задани  частоты вращени  (на фиг. 1 не показан).

Регулирующий элемент РЭ12, представленный на фиг. 2, выполнен по мостовой выпр мительной схемы УД1---УД4, в которой в диагональ посто нного тока последовательно включены транзистор VT1 и резистор R2, В диагональ переменного тока Моста последовательно с источником питани  (вторична  обмотка трансформатора Т) включена ОУ2.2 датчика положени  2. Первична  обмотка трансформатора Т соедин етс  с ОВ2.1 датчика положени  2. Входные (управл ющие) цепи схемы подключаютс  к выходу ЭС11. База транзистора VT1 соединена с минусом источника внутренних нужд

0

- UBH через резистор R1, а плюс этого источника подключен к катодам диодов /ДЗ, /Д4. Дл  регулировани  двух параметров системы (напр жени  UCM и угла 0) в схеме ВД используетс  ДПР2 с двум  идентичными обмотками 0В и ОУ, смещенными в пространстве на 90 эл.град. относительно друг друга. Величина Ug и смещение по фазе ©(относительно исходной) выходных сигналов ДПР2 зависит от значений напр жений на OB (UQB) и ОУ (Uoy), при этом

Ua Ка vUoe+ur 2

g - g и ов

0 arctg|ii

Uoy

oy

(1).

(2),

где Kg - посто нный коэффициент ДПР, рпредел емый его конструкцией.

Векторные диаграммы ДПР, построенные дл  первых гармоник напр жений, приведены на фиг. За.

Работа предлагаемого ВД осуществл етс  следующим образом. Переменное напр жение Ur от ЙОН7 с частотой F0 поступает через М8 на обмотку возбужде- ни  2.1 датчика положени  ротора 2. Выходной сигнал соответствующей фазы 2.3 ДПР2

поступает на один из входов соответствую- щего ФЧВ5, а на другой его вход напр жение с выхода ИОН7. В каждом канале 3.1, 3.2, ..., Зп ФЧВ выдел ет низкочастотную огибающую выходного сигнала ДПР2, частота которого кратна частоте вращени  ротора . Сигнал с ФЧВ5 подаетс  на вход ШИМб, с выхода которого промодулированное по длительности напр жение выходной обмотки 2.3 ДПР2 в виде последовательности импульсов с частотой F ГПН9 подаетс  на УМ4, питающий соответствующую фазу СМ1.

Во всех режимах работы ВД низкоча- стотное синусоидальное напр жение ФЧВ5 с частотой кратной частоте вращени  СМ1; поступает на вход ИПЧ10, где преобразуетс  в посто нное напр жение, величина которого пропорциональна частоте вращени . Посто нное напр жение с выхода ИПЧ10 поступает на один из входов ЭС11. на другой вход которого подаетс  напр жени  Uf, соответствующее заданной частоте вращени  СМИ. Сигнал рассогласовани  с ЭС11 воздействует на управл ющий вход РЭ12, на другой вход РЭ12 поступает напр жение UQB, формируемое М8 из посто нного по величине напр жени  Ur ИОН7. Выходной сигнал РЭ12 воздействует на ОУ 2.2 датчика положени  ротора 2.

Пуск ВД происходит в режиме ограничени  тока потреблени  УМ4, при этом так измен ютс  фазные напр жени  DCM, чтобы обеспечивалс  необходимый электромагнитный момент. Контур регулировани  при ограничении тока состоит из ДТ13 и ЭС14, при этом ДТ13 включен к цепь питани  УМ4 всех каналов. На один вход ЭС14 поступает сигнал Ui, соответствующий величине заданного тока потреблени , а на другой вход сигнал с выхода ДТ13. Сигнал с выхода ЭС14 поступает на управл ющий вход М8. Этот регулирующий элемент выполнен в виде линейного регул тора с обратной зависимостью выход - управление.

