SU744861A1 - Реверсивный вентильный электродвигатель - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к электротехнике , в частности к регулируемым электроприводам и может быть использовано в электроприводах металлорежущих станков. При создании реверсивных транзисторных вентильных электроприводо средней мощности основной проблемой  вл етс  защита транзисторов инвертора (коммутатора) от перенапр жений , вызываемых энергией, запасенно в индуктивности рассе ни  коммутиру мой фазы от тока нагрузки. Известны вентильные электродвигатели с транзисторным инвертором, в которых дл  защиты транзисторов от перенапр жений параллельно после ним в обратном направлении включены диоды 1 . Недостатком таких схем вентильных двигателейсостоит в том, что они не обеспечивают рекуперативного торможени  двигател , так как при этом транзисторный мост работает в выпр мительном режиме и неуправл емый диод и открытый транзистор закорачивают две фазы дв игател . Известен также вентильный двигатель с транзисторным инвертором, в котором энерги , запасенна  в магнитном поле секции, перенлпр жени  через обратные диоды (обратный выпр мительный мост) выдел етс  в конденсаторе , который в межкоммутационные интервалы разр жаетс  на резисторы и частично используетс  в цеп х управлени , содержгиций ротор, статор с обмоткой  кор , секции которой подключены к регулируемому источнику ЭДС, состо щему, например, из управл емого выпр мител , снабженного устройством импульсно-фазового управлени  и регул тором скорости и тока, через инвертор на транзисторах, базовые цепи которых подключены через устройство управлени  инвертором к датчику положени  ротора синхронной машины, тахометрическое устройство , мост обратного тока, подключенный зажимами переменного тока на выходные зажи1«1Ы инвертора, a зажимами посто нного тока-через транзисторные ключи к одноименным зажимам регулируемого источника ЭДС И . Основной недостаток известного двигател  заключаетс  в том, что при увеличении мощности двигателей и увеличении пусковых токов значительно возрастают его масса и габариты из-за больших габаритов конденсатора и разр дного резистора. Кроме того, при работе на больших скорост х значительно (ло 10%) снижа(тс  его КПД,

Цель изобретени  повышение коэффициента полезного действи  вентильного двигател , снижение его массы и габаритов.

Цель достигаетс  тем, что в схему вентильного двигател  дополнительно введены датчик нулевого тока , логические элементы ИЛИ, вклю:Ченные между цеп ми управлени  транзисторов инвертора и устройством управлени  инвертора, блок определени  режима работы двигател  (дЕ игательный или тормозной), состо щий, например, из п ти логических элементов , измерител  чередованк  .фаз и усилител  результирующего сигнала управлени , устройство токо .вой блокировки, состо щее, например из шести логических элементов И-НЕ, релейный элемент, подключенный на ВЫХОД тахометрического устройства, причем, выход блока определени  ре .жима работы двигател  подключен на :первый вход устройства токовой блокировки , на второй вход устройства токовой блокировки подключен выход датчика нулевого тока, первый выход устройства токовой блокировки подключен на вход транзисторных ключей дл  подключени  к инвертору обратного выпр мительного моста, а второй выход стройства токовой блокировки - ко вторЕлм входам логических элементов ИЛИ, таким образом, чтобы при двигательном режиме транзисторны ключи были открыты и второй выход устройства токовой блокировки не вли л на работу логических элементов ИЛ при тормозном режиме транзисторные ключи были закрыты, а на выходе всег логических элементов ИЛИ был сигнал, открывающий одновременно все транзисторы инвертора, выход релейного элемента подключен на третий вход устройства токовой блокировки таким образом, чтобы на выходе устройства токовой блокировки при малой скорост были сигналы, соответствующие двигательному режиму работы.

