SU782069A1 - Двухзонный вентильный электродвигатель - Google Patents

Description

(54) ДВУХЗОННЫЙ ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ

1

Изобретение относитс  к электротехнике , в частности к регулируемому электроприводу переменного тока.

Известны двухзонные электроприводы посто нного тока, состо щие из двигател  посто нного тока, управл емого вьшр мител , подключенного к  корю двигател  посто нного тока и управл емого выпр мител , подключенного к обмотке возбуждени  двигател  посто нного тока 1 Регулирование частоты вращени  в таких электроприводах до номинальной осуществл етс  с посто нным моментсэм за счет регулировани  напр жени   кор  двигател  с помощью выпр мител  при посто нном возбуждений, а выше номинальной - с посто нной мощностью при посто нном напр жении  кор  двигател , мен   его ток возбуждени .

Недостаток таких двухзонных электроприводов состоит в ненадежности двигател  посто нного тока из-за наличи  вращающегос  коллектора двигател  посто нного тока и снижени  перегрузочной способности из-за неудовлетворительной коммутации на высоких частотах вращени .

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс 

двухзонный вентильный электродвигатель , состо щий из зависимого выпр мительного инверторного преобразовател  частоты со звеном посто нного

5 тока, синхронной машины с электромагнитным возбуждением и управл емого выпр мител  дл  питани  обмотки возбуждени  синхронной ъламшна 2.

Двухзонный вентильный электродвигатель содержит управл емый выпр митель , который подключен через инвертор к фазам синхронной машины. Обмотка возбуждени  синхронной машины питаетс  от второго управл емого выпр f5 мйтел ГИмёетс  трансформатор напр жени , датчик тока, выходы которых подключены к с.истеме фазового управлени  и регулировани  выпр мител . К управл ющим электродам тиристоров выпр мителей подключены выходы систем

20 импульсного управлени , входы которых подключены к .выходу блока сдвоени  импульсов управлени . Входы блока сдвоени  импульсов подключены к выхо25 ду систем регулировани  выпр мител  и инвертора. Имеетс  регул тор пуска, вход которого подключен к датчику частоты вращёнйй И положени  ротора и выходу трансформатора. Выход рёгул 

