SU1030942A1 - Двухзонный вентильный электродвигатель - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к электротехнике , в частности к регулируемому электроприводу переменного тока и может быть и:пользовано в металло режущих станках. Известен двухзонный вентильный электродвигатель, состо щий из зави симости выпр митёльно-инверторного преобразовател  частоты со звеном посто нного тока, синхронной машины с электромагнитным возбуждением и управл емого выпр мител  дл  питани  обмотки возбуждени  синхронной машины С Вентильный электродвигатель имеет выпр митель, инвертор, с система ми импульсно-фазового управлени  и регул тором скорости, синхронную машину с датчиком.положени  ротора и тахогенератором, а также тиристор ным возбудителем синхронной машины. Дл  управлени  током возбуждени  синхронной машины имеютс  стабилизатор тока возбуждени , датчик действующего значени  напр жени  на з жимах синхронной машины, модул тор характеристик синхронной машины,од из входов которого подключен к тахо генератору i/i регул тор напр жени . Поддержание заданной скорости вр щеии  осуществл етс  путем воз |ействи  на углы управлени  выпр мител аналогично электрйприводом посто нного тока, В режиме регулировани  с ослабле ным полем ЭДС обмоток синхронной Ма шины поддерживаетс  на заданном уровне Е-j; ослабление пол  происходит в функции скорости вращени . Особенностью работы вентильного электродвигател  в режиме с ослабленным полем  вл етс  то что с рос том частоты вращени  увеличиваетс  коммутационное сопротивление фаз, а ЭДС вращени , а значит, и коммутирующа  ЭДС фаз остаетс  неизменной . Поэтому при некоторой скорости вращени  возможно нарушение коммута ции, прорыв инвертора и отключение, вентильного электродвигател  защито Дл  исключени  данного  влени  при ослаблении потока возбуждени  необходимо увеличивать угол регулировани  тиристоров инвертора, которо осуществл етс  дискретно в функции Ъкорости вращени , В режиме торможе ни  угол регулировани  инвертора в вентильном электродвигателе прин т посто нным, так как в этом режиме никаких требовани  к нему из условий коммутации не предъ вл етс  (инвертор работает в выпр мительном режиме ). Недостатком вентильного электродвигател   вл етс  дискретное Г егулирование угла управлени  инвертором при посто нстве ЭДС синхронной машины, что приводит к значительным колебани м тока нагрузки в пределах данной ступени скорости вращени  вследствие изменени  угла коммутации и сдвига первых гармоник ЭДС и тока фаз синхронной машины. Закон регулировани  скорости с посто нством мощности здесь не выполн етс , что приводит к завышению установленной мoщнoctи и габаритов вентильного электродвигател . Наиболее близким к изобретению по технической сущности  вл етс  двухзонный вентильный электродвигатель , содержащий синхронную машину с датчиками скорости и положени  ротора , последовательнб соединенные управл емый выпр митель и управл емый инвертор, выходы которого подключены к обмотке  кор  синхронной машины, обмотка возбуждени  которой соединена с тиристорным возбудителем , управл ющим входом подключенным через систему импульсно-фазового управлени  к выходу регул тора тока возбуждени , входы которого соединены с датчиком и задатчиком тока возбуждени , блоки импульсного уп-. равлени  выпр мителем и инвертором, / подключенные через блок сдвоени  импульсов к выходам блока фазового управлени  и регулировани  выпр мител .и блока регулировани  инвертора , . cooTseTctBeHHo, датчик тока  кор , подключенный к первым входам блока фазового управлени  и регулировани  выпр мител  и блока задани  углов управлени  инвертором в двигательном режиме, второй вход которого св зан через пороговый элемент с выходом датчика,скорости и вторым входом блока фазового управлени  и регулировани  выпр мител , а выход - с первым входом блока регулировани  инвертора, третий вход блока фазового управлен 1  и регулировани  выпр мител  св зан через трансформатор напр жени  с силовыми входами управл емого выпр мител , выход датчика положени  ротора

подключен к второму входу блока регулировани  инвертора 2 ,

Недостатком вентильного электродвигател   вл етс  значительный уровень пульсаций выходного напр жени  выпр мител  (особенно в режиме пре .рывистых токов, когда напр жение на выходе выпр мител  может снижатьс  до нул  что требует установки на выходе датчика выпр мленного напр жени  громоздких фильтров, увеличивающих массу и габариты вентильного электродвигател .

Кроме того, вентильный-электродвигатель обладает тем недостатком, что не контролируетс  амплитуда ЭДС фаз синхронной машины,, что снижает надежность его работы, так как при превышении ЭДС допустимого уровн  тиристоры инвертора могут выйти из стро ..

