SU1001420A1 - Многодвигательный электропривод - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к электротехнике , в частности к синхронизированному электроприводу, содержащему несколько электродвигателей,и может найти применение дл  построени  систем синхронного вращени  нескольких механически несв занных валов в широком диапазоне изменени  нагрузки.

Известен электропривод, содержащий несколько синхронных машин с дат :чиками положени  ротора на каждой обсшй полупроводниковый коммутатор и вы витель рассогласовани  сигналов датчиков положени  ротора по частоте и фазе С.

Синхронное вращение механически несв занных валов обеспечиваетс  за счет вы влени  электродвигател , ротор которого вл етс  отстающим по углу поворота от других электродвигателей , и управлени  общим полупроводниковым коммутатором по сигналам датчика положени  ротора этого .электродвигател .

Недостатками такого электропривода  вл ютс  низкие энергетические показатели электропривода при различных величинах моментов нагрузки на электродвигател х. Это объ сн етс  тем, что синхронизирующий момент в электроприводе обеспечиваетс  за счет поздней коммутации менее нагруженных электродвигателей, что. сопр жено с ухудшением энергетических показателей. .

Известен многодвигательный электропривод с синхронно вращающимис  электродвигател ми, содержащими каждый синхронную машину с датчиком

10 положени  ротора и коммутатор С2 J.

Синхронное вращение механически несв занных валов электродвигателей обеспечиваетс  за счет того, что многоканальные датчики положени  ро15 тора св заны,по части каналов с цепью управлени , по крайней мере, одного ключа полупроводникового коммутаторй через функциональный преобразователь сигнала в сигнал с задержанным

20 передним (|фонтом на интервал времени, соответствующий углу рассогласовани  между роторс л данного электродвигател  и ротором электродвигател , отстающего по углу поворота.

25

Недостатком указанного электропривода  вл етс  значительна  величи на угла-пространственного рассогласввани  между синхронно вращающимис 

Claims (3)

