SU1270844A2

SU1270844A2 - High-speed rectifier electric motor

Info

Publication number: SU1270844A2
Application number: SU823514705A
Authority: SU
Inventors: Николай Петрович Адволоткин; Александр Николаевич Закладной; Владимир Анатольевич Компанейц; Сергей Леонидович Прядко; Владимир Георгиевич Смоляр; Алексей Юрьевич Янковский
Original assignee: Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Электромашиностроения
Priority date: 1982-12-07
Filing date: 1982-12-07
Publication date: 1986-11-15

Abstract

ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ по авт.св. № 1197018, отличающийс тем, что, с целью повышени надежности, он снабжен устройствами согласовани напр жени с трем входами, датчиком напр жени питани , датчиком ЭДС обмотки , логическими элементами ИЛИ и коммутирующими элементами, включенными в цепь между датчиком положени ротора и распределител ми управл ющих импульсов , причем входы устройства согласовани напр жени соединены с датчиками напр жени питани и ЭДС обмотки и устройством переключени режима работы, выход соединен с управл ющим входом коммутирующего элемента и одним из входов элемента ИЖ, другой вход которого соединен с устройством переключени режима работы, а выход - с входом распределител (Л управл ющих импульсов.HIGH-SPEED VENTILATION ELECTRIC MOTOR on autor.St. No. 1197018, characterized in that, in order to increase reliability, it is equipped with voltage matching devices with three inputs, a power supply voltage sensor, a winding EMF sensor, OR logic elements and switching elements included in the circuit between the rotor position sensor and the control distributors The pulses, the inputs of the voltage matching device are connected to the supply voltage sensors and the EMF of the winding and the operating mode switching device, the output is connected to the control input of the switching element and one of the inputs of the IL element, the other input of which is connected to the operating mode switching device, and the output to the distributor input (L of control pulses.

Description

to to

оabout

СХ)CX)

4 four

N)N)

Изобретение относитс к электротехнике , а именно к высокоскоростным электродвигател м, и может быть использоьано в приводах высокооборотных механизмов, не требующих больших пусковых моментов таких как компрессоры , насосы, центрифуг и другие устройства.The invention relates to electrical engineering, namely high-speed electric motors, and can be used in drives of high-speed mechanisms that do not require large starting points such as compressors, pumps, centrifuges and other devices.

По основному авт. св. № 1197018 ..известен высокоскоростнай вентильный :электродвигатель, содержащий индуктор , корь с мнргофазной обмоткой, от каждой фазы которой выполнены отводы , датчик положени ротора, тиристорный коммутатор, через которьм к источнику питани подключена корна обмотка, дополнительный коммутатор , через который к источнику питани подключены отводы корной обмотки и кадый ключ которого состоит из последовательно соединенных вспомогательного тиристора и транзистора. Двигатель содержит также систему управлени , включающую в себ усилителифорг-мрователи , устройство переключени режима работы и распределители управл ющих импульсов с двум управл ющими входами, выходы каждого из которых соединены с управл ющими цеп ми силовых ключей обоих коммутаторов , один из входов - с выходом датчика положени ротора, а другой . вход - с устройством переключени режима работы.According to the main author. St. No. 1197018 .. known high-speed valve: an electric motor containing an inductor, measles with a mrphorphous winding, from each phase of which there are taps, a rotor position sensor, a thyristor switch, through which the root winding is connected to the power source, an additional switch through which the power source is connected the core winding taps and each key of which consists of a series-connected auxiliary thyristor and a transistor. The engine also contains a control system that includes amplifiers, a device for switching the operating mode and distributors of control pulses with two control inputs, the outputs of each of which are connected to the control circuits of the power switches of both switches, one of the inputs - with the sensor output the position of the rotor and the other. input - with a device for switching the operating mode.

