Вентильный двигатель
Иллюстрации
Реферат
Союз Советских
Социалистических
Ресйублнк
Опубликовано 231281 бюллетень N9 47
Дата опубликования описания 23.1281 (51)М. Кл з
Н 02 К 29/02
Н 02 P 1/30
Государственный комитет
СССР ио делам изобретений и открытий (5Ç) УЛК62.1. з1з.1з. (014, 2: 62,1. 382 (аеа. 8) (72) Авторы изобретения
В.Н. Десятн (541 ВЕНТИЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
Изобретение относится к электрическим машинам и может быть использо вано для создания вентильных двигателей с повышенной плавностью вращения.
Известно устройство для управления трехфазным вентнльным двигателем, содержащее синхронную машину, подключенную к тиристорному преобразователю, частоты со звеном постоянного тока, связанному с логическим управляющим устройством (1}.
Недостатком известного устройства являются значительные пульсации электромагнитного момента двигателя, возникающие при пуске и низких час- 1з тотах его вращения, что снижает надежность и срок службы двигателя, а также ограничивает его применение для механизмов, требующих широкого диапазона регулирования скорости вра- 20 щения.
Известен также вентильный двигатель, содержащий синхронную машину, подсоединенную к тирнсторному преобразователю частоты со звеном постоянного тока, выпрямитель, инвертор, систему управления выпрямителем, систему управления инвертором, датчик .выпрямленного тока, датчик положения ротора, соединенный своим выходом с 30 одним нз входов логического устройства, второй .вход которого соединен с органом управления (2f.
Недостатком известного устройства является сложность конструкции его силовой части, включающей по меньшей мере два выпрямителя и два инвертора, входящих в состав тиристорного преобразователя частоты, и многообмоточный развязывающий трансформа-. тор, что снижает надежность управления вентильным двигателем. Кроме того, высокий уровень гармонических электромагнитного момента двигателя, особенно.при больших углах опережения.управления инвертором, также снижает надежность управления двигателем.
Цель изобретения — упрощение конструкции, повышение надежности управления и снижение уровня пульсаций электромагнитного момента вентикального двигателя.. Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее синхронную машину, подключенную к тнрнсторному преобразователю частоты со звеном постоянного тоха, содержащему выпрямитель, инвертор, систему управле892594
:йия выпрямителем, систему управления инвертором и датчик выпрямленного тока, а также датчик положения ротора, подсоединенный к одному из входов логического устройства, второй вход которого связан с органом управления, а а выходы — соответственно, с системой управления выпрямителем и с системой управления инвертором, введена цепь, содержащая последовательно соединенные интегратор, сумматор, функциональный преобразователь, второй сумматор, пропорциональный преобразо- . ватель и третий сумматор, а также задатчик начального угла поворота ротора двигателя, задатчик постоянного уровня сигнала и задатчик начального 15 значения выпрямленного тока, подключенные, соответственно, к первому, второму и третьему сумматорам, при этом вход цепи подсоединен к логическому устройству, а выход цепи — к сис-щ системе управления выпрямителем, кроме того, к третьему входу логического устройства подсоединен тахогенератор.
Включение в устройство указанной цепи позволит исключить из него дополнительные выпрямительные и инверторные агрегаты, используемые для уменьшения уровня пульсаций электромагнитного момента двигателя, что существенно упростит конструкцию силовой части вентильного двигателя и по- ЗО высит надежность его управления. Модуляция с помощью названной цепи выпрямленного тока в звене постоянного тока преобразователя частоты, при пуске и низких частотах вращения дви- З5 гателя, обеспечит формирование электромагнитного момента с ограниченным до безопасных величин уровнем пульсаций.
На чертеже представлена блок-схе- yg ма устройства.