1. 30 роторами электродвигателей. Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  электропривод, содержащий, по крайней мере, два электродвигател  , каждый из которых выполнен на базе синхронной машины q установ ленным на ее валу многоканальным датчиком положени  ротора и размещенной на статоре /Щ-секционной  ко ной обмоткой, секции корной обмотк подключены- к выходам полупроводникового коммутатора, к цеп м управлени  ключей которого подключен широтно-импульсный регул тор, и изме ритель пространственного рассогласо-вани  синхронно вращающихс  механически несв занных роторов электродвигателей , входы которого-;; 5в заны с каналами датчиков положени  ротор а выходы - с управл ющими входами широтно-импульсного регул тора . Формы выполнени  широтно-импульс ного регул тора и измерител  пространственного рассогласовани  -роторов могут быть различны. В частност эти. функциональные блоки могут быть 1конструктивно объединены и выполне ны В виде функционального преобразо . вател  каждого сигн.ала датчика-поло жени  ротора в последовательность импульс.ов, следующих друг за другом с интервалом времени, соответствующим углу пространственного рассогла совани  между ротором данного элект ;родвигател  и ротором отстающего по углу поворота. При этом отстающий в пространственном отношении электродвигатель работает в естественном режиме вентильного электродвигател , управл емого по сигналам со ственного датчика положени  ротора, а опережающий в пространственном отношении, электродвигатель работает в квазиустановившемс . режиме: разгон режим вентильного электродвигатеЛй )- торможение на выбеге 1 режим отключени  от источника питани ) . Электропривод характеризует с  удовлетворительным энергетичес .кими характеристиками, однако об .ладает низкой устойчивостью. Дл  повышени  устройчивости электропривода в переходных режимах и уменьшени  углов пространственного рассогласовани  вышеуказанный функциональный преобразователь может быть дополнительно снабжен формирователем импульсов на временном интервале между двум  последователь:нрст ми импульсов, причем длительность сформированных импульсов соответствует указанному углу пространственного рассогласовани . .В этом случае отстающий в пространственном отношении электродвига тель также работает в естественном режиме вентильного электродвигател ; Управл емого по сигналам собствен (ного датчика положени  ротора, а опережающий в пространственном отношении электродвигатель работает в квазиустановившемс  режиме: разгон ( режим вентильного электродвигатёл  - активное торможение (динамическое торможение или противовключение ). Недостатком известного электродвигател   вл етс  ухудшение энерге Тических характеристик. Дл  электроприводов мощностью уже несколько дес тков ватт не удаетс  в полной мере решить задачу .устойчивости и снижени  углов пространственного рассогласовани , что особенно важно дл , высокоточных систем. Это объ сн етс  тем, что из соображений уменьшени  установленной мощности, массы и габаритов полупроводникового коммутатора такие электродвигатели в об зательном пор дке.снабжаютс  устройствами защиты от максимальных токов . Защита срабатывает при токе, в два - четыре раза превышающем номинальный . В режиме активного торможени  отношение тормозного момента к вращающему не может превышать указанное значение и поэтомувеличина синхронизирукнцего момента в элект|роприводе ограничена. Кроме этого, в известном электроприводе регулирующему воздействию подвергаютс  электродвигатели, которые  вл ютс  опережак цими в пространственном отношении . Электродвигатель, отстающий в пространственном отношении, управл ющему воздействию не подвергаетс . i Повышение устойчивости и уменьшение углов пространственного рассогласовани  в рамках известной функциональной схемы электропривода может быть получено за счет увеличени  числа секций  корной обмотки синхронной , машины и эа счет выполнени  ключей полупроводникового коммутатора, рассчитанных на пусковые токи или на токи противовключени  (выполнение электропривода без устройства згициты- . Однако такой