SU1427508A2 - Вентильный электродвигатель - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике . Целью изобретени   вл етс  расширение диапазона регулировани  и повышение КПД. С этой целью вентильный электродвигатель снабжен реле 26-30 с зймыкамщими контактами, реле 31 с размыкающим .контактом, автотрансформатором (AT) 19. Реле 26-30 включены соответственно между выводами первичной обмотки 21 AT 19 и импульсными регул торами напр жений (ИРН) 15, 16, выходами выпр мителей 24, 25 и управл кщими входами реле 26., 27, между выходом генератора 12 пилообразного напр жени  и входом ши- ротно-импульсного модул тора (ПШМ) 32. Реле 31 соедин ет выход генератора 12 с входами П1ИМ 13, 14, включенных меж

Description

ХЛ5

1C

СП

о сю

ду фазочувствительным выпр мителем 11 -и управл ю1цими входами ИРН 15, 16 соответственно Управление секци ми 1-4 обмотки вентильного электродви- гател  осурдествл етс  посредством :транзисторов 5-8 коммутатора по CHf- налам датчика 9 положени  ротора (через формирователь 10 зоны коммута- |циио Секции 1, 2 и 3, 4 шунтированы диодами 17, 18, Средн   точка обмотки 21 AT подключена к ИРН 34, вход к-рого объединен с входами ИРН 15,- 16 и подключен к плюсовому зажиму источника питани . ИРН 15, 16 подключены к общим точкам секций соответственно 1, 2 и 3, А. Диод 35 включен между отрицательным зажимом источника питани  и средним выводом обмотки 21. Пороговый блок св зан с выходами выпр мител  11 и управл ющими входами реле 30, 31. В электродвигателе осуществл етс  автоматическое переключение из режима ШИМ в режим работы с AT 19. Переключение происходит в момент, когда дальнейшее регулирование в режиме ШИП невозможно, 5 ил.

: 1

Изобретение относитс  к электро- ;технике и может быть использовано :в вентильных электроприводах с широ-. 1ким диапазоном регулировани  и в мо- ментньк электроприводах.

Целью изобрете1-ш   вл етс  расшю- рение диапазона регулировани ,.повышение 1ШДс

Из. фиг о 1 изображена .функциональна  схема вентильного электродвигател  (ВД) I на фиг с, 2 - диаграммы, по  сн юпц-ш процессы формирова11и  токов и напр жений в  корной обмотке ВД; на фиг„ 3 - диаграммы процессов в ВД при его работе с автотрансформатором; на фиг, 4 - противоЭДС в ВД при включении автотрансформатора; на фиг„ 5 - механическа  характеристика ВД.

Вентильный электродвигатель содержит ротор, двухфазную обмотку  кор , состо щую из четырех 1-4 по две сдвинутые на 180 эл.град секции в каждой фазе, последовательно с каждой с екщей соединены транзисторные ключи 5-8, образу  две  чейки коммутации , причем начало одной секции 1(3) и конец другой 2(4) каждой фазы объединены, выходы транзисторных ключей 5-8 объединены и подключены к первому зажиму цепи питани „ Управл ющие входы ключей 5-8 св заны с выходом аналогового датчика 9 папоже- ни  ротора через формирователь 10 зо0

ны коммутации транзисторных ключей, большей 180 эллград, фазочувствитель- ный вьшр митель (ФЧВ) 11, генератор 12 пилообразньк импульсов. Каждый канал усилени  сигнала дл  соответствующей  чейки снабжен широтно-им- пульсным модул тором (ШИМ) 13, 14, импульсным регул тором 15, 16 напр жени  и диодом 17, 18. Причем в каждом канале усилени  выходы аналогового датчика 9 положени  ротора св заны через формирователь 10 зоны коммутации транзисторных ключей 5-8 с ттравл ющими входами ключей 5-8  чеек коммутации и с входом ФЧВ 11 Выход ФЧВ 11 соединен с первыми входами ШИМ 13, 14 Импульсный регул тор i 15(16) напр жени  подключен последовательно между общей точкой секции каждой фазы 1 и 2 (3 и 4) и вторым зажимом цепи питани , входы УШМ 13, 14 подключены к управл ющим входам импульсных регул торов 15, 16 напр 

