SU1073851A1 - Двухзонный вентильный электродвигатель - Google Patents

Abstract

ДВУХЗОННЫЙ ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ , содержащий синхронную машину, обмотки фаз которой подключены через управл емый инвертор и управл емый выпр митель к сети переменного тока, блок задани  углов управлени  тиристорами инвертора, выход которого соединен с входом блока фазового управлени  инвертором , отличающийс  тем, что, с целью снижени  трудоемкости настройки электропривода, в него введен источник смещени  и регул тор выпр мленного напр жени  инвертора, выход которого подключен к входу блока задани  углов управлени  тиристорами инвертора, его первый вход подключен через датчик выпр млениогб напр жени  инвертора к зажимам посто нного тока инвертора, а второй g вход - к источнику смещени .

Description

О

ч

: эо ел Изобретение относитс  к области электротехники, в частности к элек рическим машинам дл  регулируемого электропривода переменного тока, может быть использовано в металлор жущих станках. Известен двухзонный вентильный электродвигатель, состо щий из зависимого выпр мительно-инверторног преобразовател  частоты со звеном Посто нного тока, синхронной машин С электромагнитным возбуждением и управл емого выпр мител  дл  питан Обмотки возбуждени  синхронной машины . Поддержание заданной скорос Вращени  осуществл етс  путем воздействи  на углы управлени  выпр мител  3 аналогично электроприводам посто нного тока. В режиме регулировани  с ослабленным полем ЭДС обмоток синхронной машины поддерживаетс  на заданном уровне; ослабление пол  происходит в функции ско рости вращени . Особенностью работы вентильного электродвигател  в режиме с ослабленным полем  вл етс  то, что с ростом скорости вращени  увеличиваетс  коммутационное сопротивление фаз, а ЭДС вращени  и коммутирующа  ЭДС фаз остаетс , неизмен ной . Поэтому при некоторой скорост вращени  возможно нарушение коммутации , прорыв инвертора и отключение .вентильного электродвигател  защитой. Дл  исключени  данного  вл ни  при ослаблении потока возбуждени  необходимо увеличивать угол рег лировани  тиристоров инвертора tl Недостатком вентильного электродвигател   вл етс  дискретное регулирование угла управлени  инвертором при посто нстве ЭДС синхронной машины, что приводит к значительным колебанием 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 выпол н етс , что приводит к завышению установленной мощности и габаритов вентильног:р электродвигател . Наиболее близким по технической сущности к изобретению  вл етс  двухзонный вентильный электродвигатель , в котором углы открывани  тиристоров инвертора измен ютс  непрерывно по оптимальному закону в функции скорости и тока нагрузки, а регулирование тока возбуждени  осуществл етс  в функции величины амплитуды ЭДС фаз синхронной м ш ины Двухзонный вентильный электродвигатель имеет управл емый выпр митель который подключен через инвертор к синхронной машине. Обмотка возбуж дени  синхронной машины питаетс  от управл емого выпр мител . Выходы трансформатора напр жени , датчика тока подключены к системе фазового управлени  и.