Благодар , такому подключению внов введенных элементов в двигательном режиме работы вентильного дв-игател  транзисторнне ключи открыты и обратный выпр мительный мост подключен параллельно транзисторному инвертору Энерги , запасенна  в индуктивности рассе ни  фазы двигател , выход щей из работы, гаситс  через вентиль обратного выпр мительного моста, вновь открытый транзистор и фазу двигател , остающуюс  в работе . Перенапр жени  натранзисторах отсутствуют.

При тормозном режиме работы ввнтильного двигател  транзисторные ключи закрыты, обратный выпр мительный мост отключен, а все транзисторы инвертора открыты посто нно сигналом с логических элементов ИЛИ. Транзисторный инвертор работает как ai-управл емый выпр митель, отдава  энергию торможени  двигател  через звено посто нного тока в питающую сеть. Перенапр жени  на транзисторах также отсутствуют,

На фиг. 1 представлена принципиальна  схема реверсивного транзисторного вентильного электродвигател ; на фиг. 2 - диаграммы работы основных функциональных узлов.

Вентильный электродвигатель содержит управл емый выпр мительный мост 1, неуправл емый мост 2 обратного тока, транзисторные ключи 3 и 4,

предназначенные дл  подключени  вентилей выпр мительного моста 1 параллельно транзисторам 5-10 инвертора при работе его в двигательном режиме, неуправл емые вентили 11-16 дл  защиты транзисторов от обратных напр жений , датчик 17 нулевого тока, предназначенный дл  контрол  наличи  тока в силовой цепи преобразовател , синхронную машину 18,датчик 19 положени  ротора синхронной машины,

предназначенный дл  выдачи сигналов на переключение транзисторов инвертора в функции положени  ротора, тахогенератор 20, систему 21 импульснофазового управлени  выпр мител ,регул тор 22 тока и скорости вентильного двигател ,блок 23 задани  направлени  вращени  аналогичный блоку логики раздельного управлени  комплектами преобразователей в реверсивном

электроприводе посто нного тока,предназначенный дл  безтокового переключени  сигналов с датчика 19 положени  .ротора и согласовани  реверсивных выходов регул тора 22 скорости и тока с

нереверсивным входом систе1у ы 21 при смене знака результирующего сигнала управлени  (дУу Ui,.UTr ) блок определени  режима работы синхронной машины (двигательный или тормозной), состо щий из усилител  24, используемого в качестве нуль-органа, логических элементов И-НЕ 25-29 и измерител  30 чередовани  фаз, предназначенного дл  определени  направлени  вращени  ротора синхронной машины, устройство

токовой блокировки, состо щее из логических элементов И-НЕ 31-36 и предназначенное дл  запрещени  переключени  состо ни  силовых элементов преобразовател , соответствующего двигательному режиму, в состо ние, соответствующее тормозному, при наличии тока в силовой цепи {при нулевом сигнале датчика 2 тока), логические элементы ИЛИ 37 (их число равно числу транзисторов инвертора), устройство 38 управлени  транзисторами инвертора , предназначенное дл  переключени  сигналов с датчиком положени  ротора при смене знака результирующего сигнала управлени , релейный элемент 39, предназначенный дл  выделени  зоны низких скоростей тормозного режима, где затруднена естественна  коммутаци  тока фаз синхронной машины вследствие малой величины ЭДС вращени .

Все логические элементы выполнены на транзисторах п-р-п проводимост Полезным сигналом, открывающим транзисторные ключи, считаетс  нулевой сигнал.

В исходном состо нии схемы напр жение задани  скорости УЗОД равно нулю, напр жение на выходе выпр мител  1 отсутствует и ток по секци м синхронной машины не протекает. Скорость двигател  равна нулю. На выходе устройства 39 и входах логических элементов И-НЕ 32-36 нулевой сигнал. При этом, на первом выходе устройства токовой блокировки (логический элемент 33) нулевой сигнал, а .на втором выходе (логический элемент 34) - единичный, не вли ющий на работу логических элементов ИЛИ 3 от сигналов с датчика 19 положени  ротора. При этом нулевым сигналом с логического элемента 33 транзисторные ключи 3 и 4 открыты. Открыты также и два транзистора инвертора сигналом с датчика 19 положени  в соответствии с заданным блоком 23 направлением вращени  двигател .