30 тора пуска подключен на вход систем управлени  выпр мителем и инвертором Входырёгул тЬра ивгвертора поДключены к датчику частоты вращени  и поло жени  ротора и к логическому устрой ству выбора угла управлени  инйёртор §5ГВДй кЬ т6рого подключены к выходу ,системы фазового управлени  и регули регвани  и выходам устройств задани  управлени  тиристорами инвертора в Двигательном режиме и тормозном режиме. Входы ycTpoftcTiS подключены ™i датчику и источникам напр жени  за даШ  углов управлени . Шёетё :система регулировани  вып р мите:л , вьлход которой подключен к й айййющйй электродам тиристоров еап р мител , а вход через датчик нап р жени  к обмотке  кор  синхронной Машины и через з адатчик ЭДС к дат чику частоты вращени . Второй вход зада тчика ЭДС подключен к источнику задающего напр жёни Т -- «,-ь. Поддержание заданной HJ частоты вращени  системой осуществл етс  путем воздействи  на углы управлени  -йШр Мйтел  аналогично электроприводам посто нного тока. В р;ежимё регулировани  с ослаблен ньп« полем ЭДС обмоток синхронной потвдерживаётс  на заданном уров ослабление пол  происходит в функции частоты вращени . Особенностью работы вентильного электродвигател  в режиме с ослаблен WES-f йблём : вл етс  то, что с ростом аеТОТИ вра1цени  увеличиваетс  комМутационное сопротивление фаз, а ЭДС ёе Щёйи- у а значит и коммутирующа  ЭДС фаз остаетс  неизменной . Поэтому гГрй не к ото|з6й частоте вра1щенй  воэ;lcr6 ffcr irapyiiieHHe коммутации; прорыв инвертора и отключение вентиль21рго з лекТродвигател  защитой. Дл  йсклю- йй Даннс5Гр  влени  при ослаблении потока возбуждени  необходимо увели WTB угол регулировани  тиристоров инвертора. Регулирование угла управлени  ти lfu fаров инвертора осуществл етс  дискретно в функции частоты вращени  Эадатчиком. в режиме тормрж ени  угол зётулировани  инвертора ЕГТвёнтитшном эйёкТродёйгателе прин т посто нным, (3 srovi режиме никгтих требо ваний к нему из коммутации йе предъ вл етс  (инвертор работает в вб1пр мительном режиме) . Нёдестатком этого вентильного ЭЖ&| еДШг;с1ТёЛ   гелнизкие эне Тётические показатели и кол б ани  ilicrTiSTbnBpataeHHH из-за дискретного гулйЕЙванй  угла управлёйй  ййвёрТором при посто нстве ЭДС синхрсжной машины. .Цель изобретени  - повышение энер геТйЧес к их показателей и {Уавйомёрнос «s jp ggfHgli ; йа:1-л ёййй углом Ъпёрежей --- . . - . ,---. ..... -..„.. --.. .,,.;-,. 7при регулйровании частоты вращени  бслаблёнием потока возбуждени . Указанна ,цель достигаетс  тем, что один из входов устройства задани  углов управлени  тиристорами инвертора в двигательном режиме подключен к выходу датчика тока возбуждени  вёйтйльного электродвигател , второй из входов подключен через стабилитрон к тахогенератору, При небольшом ослаблении пол  управлени  углами открывани  тиристоров инвертора осуществл етс  в функции тока возбуждени , а затем, когда относиТе .льное изменение тока возбуждени  с ростом частоты вращени  становйтс  незйачительным, управление углами открывани  тиристоров инвертора происходит в функции частоты вращенй  вентильного электродвигател . Таким образом, предлагаемый вен-- тильный электродвигатель позв.ол ет уН1Ёзс1ВЛ 1Т Углами Опережени  открывани  тИрйсТ-Ърбв инвертора по оптимальйЬму закону, что снижает его массу и габариты. На фиг. 1 представлена принципиальна  Схема предлагаемого вентильного электродвигател ; на фиг. 2 график необхЪййМого изменени  угла опережени ; на фиг. 3 - график изменени  пилообразного нап1Л1жени  системы фазового управлени  тиристорами инвертора и соотношени  сигналов управлени . Двухзонный вентильный электродвиг телЬ имеет управл емый вьшр митель 1, который подключен через инвертор 2 к синхронной машине 3. Обмотка возбуждени  синхронной машины 3 питаетс  от управл емого выпр мител  4. Имеетс  трансформатор 5 напр жени , датчик б тока, йыхОды которых подключены к системе 7 фаэ1ШЪ1Ъуправ еМй  и регулировани  выпр мител . К управл ющим элёктрОдам тиристоров выпр мител  1 и 2 п6д К 11бчёнЫ вйходы сиСтем 8, 9 импульсного управлени ,входы коТорьйс подключены к выходу блока 10 сдвбё нй;й ™1ЙйгГуж ео в УП рав ле и и   j п ред йазначенного дл  обеспечени  одновреNfeHHoro бткрЫЁгани  соответствующих ти зисторОв выпр мител  и инвертора врежимё 1Трерывистых токов. Входы блока 107 сдбОёЯй  импульсов подключены к вьпсоду системы 7 регулирований выпрййите л  и системы 11 регулировани  инвертора. Имеетс  регул тор 6 Ьй КЬТОЬЬго подключен к датчику 13 частоты вращени  и полоШйй  рб 5рг1 и выходу трансформатора 5. Вых6д рёгул ТОра пуска подключен на входы систем 7 и 11. Регул тор 12 пуска предназначен дл  управлени  коммутацией тиристо1рОв инвертора в зоне низких частот вращёни , когда