Дополнительный коммутатор служит дл пуска двигател , когда питание, подаваемое с управл емого-по напр жению источника, например с управл емого выпр мител , существенно ниже номинального. При этом максимальное напр жение, подаваемое с источника питани на транзисторы дополнительного коммутатора, ограничено предельно допустимыми параметрами транзисторов. Благодар тому, что допол1штельный коммутатор подключен к отводам обмотки, частота вращени двигател при его работе превосходит частоту вращени при работе двигател с тириеторным коммутатором на том же напр жении питани . После разгона двигател до частоты в)эащени , на которой возможна работа с тириеторным коммутатором в режиме естественной коммутации, осу ществл етс переключение с дополнительного коммутатора на основной - тиристорный, а соответственно, наAn additional switch serves to start the engine when the power supplied from a controlled-on-voltage source, for example from a controlled rectifier, is significantly lower than the nominal one. In this case, the maximum voltage supplied from the power source to the transistors of the additional switch is limited by the maximum permissible parameters of the transistors. Due to the fact that the additional plug-in switch is connected to the winding taps, the rotational speed of the engine during its operation exceeds the rotational speed when the engine is running with the thyristor switch at the same supply voltage. After the engine is accelerated to a frequency c), at which it is possible to work with the thyristor switch in the natural switching mode, the switch from the additional switch to the main switch, thyristor, and, accordingly, to

другое число витков статорной обмот ки и, кроме того, на другое (повышенное ) напр жение питани . При снижении скорости имеет место обратна a different number of turns of the stator winding and, in addition, to another (increased) supply voltage. At lower speeds, the reverse takes place.

последовательность описанных процессов управлени .sequence of control processes described.

Недостаток известного электродвигател обусловлен его низкой надежностью . Это объ сн етс тем, чтоThe disadvantage of the known electric motor due to its low reliability. This is due to the fact that

при одновременном переключении по сигналу режима работы на другой коммутатор , другое число витков и другое напр жение в устройстве отсутствует контроль и согласование происход щих при этом процессов, а именно соответстви входного напр жени ЭДС, наведенной в обмотке статора. . Если при переходе с дополнительного коммутатора на основной не имеет существенного значени тот факт, что напр жение на входе коммутатора не успело возрасти до требуемого значени , например,вследствие наличи реактивных элементов в управл емомwhen simultaneously switching over the operating mode signal to another switch, another number of turns and another voltage, the device does not monitor and coordinate the processes occurring in this, namely, the EMF input voltage induced in the stator winding. . If, when switching from an additional switch to the main switch, it is not significant that the input voltage of the switch did not have time to increase to the required value, for example, due to the presence of reactive elements in the controlled switch.

выпр мителе (это только приводит к некоторой неизбежной потере частоты вращени ), то при обратном переходе , когда напр жение на входе дополнительного коммутатора, не успевrectifier (this only leads to some inevitable loss of rotational frequency), then during the reverse transition, when the voltage at the input of the additional switch is not

снизитьс до требуемого значени , уже подано на транзисторы, может иметь место выход из стро транзисторов от перенапр жений на их цереходах , что и обусловливает низкую надежность двигател .reduced to the required value, already applied to the transistors, there may be a failure of the transistors from overvoltages on their transistors, which causes a low reliability of the motor.

Цель изобретени - повышение надежности электродвигател .The purpose of the invention is to increase the reliability of the motor.