Целью изобретени   вл етс  уменьшение массы и габаритов и повышение надежности вентильного электродвигател .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в двухтонный вентильны; электродвигатель, содержащий синхронную машину с датчиками скорости и положени  ротора, последовательно соединенные управл емый выпр митель и управл емый инвертор, выходы которого подключены к обмоткам  кор  синхронной машины, обмотка возбуждени  которой соединена с тиристорным возбудителем, управл ющим входо подключенным через систему импульсно-фазового управлени  к выходу регул тора тока возбуждени , входы которого соединены с датчиком и задатчиком тока возбуждени , блоки импуль: ного управлени  выпр мителем и инвертором, подключенные через бло сдвоени  импульсов к выходам блока фазового управлени  и регулировани  выпр мител  и блоку регулировани  инвертора соответственно, датчик тока  кор , подключенный к первым входам блока фазового управлени  и реглировани  вырп мител  и блока задани  углов управлени  инвертором в двигательном режиме, второй вход которого св зан через пороговый элемент с выходом датчика скорости и вторым входом блока фазового управлни  и регулировани  выпр мител , а выход - с первым входом блока регулировани  инвертора, третий вход блока фазового управлени  и регулировани  выпр мител  св зан через трансформатор напр жени  с силовыми входами управл емого выпр мител , выход датчика положени  ротора подкл чен к второму входу блока регулировани  инвертора, дополнительно введены последовательно соединенные дат чик и регул тор амплитуды ЭДС фаз синхронной машины с общим выводом, а та.кже нелинейный элемент, например стабилитрон, подключенный между вторым входом блока задани  углов управлени  инвертором в двигательном режиме и -общим выводом, причем выход регул тора амплитуды ЭДС фаз синхронной машины соединен с входом системы импульсно-фазового управлени .

На чертеже изображена схема двухзонного вентильного электродвигател 

Двухзонный вентильный электродвигатель имеет управл емый выпр митель 1, который подключен через инвертор 2 к синхронной машине 3. Обмотка возбуждени  синхронной машины 3 питаетс  от тиристорного возбудител  U. Имеетс  трансформатор 5 напр жени , датчик 6 тока  кор , выходы которых подключены к блоку 7 фазового управлени  и регулировани  выпр мител . К управл ющим электродам тиристоров выпр мител  1 и инвертора 2 подключены выходы блоков 8 и 9 импульсного управлени , входы которых подключены к выходу .блбка

10сдвоени  импульсов, предназначенного дл  обеспечени  одновременного открывани  соответствующих тиристоров выпр мител  и инвертора в режиме прерывистых токов. Входы блока 10 сдвоени  импульсов подключе ны к выходам блока 7 управлени  и регулировани  выпр мител  и блока

11регулировани  инвертора. Имеетс  регул тор пуска 12, в ход которого подключен к датчикам 13 скорости вращени  и положени  ротора

и выходу трансформатора 5 напр жени . Выход регул тора 12 пуска подключен на входы блока 7 управлени  и регулировани  выпр мител  и блока 11 регулировани  инвертора.

