Вентильный электродвигатель

 

Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является повышение точности и расширение диапазона регулирования частоты вращения. Для этого в вентильный электродвигатель введены дополнительные транзисторы 24,25, диоды 26-29, связывающие коллекторы этих транзисторов с базами транзисторов 5-8 коммутатора секций 1-4 якорной обмотки синхронной машины. Управление транзисторами осуществляется формирователями 32,33, напряжение на выходах которых зависит от состояния блоков задержки 13,18. Введение указанных элементов позволяет изменять длительность коммутации секций якорной обмотки обратно пропорционально изменению частоты. Так при уменьшении частоты вращения увеличивается частота коммутации транзисторов 5-8 коммутатора секций якорной обмотки. Она в 2 раза будет превышать частоту изменения выходных напряжений датчика 10 положения ротора синхронной машины. В результате снижаются пульсации частоты вращения. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1515318

А1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4244493/24-07 (22) 26.03.87 (46) 15,10.89. Бюл, Р 38 (72) R.Â.Îìåëü÷åíêî, В.В.Иупрута и Н.М.Корж (53) 621.313.014.2:621.382 (088.8) (56) Балагуров В.А., Гридин В,М и Лозенко В.К. Бесконтактные дьигатели постоянного тока с постоянными . магнитами, — М.: Энергия, 1975, с. 25-28.

Авторское свидетельство СССР

И 1107143, кл. Н 02 К 29/06, 1985. (51)4 H 02 Р 6/02; H 02 К 29/06

2 (54) ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является повышение точности и расширение диапазона регулирования частоты вращения. Для этого в вентильный электродвигатель введены дополнительные транзисторы 24, 25, диоды 26 — 29, связывающие коллекторы этих транзисторов с базами транзисторов 5 — 8 коммутатора секций 1 — 4 якорной обмотки синхронной машины. Управлечие

1515318 транзисторами осуществляется формирователями 32, 33, напряжение на выходах которых зависит от состояния блоков задержки 13, 18. Введение укаэанных элементов позволяет изменять длительность коммутации секций якорной обмотки обратно пропорционально изменению частоты. Так при уменьшеИзобретение относится к электротехнике, а именно к вентипьным электродвигателям. 15

Целью изобретения является повышение точности и расширение диапазона регулирования частоты вращения.

На фиг.1 представлена принципиальная электрическая схема вентильного 20 электродвигателя; на фиг.2 — временные диаграммы, поясняющие принцип работы вентильного электродвигателя.

Вентильный электродвигатель содержит синхронную машину с якорной об- 25 моткой, выполненной в виде двух пар секций 1, 2 и 3, 4 сдвинутых одна относительно другой в расточке статоII ра на угол — эл.град. В каждой паре

2 30

1 секции якорной обмотки сдвинуты одна относительно другой на I эл.град. Коммутатор синхронной машины выполнен на транзисторах 5 — 8, коллектор каждого из которых подключен к одному выводу соответствующей секции якорной об- 35 мотки. Эмиттеры транзисторов 5 — 8 объединены и подключены к плюсовому зажиму источника питания 9, с минусовым зажимом которого, соединены другие выводы секций 1 — 4 якорной обмотки синхронной машины, Синхронная машина снабжена датчиком 10 положения ее ротора, выходы 11 и 12 которого соединены с базами соответствующих транзисторов 5 — 8 коммутатора.

Вентильный электродвигатель содержит также два блока задержки, каждый иэ которых выполнен в виде двухобмоточного дросселя насыщения с магнитопроводом с прямоугольной петлей гистереэиса и двух транзисторов. Первый блок задержки выполнен на дросселе 13 с обмотками 14 и 15 и транзисторах

16 и 17, а второй блок задержки — на

55 дросселе 18 с обмотками 19 и 20 и транзисторах 21 и 22. К коллекторам транзисторов 16 и 17, 21 и 22 подключены разноименные выводы обмоток 14 нии частоты вращения увеличивается частота коммутации транзисторов 5—

8 коммутатора секций якорной обмотки. Она в 2 раза будет превышать частоту изменения выходных напряжений датчика 10 положения ротора синхрон-. ной машины. В результате снижаются пульсации частоты вращения. 2 ил. и 15, 19 и 20 соответственно, а базы транзисторов образуют входы блоков задержки, подключенные к соответствующим выходом датчика 10 положения ротора. Другие выводы обмоток 14 и 15 и 19 и 20 дросселей 13 и 18 объединены между собой и подключены к одному из выходных выводов блока 23 управления величиной задержки.

