SU1136267A1 - Вентильный электродвигатель - Google Patents

Abstract

I. ВЕНТЙЛЬНЬЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ , содержащий Р-полюсный ротор, статор с расположенной на нем обмоткой  кор , секции которой подключены к нреобразователю частоты, содержащему выпр митель, управл кнцие цепи ко- S торого подключены к выходу блока импульсно-фазового управлени  вьшр мителем , инвертор и блок импульсно-фазового управлени  инвертором, а также блок регулировани , входы которого подключены к выходам тахогенерато . ра и импульснод о датчика положени  ротора, а выходы - к первым входам блоков регулировани  выпр мленного тока и импульсно-фазового управлени  инвертором, второй вход блока регулировани  выпр мленного тока подключен к выходу датчика посто нного тока, а его выход - к входу блока импульснофазового управлени  выпр мителем. отличающийс  тем, что, с целью повышени  энергетических показателей за счет приближени  формы фазного тока к форме фазной ЭДС, введены П управл емых вентильных мостов, которые включены между собой и управл емым мостом инверторА тока параллельно по цегм посто нного тока через дополнительно введенные ypasHfrтельные реакторы, а но цепи переменного тока - непосредственно, а также коммутатор, включенный между управл ющими цеп ми инвертора и блоком импульсно-фазового закривлени  инвер- тором, при эеом второй вход блока импульсно-фазопого управлени  инвертором подключен к выходу датчика посто нного тока. 2. Электродвигатель по п., о т личающийс  тем, что блок управлени  инвертором снабжен П -f 1 фазосдвигающиьш узлами и п сумматорами , объединенные первые входа которых и вход одного из фазосдвиганг :о щих узлов образуют первый вход блока импульсно-фазового управлени  инвертором , объединенные вторые входы ND сумматоров образуют второй вход блока импульсно-фазового управлени  инвертором, третьи входы сумматоров также объединены и предназначены дл  подключени  к источнику опорного напр жени , а ыходы сумматоров подключены к входам фазосдвигающих узлов , выходы которых образуют выход блока импульсно-фазового управлени  инвертором.