Устройство содержит орган управления 1, связанный с входом логическогэ устройства 2, выход которого подключен к цепи последовательно соединенных интегратора 3, сумматора 4, функционального преобразователя 5, сумматора 6, пропорциональйого преобразователя 7 и сумматора 8, к вторым входам сумматоров 4, 6 и 8 подключены, соответственно, задатчик 9 начального угла поворота ротора, задатчик .10 постоянного уровня сигнала и задатчик 11 начального значения выпрямленного тока, выход цепи подсоединен к системе 12 управления, связанной 55 этим же входом с логическим устройством 2, к третьему выходу которого подсоединена система 13 управления . инвертором, датчик 14 выправленного тока, подключенный к второму входу g() системы 12 управления выпрямителем, выпрямитель 15, инвертср 16, сглаживающий дроссель 17, датчик 18 положения ротора и тахогенератор 19, подсоединенные к логическому устройству Я
2, а также синхронную машину (двигатель) 20 с системой возбуждения 21.
Устройство работает следующим образом, Нри поступлении сигнала от органа управления 1 на вход логического устройства 2, выдается команда на пуск синхронного двигателя 20. Логическое устройство 2, через соответствующие выходы, выдает команды на пуск выпрямителя 15, системе 12, управления, и на частоту коммутации вентилей инвертора 16, системе 1,3 управления.
Частота коммутации определяется датчиком 18 положения ротора, связанным с валом двигателя 20.
В результате взаимодействия тока, протекающего по секциям якорной обмотки, коммутируемых иннертором 16, с полем возбуждения, создаваемым системой возбуждения 21, ротор двигателя 20 приходит но вращение.
При пуске и низких частотах вращения двигателя (меньше 0,1 синхронной) ЭДС машины недостаточна для производства естественной коммутации вентилей инвертора. Поэтому с помощью устройства 2 произнодится их искусственная коммутация за счет прерывания тока выпрямителя 16, путем кратковременного перевода его н иннерторный режим, через каждые 60 эл. градусов поворота ротора двигателя 20.
Разнинаемый двигателем электромагнитный момент является функцией выпрямленного тока 17, протекающего в секциях якорной обмотки двигателя, угла опережения управления иннертором, ЭДС (Е), наводимой н якоре при вращении возбужденного ротора и угла. поворота М между коммутируемой секцией и обмоткой возбуждения двигателя:
М = ф (Ig gPEg V) (1)
В первом приближении выражение электромагнитного момента двигателя, без учета влияния реакции якоря, запишется следующим образом:
MЭ КсХдсов (v — Ч ), (2) где К =Е/щ — коэффициент ЭДС днигаС теля;
<у) — синхронная частота о вращения роторау .cy=-+ р — начальный угол поворот
m та ротора;
m — число фаз иннертора.
Такая зависимость приводит к тому, что н кривой момента кроме постоянной составляющей присутствует и переменная составляющая, вызывающая пульсации момента.
Для снижения уровня пульсаций момента выбран алгоритм управления, .позволяющий формиронать кривую электромагнитного момента путем модуляции выпрямленного тока: .1,)(v) H +F(l-cos(v- )7, (3) 892594 где Ig — на I явное значение выпрямленного тока, выбирается из условия обеспечения такой же работоспособности двигателя, как и при немодулированном выпрямленном токе; глубина модуляции выпрямленного тока„ определяется исходя иэ требований к допустимому уровню пульсаций момента.
Для реализации заданного алгоритма управления в устройство введена цепь иэ последовательно соединенных интегратора 3, сумматора 4, функционального преобразователя 5, сумматора 6, пропорционального преобразователя 7 и сумматора 8, а также эадатчики начального угла поворота ротора 9, постоянного уровня сигнала 10 и начального значения выпрямленного Щ тока 11, соединенные, соответственно, с вторыми входами сумматоров 4, 6 и 8. Кроме того, в устройство введен тахогенератор 19.
После команды на пуск двигателя и э5 начала его разворота, информация о частоте вращения ротора передается от от тахогенератора 19 н логическое устройство 2 и оттуда поступает в интегратор,3.
Выход логического устройства 2, связанный с системой управления Bb1 прямителем 12 после подач;. к манды на пуск, отключается.
