SU1390764A1 - Вентильный электропривод - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике ,. Целью изобретени   вл етс  увеличение КПД. Указанна  цель достигаетс  тем, что в вентильный электропривод введены блок сложени  16, блок 17 выделени  модул  напр жени , делители напр жени  18,19, элемент сравнени  20, регулирующий усилитель 21 и управл емый импульсный стабилизатор 22. В результате с помощью стабилизатора 22 обеспечиваетс  регулирование напр жени  питани  полупроводникового коммутатора 8 синхронной машины 1 пропорционально частоте ее вращени  и развиваемого электромагнитного момента. Это позвол ет уменьшить среднее значение падени  напр жени  на силовых транзисторах полупроводникового коммутатора 8 и, следовательно , потери мощности в них. 1 ил. г (Л

Description

СО

со о

О5

4

Изобретение относитс  к электротехнике , в частности к системам регулировани  частоты вращени  вентильных электродвигателей, и может быть использовано дл  привода и управлени  частотой вращени  объектов различного назначени .

Цель изобретени  - повышение КПД вентильного электропривода.

На чертеже изображена функциональна  схема вентильного электропривода

Вентильный электропривод содержит синхронную машину 1, ротор 2, который механически соединен с синусно- косинусным датчиком 3 положени  ротора 2, а секции 4 и 5  корной обмотки через последовательно включенные датчики 6 и 7 тока подключены к выходам полупроводникового коммутатора 8, имеюп1его вход цепи питани , неревер- сив.ный датчик 9 частоты вращени , механически св занный с ротором 2 синхронной машины 1 , вьпсод которого подключен к блоку 10 изменени  знака напр жени , управл ющий вход которого подключен к выходу блока .1 1 определени  направлени  вращени , входы которого подключены к выходам датчиков 6 и 7 тока,.последовательно соединенные задатчики 12 частоты вращени ,, элемент 13 сравнени  и регулирующий усилитель 14,

Выходы датчика 3 положени  ротора 2 соединены с выходами полупроводникового коммутатора 8, а его вход - с выходом регулирующего усилител  14 Второй вход 15 элемента 13 сравнени  подключен к выходу блока 10 изменени  знака напр жени . Кроме того, электропривод содержит блок 16 сложени , блок 17 вьщелени  модул  напр жени , два делител  18 и 19 напр жени  , трехвходовой элемент 20 сравнени  j второй регулирующий усилитель 21 и управл емый импульсный стабилизатор 22 напр жени . Первый вход блока 16 сложени  соединен непосредственно с выходом задатчика 12 частоты вращени , его второй вход через первый делитель 18 напр жени  - с выходом первого регулирующего усилител  14, а выход через блок 17 выделени  модул  напр жени  - с первым входом трехвходового элемента 20 сравнени . Второй вход элемента 20 сравнени  подключен к вькоду второго делител  19 напр жени , третий вход - к источнику напр жени  смещени , а выход

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

через второй регулирующий усилитель 21 - к управл ющему входу стабилизатора 22 напр жени , выход которого соединен с входом делител  19 напр жени  и входом цепи питани  полупроводникового коммутатора 8, а вход подключен к источнику питани .

Вентильный электропривод работает следующим образом.

Выходное напр жение задатчика 12 частоты вращени , соответствующее заданному направлению и значению частоты вращени  синхронной машины , . сравниваетс  в элементе 13 сравнени  с выходным напр жением блока 10 изменени  знака напр жени , представл ющим собой напр жение обратной св зи по частоте вращени . Выходное напр жение элемента 13 сравнени , пр мо пропорциональное ошибке частоты вращени  синхронной машины 1, усиливаетс  первым регулирующим усилителем 14 и подаетс  на вход синусно-косинусно- го датчика 3 положени  ротора, на . выходе которого возникают два гармонических напр жени , сдвинутых относительно друг друга на 90 эл. град. Эти напр жени  поступают на входы полупроводникового коммутатора 9, работающего в усилительном режиме. Он формирует в секци х 4 и 5  корной обмотки токи, пр мо пропорциональные выходным напр жени м синусно-косинус- ного датчика 3 положени  ротора, ко- .торые создают в статоре синхронной машины 1 вращающеес  магнитное поле. В результате взаимодействи  его с магнитным полем, создаваемым посто нным магнитом ротора 2, образуетс  вращаюшдй момент .синхронной машины I, которого в св зи с тем, что синусно-косинусный датчик 3 положени  ротора представл ет собой линейный элемент, пропорциональна выходному напр жению первого усилител  14, а направление определ тьс  знаком этого напр жени , вращающий момент приводит во вращение ротор 2 синхронной электрической машины 1 и нереверсивный датчик 9 частоты вращени  .