Description

Изобретение относитс  к электротехнике , в частности к электродвигател м дл  регулир уемого электропривода , и может найти применение в электроприводах металлорежущих станков и других механизмов. Известен вентильный двигатель, содержащий ротор,  корь с обмоткой, секции которой подключены через инвертор к источнику регулируемого напр жени  S, а также датчик положени  ротора, подключенный к блоку регулировани  pi. Недостатком устройства  вл ютс  низкие энергетические показатели изза несовпадени  формы фазного тока и формы ЭДС, Наиболее близким к изобретению по - тезшической сущности  вл етс  вентильный электродвигатель, содержащий Р-полюсный ротор, статор с расположенной на нем обмоткой  кор , секции которой подключены к преобразователю частоты, содержащему выпр митель, управл ющие цепи которого подключены к вькоду блока импульсно-фазового ущ авлени  вьтр мителем, инвертор и блок ишгульй о-фазового управлени  инверторомi а также блок регулировани  s входы которого подключены к выходам тахогенератора к импульсного датчика положени  ротора, а выходы к пераьп4 входам блоков регулировани  вьтр млешюго токи и импульсно-фазового управлени  инвертором, второй вход блокарегулировани  выпр мленного тока подключен к выходу датчика посто нного тока,а его выход - к вхо ду блока импульсно-фазового зшравлени  выпр мителем 2. . Недостатком известного вентильного двигател   вл етс  высокий уровень высших гармоник в токе  кор  вентильного двигател , которые вызывают пульсации электромагнитного момента в дополнительные потери в рото ре электрической машины, что снижает энергетические показатели и срок службы двигател , особенно мощного, а также ограничивает его применение дл  механизмов, требующих широкого диапазона регулировани  скорости вращени .. . Цель изобретени  - повьшение энер гетических показателей за счет приближени  формы фазного тока к форме фазной ЭДС. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в вентильный двиг-чтель, содержащий Р-полюсный рртср 3 статор с расположенной на нем обмоткой  кор , секции которой подключены к преобразователю частоты, содержащему выпр митель , управл ющие цепи которого подключены к вьпсоду блока импульснофазового управлени  выпр мителем, инвертор и блок 1гмпульсно- фазового управлени  инвертором, а также блок регулировани , входы которого подключены к выхода тахогекератора и импульсного датчика положени  ротора, а выходы - к первым входам блоков регулировани  выпр мленного тока и импульсно-фазового управлени  инвертором , второй вход блока регулировани  выпр мленного тока подключен к выходу датчика пссто нного тока, а его выход - к входу блока импульснофазового управлени  выпр мителем, введены П управл емых вентильных мостов, которые включены между собой и управл емым мостом инвертора тока параллельно по цепи посто нного тока через дополнительно введенные уравнительные реакторы, а по цепи переменного тока непосредственно, а также коммутатор,, включенный между управл ющими цеп ми инвертора и блоком импульсно-фазового управлени  инвертором, при этом второй вход блока импульсно-фазового управлени  инвертором подключен к выходу датчика посто нного Tojca. Кроме того, блок управлени  инвертором снабжен п + I фазосдвигающими узлами и h сумматорами, объединенные первые входы которых и вход одного из фазосдвигающих узлов образуют первый вход блока импульсно-фазового управлени  инвертором, объединенные вторые входы сумматоров образуют второй вход блока импульсно-фазового управлени  инвертором, третьи входы сумматоров также объединены и предна- значены дл  подключени  к источнику опорного напр жени , а выходы сумматоров подключены к входам фазосдви- гающих узлов, выходы которых образуют выход блока импульсно-фазового управлени  инвертором. На фиг.1 изображена функциональна  схема вентильного двигател ; на фиг.2 - диаграммы работы основных функгщональных узлов двигател . Вентильный электродвигатель содер жит синхронную машину 1,  корна  обмотка которой подключена к инвертору 2 тока, 3 обмотка возбуждени  к возбудителю 3, выпр митель 4 с дат чиком 5 вьтр мпенного тока и сглаживающим; дросселем 6, подключенным к инвертору 2, блок 7 регулировани , подключенный первьи выходом к первому входу регул тора 8 тока, второй вход которого подключен к датчику 5 выпр мленного тока, а вьзход - к входу блока 9 импульсно-фазового управлени  выпр мителем, блок 10 импульсно-фазового управлени  инвертором с фазосдвигающими узлами 1 и 12 и cyм faтopoм 13, первый вход которого, объединенный с входом фззосдвигак цего узла 11, образуют первый вход блока 10 импульсно-фазового управле-го ни  инвертором, подключенкь й к второму выходу блока 7 регул гровани , второй вход сумматора 13 образует второй вход блока 10 импульсно-фазового управлени  инвертором, подключенный к выходу датчика 5 посто нного тока, а выход сумматора 13 подключен к входу фазосдвигающего узла . 12, выход которого и выход фазе- сдвигающего узла 11 образуют выход блока 10 импульсно-фазового управлени  инвертором, подключенный к входу коммутатора 14, выход которого, в свою очередь, подключен к управл югщим цеп м инвертора 2, а также техогенератор 15 и импульсный датчик 16 положени  ротора, св занные с валом синхронной машины 1 и подключенные соответственно .к второму и третьему входам блока 7 регулировани . Инвертор собран на управл емых вентил х 17 - 28 и подключен к цепи питани  через уравнительные реакторы 29 и 30. На фиг.2 обозначены кривые 31 фазных ЭДС синхронной машины 1, токи ; 2,протекающие через вентили 17- 22,токи. 33, -протекающие через вентили 23 - 28, крива  34 тока в фазе А синхронной машины, углыА Й опережени  включени  вентил ми ин . вертора, углы jf4. Уг коммутации вентилей 17 - 28, включаемьгх с углам опережени  включени  р, , /J соответст венно, временной сдвиг &(5 между на- чалами провод щего сото ни  вентилей инвертора , подключенных к одной фазе. Коммутатор может быть выполнен по одной из известных схем, а сумматор на основе операционного усилител , Вентильный электродвигатель работает следующим образом. В исходном положении напр51жеиие подведено к выпр мителю 4 преобразовател  частоты и возбудитетео 3, угол /3 опережени  управлени  инвертором 2 не равен нулю, сигналы управлени  1) задающее напр жение органа управлени  вентильным двигателем и Ug - напр жение управлени  возбудителем отсутствуют, синхронна  машика 1 стоит. Величина угла / , отсчитываемого относительно точки пересечени  линейных ЭДС холостого хода, ус-« танавливаетс  достаточной дл  обеспечени  коммутации вентилей йнвер- ; тора. При поступлении сигналом Uy и Ug от органа управлени  на входы блока. регулировани  и возбудител  3 форюгруетс  команда на пуск синхронной машины . При этом с первого выхода блока 7 регулировани  через блок 8 регулировани  тока и блок 9 импульсно-фазового управлени  выпр мителем поступает сигнал на открытие вентилей выпр мител  4, а с второго выхода блока 7 регулировани  через блок 10 импульсно-фазоЕэго управлени  инверторов и коммутатор 14 поступает сигнал на открытие вентилей инвертора 2. Возбу щенный ротор синхронной машины I начинает разворачиватьс . После поворота синхронней машины 1 на тактовый шаг .