регулировани  выпр мител  . К управл ющим электродам тиристоров выпр мител  и инвертора подключены выходы систем и импульсного управлени , входы которых подключены к выходу блока сдвоени  импульсов управлени , предназначенного дл  обеспечени  одновременного открывани  соответствующих тиристоров выпр мител  и инвертора в режиме прерывистых токов. Входы блока сдвоени  импульсов подключены к выходу систем регулировани  выпр мител  и инвертора. Вход регул тора пуска подключен к датчику скорости вращени  и положени  ротора. Входы блока фазового управлени  инвертора через логическое стройство выбора угла управлени  инвертора соединены с выходом блока задани  углов управлени  тиристоров инвертора, состо щего из генератора пилообразных напр жений и управл ющего органа. Входы блока подключены к датчику тока нагрузки и через пороговый элемент и согласующий усилитель - к датчику скорости. Обща  точка порогового элемента и входа блока подключена через пороговый элемент к общей точке схемы . . Вход cHCTeNoj импульсно-фазового управлени  выпр мител  подключен к выходу регул тора тока возбуждени . Вход системы подключен также через регул тор амплитуды фаз синхронной машины и датчик амплитуды ЭДС фаз синхронной машины к зажимам синхронной машины С2. Однако в вентильном электродвигателе затруднена настройка оптимгшь ного режима работы вентильного электродвигател  во второй зоне регулировани  .скорости ( с посто нством мощности). Действительно, дл  сохранени  посто нства мощности дл  заданного тока нагрузки необходимо регулировать углы управлени  тиристорами инвертора так, чтобы напр жение на входных зажимах инвертора сохран лось приблизительно посто нным (если пренебречь падени м напр жени  в тиристорах инвертора, коммутационных и фазах синхронной машины). При этом закон изменени  углов управлени  тиристорами инвертора в вентильном электродвигателе зависит от коэффициента усилени  согласующего усилител , уставок пороговых элементов и величины входного сопротивлени  управл ющего органа. Поэтому подобрат их оптимальные соотношени  в случае отклонени  параметров синхронной машины от расчетных довольно сложно. Кроме того, проверить правильность регулировки режимов работы во второй зоне можно лишь на вращающейс  машине, скорост которой достигает 4000 об/мин и более. Дл  изменени  параметров со гласующего усилител  и уставок пороговых элементов приходитс  неоднократно отключать и включать элек тропривод с вентильным электродвигателем , причем работающим под нагрузкой , так как углы управлени  ти ристорами инвертора завис т также и от тока нагрузки. Цель изобретени  - снижение трудоемкости настройки электропривода с двухзонным вентильным электродвигателем дл  работы его во второй зо не с посто нством мощности. Указанна  цель достигаетс  тем, что в двухзонный вентильный электро двигатель, содержащий синхронную ма шину, обмотки фаз которой подключены через управл емый инвертор и управл емый выпр митель к сети переменного тока, блок задани углов управлени  тиристорами инвертора, выход которого подключен к входу блока фазового управлени  инвертором , введен источник смещени  и регу л тор выпp  ffleннoгo напр жени  инвертора , выход которого подключен к входу блока задани  угла управлени  тиристорами инвертора, его первый вход подключен через датчик выпр мленного напр жени  инвертора к зажимам посто нного тока инвертора , а второй вход - к источнику смещени . Благодар  введенному регул тору выпр мленного напр жени  инвертора настраиваетс  уже не зависимость из менени  углов управлени  тиристоров инвертора в функции изменени  скорости двигател , а лишь значение максимального напр жени  инвертора, которое определ етс  величиной напр жени  смещени  на входе регул тора выпр мленного напр жени  и может быть выставлено с помощью регул руемого резистора пр мо на вращающемс  электродвигателе. Угль управлени  тиристорами инвертора в этом случае всегда соответствуют оптимальным , когда на выходе инвертора поддерживаетс  максимсшьное напр же ние, соответствующее максимальной мощности электродвигател . На фиг. 1 