SU970578A1 - Вентильный электродвигатель - Google Patents

Description

(54) ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ Изобретение относитс  к электротехнике, в частности к электродвигател м дл  регулируемого электропривода и может найти применение в электроприводах металлорежущих станков и других механизмов. Известен вентильный электродвигатель (БД) содержащий датчик положени  ротора, каждый чувствительный элемент которого соединен чере группы многовходовых логических схем И с входами, по крайней мере, двух усилителей мощности, осуществл ющих подключение секций обмотки  кор  к источнику посто нного тока, причем вторые входы схем И каждой группы соединены с соответствующими входами командного устройства 1 . . Недостаток такого ВД заключаетс  в невозможности плавного в щироких пределах регулировани  угла опережени  включени  силовых вентилей дл  обеспечени  высоких энергетических показателей ВД и коммутации тока тиристоров инвертора в случае применени  ВД с зависимым инвертором, что отрицательно вли ет на динамические характеристики двигате , л . Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности вентильный Двигатель, содержащий синхронную машину, секции  корной обмотки которой подключены через инвертор к источнику регулируемого напр жени , имеющему щирокий (0-180 эл.град) предел регулировани  угла опережени  открывани  тиристоров инвертора, индуктор,  корь, секции обмотки которого через ключи инвертора подключены к регулируемому выпр мителю, датчик положени  ротора, состо щий из высокочастотного генератора, выходных обмоток и усилителей, причем к выходным каналам усилителей датчика положени  ротора подключены входы генератора пилообразных напр жений, преобразовател  частоты в напр жение и первые входы логических схем совпадени , объединенных выходными зажимами по три на каждый канал зшравлени , нуль-орган, преобразователь опорного напр жени , вход которого подключен к выходу задатчика углов управлени , выход нуль-органа подключен на вторые входы логических схем совпадени , а каждый из трех выходов преобразовател  опорного 397 напр жени  подключен к одному из третьих входов логических схем совпадени  одного канала управлени , объединенные выходы логических схем совпадени  каждого канала управлени  .подключены на входы статических триггеров, включенных по кольцевой пересчетной схеме, н импульсные устройства управлени  инвертором, входы которых подкшочены к выходам статических триггеров, а выходы - на входы ключей инвертора, ири вращении ротора ВД на выходе усилителей датчика положени  ротора по вл ютс  сигналы (логическа  единица ) длительностью 60 эл.град частота следовани  которых в устройстве преобразуетс  в напр жение и подаетс  на вход генератора пилообразных напр жений. При этом наклон пилы пропорционален выходному напр жению уст ройства, частоте следовани  сигналов с датчика положени  ротора, а значит,и скорости двигател  и амплитуда пилы не зависит от скорости Сигнал на переключение ключей инвертора пост пает через импульсные устройства управлени  с выхода статических триггеров, которые, в свою очередь, управл ютс  сигналом с объединенных выходов логических схем совпадени , по вл ющимс  при наличии на всех трех, вхо дах одной из них логических едиьшц. При этом .генератор пилообразных напр жений регулирует фазу сигнала зшравлени  в пределах О- 60 эл.град, а преобразователь опорного напр жени  - на величину, кратную 60 эл.град. Сигналы с выхода датчика положени  ротора, определ ют зону прохождени  данлых сигналов на вход статического триггера и секцию синхронной машины, по которой должен быть пропущен ток при данном положении ротора 12. , Недостатком известного ВД  вл етс  отсутствие информации на входах статических триггеров в первый момент после подачи напр жени  питани  на силовые цепи и цепи управ лени  (на всех трех выходах командного устройства присутствуют логические нули, на выходе всех логических схем совпадени  - также нули). Поэтому статические .триггеры могут находитьс  в произвольном состо нии и подать управл ющий сигнал на ключи инвер тора, не соответствуюпдае положе «по датчика положени  ротора ВД. При этом пусковой .момент, несмотр  на наличие бол&шого тока, может быть близок к нулю. .Мгновенное значение момента, развиваемого двигателем при протекании посто)шного тока п двум 96КЦИЯМ ВД, зависит от положени  ротора и определ етс  формулой М MI CI C-COS© , где MjjiaKc - максимальное момента ВД; 9 - угол сдвига ротора от положени , соответствующего максимальному момецту. При работе ВД с углами опережени  открыани  ключей инвертора по отношению к точке ересечени  фазных ЭДС ft О, что соответтвует 9н -2-, угол в мен етс  в пределах {, J.. и мгновенные значени  момента ор ишь на 14% меньше его максимального значеи . Но если включить двигатель в мрмент, огда /S -4-, то, несмотр  на наличие тока секци х, момент ВД будет равен нулю (0н - 90 эл.град) и его ротор остаетс  в неподвижном состо нии. То же происходит и при ( -у , но при наличии момента статической нагрузки на валу. Аналогичное  вление наблюдаетс  и при смене направлени  вращени  двигател , когда состо ние некоторых статических триггеров до прихода новой информации соответствует прежнему вращению и углы управлени  ключами инвертора не соответствуют оптимальным значени м . Кроме того, при применении зависимого инвертора с коммутацией тиристоров за счет ЭДС фаз синхронной машины несоответствие углов управлени  заданным при переключении режимов работы может привести к прорыву инвертора и отключению двигател . Таким образом, известный ВД не обеспечивает пуск с номинальным статическим моментом на валу и имеет неудовлетворительные динамические характеристики. Цель изобретени  - улучшение динамических характеристик вентильного двигател  путем увеличени  начального значени  момента ВД при пуске, реверсе и изменении режима ра13оты. Указанна  цель достигаетс  тем, что в вентильный электродвигатель, содержащий синхронную машину , секции  корной обмотки которой подключены через инвертор к источнику регулируемого напр жени , датчик положени  ротора, генератор пилообразного напр жени , нуль-органы, выходы которых св заны с входами логических схем совпадени , у которых объединены выходы каналов управлени , статические триггеры и узел фиксащш исходного состо ни  схемы, введены две группы логических схем совпадени , первые входы которых подключены непосредственно или через инвертирующие логические схемы на соответствующие выходы датчика положени  , ротора, вторые входы введенных логических схем совпадени  первой группы подключены непосредственно или через инвертирующую логическую схему к выходам логических схем совпадени  с объединенными выходами.