Указанна цель достигаетс тем, что электродвигатель дополнительно снабжен устройством согласовани напр жени с трем входами, датчиком напр жени питани , датчиком ЭДС обмотки , коммутируюЕ5им элементом и логическим элементом ШШ, причем входы устройства согласовани напр жени соединены с датчиком напр жени питани и ЭДС обмотки и устройством переключени режима работы, выход соединен с входом коммутирующего элемента , включенного в цепь между датчиком положени и распределител ми управл ющих импульсов, а также с одним из входов элемента ИЛИ, другой 5 вход которого соединен с устройством переключени режима работы, а выход с входом распределител управл юоцгх импульсов. 3 На фиг. 1 представлена блок-схем электродвигател ; на фиг. 2 - схема устройства согласовани напр жени J на фиг. 3 - диаграммы напр жений, снимаемых с элементов электродвигател . Высокоскоростной вентильный элек тродвигатель содержит мостовой тиристорный коммутатор 1 с силовыми ключами 2-7, через которые к источнику питани подключены фазы 8-13 Параллельно тиристорному коммутатору 1 подключен дополнительный комму татор 14 с силовыми ключами 15 - 20 каждый из которых, например ключ 15 состоит из последовательно соединен ных тиристора 21 и транзистора 22, шунтированных в обратном направлении диодом 23. Через силовые ключи 15-20 коммутатора 14 с источником питани соединены отводы 11-13 статор ной обмотки. Силовые ключи комму таторов 1 и 14, через которые с источником питани соединена одна и та же фаза статорной обмотки, своими управл ющими цеп ми св заны с од ним и тем же распределителем 24 управл ющих импульсов. Согласно фиг.1 с распределителем 24 управл ющих им пульсов через усилители-формировате ли 25-27 соединены управл ющие цепи силовых ключей 2 и 15. Каждый распределитель 24 управл ющих импульсов соединен своим вхо дом через коммутирующий элемент 28 с датчиком 29 положени ротора, а другим входом через логический элемент ИЛИ 30 - с устройством 31 переключени режима работы. Электродвигатель снабжен датчиком 32 напр жени питани и датчиком 33 ЭДС, снимаемой с фаз корной обмотки, например с отводов 11-13 корной обмотки , выходы которых соединены с входами 34 и 35 устройства 36 согласовани напр жени . Третий его вход 37 соединен с устройством 31 переключени режима работы, а выход 38 - с управл ющим входом 39 ком мутирующего элемента 28 и свободным входом логического элемента ИЛИ 30. Устройство 36 согласовани напр жени (фиг. 2) обеспечивает управление коммутирующим элементом 28 в зависимости от соотношени значеинй напр жени питани и ЭДС обмотки в моменты переходы с дополнитель ного коммутатора 14 на основной и 44 наоборот, т.е. в моменты перехода с искусственной коммутации на естественную и наоборот. Устройство 36 согласовани напр жени содержит форм1фователь 40 импульсов , обеспечивающий формирование импульсов по переднему и заднему фронтам сигнала, поступакидего с устройства 31 переключени режима рабЬты , схему 41 совпадени , .осуществл ющую вьщачу импульса при совпадении амплитуд напр жени питани и ЭДС, снимаемых соответственно с датчиков 32 и 33, а также триггер 42 с двум устойчивыми состо ни ми, на один вход 43 которого поступает сигнал с формировател 40 импульсов, на другой вход 44 - сигнал со схемы 41 совпадени , а выход вл етс вы-. ходом 38 устройства 36 согласовани напр жени . Формирователь 40 импульсов выполнен на логических элементах НЕ 45-47 и логических элементах И-НЕ 48-50. Схема 41 совпадени содержит потенциометр 51, нуль-органы 42 и 53, выпр мители 54 и 55 и логические элементы И-НЕ 56-58. Нуль-органы 52 и 53 осуществл ют сравнение по амплитуде сигналов, поступающих с датчиков 32 и 33, и с помощью выпр мителей 54 и 55 выдают сигнал в моменты совпадени амплитуд ЭДС и напр жени . Логические элементы И-НЕ 56-58 обеспечивают прохождение сигналов с нуль-органов 52 и 53 на вход 44 триггера 42. На диаграммах сигналов, снимаемых с элементов двигател (фиг, 3), индекс в обозначении сигнала соответствует элементу, с которого этот сигнал снимаетс . Электродвигатель работает следующим образом. При наличии сигнала на пуск электродвигател с устройства 31 переключени режима работы отсутствует сигнал Ujj на распределитель 24 управл ющих импульсов 24, благодар чему , обеспечиваетс коммутаци фаз корной обмотки двигател с помощью транзисторов 22 дополнительного коммутатора 14. При этом запитываетс только часть