путь нельз  при- . знать рациональным, поскольку потребует существенного увеличени  массы и габаритов полупроводникового коммутатора . Противоречивые требовани  макси|мальных энергетических показателей и устойчивости, а также минимальных углов пространственного рассогласовани  в рамках известной функциональной схемы электропривода удовлетворить невозможно. Цель изобретени  - упрощение, повышение энергетических показателей и устойчивости работы электропривода в переходных процессах. Поставленна  цель достигаетс  тем, что S электроприводе, содержащем два электродвигател , каждый из которых выполнен на базе синхронной машины с установленным на ее валу многоканальным датчиком положени  ротора и -размещенной на статоре IM . -секционной  корной обмоткой, секции которой подключены к выходам полупроводникового коммутатора, к цеп м управлени  ключей которого 1Пбдключен широтно-импульсный регул  тор, и измеритель пространственного рассогласовани  синхронно вращаю- , щихс  механически. несв занных ротор электродвигателей, входы которого св заны с каналами датчиков положени  ротора, а выходы - с управл ющими входами широтно-импульсного р& гул тора, кажда  синхронна  машина снабжена дополнительной Ki -секционной  корной обмоткой, секции дополнительной обмоткн первой синхронной машины соединены встречно с одноиме ными секци кш дополнительной о мотки другой синхронной ма1иины. На фиг. 1 изображена блок-схема двухдвигательного электропривода на фиг. 2 - пример реализации на элементах логики измерител  простра ственного рассогласовани  синхронно вращающихс  механически несв занных роторов электродвигателей на фиг.З и 4 - диаграммы напр жений в узлах двухдвигательного электропривода. Электропривод (фиг. 1 ) содержа .щий два электродвигател  1 и 2, каж дый из которых выполнен на базе синхронной машины 3(4) с установленным на ее валу .многоканальным датчиком 5 (6 ) положени  ротора и размещенной на статоре шестисекционной  корной обмоткой 7 (9), три сек ции 9 (10 ), 11 (12), 13 (14).которой подключены к выходам полупроводникового коммутатора 15 (16) к цеп м управлени  ключей 17(18), 19 (20), 21 (22), 23 (24), 25 (26);i 27 (28), которого подключен широтно-импульсный регул тор 29 (30). Электропривод содержит измеритель 31 пространственного рассогласовани  синхронно ВЕащаквдихс  механически несв зан - ных роторов электродвигателей, входы 32 и 33 которого св заны с каналами 34 (35), 36 (37), 38 (39), 40 (41), :42 (43), 44 (45) датчиков 5 (6) поло жени  ротора, а выходы 46 и 47 - с управл ющими входами 48 и 49 широтно-иьшульсныхрегул торов 2S и 30. Кажда  из оставшихс  (трех) секций 50 (51), 52 (53), 54 (55)  корной обмотки 7 (8) .-синхронной машины 3 (4 соединены вс.трёчнр с одноименной секцией 51, 53,55 (50, 52, 54)  корной обмотки 8 (7).-другой синхрой ной машины 4 (3 ). Электродвигатели .подключены к источнику питани  56 посто нного напр жени . . В рамках сформулированной функциональной схемы конструктивное выполнение электродвигателей может быть различно. В частности, синхронна  машина может ейать любого типа, например с возбуждением от посто нных магнитов с произвольным количеством секций  корной обмотки. Датчик положени  ротора может быть любого из- вестного типа, например индуктивный; с псдмагничиванием. Полупроводниковый коммутатор может быть любого типа, например трехфазный двухполупериодный , и реализован на любых полупроводниковых переключак цих приборах, например на транзисторах. г Формы выполнени  широтно-импул1 сных регул торов 29, 30 и измерител  31 также могут быть различны. На,. фиг. 2 дл  примера показана одна из возможных форм их конструктивного объединени , выполненна  на элементах логики. В данном конкретном слу-чае широтно-импульсные регул торы |29 и 30 и измеритель 31 реализованы на двенадцати идентичных логических  чейках 57-68 по числу каналов датчиков 5 и 6 положени  ротора. Каж-i да  логическа   чейка, например 57 iJ62Ji включает две двухвходовые логические схемы совпадени  69,70 (71, 72) и одну двухвходовую логическую схему ИЛИ 73 (74). Кажда  логическа   чейка например, 57 (63) имеет три входа, к которым подключены каналы 34, .35, 37 (35, 34, 36 ) датчиков 5 и 6 положени  ротора, и один выход, подключенный к цепи управлени  соответствующего ключа 17 (iS} полупроводникового коммутатора. Вхо дами каждой логической  чейки, например 57 С 63  вл ютс  входы логических схем 69, 70 71, 72 совпадени  причем вторые входы этих ло гических схем объединены, входом каждой логической  чейки, например 57 (63) служит выход логической схе мы ИЛИ 73 (74 .