При вращении датчика 9 на его выходе возникает напр жение положительной пол рности, модуль среднего значени  которого пр мо пропорционален частоте вращени  вентильного электр О привода. Это напр жение поступает на вход блока 10 изменени  знака напр 3 .

жени . Его выходное напр жение равно модулю входного, а пол рность определ етс  величиной напр жени  на управл ющем входе, поступающего с выхода блока I1 определени  направлени  вращени . При напр жении на управл ющем входе блока 10, соответствующем логическому О, пол рность его выходного напр жени  будет положительной, а при напр жении, соответствующем логической 1 - отрицательной.

Величина выходного напр жени  блока 11 определени  направлени  вращени  зависит от знака фазового сдвига поступающих на его входы выходных напр жений датчиков 6 и 7 тока. Эти напр жени  имеют синусоидальную форму и сдвинуты друг относительно друга на 90 эл. град. При вращении ротр ра 2 по часовой стрелке фазовый сдвиг отрицательный, а при противоположном вращении - положительный. При положительном фазовом сдвиге выход-; нмх напр жений датчиков 6 и 7 тока выходное напр жение блока 11 соответствует логической 1, при отрицательном - логическому О.

Поэтому при положительной пол рности выходного напр жени  задатчика 12 частоты вращени , соответствующей заданию направлени  вращени  синхронной машины 1 по часовой стрелке, пол рность вы содного напр жени  блока 10 будет также положительной. При отрицат ельной пол рности выходного напр жени  задатчика 12 и вращении синхронной мащины 1 против часовой стрелки пол рность выходного напр жени  блока 10 будет отрицательной.

Одновременно с этим выходное нап- р жеш-г задатчика 12 частоты вращени  поступает на первый вход блока 16 сложени . Это напр жение пр мо пропорционально амплитуде ЭДС секций так как ее величина находитс  также в пр мо пропорциональной зависимости от частоты вращени  электрической машины 1.

На второй вход блока 16 сложени  через первый делитель 18 напр жени  подаетс  выходное напр жение первого регулирующего усилител  14, которое пр мо пропорционально амплитуде токов секций 4 и 5 и соответственно амплитудному значению падени  напр жени  на их активном сопротивлении. Поэтому выходное напр жение блока 16 сложени  будет пр мо пропорционально

Q

Q 5

0

5

0

5

0

5

алгебраической сумме амплитуд ЭДС и падению напр жени  на активном сопротивлении секций 4 и 5  корной обмотки . Абсолютное значение этого напр жени  с выхода блока 17 выделени  модул  напр жени  подаетс  на первый вход трехвходового элемента 20 сравнени . На его третий вход поступает напр жение источника смещени , величина которого пр мо пропорциональна падению напр жени  на силовых транзисторах , наход щихс  на границе насыщени . На второй вход трехвходового элемента 20 сравнени  через второй делитель 19 напр жени  поступает напр жение, пр мо пропорциональное напр жению питани  полупроводникового коммутатора 8.

Сумма выходного напр жени  блока 17 и напр жени  смещени  представл ет собой сигнал задани  напр жени  питани  полупроводникового коммутатора 8, обеспечивающего работу силовых транзисторов полупроводникового коммутатора 8 в усилительном режиме при минимально возможном среднем значении падени  напр жени  на них. При гармонической форме тока в каждой секции  корной обмотки ЭДС самоиндукции при амплитудном значении ЭДС вращени  будет равна нулю, поэтому ее величина в сигнале задани  напр жени  питани  полупроводникового коммутатора 8 не .учитываетс . Выходное напр жение трехвходового элемента 20 сравнени , пропорциональное разности заданного и истинного значений напр жени  питани  полупроводникового коммутатора 8, усиливаетс  вторым регулирующим усилителем 21 и подаетс  на управл ющий вход импульсного стабилизатора 22 напр жени .

Предположим, что вентильный электропривод работает с посто нной наг-, рузкой, а выходное напр жение.задатчика 12 частоты вращени  имеет положительную пол рность. При увеличении его величины возрастают выходные напр жени  элемента 13 сравнени  и пер- вого регулирующего усилител  14. О ба эти напр жени  будут иметь положительную пол рность. Увеличиваютс  амплитудные значени  токов в секци х 4 и 5  корной обмотки синхронной машины 1, и вентильный электропривод будет разгон тьс  до вновь заданного значени  частоты вращени . Одновременно увеличиваютс  выходное напр же513

ние блока 6 сло; сени  и соответственно выходное напр жение трехвходового элемента 20 сравнени . Это приводит к повышению напр жени  на входе цепи питани  полупроводникового коммутатора 8 на величину, равную сумме прироста амплитуд ЭДС и падени  напр жени  на активном сопротивлении секций 4 и 5  корной обмотки. При этом средНее значение падени  напр жени  на силовых транзисторах полупроводникового коммутатора 8 остаетс  посто нным .