Сигнал на выходе измерител  30 чередовани  фаз и выходе блока определени  режима работы двигател  (логический элемент 26) в первый момент не определен. Однако, благодар  наличию устройства 39 сигналы на выходе устройства токовой блокировки (логические элементы 33 и 34) соответствуют двигательному режиму работы вентильного двигател .

При подаче задающего напр жени  UjoA на выходе регул тора 22 по вл етс  сигнал, углы управлени  системы 21 уменьшаютс  и на выходе выпр мительного моста 1 по вл етс  напр жение . Одновременно сигналом с блока 23 задани  направлени  вращени  углы на выходе устройства 38 устанавливаютс  соответствук цими двигательному режиму работы ( f, 0) при заданном направлении вращени , два тразистора инвертора открыты и по двум секци м двигател  протекает ток, создава  вращающий момент. При повороте ротора на угол 60 электрических градусов на выходе датчика положени  по вл етс  сигнал на переключение секции двигател , транзистор .секции, например, А (транзистор 5) закрываетс , а транзистор 6 секции

в открываетс . Энерги  индуктивности рассе ни  секции А, выход щей из работы , разр жаетс  через неуправл емый выпр митель 2, открытый транзистор ключа 4, транзистор инвертора и фазу С, остающуюс  в работе.

В дальнейшем описанный процесс повтор етс  через каждые 60 электрических градусов поворота ротора При этом результирующий сигнал л 1) UioA,- U-rr на входе усилител  24 имеет такую величину и знак, что усилитель 24 находитс  в режиме насыщени  и на его выходе устанавливаетс  максимальный сигнал, соответствующий логической единице. На выходе измери5 тел  30 чередовани  фаз после прихода второго импульса с датчика положени  ротора устанавливаетс  единичный сигнал. При повышении скорости двигател  выше зоны нечувстви0 тельности нелинейного элемента 39 на его выходе устанавливаетс  единичный сигнал и в дальнейшем он не вли ет на работу схемы.

Дальнейшие изменени  сигналов

5 на выходах устройства токовой блокировки возможны в функции сигналов с блока определени  режимов работы (с логического элемента 26) при нуле тока в силовой цепи (единичный

0 сигнал на эыходе датчика 17 тока).

При снижении задающего напр жени  Узад или смене его пол рности мен етс  пол рность на входе усилител  24. При этом сигнал на его выходе

5 уменьшаетс  с максимального до нул , а сигнал с измерител  30 чередовани  фаз остаетс  прежним и равным единичному . При несоответствии сигналов с усилител  24и с измерител  3Q чередовани  фаз сигнал с выхода блока оп0 ределени  режима работы двигател  становитс  нулевым, так как на выходах логических элементов 25, 28 и 39 устанавливаютс  единичные сигналы, что соответствует тормозному режиму

5 работы венти1:ьного двигател . Однако , пока в силовой цепи преобразовател  протекает ток на выходе датчика 2 тока устанавливаетс  нулевой сигнал , который поступает на второй

0 вход устройства токовой блокировки и никаких переключений в силовой схеме не происходит. Не происходит переключений и в регул торах скорости и тока. При смене результирую5 щего сигнала управлени  углы управлени  преобразователем уменьшаютс  до минимальных и выпр митель 1 переходит в инверторньтй режим. Ток в силовой цепи уменьшаетс  до нул .

0 После этого запрет на переключение с датчика 2 тока снимаетс  (на его выходе по вл етс  логическа  единица ) и сигнал на выходе логического элемента 33 становитс  единичным,а на выходе элемента 34 - нулевым.