а выходы - на входы соответствующих статических триггеров, вторые входы логических схем совпадени  дополнительно введенной второй группы объединены и подключены непосредственно или через логическую схему И-НЕ на выход узла фиксации исходного состо ни  схемы.

Вторые входы логических схем совпадени  дополнительно введенной второй фуппы могут быть подключены непосредственно или через логическую схему И-НЕ на выход логического устройства бестокового переключени  режимов работы двигател .

(Кроме того, могут быть введены ключи и узел дифференцировани  фронтов сигналов с индикатора направлени  вращени , выход которого подключен непосредственно или через логическую схему И-НЕ на вторые входы логических схем совпадени  дополнительно введенной второй группы, ключи включены между выходами датчика положени  ротора и первыми входами логических схем совпадени  дополнительно введенной первой группы.

На фиг. 1 представлена принципиальна  схема вентильного электродвигател ; на фиг. 2 - временные диаграммы, по сн ющие его работу

ВД содержит синхронную машину 1 (СМ), секции  корной обмотки которой через инвертор 2 подключены к источнику 3 регулируемого напр жени , состо щему , например, из регулируемого выпр мител  4 с системой

5импульсно-фазового управлени , системой

6регулировани  тока и скорости, датчиком

7нулевого тока и задатчиком 8 скорости

. и направлени  вращени  и датчик 9 положени  и пути ротора.

К выходам каналов датчика 9 пути подключены входы индикатора 10 направлени  вращени  и генератора 11 пилообразных напр жений , содержащего, например, счетное устройство и преобразователь код-аналог. Выход генератора пилообразных напр жений подключе на входы нуль-органов 12-14, имеющих разный уровень смещени  рабочей точки. Вторые входы нуль-органов объединены и подключены на выход задатчика 15 угла управлени  инвертором. Устройство также содержит по три на каждый канал логических элемента совпадени  с объединенными выходами (на первый канал - логические схемы 16-18), первые входы которых непосредственно или через ключи 19 (дл  реверсивного ВД) подключены на выходы соответств}тощих нульорганов . Вторые входы логических схем 1618 подключены на соответствующие выходы устройства 20 преобразовани  сигналов с дат-чика положени  ротора в импульсы длительностью 60 эл.град. Выходы устройства 20 через дифференцирующие цепочки 21 подключены также на вход генератора 11 пилообразных напр жений. Объединенные выходы логических элементов совпаде1ш  16-18 подключены через инвертирующую логическую схему 22 на входы логических элементов 23 и 24 совпадени  дополнительно введенной первой группы, вторые входы которых подключены соответственно непосредственно и через инвертирующий логическнй элемент 25 (дл  других каналов управлени  - через логические схемы 26 и 27) и ключи 28 (дл  реверсивного ВД) на вход датчика положени  ротора. Первые входы логических схем 29 и 30 совпадени  дополнительно введенной второй группы подключены соответственно непосредственно и через инвертирующий логический элемент 31 (дл  других каналов управлени  через логические элементы 32, 33) на выход датчика положени  ротора ВД.