-Схема-подключени  каналов датчиков 5 и 6 положени  ротора к входам логических  чеек 57 - 68 изрбражена на фиг. 2. В схе ме подключени  каналов датчиков 5 к. 6 положени  рртора к входам логических  чеек 57 - 68 усматриваетс  за-; кономерность. ёта закономерность . заключаетс  в том, что дл  логической  чейки, наприк1ер, 57 (63, св -занной с цепью управлени  ключа 17 (18) полупроводникбвого коммутатора 15 .16, к объединенным входам логических схем 69,70 71,72 совпадени  логической  чейки 57 (63) подключен соответствуквдий этому каналу канал 34 {ЗБ собственного датчика 5/6) положени  ротора, а к двум Другим-входам логических схем 69, 70.(71, совпадени  подключены каналы датчика б .( 5) положени  рото ра другого электродвигател  2 ( 1/: одно-именный с указанным, т.е. 35 (3 и следующий по направлению движени  ротора электродвигател , т,.е. 37 ;(З Указанна  закономерность подключе1€И распрост1Ьан етс  на каждую тройку логических  чеек 57 - 59, 60-62, 63 - 65, 66 - 68 и, соответственно |на 1 аждую тройку каналов. 34, 36, 38 |40, 42, 44, 35, 37, 39 и 41, 43, 45 |датчиков 5 и 6 положени  ротора. Это .обеспечиваетс  тем, чтоконец сигнала в третьем канале каждой тро ки каналов совпадает с началом сигнала в первом канале этой тройки. Така  форма выполнени  гйиротноимпульсных регул торов 29 и 30 и из мерител  31 обеспечивает преобразование каждого сигнала датчика положени  ротора опережающего в простра ственном отношении электродвигател  . сигнал с задержанным передним фронтом на интервал времени, соответствующий углу пространственного рассогласовани  Д между ротором данно |ГО электродвигател  и ротором от|стающего электродвигател . . Электропривод работает следующим образом. Предположим, что роторы идентичных синхронных машин вращаютс  синхронно и синфазно. В этом случае сигналы с датчиков 5 и 6 положени  ротора поступают на соответствующие им дели управлени  ключей полупроводниковых коммутаторов 15 и 16 без каких-либо преобразований. Электродвигатели работают в режиме вентиль ных электродвигателей, управл емыхпо сигналам собственных датчиков положени  ротора. Наведенные в секци х 50, 52, 54 и. 51, 53, 55 .синхронных машин 3 и 4 ЭДС равны по величине. За счет встречного включе ни  одноименных секций, например, секций. 50 и 51 синхронных машин 3 и 4, эти ЭДС взаимно компенсируютс  и токи в контурах, образованных , упом нутыми секци ми 50 - 55, отбуТСТВуЮТ . В установившемс  режиме работы синхронных машин 3 и 4 в общем случае вращаютс  синхронно, но несинфазно . Предположим, что.ро,тор синхронной машины 4 отстает от рото ра синхронной машины 3 на .угол д . Сигналы Uj4 ,Ua6 Use 40 / 4г , U44 в каналах 34, 36, 38,. 40, 42, 44 датчика 5 положени  ротора опережаю в пространственном отношении одноименные , с ними сигналы Uj ,Uj7 b4i U, Ц4у s каналах 35, 37, 39, 41, 43, 45 датчика 6 положени  ротора на угол Л(фиг. 3. Преобразов ние сигналов в данном случае будет осуществл тьс  в каналах 34, 36, 38 40,42, 44 датчика 5 положени  ротора . Логические  чейки 57 - 62 осуществл ют преобразование каждого сигнала датчика 5 положени  ротора в сигнал с задержанным передним фронтом на Интервал времени, соответствующий углу пространственного рассогласовани . В цепи управлени  ключей 17, 19, 21, 23, 25 полупроводникового коммутатора 15 поступают преобразованные таким образом сиг- налы , (, Цу / чъг 25 Линейное напр жение- .. 9 и 11 на секци х. 9 и 11  корной обмотки 7 имеет вид, изображенный, на фиг. 3. Опережающий электродвигат.