При -уменьшении выходного напр же- Ни  задатчика 12 частоты вращени  по4 рность выходных напр жений элемента I3 сравнени  и первого регулирую- njero усилител  14 становитс  отрица- т ельной. Электромагнитный момент, {Развиваемый синхронной машиной 1 , ме- Н ет свое направление, и она переходит в тормозной резким работы. Частота вращени  вентильного электропривода начинает уменьшатьс  до вновь за- данной. Выходное напр жение блока 16 аложени  уменьшаетс  и, в итоге, уменьшаетс  напр жение на входе цепи Питани  полупроводникового коммутатора 8; ЭДС секций 4 и .5  корной обмотки , и напр жение на входе цепи питани  полупроводникового коммутатора 8 при работе вентильного электропривода в этом режиме направлени  согласны , поэтому средние значени  падени  Напр жени  на силовых транзисторах полупроводникового коммутатора 8 возрастают . Однако в св зи с тем, что выходное напр жение блокс1 сложени  равно разности выходных напр жений задатчика 12 частоты вращени  и первого делител  18 напр жени , напр жение на входе цепи питани  полупроводникового коммутатора 8 меньше, чем при работе электропривода в устано- вившемс  режиме. При достижении вентршьным электроприводом заданной частоты вращени  пол рность выходных напр жений элемента 13 сравнени  и первого регулирующего усилител  14 с.тановитс  положительной и синхронна  электрическа  машина 1 начинает pta6oTaTb в двигательном режиме. На входе цепи питани  полупроводникового коммутатора 8 устанавливаетс  напр жение, равное сумме амплитуд ЭДС и падени  напр жени  на активном

сопротивлении секций 4 и 5  корной обмотки и среднего значени  падени 

o

0 5 о ,-

5

0

напр жени  на силовых транзисторах полупроводникового коммутатора 8, при котором они не вхоД т в режим насыщени .

При отрицательной пол рности выходного напр жени  задатчика 12 частоты вращени  в установившемс  и в переходных режимах вентильный электропривод работает аналогично. Таким образом, вентильный электропривод позвол ет повысить КПД при работе на низких частотах вращени , что достигаетс  за счет регулировани  при помощи импульсного стабилизатора 22 напр жени  питани  полупроводникового коммутатора 8 синхронной машины 1 пропорционально частоте ее вращени  и развиваемого электромагнитного мо- мента. Это позвол ет уменьшить среднее значение падени  напр жени  на силовых транзисторах полупроводникового коммутатора 8 и соответственно потери мощности в них.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Вентильный электропривод, содержащий синхронную машину, ротор которой механически соединен с синусно-коси- нусным датчиком положени  ротора, а секции  корной обмотки через последовательно включенные датчики тока подключены к выходам полупроводникового коммутатора, имеющего вход цепи питани , нереверсивный датчик частоты вращени , .механически св занный с ротором синхронной машины, выход которого подключен к блоку изменени  знака напр жени , управл ющий вход которого подключен к выходу блока определени  направлени  вращени , входы которого подключены к выходам датчиков тока, последовательно соединенные задатчик частоты вращени , элемент сравнени  и регулирующий уси

   нусного датчика положени  ротора соединены с входами полупроводникового коммутатора, а его вход с выходом регулирующего усипитёл , второй вход элемента сравнени  подключен к выходу блока изменени  знака напр жени , о тличающийс  тем, что, с целью повьш1ени  КПД, введены блок сложени , блок выделени  модул  напр жени , два делител  напр жени , треквходовой элемент сравнени , вто713907648

   рой регулирующий усилитель и управ- .торого подключен к выходу второго

   л емый импульсный стабилизатор напр -делител  напр жени , третий вход жени , при этом первый вход блока к источнику напр жени  смещени , а

   сложени  соединен непосредственно свыход через второй регулирующий усивыхедом задатчика частоты вращени ,литель подключен к управл ющему вхоего второй вход через первый дели-ду импульсного стабилизатора напр жетель напр жени  - с выходом первогони , выход которого соединен с вхорегулирующего усилител , а выход че-дом второго делител  напр жени  и

   рез блок выделени  модул  напр же- ювходом цепи питани  полупроводникони  - с первым входом трехвходовогового коммутатора, а к входу подклюэЛемента сравнени , второй вход ко-чен источник питани .