Вентильный электродвигатель

 

Изобретение относится к исполнительным электродвигателям систем автоматического управления. Цель изобретения - упрощение устройства и улучшение линейности регулировочных характеристик вентильного электродвигателя (ВД). ВД содержит генератор I импульсов высокой частоты, который через делитель 2 частоты подключен к функциональному генератору (ФГ) 3. Импульсы ФГ 3 поступают на один из входов блока 4 изменения фазы. На выходе блока 4 имеют место две последовательности импульсов Usi и U32, инверсных одна относительно другой и сдвинутых по фазе на угол |} относительно ФГ 3. Напряжения ФГ 3 - Ui и U2 - через фильтры первой гармоники поступают на датчик положения ротора (ДПР), выполненный на основе емкостного фазовращателя 6. ФГ 3 запитывает первую и третью пластины фазовращателя 6, а Ui и U2 - вторую и четвертую соответственно. Фазовые сдвиги относительно ФГ 3 m (по числу фаз двигателя) выходных сигналов ДПР изменяются по гармоническим функциям угла поворота ротора и преобразованные в щирину импульса, усиленные коммутатором питают соответствующие обмотки двигателя. Таким образом, осуществляется позиционно-зависимая модуляция фазных напряжений двигателя. Изменяя сдвиг фаз ij) питающих ДПР напряжений пропорционально управляемому напряжению U,, изменяют амплитуду указанных гармонических функций, т. е. глубину модуляции фазных напряжений, и тем самым осуществляется управление с частотой вращ ения ВД 10 ил. i (Л О) 4 1C О)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК др 4 Н 02 К 29/06 и,з -,1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H А ВТОРСМОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Жв. У

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 3949418/31-07 (22) 10.06.85 (46) 07.03.89. Бюл. № 9 (71) Белорусский государственный университет им. В. И. Ленина (72) Д. Д. Димитрова, В. В. Кузьменков и А. С. Михалев (53) 621.313.13.014.2:621.382(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 964882, кл. Н 02 К 24/02, 1980.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1221699, кл. Н 02 К 29/06, 1985. (54) ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к исполнительным электродвигателям систем автоматического управления. Цель изобретения — упрощение устройства и улучшение линейности регулировочных характеристик вентильного электродвигателя (ВД). ВД содержит генератор 1 импульсов высокой частоты, который через делитель 2 частоты подключен к функциональному генератору (ФГ) 3. Импульсы ФГ 3 поступают на один из входов блока 4 изменения фазы. На выходе блока 4

Я0,» 1464260 А1 имеют место две последовательности импульсов Uzi и U 2, инверсных одна относительно другой и сдвинутых по фазе на угол ф относительно ФГ 3. Напряжения ФГ 3

Ui и V2 — через фильтры первой гармоники поступают на датчик положения ротора (ДПР), выполненный на основе емкостного фазовращателя 6. ФГ 3 запитывает первую и третью пластины фазовращателя 6, à U и — вторую и четвертую соответственно.

Фазовые сдвиги относительно ФГ 3 m (по числу фаз двигателя) выходных сигналов

ДПР изменяются по гармоническим функциям угла поворота ротора и преобразованные в ширину импульса, усиленные коммутатором питают соответствующие обмотки двигателя. Таким образом, осуществляется позиционно-зависимая модуляция фазных напряжений двигателя. Изменяя сдвиг фаз ф питающих ДПР напряжений пропорционально управляемому напряжению U

Ь изменяют амплитуду указанных гармонических функций, т. е. глубину модуляции фазных напряжений, и тем самым осуществляется управление с частотой вращения ВД.

10 ил.

1464260!

Изобретение относится к электротехнике, а именно к исполнительным электродвигателям систем автоматиче кого управления.

Цель изобретения — упрощение устройства и улучшение линейности его регулировочных характеристик.

На фиг. 1 изображена структурная схема двухфазного вентильного двигателя; на фиг. 2 — питающая статорная пластина фазовращателя; на фиг. 3 — — векторная диаграмма напряжений, питающих ее секторы; на фиг. 4 — выходные характеристики фазовра щател я; на фиг. 5 — 7 — — принци пи альные схемы соответственно функционального генератора, блока изменения фазы и одного, 1".3 фильтров блока формирования cHHvcoHдального напряжения; на фиг. 8 — эпюры, напряжений, используемых для получения питающих напряжений емкостного фазовра1

11цателя; на фиг. 9 — - эп1оры напряжений, 1 поясняющие гринцип работы блоков выделе1 ния фазового сдвига; на фиг. 10 — эпюры на- 2Î ,пряжений, поясняющие принцип работы ком мутаторов и физическую сущность управле(1ния скоростью в предлагаемом электродви-! гателе.

Вентилы1ый электродвигатель содержит, i-е1 ератор 1 импульсов высокой частоты, ко,1орый через делитель 2 частоты, подключЕн

,1; функциональному генератору 3. Последовательность пилообразных импульсов, сфор, мированная функциональным генератором, поступает на один из входов олока 4 изме- gg пения фазы (фиг. 6), а на его второй вход ,подается управляющее на.пряжение 1)у. На выходе данного блока имеют место две после,;1овательности импульсов V31 и L32, инверс ных друг относительно друга и сдвинутых

iHo фазе на угол +ф относительно последовательностии U i ».