В нереверсивном ВД вместо двух групп инверти .рующих логических элементов 25-27 и 31-33 может использоватьс  только одна, например 31-33. Вторые входы логических элементов 29 и 30 совпадени  дополнительно введенной второй группы объединены и подключены через логическую схему И-НЕ 34 на выходы узла 35 дифференцировани  фронтов сигналов с индикатора направлени  вращени , узла 36 фиксации исходного состо ни  схемы, представл ющего собой, например, релейт ш элемент, включенный в исходном состо нии схемы, и логическое устройство 37 бестокового переключени  режимов работы. Соответствующие выходы дополнительно введенных логических элементов совпадени  первой и второй групп объединены и подключены на входы статических триггеров (дл  первого канала управлени  - на вход статического триггера 38), выходы которых непосредственно или через ключи 39 (дл  нереверсивного ВД с торможением и реверсивного ВД) подключены к соответствующим входам дешифратора сигналов с триггеров, выполненных на логических элементах И-НЕ 42- 47. Логические элементы 16-18, 22-24, 29 и 30 с триггером 38 и ключами 39 предназначены дл  формировани  зон управлени  противофазными тиристорами инвертора, подключенными к фазе А синхронной машины. Дл  управлени  противофазными тиристорами инвертора , подключенными к фазам В и С синхронной машины, служат аналогичные группы схем 40 и 41.

Выходы дешифратора на логических элементах 42-47 подключены на входы импульсных устройств 48-53 уйравлени  тиристорами инвертора.

Claims (3)