Регул тор 12 пуска предназначен дл  управлени  коммутацией тиристоров инвертора в зон низких частот вращени , когда ЭЛС Фаз синхронной машины мала и недостаточна дл  осуществлени  коммутации (при малых частотах вращени  коммутаци  тиристоров инвертора осуществл етс  методом прерывани  тока, основанном на поочередном переводе тиристоров выпр мител  1 в инверторный и обратно). Входы блока 11 регулировани  инвертора подключены к датчикам 3 скорости вращени  и положени  ротора и к логическому блоку I выбора угла управлени  инвертора, вхо ды которого подключены к выходу блока 7 фазового управлени  и регулировани  выпр мител  и выходом бло ков 15 и 1б задани  углов управлени инвертором в двигательном и тормозном режимах. При йтом последний задает также угол управлени  тиристорами инвертора 2 в двигательном режиме при малой скорости вращени . Выходы блока 15 задани  углов, управлени  инвертором подклюмены к датчику 6 тока  кор  и через пороговый элемент 17 и согласующий усилитель 13 к датчику 13 скорости. Имеетс  система импульсно-фазово го управлени  19,выход которой подклю чен к регул тору 20 тока возбуждени , входы которого подключены к за датчику тока возбуждени  и датчику 21 тока возбуждени . Вентильный электродвигатель- содержит датчик 22 амплитуды ЭДС фаз выход которого подключен на вход регул тора 23 мак симальной амплитуды ЭДС фаз, сое- . то щего из усилител  на транзисторе , коллектор которого подключен на бход системы импульсно-фазового управлени  19. Блок 15 задани  углов управлени  инвертором состоит и генератора 2Ц пилообразных 1напр жений и управл ющего органа 25. Между общим выводом и выходом блока 15 задани  углов управлени  включен не линейный элемент (стабилитрон) 26. Схема работает следующим образом В исходном СОСТОЯНИИ напр жение и углы управлени  тиристорами ВЫПРЯМИТЕЛЯ loCiilSO эл.град. Сигнал управлени  поступает на два тиристо ра инвертора 2. Однако, при напр жении ток в силовой цепи отсутствует и ротор синхронной машины неподвижен. При этом сигналом У- через регул тор 20 тока возбуждени  углы управлени  ти ристОрного возбудител  k устанавливаютс  .такой величины, чтобы по обмотке возбуждени  синхронной машины 2 . 6 протекал ток, создающий номинальный поток возбуждени . При по влении задающего напр жени  (i- углы управлени  тиристорами выпр мител  1 станов тс  меньше 90 эл.град и по двум фазам синхрон ой машины протекает ток, создава  вращающий момент. .До частоты статора синхронной машины 510 Гц коммутаци  тиристоров инвертора осуществл етс  методом прерывани  тока с углами опережени  открывани  тиристоров . При достижении граничной частоты регул тор 12 пуска выдает сигнал перехода на коммутацию тиристоров инвертора за счет ЭДС фаз синхронной машины. При этом углы управлени  устанавливаютс  блоком 15 задани  углов управлени  инвертором и завис т от величины тока нагрузки. До номинальной скорости сигнал на входе порогового элемента 17 с скорости меньше его уставки и не проходит на вход блока 15 задани  углов управлени  инвертором. Тиристоры инверторе в этом режиме работают с углами управлени , завис щими лишь .от тока нагрузки, а синх ронна  машина 3 имеет полный поток возбуждени . При достижении ротором двигател  номинальной скорости напр жение на выходе датчика скорости становитс  равным.уставке порогового элемента 17. При дальнейшем росте скорости двигател  на выходе порогового эле 1ента 17 по вл етс  сигнал и углы управлени  тиристорами инвертора увеличиваютс , сохран   неизменным (или несколько увеличива  )выпр мленное значение ЭДС инвертора, несмотр  на значительное возрастание амплитуды ЭДС фаз синхронной машины из-за роста скорости двигател  при неизменном токе возбуждени . При достижении ЭДС фаз синхронной машины предельного значени  сигнал с выхода датчика 22 амплитуды ЭДС, поступающий на переход эмиттер-база транзистора регул тора 23 максимальной амплитуды ЭДС, становигс  равным запирающему сигналу . Дальнейшее возрастание ЭДС приводит к открытию транзистора, шун тированию входа системы импульснофазового управлени  19 уменьшению тока возбуждени  и возрастанию скорости двигател . При работе в этом режиме регулировани  скорости ЭДС фаз синхронной машины лоддерживаг етс  практически неизменной (степень ее увеличени  при росте скорости до максимальной в функции воз растани  напр жени  на выходе выпр  мител  Уопредел етс  коэффициентом усилени  транзистора). Характеристика нелинейного элемента 26 должна быть подобрана таким образом, чтобы после вступлени  в действие регул тора 23 максимальной амплитуд ЭДС углы управлени  тиристорами инвертора при росте скорости не измен лись . В качестве датчика 22 амплитуды ЭДС фаз может быть использован, например , трехфазный мостовой выпр i2 митель на диодах,, уровень пульсаций напр жени  на выходе которого при холостом ходе двигател  не превьшает 3%, в то врем  как на выходе управл емого вьшр мител  1 при холостом ходе двигател  наблюдаютс  |,ровалы до нул . Поэтому величина фильтра в данном вентильном электродвигателе требуетс  меньше, что сокращает его массу и габариты. Вентильный двигатель обладает повышенной надежностью, так как максимальное значение амплитуды ЭДС фаз ни.при каких скорост х не может превысить значение, заданное i уставкой регул тора максимальной, амплитуды ЭДС фаз синхронной машины.

Claims (1)

1. ДВУХЗОННЫЙ ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, содержащий синхронную/ машину с датчиками скорости и положения ротора, последовательно соединенные управляемый выпрямитель и управляемый инвертор, выходы которого подключены к обмоткам якоря синхронной машины, обмотка возбуждения которой соединена с тиристорным возбудителем, управляющим входом подключенным через систему импульсно-фазового управления к выходу регулятора тока возбуждения, входы которого соединены с датчиком и задатчиком тока возбуждения, блоки импульсного управле- ” ния выпрямителем и инвертором, подключенные через блок сдвоения импульсов к выходам блока фазового управ ления и регулирования выпрямителя и блоку регулирования инвертора соответственно, датчик тока якоря, подключенный к первым входам блока фазового управления и регулирования выпрямителя и блока задания углов управле·?

   ния инвертором в двигательном режиме, второй вход которого связан через пороговый элемент с выходом датчика скорости и вторым входом блока фазо вого управления и регулирования выпрямителя, а выход - с первым входом блока регулирования инвертора, третий вход блока фазового управления и регу* пирования выпрямителя связан через трансформатор напряжения с силовыми входами управляемого выпрямителя, выход датчика положения ротора подключен к второму входу блока регулирования инвертора, отличающийс я тем, что, с целью уменьшения массы и габаритов и повышения надежно· £2

   СО сти, введены последовательно соединенные датчик и регулятор амплитуды ЭДС фаз синхронной машины с общим выводом, а также нелинейный элемент, например стабилитрон, подключенныймежду вторым входом блока задания углов управления инвертором в двигательном режиме и общим выводом, причем · выход регулятора амплитуды ЭДС фаз синхронной машины соединен с входом системы импульсно-фазового управления.