25

жени , кажда   чейка коммутации шунтирована диодом 17, 18 в обратном направлении, а выход генератора 12 пилообразных импульсов подключен к второму входу каждого ШИМ 13, 14. Дополнительно электродвигатель содер 0 жит автотрансформатор 19 с первичной обмоткой 20, 21 и со средней точкой и двум  выходными обмотками 22, 23; два вьтр мител  с фильтрами 24, 25, первое 26 и второе 27, третье 28,

35 четвертое 29 и п тое 30 реле с замыкающими контактами, реле 31 с размыкакщими контактами; третий ШИМ 32, пороговый блок 33 и третий импульсны регул тор 34, и третий диод 35,,

Начало первичной обмотки 20 авто1трансформатора подсоединено через I

нормально разомкнутые контакты первого реле 26 к средней точке первой фазы  корной обмотки с секци ми 1,2, а конец первичной обмотки 21 подсоединен через нормально разомкнутые контакты второго реле 27 к средней точке второй фазы  корной обмотки с секци ми 3, 4. Управл ющий вход

первого реле 26 через замыкакнцие контакты третьего реле 28 подключен, к выходу первого выпр мител  с фильтром 24, а его вход подсоединен к первой выходной обмотке 22, Управ- л ющий вход второго реле 27 через замыкающие контакты четвертого реле

29п одключен к второму выходу выпр мител  с фильтром 25, а его вход подсоединен к второй выходной обмотке 23 автотрансформатора 19, Средн   точка последнего через третий .импульсный регул тор 34 подсоединена к плюсовой шине источника питани .Управ- л кищй вход импульсного регул тора 34 подсоединен к выходу третьего ШИМ 32, а его вход подсоединен через замыкаюпще контакты п того реле 30

к выходу генератора 12 пилообразных напр жений. Выход генератора 12 пи- лообразных напр жений подключен также к первому 13 и второму 14 НИМ через реле 31 с размыкакщими контактами Выходы ФЧВ 11 подключены к входу порогового устройства 33, а его вы- ход подключен к управл кшщм входам третьего 28, четвертого 29 и п того

30реле с замьжающими контактами и входу реле 31 с размыкающими контактами , третий диод 35 подключен ано-

.дом к минусовой шине источника питани , а катодом - к средней точке автотрансформатора 19.

Вентильный электродвигатель работает следующим образомо

При подаче напр жени  питани  на схему сигналы с датчика 9 положени  ротора (ДПР) через формирователь 10 зоны комг тутации поступают на управл ющие входы транзисторных ключей 5, 6и7, В, которые наход тс  каждый в открытом состо нии в течение угла поворота датчика 9 положени  ротора, большего 180 эл..град со

сдвигом, задаваемым датчиком 9 положени  ротора. Одновременно сигналы с датчика 9 положени  ротора через ФЧБ 11 поступают на UD-IM 13 и 14, где происходит сравнение огибающей выходного сигнала датчика 9 положени  ротора и пилообразного напр жени , поступающего с выхода генератора 12 пилообразных импульсов через нормально замкнутые контакты реле 31. В результате на выходе ПШМ 13, 14 имеем последовательность импульсов, дли- .тельность которых определ етс  частотой импульсов генератора 12 пилообраных напр жений и величиной выходного сигнала датчика 9 положени  ротора. Эти импульсы поступают- на управл ющие входы импульсных регул торов 15, 16 напр жени , которые измен ют напр жение на секци х 1-4 обмотки электродвигател  по закону задаваемом формой огибающей выходного сигнала датчика 9 положени  ротора о Коммутаци  транзисторных ключей 5, 6,и 7, 8 происходит,- с частотой, равной частот вращени  магнитно-движущей силы (м.д.с,), создаваемой  корной обмоткой , а коммутаци  импульсных регул торов 15, 16 напр  сени  обеспечивает формирование на средней точке каждой из двух фаз  корной обмотки напр жени  по закону синуса и косинуса (ши- ротно-импульсное напр женке на средней точке каждой из двух фаз имеет вид выпр мленной синусоиды или косинусоиды ) , Наличие диодов 17 и 18 и расширенна  зона комм тацнн транзисторных ключей 5-8 (в пределах 190- 195 элоград) позвол ют получить -в  корных секци х БД непрерывный ток и исключить перенапр жени , св занные с индуктивным характером нагрузки . Сигнал с датчика 9 положени , промодулированный частотой вращени  вала, изображен на фиг. 2а. Формирователь 10 зоны коммутадаи , состо щий из фазочувстБительных выпр мителей и триггеров Шмидта, позвол ет получить на выходе сигналы дл  управлени  транзисторными ключами 5-8 с зоной коммутащш 185-195 эл.град., Кроме того, наличие фазочувствитель- ных выпр мителей в формирователе 10 позвол ет.осуществл ть при необходимости реверс электродвигател . На фиг, 2в, б изображены диаграммы напр жений на выходе формировател  дл  одной фазы (транзисторные ключи