{бО эл.град.) по сигналу и шyльcнoгo датчика 16 положени  ротора , поступающему на вход блока 7 регулировани , блок 7 регулировани  производит операцию по искусственной коммутации вентилей инвертора 2 -путем кратковременного перевода выпр мител  4 в режим инвертировани . Последующие такты коммутации вентилей инвертора 2 (при работе синхронной машины 1 в диапазоне частот О - 0,1 номинальнойУ производ тс  аналогичн ым образом по командам, поступающим от датчика 16 положени  ротора. При достижении синхронной машиной I частоты вращени  0,1 синхронной по сигналу тахогенератора 15, поступаюЧ У а один из входов блока 7 регулировани , блок 7 регулировани  пе-. реводит инвертор 2 в режим естественной коммутации. 3 Работа вентильного электродвигател  в режиме естественной коммута ции инвертора 2 за счет ЭДС синхрон ной машины 1 осуществл етс  следунгщим образом. Напр жение, пропорциональное выпр мленному току вьшр мител  4, с датчика 5 тока поступает на соответствующий вход сумматора 3 блока 10 импульсно-фазового управлени  инвертором . На другой вход сумматора 13 и вход фазосдвигающего узла 11 подаетс  напр жение с блока 7 регулировани , а на третий вход сумматора 3 напр жение ( источника опор него напр жени . В сумматоре 13 осуществл етс  вьтолнение логической операции суммировани , что приводит к по влению на его выходе напр жени  (.+Up-K lJ (где К, - коэффициент пропорциональности; Ij - величина выпр мленного тока), которое поступает на вход фазосдвигающего узла 12 В результате на выходе фазосдвигающего узла 11 имеем шестифазную после довательность управл ющих импульсов с углом опережени  / , а на выходе фазосдвигаквдего узла 12 - шестифазну пос-педовательность управл ющих импульсов с углом опережени  + u ,4ir|5( - 4р1 f if-u/e-ifit Шестифазйые последовательности управл н цих импульсов, фаза которых |3, и Rg с выхода блока Ш импульснофазового управлени  инвертором посту пает на коммутатор 4, который распредел ет управл кшше импульсы мелоду управл емыми вентил мч инвертора так чтобы в один период своего провод щего состо ни  вентили, подключенные к одной фазе, напри|4ер вентили 17 и 23 включались с углом опережени  AI вк юченг  соответственно, в другой период - наоборот, с углами и , и т.д. Это приводит к тому, что в любой момент времени токи, протекающие через вентили, подключенные одинаково (либо своими анодами, либо своими катодами| к одной фазе синхронной машины, сдвинуты друг относительно друга на угол |ir p- |;-u| lj 4- f по частоте вращени  синхронной машины . Величина (п-И) рад., выбирает67 с  из расчета максимально возможного приближени  формы фазного тока к синусоидальной при малой нагрузке вентильного двигател , когда углы комму- таидии вентилей инвертора , . 5 0. Назначение составл ющей ftftf корректировать величину „.. „р„ нагрузке вентильного двигател  с тем, чтобы не нарушить услови , максимально возможного приближени  формы фазного тока к синусоидальной. Фазный ток, равный сумме упом нутых токов, в этом случае приобретает ступенчатую форму (число ступеней зависит от количества И мостов в инверторе ). Очевидно, что така  ступенчата  крива  ближе по форме к синусоидальной, чем крива  пр моугольной формы у известного устройства . В сформированной таким образом кривой ступенчатой формы присутствуют гармоники с номерами (6itl) ,2, 3,... При этом амплитуды- гартМОНИК с номерами (6111) , где i 1,2,3,.... без числа вида jn, j (1,00 ), снижаютс  как минимум в 33 ,5 раза. Например, при уменьшаютс  амплитуды гармоник с номерами 5,7,17,19,29,31,..., при . ; уменьшаютс  амплитуды гармоник с номерами 5,7, 1 1 , 13,23,25,29,31 ,... и т.д. Уменьшение высших гармоник в токе и МДС  кор  двигател  позвол ет уменьшить или даже полностью избавитьс  от паразитных электромагнитных моментов, повьш1а  тем самым энер гетические характеристики электропривода . Из-эа уменьшени  высших гармоник уменьшаютс  потери в успокоительной обмотке- и обмотке возбуждени , а также в стали ротора. Потери в меди  корной обмотки также уменьшаютс , но незначительно, поскольку некоторое рассогласование между углами опережени  включени  приходитс  коггпенсировать увеличением величины входного тока при прочих равных услови х . Поэтому несмотр  на то, что добавочные потери в  корной обмотке вентильного двигател , обусловленные токами высших гармоник, уменьшаютс  значительно (как миниму - в 4,7 ра7 .. S) потери в  корной обмотке умень- иаготс  Bcefo в 1,2-1,3 раза. , Уравнительные реакторы обеспечивают не только нормальную работу инвертора с заданным алгоритмом переключени  вентилей, но и выполн ют роль сглаживающих фильтров, уменьшающих пульсации входного тока инвер тора и, тем самым, способствующих уменьшению добавочных потерь. Кроме того, установленна  мощность уравнительных реакторов составл ет 0, от мощности вентильного двигател  и очевидно, что такое увеличение может быть скомпенсировано уменьш1ением мощности сглаживающего дроссел  в цепи выпр мленного тока. Таким образом, в вентильном электродвигателе форма тока  кор  приближаетс  к форме противс-ЭДС за 678 счет уменьшени , как минимум в 33 ,5 раза, уровн  гармоник (6111), где ,2,3,... без чисел вида j(n+l), ), (п+1) - количество управл емых мостов в инверторе. При этбы повышаетс  КПД двигател  на 2-3%, уменьшаютс  пульсации электромагнитного момента, расшир етс  рабочий диапазон регулировани  частоты вращени , что особенно важно в вентильных двигател х большой, мощности . Вентильный электродвигатель может найти широкое применение в.электроприводах металлорежущих станков и других механизмов ropHOpywf : и цементной промышленности, а также нефг т ной и газовой промышленности и на железнодорожном транспорте.

