SU1654915A1 - Вентильный электродвигатель - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике , в частности к вентильным электродвигател м. Цель изобретени  улучшение энергетических характеристик . Вентильный электродвигатель содержит синхронную машину 1, трех7К . ../Ю фазный мостовой преобразователь 2 частоты, датчик 3 положени  ротора, распределитель 5 импульсов, два логических блока 8, 10 из логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, шифратор 12. Шифратор 12 Формирует шесть последовательностей импульсов по определенным логическим- выражени м, которые поступают на входы управлени  преобразователем 2 частоты, В результате годограб вектора пол  статора вентильного электродвигател  формируетс  по форме шестиугольника игш двенадцатиугольника. Таким образом при сохранении высокой равномерности вращени  улучшаютс  энергетические характеристики за счет снижени  динамических потерь. 7 ил. С О СЛ 4 со СП

Description

Изобретение относитс  к электротехнике , п частности к вентильным электродвигател м, и может быть использовано в различных системах автоматизированного электропривода,

Целью изобретени   вл етс  улучшение энергетических характеристик.

На фиг.1 представлена структурно- функциональна  схема вентильного Электродвигател ; на фиг.2 - временные диаграммы, по сн ющие работу отдельных блоков, эпюры напр жений на фазах электродвигател  и годограф вектора пол  статора дл  случа  формировани  его по форме шестиугольника ; на фиг.5-7 - соответственно Структурно-функциональна  схема вентильного электродвигател , временные Диаграммы, по сн юпие работу отдельных блоков, эпюры напр жений на фазах Электродвигател  и годограф вектора пол  статора дл  случа  формировани  его по форме двенадцатиугольника.

Вентильный электродвигатель (фиг.1 Ь) содержит трехфазную синхронную ма- щину 1, секции обмотки которой под- г-дючены к выходам основного трехфаз- дого мостового преобразовател  2 частоты , механически соединенный с ротором синхронной машины датчик 3 поло- ж ени  ротора фазовращательного типа с трехфазной первичной обмоткой, под- 1 люченной к вьпсодам дополнительного Трехфазного преобразовател  4 частоты , входы которого подключены к выходам распределител  5 импульсов, вход которого подключен к выходу ге- ератора 6 тактовых импульсов, формирователь 7 пр моугольных импуль- с)ов, вход которого подключен к выход- обмотке датчика 3 положени  ротора , а выход соединен с объединенными входами из трех логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ первой группы 8, другие входы которых подключены к выходам распределител  5 импульсов , одноканальный делитель 9 частоты , вход которого подключен к выходу формировател  7 пр моугольных импульсов , а к выходу подключены объединенные входы трех логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ второй группы 10, другие входы которых подключены через трехканалъный делитель 11 частоты к выходам распределител  5 импульсов. Кроме того, введен шифра- top 12, первые три входа которого подключены к выходам первой группы

0

15

0

5

0

35

40

45

50

55

8 логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, вторые три входа шифратора 12 подключены к выходам логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ второй группы 10, а песть выходов шифратора 12 соединены с входами управлени  трехфазного мостового преобразовател  2 частоты.

Вентильный электродвигатель работает следующим образом.

Импульсы напр жений пр моугольной формы (фиг.2) со сдвигом друг относительно друга иа 120° эл.град и скважностью равной 2 - XQ, XB, Xc, снимаемые с распределител  5 импульсов , подаютс  на первые раздельные входы трех логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ первой группы 8 и одновременно на входы дополнительного трехфазного преобразовател  4 частоты , к выходам которого подключена первична  трехфазна  обмотка датчика 3 положени  ротора. Наводимое в выходной обмотке датчика 3 высокочастотное переменное напр жение поступает на формирователь 7 пр моугольных импульсов, фаза (частота) пр моугольных импульсов Xj которого мен етс  относительно фазы (частоты) импульсов распределител  5 в строгой зависимости от положени  ротора датчика. При повороте вала машины в логических элементах ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ первой группы 8 формируютс  пш- ротно-модулированные три последовательности импульсов типа неравнознач ность : Xq Ј Xd; Xfc Xj; Xc j Xj с периодическим законом модул ции и частотой модул ции, равной частоте вращени  ротора машины. При этом длительность мен етс  от 0 до 1 и от 1 до 0 за каждое межполюсное перемещение ротора датчика 3, а фазовый сдвиг в 120 эл.град. определ етс  наличием фазового сдвига на 120 эл.град. между напр жени ми:

