SU1197018A1

SU1197018A1 - High-speed thyratron motor

Info

Publication number: SU1197018A1
Application number: SU813328126A
Authority: SU
Inventors: Николай Петрович Адволоткин; Алексей Юрьевич Янковский
Original assignee: Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Электромашиностроения
Priority date: 1981-08-07
Filing date: 1981-08-07
Publication date: 1985-12-07

Abstract

ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, содержащий индук- тор, корь с многофазной обмоткойj от каждой части витков фазы которой выполнены дополнительные отводы, датчик положени ротора, тиристорный коммутатор, через который к ис- точнику питани подключена обмотка кор , и систему управлени , вклюйа- « ющую в себ усилители-форьшрователи и устройство переключени режима работы, отличающийс тем. что, с целью упрощени , уменьшени массы и габаритов и повьшени надежности , двигатель содержит распределители управл ющих импульсов с даум управл ющими входами и дополнительный коммутатор, включенный параллельно тиристорному и соединенный своим выходом с дополнительными отводами обмотки кор , каждый ключ которого состоит из последовательно соединенных вспомогательного тиристора и транзистора, выходы каждого (Л из распределителей соединены с управл ющими цеп ми силовых ключей обоих коммутаторов, один из входов § соединен с выходом датчика положени ротора, а другой вход - с устройством переключени режима работы. со HIGH-SPEED VENTILATION ELECTRIC MOTOR containing an inductor, measles with a multiphase winding j from each part of the phase turns of which additional taps, a rotor position sensor, a thyristor switch through which the winding of the core has been connected, and a control system, including a switch themselves amplifiers and drivers and an operating mode switching device characterized in that. that, in order to simplify, reduce the weight and size and increase reliability, the motor contains control pulses with daum control inputs and an additional switch connected in parallel to the thyristor and connected to its output with additional taps of the winding core, each key of which is connected in series thyristor and transistor, the outputs of each (L of the valves are connected to the control circuits of the power switches of both switches, one of the inputs is connected with the output of the rotor position sensor, and the other input with an operating mode switching device.

Description

1 one

Изобретение относитс к электрическим машинам, а именно к высокоскороС;Т;ным вентильным электродвига . тел м, и -Может быть и-спользовано в приводах высокооборотных механизмов , не требующих больших пусковых моментов, таких, как компрессоры,х насосы, центрифуги и другие устройства .The invention relates to electric machines, in particular to high speed, T; valve electric motors. bodies, and -Can be used in drives of high-speed mechanisms that do not require large starting points, such as compressors, x pumps, centrifuges and other devices.

Известны вентильные электродвигатели , содержащие электрическую машину с многофазной статорной обмоткой , датчик положени ротора и полупроводниковый коммутатор, включающий в себ тиристорные силовые ключи через которые к источнику питани подключена статорна обмотка, и устройство переключени работы двигател (с искусственной и естественной коммутаци ми), Пуск двигател осуществл етс при работе его в режиме искусственной коммутации. По достижении некоторой частоты вращепи , составл ющей 0,1-0,2 от знаЧени Г номинальной частоты вращени осуществл етс переход на естественнуто коммутацию. В вентильном двигателе трехфазна статорна обмотка подключена с помощью тиристорных ключей коммутатора к источнику питани через регулируемый тиристорный в.ьтр митель П .Valve-mounted electric motors containing an electric machine with a multiphase stator winding, a rotor position sensor and a semiconductor switch including a thyristor power switch through which a stator winding is connected to the power source, and an engine operation switching device (with artificial and natural switching) are known. carried out while operating in the artificial switching mode. Upon reaching a certain rotation frequency, which is 0.1-0.2 of the T value of the nominal rotation frequency, the transition to natural switching takes place. In the valve motor, the three-phase stator winding is connected with the help of the thyristor switches of the commutator to the power source via an adjustable thyristor loudspeaker P.

Недостаток- этого устройства заключаетс в его низкой частоте вращени , составл ющей 0,1-0,2 от значени частоты сети, т.е. 5-8 Гц при питании от промышленной сети частотой 50 Гц. Дн высокоскоростных двигателей частоты коммутации (при числе пар полюсов ) лежит в пределах 200-1000 Гц, поэтому при частоте коммутации 5-10 Гц двигатель не достигает частоты вращени , при которой возможен переход на естественную коммутацию.The disadvantage of this device lies in its low rotational speed of 0.1-0.2 of the value of the network frequency, i.e. 5-8 Hz when powered from an industrial network with a frequency of 50 Hz. The high-speed motors have a switching frequency (with the number of pole pairs) in the range of 200-1000 Hz, therefore, at a switching frequency of 5-10 Hz, the engine does not reach the rotational speed at which switching to natural switching is possible.