представлена принципиальна  схема вентильного электро двигател ; на фиг. 2 - графики изменени  выпр мленного напр жени  ин вертора, амплитуды ЭДС фаз и тока возбуждени  в зависимости от скорос ти вращени  двигател . Вентильный электродвигатель соде жит синхронную машину 1, обмотки фа которой подключены через управл емый инвертор 2 и управл емый выпр митель 3 к сети переменного тока, блок 4 задани  углов управлени  тиристоров инвертора, выход которого соединен с входом блока 5 фазового управлени  инвертором, регул тор 6 выпр мленного напр жени  инвертора 2 выход которого подключен на вход блока 4 задани  углов управлени  тиристоров инвертора, его первый вход подключен через датчик 7 выпр мленного напр жени  инвертора к зажимам посто нного тока инвертора 2, а второй вход - к источнику смещени . Обмотка возбуждени  синхронной машины 1 питаетс  от управл емого выпр мител  8. Выходы трансформатора напр жени  9, датчика тока 10 подключены к системе 11 фазового управлени  и регулировани  выпр мител  3. К управл ющим электродам тиристоров выпр мител  3 и инвертора 2 подключены выходы систем 12 и 13 импульсного управлени  выпр мителем инвертором, входы которых подключены к выходу блока 14 сдвоени  импульсов управлени , предназначенного дл  обеспечени  одновременного открывани  соответствующих тиристоров выпр мител  и инвертора в режиме прерывистых токов. Входы блока 14 сдвоени  импульсов управлени  подключены к выходу систем 11, 5 регулировани  выпр мител  3 и инёертора 2, Вход регул тора 15 пуска подключен к датчику 16 скоростивращени  и положени  ротора. Выход регул тора пуска подключен к входу системы 11,5 управлени  выпр мителем и инвертором ... Регул тор пуска 15 предназначен дл  управлени  коммутацией тиристоров инвертора в зоне низких скоростей вращени , когда ЭДС фаз синхронной машины мала и недостаточна дл  осуществлени  коммутации (при малых скорост х вращени  коммутаци  тиристоров инвертора осуществл етс  методом прерывани  тока, основанном на поочередном переводе тиристоров выпр мител  3 в инверторный режим и обратно /. Входы блока 5 подключены к датчику 16 скорости вращени  и положени  ротора и к логическому устройству 17 выбора угла управлени  инвертора 2, входы которого подключены к выходу системы 11 фазового управлени  и регулировани  выпр мителем и выходам блоков 4, 18 задани  угла управлени  тиристорами инвертора в двигательном и..тормозном режцме . При этом блок 18 задает также угол управлени  тиристорами инвертора 2 в двигательном режиме при малой скорости вращени . Входы блока 4 подключены к датчику тока нагрузки 10 и выходу регул тора 6. Выход системы 19 импульсно-фазового управлени  выпр мител  3 подключен к управл ющим электродам тиристоров выпр мител  8, а вход - к ре- гул тору 20 тока возбуждени  синхронной машины. Входы регул тора 20, состо щего из операционного усилител , подключены к источнику задающего напр жени  27 и датчику 21 тока возбуждени , Вентильный электродвигатель содержит датчик 22 амплитуды ЭДС фаз синхронной машины, выход последнего подключен к входу .регул тора 23 максимальной амплитуды ЭДС, состо щего из усилител  на транзисторе, коллектор которого подключен к входу системы импульсиофазового управлени  19. Блок 4 задани  углов управлени  тиристоров инвертора состоит /из генератора 24 пилообразных напр жений и управл ющего органа 25. На фиг. 1 и 2 обозначено: 26-30 - источники напр жени  L/jj - выпр мленное напр жение инверто ра, Uj - амплитуда напр жени  на зё1жимах синхронной машины, п - скорость вращени  двигател , Пцо/м номинальна  скорость вращени  двигател  .