Х0 xfc ХС

Одновременно на выходе трех логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ второй группы 10 формируютс  вторые три последовательности широтно-моду- лированных импульсов типа неравнозначность : Yq t Yd; Y& j Yd; Yfr/Y также с периодическим законом модул ции , но частотой в два раза меньшей основной частоты. Их длительность также мен етс  от 0 до 1 и от t до 0 и фазовый сдвиг определиетс  фазовым сдвигом между импульса+А

v

YB; YC, который

ЕР &

град

Данные две последовательности ши- ротно-модулированных импульсов с выходов логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ первой и второй групп подаютс  на соответствующие входы шифрато- ра 12,выполненного, например, на элементах ИЛИ-НЕ (фиг.1). При этом шесть последовательностей, формируемых шифратором 12, описываютс  следующими логическими выражени ми:

Yd/j /Xfl Xj/+ ;

C VXd)(Yb V;

)+(Yb+Y4)j

)-H (YTT);

(xc XJ+ (ГЩ.

Эти шесть последовательностей непосредственно используютс  дл  управлени  шестью ключами трехфазного мостового преобразовател  2, Дл  упрощени  описани  логических и графических выражений эти последовательности обозначены большими буквами латинского алфавита, а знаки + и - перед ними указывают на то, к какой из шин

Как видно из эпюр, приведенных на фиг.6, полученные в результате изменени  логических функций шифра тора 12 (фиг.5) линейные напр жени по среднему значению имеют форму

питани  относ тс  ключи коммутатора, на которые подаетс  эта последователь- JQ трапеции, а годограф вектора пол  ность. Результирующие линейные напр жени  А, Б и С, подаваемые на фазы электродвигател , показаны на фиг.З, а. сплошной линией здесь выделена огибающа  линейного напр жени  по среднему значению.

статора описывает двенадцатиугольник . Эта схема (биг.5) вентильног электродвигател  обеспечивает, по сравнению по схемой на фиг.1, по 45 шение качества линейного напр жени и резкое снижение пульсации момент а также повышение равномерности вр щени  вала двигател .

Принцип работы схемы по фиг,5 аналогичен схеме на фиг.1. Она включает

статора описывает двенадцатиугольник . Эта схема (биг.5) вентильного электродвигател  обеспечивает, по сравнению по схемой на фиг.1, повы- 45 шение качества линейного напр жени  и резкое снижение пульсации момента, а также повышение равномерности вращени  вала двигател .

в себ  те же составные части (блоки) и только один из них, шифратор 12, содержит шесть дополнительных логических элементов И-НЕ„

50

Дл  нагл дного описани  процесса разгона и рассмотрени  работы электродвигател  лоспользуемс  эпюрами, изображенными па фиг.2 и 3, годографом вектора пол  статора (фиг„5) и электрической схемой (фиг.1)« Дл  реВ результате выходные сигналы шиф- жима пуска периоды повторени  широтно-импульсных напр жений более дЛи- тельные по времени, чем при работе электродвигател  в стационарном федеиратора дл  данного случа  формируютс  согласно следующих логических выражений:

-Л

+В

(2)

+В

-В

ю

15

fi i LJ

20

(1)

-с

25

Эти шесть последовательностей непосредственно используютс  дл  управлени  шестью ключами трехфазного мостового коммутатора 2. Результирующие напр жени  на фазах А, В и С двигател  приведены на фиг.6. Сплошной линией здесь выделена огибающа  линейного напр жени  по сред-. нему значению.

Как видно из эпюр, приведенных на фиг.6, полученные в результате изменени  логических функций шифратора 12 (фиг.5) линейные напр жени  по среднему значению имеют форму

трапеции, а годограф вектора пол 

трапеции, а годограф вектора пол 

статора описывает двенадцатиугольник . Эта схема (биг.5) вентильного электродвигател  обеспечивает, по сравнению по схемой на фиг.1, повы- шение качества линейного напр жени  и резкое снижение пульсации момента, а также повышение равномерности вращени  вала двигател .