Известен также вентильный электродвигатель , в котором прерьшание питани осуществл етс с помощью транзисторных ключей с частотой, превыша ощей частоту сети. Электродвигатель содержит в цепи посто нного тока транзисто ры, обеспечивающие прерьшание тока по сигналам с элементов управл ющих цепей транзисторов коммутатора 2J .Also known is a valve motor, in which the power failure is accomplished with the help of transistor switches with a frequency exceeding the usual mains frequency. The electric motor contains transistors in the direct current circuit that interrupt the current by signals from the elements of the control circuits of the transistors of the 2J switch.

Недос1;атками данного электродвигател вл ютс необходимость работы транзисторов с номинальным током дви182Nedos1; Atts of this electric motor are the need for transistors to operate with a nominal motor current.

гател и на полное напр жение питани , что ограничивает мощность двигател и его напр жение питани , и значительные потери в транзисторах.and a full power supply, which limits the power of the motor and its supply voltage, and significant losses in the transistors.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности вл етс вентильный электродвигатель, который содержит корь с многофазной обмоткой , имеющей отводы от части токовThe closest to the invention to the technical essence is a valve electric motor, which contains measles with a multiphase winding, having branches from a part of the currents

каждой фазы дл изменени частоты вращени , датчик положени ротора,. мостовой коммутатор с силовыми тиристорными ключами, через которые к источнику питани подключена статорна обмотка, устройство переключени режима работы двигател . Двигатель содержит также батарею коммутирующих емкостей, подключенных к силовым ключам с помощью дополнительных тиристоров. Управление силовыми тиристорами осуществл етс по сигналам датчика положени ротора через усилители-формирователи , а дополнительными тиристорами - через логические элементы. При пуске двигател обеспечиваетс режим искусственной коммутации силовых тиристоров с помощью коммутирующих емкостей. По сигналу устройства переключени режима работы дополнительные тиристоры запираютс , и дальнейша работа двигател осуществл етс в режиме естественной коммутации З .each phase for varying the rotational speed, the rotor position sensor. a bridge switch with power thyristor switches through which a stator winding is connected to the power source; a device for switching the operating mode of the engine. The motor also contains a battery of commuting capacitances connected to the power switches using additional thyristors. The power thyristors are controlled by the signals of the rotor position sensor through the shaping amplifiers, and the additional thyristors through the logic elements. When the engine is started, the mode of artificial switching of the power thyristors with the help of switching capacitors is provided. On a signal from the operating mode switching device, the additional thyristors are locked, and the engine continues to operate in the natural switching mode 3.

Недостатками известного двигател вл ютс сложность, больша масса и габариты и низка надежность. Это объ сн етс наличием громоздкой батареи коммутирующих емкостей иThe disadvantages of the known engine are complexity, large mass and size, and low reliability. This is due to the bulky battery of commuting capacitances and

трудност ми согласовани моментов работы дополнительных и основных силовых тиристоров, обуславливающих низкую надежность коммутатора.the difficulty of reconciling the moments of operation of additional and main power thyristors, causing a low reliability of the switch.

Цель изобретени - упроще ше конструкции , снижение массы и габаритов коммутатора и повьщ1ение надежности .The purpose of the invention is to simplify the design, reduce the weight and size of the switch and increase reliability.