ЭДС фаз синхронной Машины Мала и недостаточна дл  осуществлени  коммутации (при мал:ых частотах вращени  коммутаци  тирисТорбв ийВе1рТОра осуществл етс  мсто дом прерывани  тока, основанном на поочередном переводе тиристоров вып р мител  1 в инверторный режим и об ратно) г Входы регул тора 11 подключены к датчику 13 частоты вращени  и положе ни  ротора и к логическому устройст ву 14 выбора угла управлени  инвертора 2, входы которого подключены к выходу системы 7 фазового управлени  и регулировани  и выходам устройств 15, 16 задани  угла управлени  тирис торами инвертора в двигательном и то мозном режимах соответственно. При этом устройство 16 задает также угол управлени  тиристорами инвертора 2 в двигательном режиме при малой частоте вращени . Входы устройства 15 под ключены к датчику 17 тока возбуждени датчику 6 тока нагрузки и через стабилитрон 18 и согласующий усилитель 19 - к датчику 13 частоты вращени . Имеетс  система 20 регулировани  выпр мител  4, выход которой подключен к управл ющим электродам тиристоров выпр мител , а вход подключен к регул тору 21 выпр мленного напр жени  инвертора и тока возбуждени  синхронной машины. Вход регул тора 21 подключен к источнику задающего напр жени  Uj и датчику 22 выпр млен ного напр жени  инвертора 2. Устройство 15 задани  углов управлени  тиристорами инвертора состоит из генератора 23 пилообразных напр жений и управл ющего органа 24. На фиг. 2 представлена крива  нео ходимого изменени  угла опережени  открывани  тиристоров инвертора ft относительной частоты вращени  в двигательном режиме вентильного элек родвигател  при номинальном токе дл  коммутационного сопротивлени  фаз, равного 0,2 о.е. (в долевых величинах по отношению к номинальному ) I рассчитанна  по ф ормул е ( if arccos(i-x 1 (jm ш d/ Если увеличить ), вместо 36 эл. град, до 43 эл.град., то коэффициент мощности двигател  вместо tyf 0,3249 станет ,62/19, т.е. ухудшитс . Величины необходимого приращени  угла в функции тока возбуждени  Др , тока нагрузки АР-эа. функции частоты вращени  i представлены на фиг. 2. При этом значени  токов возбуждени  дл  заданных частот вращени  при н ты по нормальной характеристике хо лостого хода синхронных машин. Пользу сь данными кривых, можно получить эмпирическую формулу дл  расчета угла ( , 4В 1г л.« - а Причем, слагаемое c;jg действует 3 1 до точки А, ос остава сь в дальнейшем практически посто нным, . а слагаемое с дии действует после Г точки А (,25). Схема работает следующим образом. В исходном состо нии и утлы управлени  тиристорами выпр мител  1 эл.град. С датчика 13 через устройства 16,14 сигнал управлени  поступает на два тиристора интертора 2,Однако при U 0 ток в силовой цепи отсутствует и ротор синхронной маши- ны неподвижен. При этом сигналом U. через регул тор 21 и СИФУВ2 20 углы управлени  выпр мител  4 устанавливаютс  такой величины, чтобы rto обмотке возбуждени  синхронной машины протекал ток, создающий номинальный поток возбуждени . При по влении задающего напр жени  Uj углы управлени  тиристорами выпр мител  1 станов тс  меньше 90 эл.град. и по двум фазам сйнхронноймаЩкны протекает ток, сЬздава  вращающий момент . До 5-10 Гц частоты статора синхронной машины коммутаци  тирис- торов инвертора осуществл етс  методом прерывани  тока с углами опережени  открывани  тиристоров . При достижении граничной частоты регул тор 12 пуска выдает сигнал перехода на коммутацию тиристоров инвертора за счет ЭДС фаз синхронной машины. При этом углы управлени  устанавли- ваютс  задатчиками 15 и завис т от величины тока нагрузки. До номинальной частоты вращени  ; ток возбуждени  посто нен и сигнал с датчика 17 тока не измен етс . Сигнал по скорости.с усилител  19 также меньше порога стабилитрона 18 и не поступает на вход управл ющего органа 24. При достижении номинальной частоты враЩёКй  ЭДС синхронной машины возрастает настолько, что сигнал с датчика 22 напр жени  становитс  близким к напр жению Uj и сигнал с регул тора 21 начинает уменьшатьс , углы управлени  тиристорами выпр мител  4 увеличиваютс  и ток возбуждени  уменьшаетс  . Частота вращени  синхронной машины возрастает при неизменном выпр мленном напр жении инвертора 2. Одновременно уменьшаетс  сигнал с датчика 17 тока и результирующий сигнал с управл ющего органа 24. Углы управлени  тиристорами инвертора 2 увеличиваютс , обеспечива  коммутационную способность инвертора при росте коммутационного сопротивлени  из-за увеличени  частоты вращени . При достижении частотой вращени  заданной величины, когда сигнал с датч ,ико1 13 частоты вращени  и усилител  19 становитс  равным порогу ста- , билитрона, вступает в действие канал регулировани  углов |Ь инвертора 2 по