50

ме. Это объ сн етс  равенством меж- ду частотой импульсов fxa fy fXc распределител  5 и частотой импульсов fj и, соответственно, между

,- f)(fl г частотой импульсов Гу i и

f ус TJ- и частотой импульсов f, j -ii jCOB f 2 ,

так как частота вращени  пол  ротора датчика 3 положени  равна нулю. При пуске электродвигате л  производ тс  все логические one- рации между выходными импульсами функциональных блоков 8, 4, 3, 5, б, 10, 11, 7 в соответствии с эпюрами, представленными на фиг.2 и 30

При включении питани  относитель- ный сдвиг фаз между импульсами распределител  5 импульсов и выходным сигналом датчика 3 положени  ротора обусловлен пространственным положением ротора датчика 3 и последова- телыюст ми импульсов самого распределител  5 импульсов, которые непрерывно при пуске следуют (повтор ютс ) на выходах каждого функционального блока. В результате на фазе А (фиг.З) повтор етс  единичный положительный импульс наибольшей дли- телыюсти, на фазах В и С следуют единичные отрицательные импульсы меншей длительности, что соответствует результирующему вектору статора электродвигател  согласно изображенному на фиг.5,

В результате фазы импульсов Xj и Yj, относ щиес  к датчику 3 поло- жени , начинают перемещатьс  относительно импульсов распределител  5 импульсов: Xfl, Xfc, Хс и соответственно импульсов YQ, Yr, YC блока 11, что приводит к уменьшению относитель но начального длительности положительного единичного импульса на фазе А, уменьшению длительности отрицательного единичного импульса на фа зе В и увеличению длительности отрицательного единичного импульса на фазе С, что соответствует некоторому смещению результирующего векто ра статора электродвигател  против часовой стрелки в сторону точки g в соответствии с фиг.4. Это ведет к перемещению роторов двигател  1 и датчика 3 положени , осуществл ющего в свою очередь, фазовое смещение им

г

0

5

0 5 0 ,,.

о 5

.

0

пульсов X(j и YJJ относительно импульсов соответственно Хд, Х, Xg и YQ, Y k, YC , смеща  результирующий век тор статора электродвигател  в сторону точки g в соответствии с фиг.4. Далее процесс повтор етс  непрерывно и результирующий вектор статора проходит точки q, г, s, t и далее точку е„

Таким образом, электродвигатель разогналс , образуема  на выходе датчика 3 положени  частота вращени  суммируетс  с частотой выходных импульсов распределител  5. В результате импульсы Xjj и Y имеют более высокую частоту (фиг.2), что соответствует выходу электродвигател  на режим работы, соответствующий его естественной механической характеристике .

Таким образом,в вентильном электродвигателе улучшаютс  энергетические характеристики по сравнению с формированием синусоидального пол  статора за счет снижени  динамических потерь при сохранении высокой равномерности вращени  и точности позиционировани  путем формировани  годографа вектора пол  статора в виде много- . угольников о

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Вентильный электродвигатель, содержащий трехфазную синхронную машину , секции обмотки которой подключены к выходам основного трехфазного мостового преобразовател  частоты, механически соединенный с ротором синхронной машины датчик положени  ротора фазовращательного типа с трехфазной первичной обмоткой, подключенной к выходам дополнительного трехфазного преобразовател  частоты, входы которого подключены к выходам распределител  импульсов, вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов, формирователь пр моугольных импульсов, вход которого подключен к выходной обмотке датчика положени  ротора, а выход соединен с объединенными входами трех логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ первой группы, другие входы которых подключены к выходам распределител  импульсов, отличающи й- с   тем, что, с целью улучшени  энергетических характеристик, в него

   дополнительно введены трехканальпый делитель частоты, одноканапьный делитель частота, втора  группа из трех логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и шифратор с шестью входами и шестью выходами, при этом вход одноканаль- ного делител  частоты подключен к выходу формировател  пр моугольных- импульсов , а выход соединен с объеди- ненными входами из трех логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ второй группы , другие входы которых подключены

   через трехканальный делитель частоты к вькодам распределител  импульсов , перлые три входа шифратора подключены к Bt ix о дам трех логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ первой группы, вторые три входа шифратора подключены к выходам трех логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ второй групы , а песть выходов шифратора соединены с входами управлени  трехфазного мостового преобразовател  частоты .

   Ф&&2

   ))

   1Хо М1+1Уа М)

   {ХЫМ))

   5

   (mxd))

   (с+мм& &1

   ))

   -С

   I

   Фиг.З

   +(ШХ(1))

   9

   tI I1

   Фиг.б

   -В