ель 1 работает в квазиустановившемс  режиме: разгон вентильного электродвигател  торможение на выбеге (режим отключени  от источника питани . В цепи управлени  ключей 18, 20, 22, 24, 26, 28 полупроводникового коммутатора 16 поступают непреобразованные сигналы каналов 35, 37, 39, 41,43, 45 датчика 6 положени  ротора . Линейное напр жение Л 10, 12 на секци х 10 и 12  корной обмотки 8 имеет вид, изображенный на фиг.З пунктиром. Отстающий электродвигатель 2 работает в режиме вент ильного электродвигател  на естественной характеристике . Наведенные в секци х 50 - 55 синхронных машин 3 и 4 ЭДС равны по величине, поскольку роторы электродвигателей вращаютс  синхронно. Однако теперь ЭДС одноименных смещены друг относительно друга из синфазного- полохсени  на угоЗГ пространственного рассогласовани  Д. Теперь уже они не компенсируют друг друга и в контурах, образованных указанными секци ми, возникают результирующие ЭДС Ед и протекают уравнительные токи 1д. На фиг. 4 показаны линейные ЭДС Л 50, 52 и Л 51, 53 на секци х 50, 52 и 51, 53  корных обмоток 7 и 8 синхронных машин 3 и 4, результирующа  ЭДС Ед в контуре 50, 52, 53, 51 и протекающий в ней уравнительный ток 1д. Из-за индуктивного характера сопротивлени  секций  корных обмоток уравнительный ток 1д отстает по фазе на угол ( от результирующей эДС Ед. Результирующа  ЭДС Ед опережает ЭДС Л 50, 52 на . и отстает от ЭДС Л 51, 53 на тот же угол-Г-д/г. Уравнительный ток 1д опережает ЭДС Л 50, 52 опережающего в пространственном отношении электродвигател  1 на угол р и отстает от ЭДС Л 51, 53 отстающего в пространственном отношении электродвигател  2 на угол dar-rtT- С - 4- - f)- Если индуктивное сопротивление секций  корной обмотки значительно больше ее активного сопрбтивлени ,, то угол f стремитс  к 14,2. ,(-|cfu/ .-К() . Значение углов . д невелики , поэтому уравнительный ток 1практически- находитс  в фазе с ЭДС Л -50, 52 и в противрфазе с ЭДС Л 51 53, в результате чего секции 50, 52  корной хэбмотки 7 опережающего элек родвигател  1 наход тс  в режиме генератора, т.е. Jpтдaют электрическую мощность, а секции 51, 53  корной обмотки 8 отстак Цего электродви гател  2 наход тс  в режиме двигател , т.е. потребл ют электричес-i кую мощность от секций 50, 52i Тако режим работы электропривода в части создани  синхронизирующего момента  вл етс  с точки зрени  энергетических характеристик наиболее эф:фектнвным ,поскольку не св зан с каким-либо дополнитёльйыми преоб .разовани ми электрической энергии. Таким образом, отстающий в пространственном отношений электродвигатель подвергаетс  управл к цему Воздействию, поскольку секции 51, 5 Создают На валу дополнительными вра щающий момент /и к основному вращаю щему моменту. Х екции 50 и 52 работают в генераторном режиме,т.е. добавл ют к меньшему моменту нагрузки на валу электродвигател  1 тормозно момент. Благодар  этому оба электродвигател  1 и 2 будут нагружены одинаково. Если индуктивное сопротивление секции  корной обмотки соизмеримо с ее активным сопротивлением, то угол ,f стремитс  к ,((K/4-A/2 и () . Характер режимов раЬоты опережающего и отстающего в пространственном отношении электродвигателей не измен етс . При этом измен ютс  лишь величины генераторного и двигательного моментов, развиваемых встречно включенными секци ми . Таким образом, встречное включение одноименных секций 50, 52 54 и 51, 53, 55  корных обмоток 7 и 8 синхронных машин 3 и 4 обеспечивает создание синхронизируюп го момента в электроприводе. . Вышеуказанный режим работы электропривода не в полной мере раскЕ а- вает положительный эффект,вносимый встречным включением одноименных cejc .