1. На фит. 1 и 2 прин ты также следующие обозначени : Uj.- импульсы, управлени  трристоров вьтр мител  и инвертора; Ц.и, и - логические сигиалы на выходе датчика положени  рото|)а; и - напр жение на выходе генератора шшообразнь1х напр жений 11 и смещенные пилообразные напр жени  на входе нуль-органов 12-14; Цл, М(2|, Ц 11 логические сигналы на вы ходе нуль-органов 12-14 и логического элемента 22; напр жение на выходе задатчика 15 угла управлени ; 201 10 г- логическиесигналь на выходах 1, 2 и 3 устройства 20; логические сигналы на выходе дифференщгрующих цепочек 21; и и л. - логические сигналы на первом iV 14 входе логических элементов 23 и ,„.6b.lГ логические сигналы на пер вом и втором выходах ста тического триггера 38; и,,- логический сигнал на выходе логического элемента И-НЕ 34. В исходном состо нии схемы на вьЕХоде задатчика 8 скорости присутствует нулевой сигнал, углы управлени  тиристорами выпр ми тел  4 близки к 160 эл. град и напр жение на выходе источ1шка 3 регулируемого напр жени  равно нулю . На выходе узла 36 фиксации исходного состо ни  схемы находитс  логический нуль, который переводит сметное устройство.генератора пилообразных напр жений в исходное состо ние, когда на его выходе также присут ствует нулевой сигнал. При этом в зависимости ; от уровн  сигн ла с устройства 15 логический нуль может быть на выходе всех нуль-органов или тольк двух. В первом случае на выходе логических элементов 16-18 совпадени  первого канала управлени , а также аналогичных схем других каналов по вл етс  логическа  единица, на выходе инвертирующего логического элемента 22 - логический нуль, а выходах схем 23 и 24 - логическа  единица, котора  не вли ет на состо ние триггера 38. Одновременно на выходе логического эле мента И-НЕ 34 под действием сигнала с узл 36 по вл етс  логическа  единица, котора  снимает блокировку с входа логических злементов 29 и 30 совпадени . При этом сигнал на выходе схем 29 и 30, а значит, и состо ние триггера 39 определ етс  сигналом на их Первых входах с датчика положени  ротора. Во втором случае, когда на выходе одного из нуль-орагнов находитс  логическа  единица, сигналы на выходах логических элементов 23 и 29, 24 и 30 совпадают и определ ютс  сигналами с датчика положени  ротора. Сигналы с выходов статических триггеров через ключи 39 (дл  первого канала управлени ) поступают на входы элементов 42-47, совпадени , на третьи входь которых поступает сборка импульсов управлени  регулируемого выпр мител  и импульсы управлени  тиристорами , инвертора, сформированные, например, по ронтам переключени  триггеров 38 и тригге- . ров других каналов управлени . При наличии логических единиц на всех третьих входах соответствующих двух из шести логических элементов 42-47 m их выходах по вл етс  логический нуль, а на выходе двух из шести импульсных устройств 48-53 по вл етс  управл ющий сигнал, который открывает соответствующие два тиристора инвертора. Но поскольку на выходе выпр мител  3 напр жение отсутствует, то ток в секци х синхронной машины не протекает и ротор двигател  неподвижен. При по влении напр жени  на выходе задатчика скорости заданной пол рности, соответствующей , например, направлению Вперед углы управлени  тиристорами выпр мител  4 станов тс  меньше 90 эл.град и на выходе выпр мительного моста 4 по вл етс  напр жение . Одновременно логическое устройство 37 переключаетс  в состо ние, соответствующее направлению Вперед, перевод  при этом ключи 39 в положение, когда на входы логических элементов 42-47 поступают сигналы с выходов триггеров 38 (дл  первого канала управлени ), также соответствующие направлению Вперед. На выходах двух импульснь1х устройств по вл ютс  управл ющие импульсы, два тиристора инвертора 2 открываютс  и по секци м См в соответствии с состо нием датчика положени  ротора начинает протекать ток и ротор двигател  поворачиваетс  на определенный угол. Индикатор 10 направлени  вращени  включаетс  в состо ние, соответствующее направлению Вперед, включа  в этом же направлении клюта 19 и 28. При повороте ротора на выходе генератора И пилообразных напр жений сигнал снижаетс  по линейному закону (может быть построена схема ВД, работающа  и на нарастание сигнала на выходе генератора пилообразных напр жений ). При уменьшении на входе нуль-органа, например , 12 суммы сигналов с генератора 11 и источника смещени  ниже сигнала с задатчика 15 на его выходе по вл етс  логическа  единица, котора  поступает на первый вход логического элемента 16 первого канала упра лени  и первые входы аналогичных схем второго и третьего каналов управлени . При этом в соответствии с 60 град, зоной разрешени  (наличие логической единицы на втором вход например, логической схемы 16 с устройства 20) сигнал с нуль-органа проходит через логический элемент 22 на вход логических элем тов совпадени  23 и 24, на одт из первых входов которых, например 23, поступает сигнал разрешени  (логическа  единица) длительностью 180 эл.град через ключи 28 с датчика 9 положени  ротора. При наличии двух логических единиц на входе логического элемента 23 на ее выходе по вл етс  логический нуль который переключает статический триггер 38 Сигнал на входах логических схем И-НЕ 42, 43, 46 и 47 мен етс , что приводит к включению других импульсных устройств и открытию другой пары ключей инвертора 2. При этом ток нагрузки протекает по другим секвд м СМ и ротор двигател  начинает поворачи ватьс  на следующие 60 эл.