Блок 5 формирования синусоидальных

)1апряжений представляет собой три формирователя синусоидального напряжения

,(фильтры первой гармоники). Полученные при помощи этого блока напряжения Up, 40

Ui, U2 используются для питания одной из статорных пластин фазовращателя 6

Up= — Asia (1-1-1»);

L 1=Лв1п (1»1+ср»+ 1»);

L 2=Лз1п (1»1+ ср» — ф), 45 где ср» — начальная фаза;

111 — сдвиг фаз, полученный при помощи блока 4 изменения фазы,,причем

11) — U;

1» — круговая частота; — время. 50

Выходной сигнал фазоврашателя U..i (U" 2) поступает на блоки 7 и 8 выделения фазового сдвига. Длительность импульсов па выходе этих блоков равна сдвигу фаз 1 выходного напряжения фазовращателя относипгельно опорного Up. Принцип работы блока пояснен эпюрами на фиг. 9.

Для согласования частот в устройстве используются преобразователи 9 и 10 частоты, к выходам которых подключены коммутаторы 11 и 12.

К обмоткам 13 электродвигателя подключены коммутаторы 11 и 12, которые, используя принцип широтно-импульсной модуляции, формируют питающее напряжение электрической машины Uni и Un2 Фазовращатель 6 закреплен на валу синхронной машины 14.

Функциональный генератор 3 предназначен для преобразования последовательности прямоугольных однополярных импульсов U ip частотой fp в последовательность. пилообразных однополярных импульсов U2» частотой 24.

Последовательность импульсов Uip поступает на входы одновибраторов 15 и 16 .(К155ЛГЗ), которые формируют две последовательности коротких импульсов длительностью о по переднему и по заднему фронтам импульсов последовательности Ui».

Объединив в схеме ИЛИ 17 выходные последовательности одновибраторов 15 и 16, получим последовательность Uii, которая поступает на вход генератора 18 пилообразных импульсов, реализованного на и — р — и транзисторе (KT3I5E) и операционном усилителе (К140УД8Л). .Таким образом, получается последовательность однополярных пилообразных импульсов (4» с минимальным временем спада напряжения.

Блок 4 изменения фазы состоит из компаратора 19 напряжений (К554СА2) и триггера 20 (К155ТМ2).

При рассмотрении работы принципиальной схемы блока 4 изменения фазы целесообразно использовать эпюры напряжений

1- 2»з 1- у U31» 1- 32. 1-121 (фиг- 8) .

На входы компаратора 19 напряжений поступает последовательность однополярных пилообразных импульсов V2p и управляющее напряжение U На выходе данного элемента имеет место последовательность прямоугольнь1х импульсов U21, причем фронты импульсов этой последовательности соответствуют моментам времени, в которые U =1)2».

Последовательность U21 поступает на вход

D-триггера 20, работающего в качестве делителя частоты, на выходах которого имеют место две последовательности импульсов

U3i и V32, инверсных друг относительно друга и сдвинутых на угол 1-ф относительно последовательности Uip.

На фиг. 2 показана питающая пластина емкостного фазовращателя, разделенная на четыре изолированных друг от друга сектора, к которым и подводятся питающие напряжения.

На фиг. 3 приведены векторные диаграммы питающих напряжений фазовращателя Up, Ui, U2. Фазовый сдвиг ф изменяется при помощи блока 4.

На фиг. 4 изображена зависимость фазового сдвига 1 выходного напряжения фазо1464260 вращателя 6 UBblx ) (Usex2) относительно опорного Uo от угла поворота ротора а для различных значений ф т. е. 4р=1(а) для ф =.

= ф), 4!l2, $3, ПРИЧЕМ ф!)ф2)ф3.

Чем меньше ф тем меньше rp, а следовательно, и меньше длительность т широтноимпульсно-модулированных последовательностей Vpp и Upi, что, в свою очередь, ведет к уменьшению частоты вращения электрической машины 14.

На фиг. 10 проиллюстрирована зависимость амплитуды фазного тока 1ф в обмотках электрической машины 14 от величины фазового сдвига ф питающих напряжений емкостного фазовращателя 6. На первой диаграмме фиг.!О показана широтно-импульсно- 15 модулированная последовательность импульсов Ugo, поступающая на вход полупроводникового коммутатора 1! (или 12) и форма тока 1ф в обмотке электрической машины 14 при фазовом сдвиге питающих напряжений фазовращателя ф=ф1. На второй о диаграмме фиг. 10 приведена также последовательность Uoo и ток в фазных обмотках

1ф, но при ф=ф2, причем lp2(lpga. При меньшем сдвиге фаз питающего напряжения фазовращателя 6 ток в обмотках имеет мень- g5 шую амплитуду, а следовательно, электрическая машина 14 имеет меньшую скорость вращения.