В вентильный электродвигатель вве" дены два дополнительных транзистора

24 и 25, четыре диода 26 — 29, два резистора 30 и 31, два формирователя

32 и 33 импульсов и два делителя напряжения, один из которых выполнен на резисторах 34 и 35, а другой — на резисторах 36 и 37. Коллекторы транзисторов 24 и 25 объединены и через диоды 26 — 29 подключены соответственно к оазам транзисторов 5 — 8 коммутатора. Объединенные эмиттеры дополнительных транзисторов 24 и 25 подключены к эмиттерам транзисторов 5 — 8 коммутатора, база транзистора 24 соединена с выходом формирователя 32 импульсов и через дополнительно введенные резисторы 30 и 38 .с зажимами источника 9 питания. База транзистора

25 соединена с выходом формирователя

33 импульсов и через дополнительно введенные резисторы 31 и 39 плюсовыми зажимами источника 9 питания. Вход формирователя 32 импульсов через делитель напряжения, выполненный на резисторах 34 и 35, подключен к эмитте рам транзисторов 5 и 6 коммутатора и эмиттерам транзисторов 16 и 17 первого блока задержки. Вход формирователя 33 управления через делитель напряжения, выполненный на резисторах

36 и 37, подключен к эмиттерам транзисторов 7 и 8 коммутатора и эмиттерам транзисторов 21 и 22 второго блока задержки.

Питание формирователей 32 и 33 импульсов осуществляется от источника 40.

5 1515318

Вентильный электродвигатель работает следуюшим образом.

При вращении ротора синхронной машины с частотой 1р, на выходах датчика 10 действуют раэнополярные прямоугольные напряжения 11р и Бр (фиг.2, рт р а, б), сдвинутые относительно друг друга на «/2 эл.рад. и изменяющиеся с периодом Т„-2fi/ u, .

Пусть время задержки п Т „/4, а н момент времени t=0 H np !«eHHe U

t на выходе 11 датчика 10 скачкообразно изменяется с отрицательного значения на положительное, на ньжоде 12 датчика 10 напряжение UD имеет полярность противоположную полярности напряжения 11р, т.е, отрицательную, ! а процесс перемагничивания дросселя

18 закончился. Напряжением Г р открывается транзистор 22, а транзистор

21 закрыт, Ток от блока 23 управления протекает по цепи плюсовой зажим блока 23 — обмотка 20 второго дросселя насыщения — транзистор 22 — резистор 37 — минусоный зажим блока 23 управления. Так как процесс перемагничивания второго дросселя закончился, то полное сопротивление его обмотки 20 мало, а указанный ток создает на резисторе 37 падение напряжения, которое через резистор 36 подается на инвертирующий вход формирователя 33 импульсов. На его выходе имеется положительное напряжение, которое запирает транзистор 25, В момент времени t=0 напряжением U > (фиг.2) открывается транзистор 16 и закрывается транзистор 17. Начинается перемагничивание первого дросселя 13 насьпцения, в процессе которого ток, протекающий по цепи плюсовой зажим блока 23 управления — обмотка 14 первого дросселя насьпцения — транзистор

16 — резистор 34 — минусовый зажим блока 23 управления, очень мал, напряжение на резисторе 34 мало, и положительное напряжение на выходе перного формирователя 32 также отсутстнует. В результате транзистор 24 насьпцен, и выходные токи датчика 10 положения ротора замыкаются по следующим цепям: (+) выхода 11 датчика 10— эмиттер-базовый перехоД транзистора

16 резистор 34, змиттер-коллекторный переход транзистора 24 — диод 27 — (- ) выхода 11 датчика положения ротора; (+) выхода 12 датчика

10 — баэоэмиттерный переход транзистора 22 — резистор 37 — эмиттер-кол- лекторный переход транзистора 24 диод 28 — (-) выхода 12 датчика 10.

В результате все силовые транзисторы

5 — 8 заперты и ток в секциях 1 — 4 якорной обмотки синхронной машины отсутствует, По окончании времени (фиг.2, н) процесс перемагничивания первого дросселя 13 заканчивается, сопротивление его обмотки 14 резко уменьшается, а ток резко возрастает, Напряжение на резисторе 34, а следовательно, и на выходе формирователя

32 импульсон скачкообразно увеличивается, и транзистор 24 закрывается.