Цель достигаетс тем, что двигатель содержит распр еделители управл ющих импульсов с двум управл ющими входами и дополнительный коммутатор, вкл1бченный. параллельно тиристорному и соединенный своим выходом с дополнительными отводами обмотки кор , казвдый ключ которого состоит из последовательно соединенных вспомогательного тиристора и транзистора, и распределители сигналов , выходы каждото из которых соединены с управл ющими цеп ми силовы ключей обоих коммутаторов, один из входов соединен с выходом датчика положени ротора, а другой вход с устройством переключени режима работы. На фиг. 1 приведена схема коммутаторов с подключенной к .ним обмоткой и системой управлени двум силовыми ключами; на фиг. 2 - блоксхема распределител управл ющих им пульсов; на фиг. 3 - диаграммы напр жений , снимаемых с элементов дви гател . Вентильный электродвигатель содержит мостовой тиристорный коммутатор 1 с силовыми ключами 2-7, через которые к источнику питани под ключены фазы 8-10 трехфазной статор ной обмотки, имеющей отводы 11-13. Параллельно тиристорному коммутатору 1 подключен дополнительнь1й коммутатор 14 с силовыми клюиа№5 15-20, каждый из которых, например ключ 15, состоит из последовательно соединенных тиристоров 21 и тран зистора 22, шунтированных в обратном направлении диодом 23. Через силовые ключи I5-20 коммутатора 14 источником питани соединены отводы 11-13 статорной обмотки. Силовые ключи коммутаторов 1 и 14, через ко торые с источником питани соединена одна и та же фаза статорной обмотки , своими управл ющими цеп ми св заны с одним и тем же распределителем сигналов. Например, силовые ключи 2 и 15, соединенные с фазой 8 и отводом 11, управл ющими цеп ми своих элементов соединены через уси лители-формирователи 24-26 с распре лителем 27 управл ющих импульсов. Распределители сигналов с соответс-твующими усилител ми-формировател ми остальных ключей на фиг.1 не показаны. Каждый распределитель 27 сигналов соединен своими входами с. датчиком 28 положени ротора и устройством 29 переключени режима ра боты. Блок-схема распределител 27 сигHajloB выполнена на логических элементах НЕ 30-32 и на логических элементах ИЛИ-НЕ 33-35. Входы 36 и 37 распределител управл ющих импульсов соединены соответственно с уст184 ройством 29 переключени режима рабо- ты и датчиком 28 положени ротора. Выходы 38-40 усилители-формирователи 24-26 соединены соответственно С тиристором 2,, тиристором 21 и транзистором 22. Сигнал Uj,, (фиг.З) поступает с устройства 29 переключени режима работы на вход распределител 27 сигналов , на другой вход которого подаетс сигнал и 8 с датчика 28 положе НИИ ротора. Сигналы U i г снимаемые соответственно с транзистора 22, тиристора 21 и тиристора 2 характеризуют отпертое и запертое состо ние этих элементов. Пунктирна лини 41 обозначает момент переключени режима работы двигател с искусственной коммутации на естест венную. Двигатель работает следующим образом . Пуск двигател производитс при работе его в режиме искусственной коммутации на пониженном напр жении питани . При отсутствии сигнала с устройства 29 переключени режима работы, отпирающие сигналы с распределителей сигналов, например с распределител 27 сигналов, поступают только на транзистор 22 и тиристор 21.. При этом тиристор 21 находитс в отпертом состо нии в течение всего периода работы двигател в режиме искусственной коммутации, а транзистор 22 отпираетс только при поступлении на вход распределител сигналов с датчика положени ротора. Таким образом, режим искусствеиной коммутации в предлагаемом двигателе характеризуетс запертым состо нием силовых тиристоров коммутатора 1, отпертым состо нием тиристоров коммутатора 14 и коммутацией части статорной обмотки, осуществл емой через отводы 11-13 с помощью транзисторов коммутатора 14. Значение напр жени питани , плавно возрастающего с повышением частоты вращени , не должно при этом превышать максимально допустимого дл транзисторов напр жени . При достижении двигателем частоы вращени , составл юп1ей 0,1-0,2 т значени номинальной частоты, существл етс переход на режим раоты с естественной коммутацией. Дл того с устройства переключени ре нма работы подаете сигнал на распределители сигналов в результате чего запираютс тиристоры коммутатора 14, отпираютс на весь период рабофы в режиме естественной коммутации транзисторы коммутатора 14, а переключение обмотки осуществл етс силовыми тиристорами коммутатора 1, отпираемыми в моменты, когда имеет место сигнал с датчика положени ротора (фиг.З).The goal is achieved by the fact that the motor contains control pulse distributors with two control inputs and an additional switch included. parallel to the thyristor and connected to its output with additional windings of the core, each key consists of a series connected auxiliary thyristor and a transistor, and signal distributors, each of which outputs are connected to control circuits of power switches of both switches, one of the inputs is connected to the output of the sensor the position of the rotor, and another input with a device for switching the operating mode. FIG. 1 is a diagram of switches with a winding connected to it and a control system with two power switches; in fig. 2 - block diagram of the distributor of control pulses; in fig. 3 - diagrams of voltages taken from engine elements. The valve motor contains a bridge thyristor switch 1 with power switches 2-7, through which phases 8-10 of a three-phase stator winding having taps 11-13 are connected to the power source. Parallel to the thyristor switch 1, an additional switch 14 with power switches 5–5–20 is connected, each of which, for example, switch 15, consists of series-connected thyristors 21 and transistor 22, which are shunted in the opposite direction by diode 23. Through power switches I5–20 of the switch 14, the power supplies are connected to the stator winding leads 11-13. The power switches of switches 1 and 14, through which the same phase of the stator winding is connected to the power supply, are connected to the same signal distributor by their control circuits. For example, power switches 2 and 15, connected to phase 8 and branch 11, control circuits of their elements are connected via amplifiers 24-26 to distributor 27 of control pulses. Signal distributors with the corresponding amplifiers of the remaining keys are not shown in FIG. 1. Each signal distributor 27 is connected by its inputs. the rotor position sensor 28 and the operation mode switching device 29. The block diagram of the distributor 27 sigHajloB performed on the logical elements NOT 30-32 and on the logical elements OR-NOT 33-35. The inputs 36 and 37 of the distributor of control pulses are connected respectively to the operating mode switching device 29 and the rotor position sensor 28. The outputs 38-40 of the amplifiers-formers 24-26 are connected respectively to thyristor 2, thyristor 21 and transistor 22. The signal Uj ,, (FIG. 3) is supplied from the operating mode switching device 29 to the input of the signal distributor 27, to another input of which is supplied signal and 8 from the sensor 28 position of the research institute of the rotor. The signals U i g taken respectively from the transistor 22, thyristor 21 and thyristor 2 characterize the unlocked and locked state of these elements. Dotted line 41 indicates the moment when the engine is switched from artificial to natural switching. The engine works as follows. The engine is started when it is operated in the artificial switching mode at a lower supply voltage. In the absence of a signal from the operating mode switching device 29, the unlocking signals from the signal distributors, for example, from the signal distributor 27, are transmitted only to the transistor 22 and the thyristor 21. At the same time, the thyristor 21 is in the unlocked state during the whole period of engine operation. switching, and the transistor 22 is unlocked only when the signal distributor arrives at the input from the rotor position sensor. Thus, the art-commutation mode in the proposed motor is characterized by the locked state of the power thyristors of the switch 1, the unlocked state of the thyristors of the switch 14, and the switching of a part of the stator winding through the transistors of the switch 14. The value of the supply voltage gradually increasing with an increase in the rotation frequency, it should not exceed the maximum voltage allowed by the transistors. When the motor reaches a rotational speed of 0.1-0.2 t of the nominal frequency, there is a transition to the rotary mode with natural commutation. For this purpose, from the work-belt switch, you signal the signal distributors, which lock the thyristors of the switch 14, unlock for the entire working hours in the natural switching mode, the transistors of the switch 14, and the switching of the winding is performed by the power thyristors of the switch 1, which are opened at the moments when Place the signal from the rotor position sensor (Fig. 3).