В процессе разгона СМ1 под действием в.ыходного сигнала ЭС14 уменьшаетс  сопротивление М8, увеличиваетс  UOB, при этом величина сопротивлени  РЭ12 мала, так как Uf больше выходного напр жени  ИП410. В результате к ОУ2.2 прикладываетс  часть напр жени  0В 2.1, определ ема  в основном коэффициентом трансформации разделительного трансформатора , вход щего в состав РЭ12. С ростом частоты вращени  происходит увеличение UOB, Uoy, Ug в соответствии с зависимостью (1), и, следовательно, выходных напр жений УМ4 (Уем), при этом угол в поддерживаетс 

Uoy посто нным, так как

const см. зависимость (2). Исход  из характеристик СМ1 и приводимого механизма в схеме ВД выбирают такой коэффициент трансформации разделительного трансформатора, чтобы обеспечивалс  угол 0 , необходимый дл  развити  требуемого (максимального) электромагнитного момента.

По мере разгона СМ1 из-за вли ни  реактансов и ЭДС СМ1, динамического момента электропривода и с учетом механических характеристик приводимого механизма ток потреблени  УМ4 становитс  меньше ограничиваемого , а величина выходного сигнала ДТ13 меньше величины Ui, соответствующей величине заданного тока потреблени , при этом величина сопротивлени  М8 становитс  такой же малой, как и величина сопротивлени  РЭ12.

Дальнейший разгон происходит при максимальном напр жении питани  СМ1. При выходе на заданную частоту вращени  выходное напр жение ИП410 становитс  больше, чем Of. величина сопротивлени  РЭ12 увеличиваетс , а напр жение U0y уменьшаетс .

В соответствии с зависимостью (2) измен етс  фаза выходных напр жений ДПР2 и, следовательно, фаза выходных напр жений УМ4 (угол Э). В соответствии с зависимостью (1) измен ютс  также величины выходных напр жений ДПР2 (Ug) и. следовательно, УМ4 (исм). За счет этого обеспечиваетс  стабилизаци  частоты вращени  СМ1 при изменении нагрузки. Необходимо заметить, что РЭ12 выполн етс  в виде линейного регул тора напр жени  с обратной зависимостью выход - управле0 ние.

На рис. 36 приведены векторные диаграммы не внополюсной СМ1, построенные дл  первых гармоник фазных напр жений U, тока I и ЭДС Ёо (без учета падени  напр жени 

5 в активном сопротивлении фаз электрической машины) при частоте вращени  со const и минимальном токе при номинальной нагрузке PH(Ui, И, 01)иО,25 PH(U2, Ь. 02). Величины Бо и Хс посто нны, при этом считаем, что

0 синхронный реактанс Хс значительно больше активного сопротивлени  г фаз СМ1.

Условием работы СМ 1 с минимумом фазного тока  вл етс  совпадение по фазе вектора тока I синхронной машины с вектором -ЁО, что иллюстрируетс  пр моугольными векторными треугольниками О - E0Ui дл  номинальной нагрузки Рн и О-ЕоОз дл  нагрузки 0,25 Рн, приведенными на фиг. 36. Векторные диаграммы ДПР2, построенные дл  первых гармоник напр жени  при UOB const и двух значени х U0y приведены на фиг. За.

Первоначально ДПР2 устанавливаетс  в такое положение, чтобы при отсутствии

5 напр жени  на ОУ выходное напр жение каждого усилител  мощности совпадало по фазе с соответствующей ЭДС (-Ео) синхронной машины.

В рассматриваемой схеме вентильного

0 двигател  выходное напр жение каждого УМ4 совпадает с фазой соответствующего фазного напр жени  ДПР2, а величина выходного напр жени  каждого УМ4 (Уем) пропорциональна величине соответствующего

5 фазного напр жени  ДПР2 (Уд). Коэффициент пропорциональности Kg -гт const.

ug .

Он выбираетс  таким, чтобы в режиме стабилизации скорости вектора Осм (Ui, U2) .

0 оканчивались на оси перпендикул рной вектору -Ёо (см. фиг. 36). Тогда при номинальной нагрузке Рн из векторов синхронной машины образуетс  пр моугольный треугольник 0-EoUi (см. фиг. 36), подобный

5 пр моугольнику треугольнику из векторов

ДПР2 (ООов на фиг. За), а, например

К9

при нагрузке 0,25 Рн - пр моугольный треугольник O-EoCte (см. фиг. 36), подобный пр 5

0

моугольнику треугольнику из векторов

ДПР2 (ОПов -в на фиг. За), при этом на

з . «

фиг. 36 вектора тока h,l2 электрическо машины совпадают по фазе с вектором.-Ё0 и, следовательно, синхронна  машина в широком диапазоне нагрузок работает в режиме минимума тока потреблени .