Интегратор 3 выдает сумкатору 4 сигнал пропорциональны.:-. текущему значению угла поворота ротора v. Ha второй вход сумматора 4 поступает сигнал от задатчика 9 начального у1 ла поворота ротора Ч . Полученный суммарный сигнал вводится в функциональ- 4О ный преобразователь 5, где он модулируется косинусоидальной функцией.
С выхода преобразователя 5 сигнал поступает на один иэ входов суммато ра 6, на второй вход которого подается сигнал от эадатчика 10 постоянного уровня сигнала, пропорционального условной единице. После сравнения сигнал. поступает в пропорциональный преобразователь 7, в котором он О корректируется в соответствии с выбранной глубиной модуляции Я . Дальше сигнал подается на вход 8, где суммируется с сигналом, поступающим от эадатчика 11 начального значения выпрямленного тока Q и поступает на
Н вход системы 12 управления выпрямителеН, Формула изобретения
Вентильиый двигатель, содержащий синхронную машину, подключенную к тиристорному преобразователю частоты со звеном постоянного тока, содержащему выпрямитель, инвертор, систему управления выпрямителем, систему управления инвертором и датчик вы" прямяенного тока, а также датчик положения ротора, подсоединенный к од- . ному из входов логического устройства, второй вход которого связан с органом управления, а выходы — соответственно с системой управления выпрямителем и.с системой управления
Выпрямленный ток, модулируемый выпрямителем 15 в соответствии с ал- Щ горитмом управления, формирует кривую электромагнитного момента двигателя, которая описывается выражением:
) = K< 1 Н+6(1-cos (v — 4 ) )) cos (v-М) (4)65
Уровень пульсаций результирующей кривой электромагнитного момента регулируется в соответствии с требованиями к допустимому уровню пульсаций путем выбора начального значения выпрямленного тока ?дК и глубины его модуляции E .
После каждого поворота ротора двигателя 20 на 60 эл. градусов (при
m = 6) по команде, поступающей от датчика 18 положения ротора, логическое устройство 2 производит перевод интегратора 3 в исходное (ну левое) состояние и цикл повторяется.
При достижении двигателем 20 частоты вращения превышающей 0,1 синхронной, контролируемой тахогенератором 19, логическое устройство 2 переводит инвертор 16 в режим естественной коммутации, вход интегратора 3 отклЮчается, а система управления выпрямителем 12 подключается непосредственно к устройству 2. Вентильный двигатель работает в режиме естественной коммутации.
При снижении частоты вращения двигателя ниже 0,1 синхронной, к выходу логического устройства 2 подключается интегратор 3, а система 12 управления отсоединяется от устройства 2. Инвертор переводится в режим искусственной коммутации. Система управления работает аналогично описанному выше.
Предлагаемое устройство, по сравнению с известным, имеет более простую и надежную конструкцию силовой части, а, следовательно, имеет меньиг ю стоимость и обладает большей надежностью управления.
Снижение уровня пульсаций электромагнитного момента двигателя при пуске и работе его с низкими частотами вращения способствует расширению области применения вентильных двигателей, в частности, применение их вместо машин постоянного тока, имеющих большую стоимость и меньшую надежность управления, для механизмов с частыми пусками и с широким диапазоном регулирования скорости.
892594
Составитель А. Санталов
Техред T. Маточка Корректор M. немчик
Редактор. Н. Кончицкая
Заказ 11274/79 Тираж 733
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Подписное
Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 инвертором, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, повышения надежности управления и снижения уровня пульсаций электромагнитного момента двигателя, в него введена цепь, содержащая последовательно соединенные интегратор, сумматор, функциональный преобразователь, второй сумматор, пропорциональный преобразователь и третий сумматор, а также задатчик начального угла поворота ротора двигателя, эадатчик постоянного уровня сигнала и задат:чик начального значения выпоямленного тока, подключенные, соответственно, к первому, второму и третьему сумматорам, при этом вход цепи подсоединен к логическому устройству, а выход цепи — к системе управления выпрямителем, кроме того, к третьему входу логического устройства подсоединен тахогенератор.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Патент США Р 3.896278, кл. 318-138, 1972.
2. Патент ФРГ Р 1588058, кл. Н 02 P 1/30, 1975.