Схема работает следую щм образом.

В исходном состо нии Ug О к углы управлени  тиристорами выпр мител  3 об2г1бО эл.град. С датчика 16 через логическое устройство 17 и блок 18 сигнал управлени  поступает на два тиристора инвертора 2. Од .накр при Ug О ток в силовой цепи отсутствует и ротор синхронной машин неподвижен. При этом сигнале источника 27 через регул тор 20 и систему 19 углы управлени  выпр мител  3 устанавливаютс  такой величины, чтобы по обмотке возбуждени  синхронной машины протекал ток, создающий номинальный поток возбуждени .

При по влении задающего напр жени 30 углы управлени  тиристорами выпр мител  станов тс  меньше 90 эл. и по двум фазам синхронной машины протекает ток, создава  вращающий момент. До 5-10 Гц частоты тока фаз статора синхронной машины коммутаци  тиристоров инвертора осуществл етс  методом прерывани  тока с углаг-ти опережени  откЕФавани  тиристоров/} ;;0. . При достижении граничной частоты ре-г гул то пуска 15 выдает сигнал перехода на коммутацию тиристоров инвертора за счет ЭДС фаз синхронной машины . При этом углы управлени  устанавливаютс  задатчиком 4 и завис т от величины тока нагрузки.

До номинальной скорости сигнал .с выхода датчика 7 на входе регул тора 6 меньше сигнала источника смет щени  26 и на выходе регул тора 6 сигнал равен нулю.

Тиристоры инвертора в этом режиме работают с углами управлени ,

завис щими лишь от тока нагрузки, а синхронна  машина 1 имеет полный поток возбуждени .

При достижении ротором двигател  номинальной скорости напр жение на выходе датчика 7 становитс  равным сигналу источника смещени  26. При альнейшем росте скорости двигател  сигнал на выходе датчика 7 превышает сигнал источника смещени  26, на выоде регул тора 6 по вл етс  напр жение и углы управлени  тиристорами нвертора увеличиваютс , сохран   неизменным (или несколько увеличиа  ) выпр мленное значение ЭДС инвертора , несмотр  на значительное возрастание амплиту а ЭДС фаз синхронной машины из-за роста скорости двигател  при неизменном токе возбуждени .

При достижении ЭДС фаз синхронной машины предельного значени  сигна;г1 с выхода датчика 22, поступающий на переход эмиттер-база транзистора регул тора 23, становитс  равным запирающему сигналу от источника 28. Дальнейшее возрастание ЭДС приводит к открытию транзистора, шунтированию входа системы импульсно-фазового управлени  19, уменьшению тока возбуждени  и возрастанию скорости двигател . При работе BI этом режиме регулировани  скорости ЭДС фаз синхронной машины поддерживаетс  практически неизменной (степень ее увеличени  при росте скорости до максимальной в функции возрастани  напр жени  на выходе выпр мител  1 определ етс  коэффициентом усилени  транзистора регул тора 23.

В качестве датчика выпр мленного напр жени  инвертора может быть использована , например, оптронна  пара , включенна  на выход выпр мительного моста, зажимы переменного тока которого через добавочный резистор подключаютс  на входные зажимы инвертора 2.

Разгон электропривода до номинальной скорости с предлагаемым вентильным электродвигателем осуществл етс  с полным потоком. При этом сигнал, подаваемый с источника смещени  26 через потенциометр на вход операционного усилител  регул тора 6, должен быть максимальным. После достижени  номинсшьиой скорости двигател  вижок потенциометра, подключенного к источнику смещени  напр жени  26, станавливаетс в положение, когда снимаемый с него сигнал становитс  равным сигналу с датчика 7. Данную перацию выполн ют один раз, контроиру  лишь величину напр жени  на зажимах инвертора. При этом не требуетс  останова электропривода, что значительно упрощает его наладку и снижает ее трудоёмкость (от нескольких часов до нескольких минут). Таким образом, благодар  введению регул тора выпр мленного напр жени  чнйертора,достигаетс  значительное снижение трудоемкости настройки электропривода ,что сокращает затраты на рв- монт и обслуживание электропривода.

- . ni-

; fj xtыЭ | Т 1|1ннгл- «

28

г/

П

flHOH

t/1.2

п. макс

Claims (1)

1. ДВУХЗОННЫЙ ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, содержащий синхронную машину, обмотки фаз которой подключе ны через управляемый инвертор и управляемый выпрямитель к сети переменного тока, блок задания углов управления тиристорами инвертора, выход которого соединен с входом блока фазового управления инвертором, отличающийся тем, что, с целью снижения трудоемкости настройки электропривода, в него введен источник смещения и регулятор выпрямленного напряжения инвертора, выход которого подключен к входу блока задания углов управления тиристорами инвертора, его первый вход подключен через датчик выпрямленного напряжения инвертора к зажимам постоянного тока инвертора, а второй вход - к источнику смещения.

   >