Применение предлагаемого двигател , в сра В1нении с известным позвол ет исключить батарею коммутиг рующих емкостей с подключающими их тиристорами и упростить схему и процесс пуска двигател за счет применени полностью управл емых сило970186The application of the proposed engine, in conjunction with the known, allows to exclude the battery of switching capacitors with thyristors connecting them and to simplify the scheme and the process of starting the engine through the use of fully controlled power 970186

вых элементов. За счет того, что с помощью транзисторов коммутируетс только часть обмотки, повышаетс частота вращени двигател , и переход на режим естественной коммутации обеспечиваетс при меньщем напр жении питани . Это позвол ет при напр жении питани двигател 600 В и более использовать существующие 10 мощные силовые транзисторы, предельно допустимое напр жение дл которых практически не превосходитout items. Due to the fact that only a part of the winding is switched with the help of transistors, the rotational speed of the motor is increased, and the transition to the natural switching mode is provided with a lower supply voltage. This allows, when the supply voltage of a motor is 600 V or more, use the existing 10 powerful power transistors, the maximum allowable voltage for which practically does not exceed

100-120 В с предельным коллекторным током 100 А.100-120 V with a limiting collector current of 100 A.

15 За счет существенного упрощени системы управлени повышаетс надежность двигател , увеличиваетс СРОК его непрерывной работы.15 Due to the significant simplification of the control system, the reliability of the engine is increased, the TERM of its continuous operation is increased.

фаг. 1phage. one

Фиг.ЗFig.Z

Фиг.гFigg

Claims

A HIGH-SPEED VENTILY MOTOR containing an inductor, an armature with a multiphase winding, from each part of the phase turns of which additional taps are made, · a rotor position sensor, a thyristor switch through which the armature winding is connected to the power source, and a control system including amplifiers -shapers and a mode switching device, characterized in that, in order to simplify, reduce mass and dimensions and increase reliability, the engine contains control pulse distributors with knowing the control inputs and an additional switch connected in parallel with the thyristor and connected to its output with additional armature winding taps, each key of which consists of a serially connected auxiliary thyristor and a transistor, the outputs of each * from the distributors are connected to the control circuits of the power switches of both switches, one of the inputs is connected with the output of the rotor position sensor, and the other input with a device for switching the operating mode.

8Ι0Ζ.611>