Claims (2)

1. 5 что приводит к закрытию транзисторных ключей 3 и 4 и открытию всех транзисторов инвертора. Двигатель работает в тормозном режиме, отдава  энергию через выпр митель 1 в питающую сеть. Перенапр жени  .на транзисторах инвертора в этом режиме отсутствуют, так как они полност открыты, а коммутаци  тока фаз осуществл етс  за счет ЭДС фаз синхронной машины. Переключение двигател  из тормоз ного режима в двигательный происходит следующим образом: При увеличении задающего напр жени  UjdA-сигналы на выходе усилител  24 и измерител  30 чередовани  фаз станов тс  одинаковыми, что при водит к по влению единичного сигнала на выходе логического элемента 26. Однако, смена знаков на выходе логических элементов 33 и 34, открытие транзисторов 3 и 4 и закрытие транзисторов инвертора происход после снижени  тока двигател  до ну л  и по влени  на выходе датчика 17 нулевого тока единичного сигнала. Лишь после этого на выходе логи (ческого элемента 31 по вл етс  нулевой сигнал, вызывающий переключение статического триггера на логических элементах 32 и 33 и смену знаков на выходе логических элементов 33 и 34. Таким образом, закрытие транзист ров инвертора происходит без тока Н перенапр жени  на них в этот момент отсутствуют. На фиг. 2 jj - скорость двигател  и}01Д. задающее напр жение; ток в звене посто нного тока U , 33 31 2 напр жени  на вьдходе U2J, , Uj соответствующих элементов схемы. Использование предлагаемого изоб ретени  позвол ет исключить громозд кий блок защиты от перенапр жений транзисторов инвертора, снизить его массу и габариты и повысить коэ фициент полезного действи  вентильного двигател . Расчеты показывают, что при коммутации номинального тока фаз трех .фазной синхронной машины на номинальной частоте вращени  при величине индуктцвного сопротивлени  короткого замыкани  фазы ОД относительной единицы и величине индуктив ности сглаживающего дроссел  в звене посто нного тока, в п ть раз пре вышающей индуктивность короткого замыкани  фазы синхронной машины, мощность, выдел ема  во внешних устройствах (резисторы, ограничители перенапр жений), составл ет 0,0874 номинальной мощности двигател . Формула изобретени  Реверсивный вентильный электродвигатель , содержащий ротор, статор с обмоткой  кор , секции которой подключены к регулируемому источнику ЭДС, состо щему, например, из управл емого выпр мител , снабженного устройством импульсно-фазового управлени  и регул тором скорости и тока, через инвертор на транзисторах, базовые цепи которых подключены через устройство управлени  инвертором к датчику положени  ротора синхронной машины, тахометрическое устройство, мост обратного тока, подключенный зажимами переменного тока на выходные зажимы инвертора, а зажимами посто нного тока - через транзисторные ключи к одноименным зажимам регулируемого источника ЭДС, отличающийс  тем, что, с целью повышени  коэффициента полезного действи  вентильного двигател , снижени  его массы и габаритов, дополнительно введены датчик нулевого тока, логические элементы ИЛИ, включенные между цеп ми управлени  транзисторов инвертора и устройством управлени  инвертором, блок определени  режима работы двигател , состо щий, например , из п ти логических элементов И-НЕ, измерител  чередовани  фаз и усилител  результирующего сигнала управлени , устройство токовой блокировки , состо щее, например, из шести логических элементов И-НЕ, релейный элемент, подключенный на выход тахометрического устройства, причем выход блока определени  режима работы двигател  подключен на первый вход устройства токовой блокировки , на второй вход устройства токовой блокировки подключен выход датчика нулевого тока, первый выход устройства токовой блокировки подключен на вход транзисторных ключей , а второй выход устройства токовой блокировки - ко вторым входам логических элементов ИЛИ, выход релейного элемента подключен на третий вход устройства токовой блокировки . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Аракел н А. К. и др. Вентильный электропривод с синхронным двигателем и зависимым инвертором. М., Энерги , 1977, с. 8-13.
2. 2.Патент Японии № 51-14687, кл. 55 С 2, 1976.

   Uifl

   v