обмотки, поскольку через дополнительный коммутатор 14 к источнику питани подключены отводы 11-13. Управление ключами дополнительного коммутатора 14 осуществл 5 етс с помощью сигналов датчика 29 положени ротора, поступающих только на управл ющие цепи транзисторов 22, Тиристоры 2 - 7 в этом режиме работы заперты, дополнительные тиристоры 21 отперты. По достижении двигателем частоты вращени , при которой обеспечиваетс надежна работа тиристорного коммутатора 1 в режиме естественной коммутации, осуществл етс переход с дополнительного коммутатора 14 на основной, при котором, помимо пв реключени на другие силовые ключи, обеспечиваетс переключение на другое число витков фаз корной обмотки и на другое (повышенное) напр жение питани . В отличие от прототипа , в котором такое переключение осуществл етс без контрол значений ЭДС и напр жени питани , в пред лагаемом электродвигателе переключение обеспечиваетс только при равенстве значений ЭДС подключаемой обмотки и напр жени питани . Сигналы пропорциональны по амплитуде значени м ЭДС и напр жени , поступающим с датчика 33 ЭДС и датчика 32 напр жени на входы 35 и 34 устройства 36 согласовани напр жени . На схеме 41 сравнени обеспечиваетс сопоставление поступающих сигналов по амплитуде на нуль-органах 52 и 53 и в случае равенства вьщача сигнала на вход триггера 44, разрешающа работу двигател на тиристорах 2-7 основного коммутатора 1. Пока напр жение питани не достигнет по амплитуде значени ЭДС, формирователь 40 импульсов выдает на вход 43 триггера 42 сигнал, запрещающий работу коммутатора 1. На фиг. 3 Ujj - сигнал с устройст ва 31 переключени режима работы, подаваемый при работе в режиме естественной коммутации. Логический элемент НЕ 46 осуществл ет инвертирование сигнала, а логически-е элементы 45, 47 - 50 обеспечивают выда чу импульсов по переднему фронт сигналов Uj и и, . Наличие импульсо или на входе 43 триггера 42 имеющих место при переходе с режима искусственной коммутации на естественную и наоборот, обеспечивает под чу сигнала ИЗЕ на вход 39 коммути44« рующего элемента 28,, прерывающего поступление импульсов с датчика 29 положени ротора на распреде-литель 24 управл ющих импульсов. Поступление импульсов Ujg возобновл етс только при подаче сигнала на вход 44 триггера 42, Это происходит при равенстве значений напр жени питани и ЭДС фаз корной обмотки. Сигналы U, и , пропорциональные напр жению питани и ЭДС поступают на входы нуль-органа 52, который срабатывает при равенстве поступающих сигналов U и . При этом с выхода выпр мител 54 снимаетс импульс, который формируетс с помощью логического элемента И-НЕ 56, На другой вход элемента И-НЕ 56 поступает сигнал Uj с устройства переключени режима работы. Его наличие обеспечивает срабатывание логического элемента И-НЕ 56 только при переходе с искусственной коммутации на естественную. Сигнал Uijg , продублированный на элементе И--НЕ 58, поступает на вход 44 триггера 42, обеспечива сн тие импульса , запрещак цего прохождение импульсов с датчика 29 положени ротора на тиристорный коммутатор 1, Аналогичным образом работает тракт, включающий в себ нуль-орган 53, выпр митель 55 и логический элемент ИНЕ 57, предназначенный дл перевода двигател с режима естественной коммутации на режим работы с искусственной коммутацией. При этом запрещающий импульс. и)2 имеет место в период неравенства значений ЭДС и мапр жени , а именно в период, характеризуемый снижением напр жени на входе коммутаторов до значени ,, соответствующего значению ЭДС на фазах корной обмотки. Сигналы Ujj , Ujg и Uj характеризуют работу двигател в режимах искусственной и естественной коммутации на дополнительном коммутаторе 14 и основном коммутаторе 1, Технико-экономический эффект от внедрени предлагаемого электродвигател обуаповлен повышением надежности работы дополнительного транзисторного коммутатора, а следовательно, срока службы устройства в целом.This goal is achieved by the fact that the electric motor is additionally equipped with a voltage matching device with three inputs, a power supply voltage sensor, a winding EMF sensor, a switching element and a logic element SHW, and the inputs of the voltage matching device are connected to the winding EMF and device switching operation mode, the output is connected to the input of the switching element included in the circuit between the position sensor and the control pulse distributors, as well as with one of the inputs OR gate, another input of which is 5 connected to the switching device operation mode, and the output to the input of the distributor is controlled yuotsgh pulses. 