град. В моменты смены сигналов с каналов датчика положени  ротора (через 60 эл.град) дифференцирующие цепочки 21 пропускают передний фронт сигнала на вход генератора пилообразных напр жений, который приводит генератор в исходное состо ние. При дальнейшем повороте ротора сигнал на его выходе вновь снижаетс  по пр молинейному закону и после его уменьшени  ниже задающего с задатчика 15 вновь включаетс  нуль-орган и сигнал с него проходит в соответствии с зонами разрешени  с устройства 20 и датчика положени  ротора на вход статического триггера , но уже другого канала управлени . Внов происходит переключение ключей инвертора 2 и поворот ротора еще на 60 эл.град. СМ работает в двигательном режиме. При этом на выходе узлов 35 и 36 присутствуют логические единицы, а на выходе логической схемы И-НЕ 34 - логический нуль, который запрещает прохождение сигнала с датчика положени ротора на логические элементы 29 и 30 и вход статического триггера и последний управл етс  сигналами с нуль-органа в соответствии с сигналами зон разрешени  с датчика 9, поступак щими через ключи 28 и логичес кие элементы 25-27 на входы логических элементов 23 и 24. Сигнал на перевод ВД в тормозной режим или на реверс поступает с системы 6 регулировани  тока и скорости ВД. При этом тиристоры выпр мител  4 перевод тс  в инверторный режим, ток секции СМ спадает до нул , логическое устройство 37 переключаетс , переключа  ключи 39 таким образом, чтобы фаза сигналов со статических триггеров на входы логических элементов 42-47 сменилась на 180 эл.град. Одновременно в момент переключени  логического устройства 37 на одном из его выходов кратковременно по вл етс  логический нуль, который поступает на вход логического элемента И-НЕ 34. На ее выходе по вл етс  логическа  елиница, котора  поступает на входы логических элементов 29 и 30 первого канала управлени  и входы аналогичных схем других каналов зшравлени . При этом на их выходах по вл ютс  сигналы в соответствии с сигналами датчика 9, привод  в соответствие с ними состо ние статических триггеров. Если в первый момент после исчезновени  логического нул  на входе элемента 34 сигналь на выходе нуль-органов 12-14 равны , то углы управлени  тиристоров инвертора 2 усганавливаютс  в соответствие с датчиком положени  ротора, сохран   свое значение до прихода информаш1и с нуль- органов. Аналогшшым образом происходит обновление информации на входе статических триггеров и при смене направлени  вращени « При этом в случае переключени  индикатора направлени  вращени  через узел 35 дифференцировани  фронтов сигналов на входе логического элемента 34 по вл етс  кратковременно логический нуль, а на его выходе - логическа  единица, разреша  прохождение сигналов с датчика 9 на вход стат1тческих триггеров. Таким образом, благодар  использованию вновь введенных элементов перед пуском, сменой направлени  вращени  и при переключении режима работы происходит установка статтеских триггеров в соответствие с датчиком положени  ротора, а значит , и углов управлени  ключами 1гавертора соответственно заданным . Это повышает пусковой момент двиптел , улучшает его динамические характеристики и позвол ет применить наиболее простой тип инвертора - зависимый, где коммуташ{  тока тиристоров осуществл етс  за счет ЭДС секции вентильного двигател . Формула изобретени  1. Вентильный электродвигатель, содержаий индуктор,  корь с обмоткой, секции котоой подключены через инвертор к источнику егулируемого напр жени , датчик положени  отора, генератор пилообразного напр жени , уль-органы, выходы которых св заны с вхоами логических элементов совпадени , у коорых объединены выходы каналов управлени , татические триггеры и узел фиксации исходого состо ни  триггеров, отличаюП97

   щ и и с   тем, что, с целью улучшени  динамических характеристик вентильного двигател , введены две группы логических элементов совпадени , первые входы которых подключены к выходу датчика положени  ротора, вторые входы введенных логических элементов совпадени  первой группы подключены к выходам логических элементов совпадени  с объединенными выходами, а выходы соединены с входами статических триггеров, вторые входы логических элементов совпадени  введенной второй группы объединены и подключены к выходу узла фиксации исходного состо ни .
2. 2. Электродвигатель по п. 1, о т л и ; чающийс  тем, что он снабжен блоком бестокового переключени  режимов работы двигател , к выходу которого подключены вто12

   рые входы логических элементов совпадени  введенной второй группы.
3. 3. Электродвигатель по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с   тем, что дополнительно введены ключи и узел дифференцировани  фронтов сигналов с индикатора направлени  вращени , выход которого подключен на вторые входы логических элементов совпадени  введенной второй группы, ключи подсоединены между выходами датчика положени  ротора и первыми входами логических элементов совпадени  введенной первой группы.

   Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

   1.Авторское свидетельство СССР № 524275, кл. Н 02 К 29/00, 1973.

   2.Авторское свидетельство СССР № 527804, кл. Н 02 К 29/00, 1974.