Т

Фиг.

Й . ,ч

К п TWh w 17 W

II

r

-

4;j

0Ut,t

Claims (2)

1. ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, содержащий Р-полюсный ротор, статор с расположенной на нем обмоткой якоря, секции которой подключены к преобразователю частоты, содержащему выпрямитель, управляющие цепи ко— s торого подключены к выходу блока импульсно-фазового управления выпрямителем, инвертор и блок импульсно-фазового управления инвертором, а также блок регулирования, входы которого подключены к выходам тахогенерато. ра и импульсного датчика положения ротора, а выходы - к первым входам блоков регулирования выпрямленного тока и импульсно-фазового управления инвертором, второй вход блока регулирования выпрямленного тока подключен к выходу датчика постоянного тока, а его выход - к входу блока импульснофазового управления выпрямителем, отличающийся тем, что, с целью повышения энергетических показателей за счет приближения формы фазного тока к форме фазной ЭДС, введены П управляемых вентильных мостов,. которые включены между собой и управляемым мостом инверторА тока параллельно по цепи постоянного тока через дополнительно введенные уравнительные реакторы, а но цепи переменного тока - непосредственно, а также коммутатор, включенный между управляющими цепями инвертора и блоком импульсно-фазового управления инвертором, при этом второй вход блока импульсно-фазового управления инвертором подключен к выходу датчика постоянного тока.

2. Электродвигатель по п.1, о т личающийся тем, что блок управления инвертором снабжен П + 1 фазосдвигающими узлами и η сумматорами, объединенные первые входа которых и вход одного из фазосдвигающих узлов образуют первый вход блока импульсно-фазового управления инвертором, объединенные вторые входы сумматоров образуют второй вход блока импульсно-фазового управления инвертором, третьи входы сумматоров также объединены и предназначены для подключения к источнику опорного напряжения, а выходы сумматоров подключены к входам фазосдвигающих узлов, выходы которых образуют выход блока импульсно-фазового управления инвертором.