Так как транзистор 25 до этого момента был закрыт сигналом с выхода формирователя 32, то сигнал с выхода датчика 1О положения ротора проходит на входы силовых транзисторов 5 — 8 (разрываются цепи, шунтирующие управляющие входы этих транзисторов). В управляющих цепях транзисторов 5 — 8 протекают токи i p u i р (фиг. 2, в, ! т

r) в течете времени t „ no момента скачкообразного изменения напряжения (фиг.2, б), Транзисторы 6 и 8 открываются и подключают секции 2 и 4, обмотки якоря синхронной машины к источнику 9 питания. По укаэанным секциям под действием напряжения источника 9 питания протекает ток, взаимодействие которого с магнитным потоком индуктора (ротора) синхронной машины создает вращающий момент, Ротор синхронной машины поворачивается, и в момент времени = «/2ы, полярность напряжения U на втором выходе 12 датчика 10 положения ротора скачкообразно изменяется íà указанную в скобках. Транзистор 22 закрывается, а транзистор 21 открывается. Начинается перемагничивание второго дросселя

18, н процессе которого полное сопротивление его обмотки 19 велико, и ток, протекающий в ней, очень мал. Напряжение на резисторе 37, а следонательно, и.на выходе формирователя 33 импульсов резко уменьшается, транзистор

21 открывается, замыкая цепи, шунтирующие управляющие входы силовых транзисторов от прохождения сигналов с датчика 10 положения ротора. Силовые транзисторы закрываются, и секции якорной обмотки отключаются от источника 9 питания на время tp перемагничивания второго дросселя 18. В

1515318 дальнейшем пропессь» повторяются аналогично.

При изменении частоть» вращения под действием возмущающих факторов, например, прн увеличении ее до значения » г.»»,период изменения напряжений Uz, U 77, уменьшается до значения

2Т

Т = —

1» » ° остается неизменным, то длительность протекания тока в управляющих цепях транзисторов 5 — 8 уменьшается (фиг,2, д, е), т.е. относительная длительность указанных импульсов тока, а следовательно, относительная

15 длительность подключения секций 1

4 якорной обмотки синхронной машины к источнику 9 питания изменяется обратно пропорционально частоте вращения.

Так как напряжения U> и Up сдви1 г куты друг относительно друга на »»/2 эл.рад., а длительности импульсов формируются всякий раз при и, смене полярности каждого иэ напряжений U p, Up (фиг.2 в, г), то часто 7 г .та коммутации транзисторов 5 — 8 коммутатора будет в два раза превышать частоту изменения напряжений U p

U . Увеличение частоты коммутации 7г транзисторов коммутатора приводит к уменьшению величины пульсаций частоты вращения, особенно при низких частотах вращения (при глубоком регулировании, когда t > возрастает), что 35 позволяет расширить диапазон изменения крутизны зависимости относительной длительности выходных импульсов датчика положения ротора от частоты вращения и, естественно, приводит к 40 повышению точнпсти и увеличению диапазона регулирования частоты врашения вентильного электродвигателя. формул а и э о б р е т е н и я 45

Ве»»т»»ль»»ы»» электродвигатель, содержащий синхронную электрическую машину с якорной обмоткой, выполненной с п парами секций, сдвинутых между собой на н /и эл.град,, причем в каждой паре секции с.»7»èíóòb» одна относительно друго»» 7»а и эл. град., транзисторный коммутатор, коллектор каждого из которых подключен к одному выводу соответствующей секции, а эмиттеры транзисторов объединены и 77одключены к плюсовому зажиму источника питания, минусовый зажим которого соединен с вторыми выводами секций якорной обмотки, датчик положения ротора синхронной машины с и выходами, какдь»й из которых соединен с базами тран:зисторов коммутатора соответствующей пары секций, два блока задержки, каждый из которых выполнен в виде двухобмоточного дросселя насыщения с магнитопроводом из материала с прямоугольной петлей гистереэиса и двух транзисторов, эмиттеры которых объединены, к коллекТорам транзисторов блока задержки подключены соответственно разноименные выводы обмоток дросселя, а базы транзисторов образуют вход блока задержки, подключенный к одному из выходов датчика положения ротора, другие выводы обмоток дросселей блоков задержки соединены между собой и подключены к одному иэ выходных выводов блока управления величиной задержки, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точность и расширения диапазона регулирования частоть» вращения, введены два дополнительных транзистора, четыре диода, четыре реэ»»стора, два формирователя прямоугольных импульсов и два делите»»я напряжения, объединенные коллектор»» дополн»»тель»»ых транзисторов через диоды соединены соответственно с базами транэ7»сторов коммутатора, объединенные эмиттеры дополнительных транзисторов подключены к эмиттерам транэ»»сторон коммутатора и второму выходному выводу блока управления величиной задержки, а база каждого дополнительного транзистора соединена с выходом соответствующего формирователя прямоуголbных импульсов и через резисторы — с зажимами источника питания, вход каждого формирователя прямоугольных импульсов через соответствующий делитель напряжения соединен с эмиттерами транзисторов коммутатора соответствующей секции и тра»»з»»сторов соответствующего блока залержкп.

1515318

<) 0

0 ю) г) g е) g

Фиг. Р

Составитель А.Головченко

Редактор Л.Веселовская Техред А,Кравчук Корректор М. Ыароши

Заказ 6291/54

Тирал 551

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Уигород, ул. Гагарина, 101