5 и 6) , Одновременно сигнал с Д11Р (фиг„ 2а) поступает на вход ФЧВ 11 (на фиг о 2 изображены сигналы дл  одной )„ С выхода ФЧВ 11 сигнал (фиг,2г) поступает на УЖМ 13, 14, где преобразуетс  по закону синуса (фиг о 2д,5 е) и косинуса (не показан) с одновременньм выпр млением одной из полуволн сигнала (в данном случае отрицательной фиг. 2д5 е), Потребл - . ток от источника одной фазы 1ф представлен на фиг с 26 Транзисторы 5, 8 осуществл ют поочередную коммз - тацию секций  корной обмотки при пе- реходе напр жейи  ДПР 9 через нуль, и по обмоткам в фазе протекает не- прерьюный ток (фиг о 2е) i, i где i - ток в секции 1, i-j ток в секции 2о Несмотр  на то, что при коммутации с расширенной зоной воз ннкает угол J. , когда в каждой Фазе одновременно отк1эыты транзисторные ключи 5э 6 к ,7 8, динa mчecкoгo тормозного момента не создаетс , так как дт-юды 17j 18 могут быть открыты только напр же1щем пор дка 1В, Измен   величину выходного напр жени  дар 9з можно в широких пределах регу

лировать электромагнитный момент . электродвтсгател . Когда амплитуда СИГ нала с Д11Р 9 будет равна амплитуде напр жетс  Нпил с генератора 12 ni-шообразкьк импульсов (фиг 2д),, это будет соответствовать номинально ivi}, рел-а-хму и максимальному значению КПД ВДо Дальнейшеа увелг-шание часто™ ты вращени  вала электродвигател  за счат перекрыти  ШШ нецелесообразно, так как приведет к снижению КПД за счет резкого ухудшени  гармошгческог состава тока из-за несоответстви  формы ЭДС. (синусоидальна ) и напр - жеша  на секции (трапецеидальное или еще ху5ке пр моугольное) „ Поэтому при достижении амплитуды напр  :ени  с ФЧВ 11 заданной .ичин1 1., соответствующий максимальному значению и равной JJon S срабатывает пороговьй блок 33 Сигнал высокого уровн  с выхода порогового блока 33 поступает на управ- л ющие входы реле 31.с размыкающими контактами реле 28, 29 30 с замыка контактамис реле 31 отключит генератор 12 пилообразных напр жений и иг ульсные регул торы 15, 16 напр жени  отключат секции  корной обмотки от плюсовой шины НС точника питани . Одновременно реле

10

5 4275086

28, 29 подключат к управл ющим входам реле 26, 27 выпр мител  с фильтром 24, 25, реле 26, 27 замкнут свои контакты и подсоедин т, например, начало первичной обмотки 20 автотрансформатора 19 к средней точке первой фазы с секци ми 1, 2  корной обмотки БД, а конец первичной обмотки 21 - соответственно к средней точке второй фазы с секци ми 3, 4, Одновременно через реле 30 сигнал с генератора 12 пилообразных импульсов поступает на вход третьего ШИМ 32, с выхода которого сигнал поступает на управл ющий вход третьего импульсного регул тора 34, Изменением амплитуды напр жени  управлени  регулируют длительност.ь импульсов напр жени  на средней точке автотрансформатора 19. Длительность импульсов на входе третьего импульсного регул тора 34 напр жени  выбирают так, чтобы частота вращени  вала при пе- 25ореключении на работу с автотрансформатором не измен ласьо

20

Рассмотрим процессы, протекающие в двигателе при его работе с авто

трансформатором. На фиг. За и б прец- ставлено напр жение противоЭДС на средних точках фаз БД 1д и 1, сдвинутых между собой в пространстве на 90 эл,град, относительно минусовой шины источника питаьш . На показана иллюстраци  возникновени  противоЭДС 1д и. 1 на средних точках фаз вентильного двигател „ При включении между средними точками фаз