Дл  изменени  уровн  стабилизируемой частоты вращени  нужно пропорционально измен ть Uf и Dr.

В схеме, приведенной на фиг. 2, ток 2.2 датчика положени  ротора 2 в течение половины периода протекает от вторичной обмотки, трансформатора Т через диоды УД1, /Д4, транзистор VT1 и резистор R2. Диоды УД2, УДЗ в это врем  закрыты. В течение другого полупериода ток ОУ 2.2 датчика положени  ротора .2 протекает от вторичной обмотки трансформатора Т через диоды УД2, УДЗ, транзистор VT1 и резистор R2, при этом диоды УД 1, УД4 закрыты. Транзистор VT1 представл ет собой регулируемое активное сопротивление, на котором падает часть напр жени  вторичной обмотки трансформатора Т.

При пуске транзистор VT1 находитс  в режиме насыщени . Ток базы этого транзистора в основном определ етс  напр жением источника внутренних нужд UBH и величинами резисторов R1, R2. При стабилизации частоты вращени  транзистор VT1 от сигнала ЭСТ1 переходит в активную область работы и его сопротивление увеличиваетс , а напр жение Uoy уменьшаетс . Резистор R2 служит дл  стабилизации рабочей точки транзистора VT1, Таким образом представленна  схема  вл етс  практически линейным регул тором напр жени , в котором обеспечиваетс  обратна  зависимость выход - управление (между напр жением U0y и выходным напр жением ЭС11). Эта зависимость реализуетс  за счет изменени  величины выходного сопротивлени  транзистора VT1 при изменении выходного напр жени  ЭС11.

Модул тор М8 может быть выполнен, например, по схеме фиг. 2, в которой в диагонали переменного тока моста вместо трансформатора Т включена одна из выходных обмоток трансформатора ИОН7.

ЙПЧ10 может быть выполнен на основе одновибратора с фиксированной длительностью импульса.

Использование предлагаемого технического решени  обеспечит улучшение энергетических показателей ВД, расширит его

функциональные возможности и область применени .

Claims (1)

1. Формула изобретени  Вентильный электродвигатель, содержащий n-фазную синхронную машину с возбуждением от посто нных магнитов, индукционный аналоговый датчик положени  ротора с n-фазной выходной обмоткой и с обмотками возбуждени  и управлени ,

   смещенными в пространстве на 90 эл.град. относительно друг друга, источник опорных напр жений, модул тор, блок коррекции и п каналов питани  обмоток статора синхронной машины, каждый из которых включает в

   себ  фазочувствительный выпр митель и усилитель мощности, при этом в каждом канале выход фазочувствительного выпр мител  через усилитель мощности св зан с соответствующей обмоткой статора синхронной машины, один из входов фазочувст- вительного выпр мител  соединен с соответствующей выходной обмоткой датчика положени  ротора, а другой - с соот- ветствующим выходом источника опорных

   напр жений, один из выходов которого через модул тор св зан с обмоткой возбуждени  датчика положени  ротора, обмотка управлени  которого соединена с выходом блока коррекции, вход которого соединен с

   выходом модул тора, отличающийс  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей вентильного электродвигател  за счет регулировани  как угла опережени  ©, так и напр жени  питани 

   синхронной машины, в него введены первый элемент сравнени  и датчик тока, вклю- ченный в цепь питани  усилителей мощности, выход которого подключен к управл ющему входу модул тора через первый элемент сравнени , один из входов которого св зан с источником задани  тока потреблени  усилителей мощности, блок коррекции выполнен из измерительного преобразовател  частоты в напр жение,

   второго элемента сравнени  и регулирующего элемента, выход которого образует выход блока коррекции, вход которого соединен с одним из входов регулирующего элемента, другой вход которого св зан с

   выходом второго элемента сравнени , один из входов которого св зан с источником заданной частоты вращени , а другой - с выходом измерительного преобразовател  частоты в напр жение, вход которого соединен с выходом одного из фазочувствитель- ных выпр мителей, при этом регулирующий элемент и модул тор выполнены в виде линейных регул торов напр жени  с обратной зависимостью выход - управление.

   epue.i