3 In FIG. 1 shows a block diagram of an electric motor; in fig. 2 is a diagram of a voltage matching device J in FIG. 3 - diagrams of voltages taken from the elements of the electric motor. The high-speed valve electric motor contains a bridge thyristor switch 1 with power switches 2-7, through which phases 8-13 are connected to a power source. Parallel to the thyristor switch 1 an additional switch 14 is connected with power switches 15–20 each of which, for example, key 15 consists of series-connected thyristor 21 and transistor 22, shunted in the opposite direction by diode 23. Through the power switches 15-20 of the switch 14, the outlets 11-13 of the stator winding are connected to the power source. 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 distributor 24 of control pulses by their control circuits. Referring to FIG. 1, control distributor 24 is connected via control amplifiers 25-27 to control circuits of power switches 2 and 15. Each control distributor 24 is connected to its input through a switching element 28 with a rotor position sensor 29, and another input through the logic element OR 30 - with the device 31 switching the operation mode. The electric motor is equipped with a power supply sensor 32 and an EMF sensor 33, which is removed from the core winding phases, for example, the core windings 11-13, the outputs of which are connected to the inputs 34 and 35 of the voltage matching device 36. The third input 37 is connected to the operating mode switching device 31, and the output 38 is connected to the control input 39 of the switching element 28 and the free input of the OR element 30. The voltage matching device 36 (Fig. 2) provides control of the switching element 28 depending on on the ratio of the values of the supply voltage and the EMF of the winding at the moments of transitions from the additional switch 14 to the main and 44 vice versa, i.e. during the transition from artificial switching to natural and vice versa. Voltage matching device 36 contains a pulse-shaping device 40 that provides for the formation of pulses along the leading and falling edges of the signal received from the operation mode switching device 31, a matching circuit 41 that performs a pulse when the amplitudes of the supply voltage and EMF coincide with the sensors. 32 and 33, as well as a trigger 42 with two stable states, one input 43 of which receives a signal from a pulse shaper 40, the other input 44 is a signal from coincidence circuit 41, and the output is N-. stroke 38 of voltage matching device 36. The pulse shaper 40 is made on the logical elements NOT 45-47 and the logical elements AND NOT 48-50. The coincidence circuit 41 includes a potentiometer 51, null-organs 42 and 53, rectifiers 54 and 55, and AND-NE 56-58 logic elements. The zero-organs 52 and 53 compare the amplitudes of the signals from the sensors 32 and 33, and with the help of the rectifiers 54 and 55, they give out a signal at the moments of coincidence of the amplitudes of the EMF and voltage. Logic elements AND-NOT 56-58 provide for the passage of signals from null organs 52 and 53 to input 44 of trigger 42. In the signal diagrams taken from the engine elements (Fig 3), the index in the signal designation corresponds to the element from which this signal is taken. . The motor works as follows. If there is a signal to start the electric motor from the operating mode switching device 31, there is no signal Ujj to the distributor 24 control pulses 24, so that the phases of the motor's main winding are switched by using transistors 22 of the additional switch 14. In this case, only a portion of the winding is powered. the switch 14 is connected to the power supply taps 11-13. The keys of the additional switch 14 are controlled by the signals of the rotor position sensor 29, which are fed only to the control circuits of the transistors 22, the thyristors 2-7 in this mode of operation are locked, the additional thyristors 21 are unlocked. When the motor reaches the rotational speed at which the thyristor switch 1 operates reliably in the natural switching