 корной обмотки автотрансформатора 19 с секци ми 20, 21 и в соответствии с пор дком их намотки и подкл С(чени- ем на начале и конце первичной обмотки 20, 21 по вл етс  напр жение двойной частоты по отношению к частоте ЭДС и амплитзщой, равной амплитуде ЭДС и формой, приближенной к треугольной (фиг, Зг).,Так как автотрансформатор 19 имеет среднюю точку, котора  через третий импульсньй модул тор 34 подключена к плюсовой шине источника питани , то напр жение треугольной формы и двойной частоты, но с амплитудой, равной половине ЭДС вращени , оказываетс  приложенным в фазе и противофазе к  корным секци м вентильного двигател  При этом суммарное напр жение на коммутируемых секци х, , напр жение тре

Д ольной формы и ЭДС секции, становитс  близким к пр моугольному (фиг о Зг, д), а на закрытом транзисторе в каждой фазе напр жение равнб, например, на холостом ходу Uxx Un +

1 + ,51si2,5Uff (фиг.Зе)о Благодар  включению автотрансформатора 19 и коммутации  корных секций с углом открытого состо ни  185-195 эл.гра . амплитуда напр жени  на коммутируемых секци х возрастает на холостом ходу в 1,5 раза, а далее с увеличением нагрузки на валу уменьшаетс  пропорционально ЭДС.

На фиг. 5 предстагвлены две механические характеристики при максимальном напр жении управлени : К - при синусоидальной модул ции и М - при работе с автотрансформатором.

Регулиру  начальную ширину импульсов на выходе lilHM регул тора 34, можно в широких пределах регулировать тбчку перехода с характеристики К на механическую характеристику W,

Диод 35 поддерживает в  корных секци х непрёрывньй ток при работе ШИМ регул  тора 34,

Таким образом, расширение диапазона частот вращени  вала и повьшение КПД осушествп етс  за счет автоматического переключени  электродвигател  из режима его работы по синусоидальной ШИМ в режим работы с автотрансформатором . Переключение происхдит в тот момент, когда дальнейшее регулирование в режиме синусоидальной ШйМ невозможно (насыщение по управлению ) о При этом на естественной механической характеристике электродвигатель при работе с автотрансформатором имеет максимальный КПД, так как отсутствуют динамические потери на несущей частоте ШИМ, а форма напр жени  на фазных обмотках близка к синусоидальной

Claims (1)

1. Формула изобретени  50

   Вентильньй электродвигатель по авТо ев, № 1350773, отличаю45

   5

   0

   5

   0

   5

   0

   щийс  тем, что, с целью расширени  диапазона регулировани , повышени  КПД, в него дополнительно введены автотрансформатор, снабженный первичной обмоткой со средней точкой и выходными обмотка ми J два выпр мител  с фршьтром, п ть реле с замыкан цими контактами, шестое реле с размыкающим контактом, третий широт но-импульсный модул тор 5 порО - говьй блок, третий импульсный регул тор и третий диод, причем начало первичной обмотки автотрансформатора соеди,нено через замыкающий- контакт первого реле со средней точкой фазы  корной обмотки, а конец первичной обмотки автотрансформатора через размыкающий контакт второго реле - с средней точкой второй фазы  корной обмотки, управл юшзий вход первого реле через размыкающий контакт третьего реле подключен к выходу первого выпр мител  с фильтром, вход которого подключен к первой выходной обмотке ,, управл юций вход второго реле через замыкак дий контакт четвер™ того репе подключен к выходу второго выпр мител  с фильтром, входом подключенного к второй выходной обмотке автотрансформатора, средн   точка первичной обмотки автотрансформатора через третий импульсный регул тор соединена с плюсовой шиной источшша питани , управл нщий вход третьего импульсного регул тора подключен к .выходу третьего шиpotнo-и myльcнoгo модул тора , вход которого через за- мыканщий контакт п того реле подключен к выходу генератора пилообразных напр жений, выход которого подключен к входам первого и второго пиротно- импульсных модул торов через размыкающий контакт шестого реле, выходы 5 фазочувствительного выпр мител  подключены к входам порогового блока, выход которого соединен- с упра-вл кици ми входами третьего, четвертого, п того и шестого реле, третий ди:од подключен анодом к минусовой шине источника питани , а катодом - к средней точке первичной обмотки автотрансформатора .

   0

   35

   0

   ДПР

   а о

   fK

   wt

    i/д а

   Us

   SA

   Ueo

   A

   / V

   e

   фиг. 3

   M)t

   a)t

   (,)t

   Of

   л,

   М

   Ф(/е.Л