Для рассмотрения работы устройства в динамике целесообразно использовать фиг. и 8. 30

От генератора 1 высокой частоты через делитель 2 частоты на вход функционального генератора 3 поступает последовательность импульсов Vlo (фиг. 8). Функциональный генератор 3 преобразует последовательность однополярных прямоугольных импульсов 35 в последовательность однополярных пилообразных импульсов U2p (фиг. 8) двойной частоты, которая поступает на один из входов блока 4 изменения фазы, на другой вход которого поступает управляющее напряжение U Ha выходе данного блока имеют место две последовательности импульсов

U3i и U32 инверсных друг относительно друга и сдвинутых на угол +ф относительно последовательности Uip. Причем фазовый сдвиг ф однозначно определяется величи- 45 ной напряжения U„, т. е. 4P=f(V„). Последовательности U3, U32 и U p поступают на вход блока 5 формирования синусоидального напряжения, который формируют три синусоидальных напряжения Up, Ui, U2, причем Uo является опорным, à U и U2 сдвинуты 50 по фазе на +-ф относительно Up. Питающие пластины емкостного фазовращателя 6 соединены с выходами блока 5. На выходе фазовращателя 6 имеют место два синусоидальных сигнала U. i и Us .2 сдвинутых относительно друг друга на л/2, а относительно Uo — íà rp, причем р=((ф а), где

a — угол поворота ротора. Блоки 7 и 8 выделения фазового сдвига преобразуют фазовый сдвиг ср выходного сигнала фазовращателя относительно опорного Uo во временной интервал, т. е. в последовательность импульсов U4o (U3p) с длительностью т=ср (фиг. 9).

3а один оборот вала электрической машины 14 длительность импульсов т последовательности U4p (Uso) два раза имеет максимальное значение, т. е. за один оборот вала двигателя происходит два периода широтноимпульсной последовательности Ь40 и два периода последовательности U p, причем U4p и U3p сдвинуты друг относительно друга на л/2.

Преобразователи 9 и 10 частоты предназначены для согласования частоты следования импульсов U4p (Uop) с частотой приемистости коммутаторов 11 и 12 и электрической машины 14.

Преобразованные широтно-импульсные последовательности Ugp и 36 поступают на коммутаторы 11 и 12 и предназначены для управления ключами коммутаторов, выходы которых соединены с фазовыми обмотками

13 электрической машины 14, имеющей две пары полюсов на роторе, выполненном из редкоземельных магнитов.

Ток в обмотках электрической машины

14 зависит от длительности т импульсов последовательностей !1к (Ue ). Изменяя величину управляющего напряжения U„èçменяют величину фазового сдвига ф т. к. ф=1(11„), а это влечет за собой изменение длительности т импульсов Usp (Upi), так как =4p=f(ф1а). Следовательно, ток в обмотках электрической машины изменяется, что приведет к изменению скорости вращения вала электродвигателя.

Таким образом, изменяя величину фазового сдвига ф питающих напряжений фазовращателя 6, удается достаточно просто управлять скоростью электрической машины 14.

Реверс в данном двигателе можно осуществлять путем инвертирования одного из напряжений, питающих обмотки статора электрической машины.

Устройство просто в технической реализации (отсутствует двойная широтно-импульсная модуляция), кроме того, важным преимуществом является линейность регулировочных характеристик.

Для реализации схемы управления частотой вращения электродвигателя в предлагаемом устройстве требуется ввести лишь достаточно простой блок изменения фазового сдвига питающих напряжений емкостного фазовращателя, который значительно проще и дешевле двух широтно-импульсных модуляторов.

Формула изобретения

Вентил ьный электродв ига тел ь, содержащий электрическую машину с двухфазной обмоткой якоря и вращающимся индукто1464260

0Ы ром, на валу которого закреплен фазовращатель, высокочастотный генератор, подключенный к делителю частоты, формирователи синусоидального напряжения, соединенные с питающей пластиной емкостного фазовращателя, преобразователи частоты, к выходам которых через коммутаторы подключена двухфазная обмотка якоря, а входы связаны с двумя выходами фазовращателя через блоки выделения фазового сдвига, отличающийся тем, что, с целью упроще1 ния устройства и улучшения линейности его регулировочных характеристик, введены

1 функциональный генератор-преобразователь прямоугольного однополярного напряжения в пилообразное напряжение двойной частоты и блок изменения фазы, при этом функ5 циональный преобразователь подключен к выходу делителя частоты, а его выход соединен с входом блока изменения фазы, на управляющий вход которого подключено постоянное напряжение, а выходы соединены

1 с входами формирователей синусоидального напряжения, причем вход одного из формирователей непосредственно соединен с выходом делителя частоты.!

Uio

И11

Uy

Vzy

Н

Uz

Uî

1464260

Составитель В. Никаноров

Редактор Л. Воровин Техред И. Верее Корректор М. Самборская

Заказ 726 56 Тираж 645 ((одписное

ВНИИПИ Государственного комитета Ilo изобретениям и открытиям при (КНТ (..(:(.Р ! (3035, Москва, Ж--35, Раушская наб., д. 4i5

Г!ронзнодственво-издательский кочбина r «!1атент», г. Уя<город, ул. Гагарина, б !