частоте вращени  ротора синхронной машинц, обеспечива  соблюдение заданного закона изменени  угла соответствии с графиком фиг. 2. Поэтому сдвиг первых гармоник тока и напр жени  фаз синхронной машины получаетс  минимальным, минимальные и величины токов фаз синхронной машины и потери активной мощности, а значит и ее нагрев . Это в конечном итоге приводит к снижению массы и габаритов синхронной машины примерно на 5-10%.

Формула . изобретени 

Двухзонный вентильный электродвигатель , содержащий индуктор с обмоткой возбуждени ,  корь с обмоткой, фазы которой подключены через инвертор и управл емый выпр митель к сети переменного тока, системы фазового управлени  выпр мител  и инвертора, выходы которых подключены через блок сдвоени  импульсов и системы импульсного управлени  к управл ющим электр дам тиристоров Выпр мител  и инвертора , устройства задани  угла управлени  тиристоров в двигательном й то рмЬэном режимах, выходы которых подключены через, логическое устройство к входу системь управлени  ин - . -и . .

вертором, управл емый выпр митель дл  питани  обмотки возбуждени  синхронной машины с системой регулировани  тока возбуждени  и выпр мленного напр жени  инвертора, входа которой подключены к источнику задающего напр жени , датчику выпр мленного напр жени  инвертора и датчику тока возбуждени , тахогенератор и датчик положени  ротора, отличающийс   тем, что, с целью повышени  энергетических показателей и равномерности вращени , при регулировании его частоты вращени  с посто нной мощностью , один из входов устройства задани  углов управлени  тиристорами инвертора в двигательном режиме подключен к выходу датчика тока возбуждени  вентильного электродвигател , второй из входов подключен через стабилитрон к тахогенератору.

.Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

1.Тулупов В. Д. Автоматическое регулирование сил т ги и торможени 

в электроподвижном составе. М., Транспорт , 1976, с. 41-43.

2.Gunter Golz, Peter Grumbrecht und Frank Hentsche) Uber neue Betriebsartfen der S t romr I ch termasch i ne synchroner Bauar t . Wi ss Ber. AEGTELEFUNEEN 48, 1975, 4, 170-180.

Claims (2)

1. Формула , изобретения

   Двухэонный вентильный электродвигатель, содержащий индуктор с обмоткой возбуждения, якорь с обмоткой, фазы которой подключены через инвертор и управляемый выпрямитель к сети переменного тока, системы фазового управления выпрямителя и инвертора, выходы которых подключены через блок сдвоения импульсов и системы импульсного управления к управляющим электро дам тиристоров выпрямителя и инвертора, устройства задания угла управления тиристоров в двигательном и тормозном режимах, выходы которых подключены через, логическое устройство к входу системы управления ин вертором, управляемый выпрямитель для питания обмотки возбуждения синхронной машины с системой регулирования тока возбуждения и выпрямленного напряжения инвертора, входы которой подключены к источнику задающего напряжения, датчику выпрямленного напряжения инвертора и датчику тока возбуждения, тахогенератор и датчик положения ротора, отличающийс я тем, что, с целью повышения энер’0 гетических показателей и равномерности вращения, при регулировании его частоты вращения с постоянной мощностью, один из входов устройства задания углов управления тиристорами 15 инвертора в двигательном режиме подключен к выходу датчика тока возбуждения вентильного электродвигателя, второй из входов подключен через стабилитрон к тахогенератору.

   20 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

   1. Тулупов В. Д. Автоматическое регулирование сил тяги и торможения в электроподвижном составе. М., Транjc спорт,’ 1976, с. 41-43.
2. 2. Gunter Golz, Peter Grumbrecht und Frank Hentschel Uber neue Be t riebsarten der Stromrlcht'ermaschine synqhroner Bauart Wiss? Ber. AEG- „ TELEFUNEEN 48, 1975, 4, 170-180.

   Фиг!

   Фиг.5

   ВНИИПИ Заказ 8161/68 Тираж 783 Подписное

   Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4