mode, the switch from the additional switch 14 to the main switch is performed, which, besides switching to other power switches, switches to a different number of turns of the core winding and to another (increased) supply voltage. Unlike the prototype, in which such switching is carried out without controlling the values of the EMF and the supply voltage, in the proposed electric motor, switching is provided only if the values of the EMF of the connected winding and the supply voltage are equal. The signals are proportional in amplitude to the values of the EMF and voltage supplied from the 33 EMF sensor and the voltage sensor 32 to the inputs 35 and 34 of the voltage matching device 36. In comparison circuit 41, the incoming signals are amplified by the null organs 52 and 53 and, if the signal is equal to the input of the trigger 44, the motor is allowed to operate on the thyristors 2-7 of the main switch 1. Until the supply voltage reaches the amplitude of the EMF value , the pulse shaper 40 outputs to the input 43 of the flip-flop 42 a signal prohibiting the operation of the switch 1. In FIG. 3 Ujj is the signal from the operation mode switching device 31 supplied during operation in the natural switching mode. The logical element HE 46 inverts the signal, and the logical elements 45, 47-50 provide for the output of pulses on the leading edge of the signals Uj and and,. The presence of a pulse or an input 43 of the flip-flop 42 that occurs during the transition from the artificial switching mode to the natural one and vice versa, provides an IZE signal to the input 39 of the switching element 28 ,, interrupting the arrival of pulses from the rotor position sensor 29 to the control distributor 24 pulses. The arrival of pulses Ujg is resumed only when a signal is applied to the input 44 of the flip-flop 42, This happens when the values of the supply voltage and the EMF of the core winding are equal. The signals U, and, proportional to the supply voltage and the EMF are fed to the inputs of the null organ 52, which is triggered by the equality of the incoming signals U and In this case, a pulse is removed from the output of the rectifier 54, which is generated using the AND-NE 56 logic element. To the other input of the AND-NE element 56, a signal Uj is received from the operation mode switching device. Its presence ensures the operation of the logical element AND-NOT 56 only in the transition from artificial switching to natural. The signal Uijg, duplicated on an AND 58 element, is fed to the input 44 of the flip-flop 42, ensuring the pulse is removed, prohibiting the passage of pulses from the rotor position sensor 29 to the thyristor switch 1. The path including the null-body 53 , rectifier 55 and logic element INE 57, designed to transfer the engine from the natural switching mode to the artificial switching mode. At the same time prohibiting impulse. i) 2 takes place in the period of inequality of the values of EMF and equipment, namely in the period characterized by a decrease in voltage at the input of the switches to a value corresponding to the value of the EMF on the phases of the main winding. The signals Ujj, Ujg and Uj characterize the motor operation in artificial and natural switching modes on the additional switch 14 and the main switch 1, the technical and economic effect of introducing the proposed electric motor is due to the increased reliability of the additional transistor switch and, consequently, the life of the device as a whole.

tfkj.2tfkj.2

Claims

HIGH SPEED VENT ELECTRIC MOTOR No. 1 197018, characterized in that, in order to increase reliability, it is equipped with voltage matching devices with three inputs, a supply voltage sensor, a winding EMF sensor, OR logic elements and switching elements included in the circuit between the rotor position sensor and control pulse distributors moreover, the inputs of the voltage matching device are connected to the sensors of the supply voltage and EMF of the winding and the device for switching the operating mode, the output is connected to the control input of the switching element and one m from the inputs of the OR element, the other input of which is connected to the device for switching the operating mode, _with and the output - with the input of the distributor ® control pulses.

A