ций электродвигателей,так как цель это го режима физику протекающих процессов и высокие энергетические характеристики электропривода. В переходных процессах(,Д-Уаи которые при отсутствии встречного включени  секций нос т колебательный долгозатуханадий характер, при значительных величинах углов ,Д пространственного рассогласовани  в полной мере про вл етс  демпфирующёе действие встречно включенных секций  корных обмоток. Здесь и ,1% - среднне частоты вращени  электродвигателей. Из простых геометрических соотношений величину результирующей ЭДС Е. определ ют следующим образом Ед 2-ЬвГи А/2 |где Ед - линейна  ЭДС Л 50, 52. При угле Д It/2 результирующа  ;ЭДС Е д Е И В контуре секций 50, 52, 53, 51 протекает уравнительный ток, ограниченный лишь полными сопротивлени ми секций, образующими . этот контур. В указанном контуре организации синхронизирующего момента отсутствуют ключи полупроводникового коммутатора и поэтому в нем могут быть допущены значительные токи, максимальные значени  которых ограничены допустимой плотностью тока в обмотке. Встречное включение одноименных секций электродвигателей обеспечи-вает создание генераторного (тор мозного ) момента на валу опережающего электродвигател  и дополнительного двигательного на валу от-, . стс1ющего, что уменьшает величину уг (ла пространственного рассогласовани . В переходном режиме в каждалй полупериод колебательного процесса указанные режимы работы электродвигателей чередуютс , обеспечива  в каждый полупериод эффективное монотонно возрастающее в функции угла рассогласовани  демпфирующее дай-, ствие в электроприводе.. Экспериментальные исследовани  показывают, что врем  переходного процесса при сбросе и наборе нагруз-т ки на одном из электродвигателей npii наличии встречно включенных секций электродвигателей уменьшаетс  при прочих равных услови х в 5-8 раз.При пуске синхронизирующее деистf вне встречно включенных секций электродвигателей Отсутствует, поскольку наведенные в. них ЭДС равны нулю.Синхро;ннзирукнцнй момент обеспечиваетс  за счет действи  широтно-импульсных регул торов 29 и 30 измерител  31. Однако в процессе пуска, который также при отсутствии встречно включенных секций электродвигателей носнт колебательный долгонезатухающий характер, демпфирующее плавно нарастакнцее с ростом частоты вращени  действие указанных секций уменьшает амплитуду и продолжительHocTb колебаний угла пространственного рассогласовани . Количество встречно включенных секций непринципиально, они могут быть гальванически разв заны от основных секци   корной обмотки {фиг.1) или же иметь с ними электрическое . соединени , например, с общим нулевым выводом в схемах однополупериодных полупроводниковых коммутаторов. Выбор обмоточных данньах указанных секций  вл етс  расчетной задачей и определ етс  конкретным схемотехническим выполнением широтноимпульсных регул торов.и измерител  пространственного рассогласовани  1И требовани ми к качеству переходны процессов в электроприводе. Изобретение характеризуетс  простотой , повышает энергетические показатэли и устойчивость работы в переходных режимах электропривода. Формула изобретени  Многодвигательный электропривод, содержащий два электродвигател , каж дый из которых выполнен на базе син хронной машины с установленным на .ее валу многоканальным датчиком положени  ротора и размещенной на ста торе j(H -секционной  корной обмоткой секции которой подключены к выходам полупроводникового коммутатора, к цеп м управлени  ключей которого подключен широтно-импульсный регу:л тор , и измеритель пространственного рассогласовани  синхронно вращающихс , механически несв занных роторов электродвигателей, входы которого св заны с каналами датчиков положени  ротора, а выходы - с управл ющими входами широтно-импульсного регул тора, отличающийс  тем, что, с целью уп- . рощени , повышени  энергетических показателей, и устойчивости работы электропривода в переходных режимах, {кажда  синхронна  машина снабжена дополнительной -секционной  корной обмоткой, секции дополнительной обмотки первой синхронной машины соединены встречно с одноименными секци ми дополнительной обмотки другой синхронной машины. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 395956, кл. Н 02 Р 7/68, 1973.
2. 2.Авторское свидетельство СССР № 692050, кл. Н 02 Р 7/68, 1977.
3. 3.Ивоботенко Б.А., Лозенко В.К. Перспективы применени   -магнитоэлектрических вентильных двигателей в многодвигательном электроприводе. Сб. Применение посто нных магнитов в электрических машинах, аппаратах и приборах. Труды МЭИ, вып. 416, М., 1979, fc. 24-32.

   fra

   да

   39

   ЧЪ

   45

   2Х

   Фиг. It