Бесконтактный дискретный электропривод
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в бесконтактных электроприводах систем автоматики, в частности шаговых электроприводах. Целью изобретения является упрощение конструкции и повышение точности позиционирования. Электропривод содержит электродвигатель 2, в одной или нескольких фазах обмотки управления 12 которого фазные выводы обеих катушек соединены с входами для подключения обратной связи преобразователя питания 1 и подключены к выходам силового тока тех же фаз преобразователя питания 1 через одноименные выводы неуправляемых вентилей 13-16. 3 ил.
Изобретение относится к управлению электрическими машинами и может использоваться в шаговом электроприводе автоматических систем. Цель изобретения состоит в упрощении и повышении точности позиционирования. На фиг.1 приведена принципиальная схема электропривода в варианте с четырехфазным преобразователем питания и с числом входов для подключения обратной связи, равным двум; на фиг.2 векторная диаграмма коммутационных ЭДС, наводимых в катушке одной фазы электродвигателя; на фиг.3 векторная диаграмма ЭДС вращения, наводимых полем активной части ротора в катушках одной фазы. Электропривод (фиг.1) содержит m-фазный преобразователь питания 1 и m-фазный электродвигатель 2 (шаговый электродвигатель). Число выходов силового тока преобразователя питания 1 равно числу фаз, а в четырехфазном варианте равно четырем. Указанные выходы, представленные фазными зажимами 3-6 фаз I-IV соответственно, образуют четырехфазную систему напряжений относительно нулевого (общего) вывода, представленного зажимом 7. Преобразователь питания 1 позволяет обрабатывать сигналы обратной связи в виде ЭДС вращения электродвигателя 2, поступающих на входы для подключения обратной связи, представленные зажимами 8-11. Каждый вход образован одной парой зажимов: один вход подключен к зажимам 8 и 9, а другой к зажимам 10 и 11. Общее число входов, которое может иметь преобразователь питания 1, не превышает число фаз и в четырехфазном варианте не должно превышать четырех. Обмотка управления 12 электродвигателя 2 соединена в звезду, в каждую фазу которой включены две катушки. Число фаз обмотки управления 12 электродвигателя 2 равно числу выходов силового тока преобразователя питания 1. В двух фазах обмотки управления 12, в фазах III и IV, фазные выводы обеих катушек этих фаз соединены с входами для подключения обратной связи преобразователя питания 1. С входом преобразователя питания 1, образованным зажимами 8 и 9, соединены фазные выводы катушек фазы III обмотки управления 12 электродвигателя 2 а с входом, образованным зажимами 10 и 11, соединены подключенные к нулевой точке выводы катушек фазы IV обмотки управления 12. Выходы силового тока преобразователя питания 1 соединены с фазными выводами обмотки управления 12 электродвигателя 2 через общий (нулевой) вывод, присоединенный к зажиму 7, и фазные выводы фаз I-IV обмотки управления 12 электродвигателя 2, присоединенные к фазным зажимам 3-6. В фазах III и IV фазные выводы обеих катушек подключены через неуправляемые вентили (диоды) 13-16. Эти вентили подключены одноименными выводами анодами к выходам силового тока своих фаз к зажиму 5 фазы III и зажиму 6 фазы IV преобразователя питания 1. Катод каждого вентиля 13-16 соединен с фазным выводом одной из катушек соответствующих фаз III и IV обмотки управления 12 электродвигателя 2. Ротор электродвигателя 2 (не показан) содержит активный (с постоянными магнитами) и реактивный пакеты. Устройство работает следующим образом. При подаче напряжения на преобразователь питания 1 на его выводах силового тока формируется m-фазная (четырехфазная) система токов, замыкающихся через обмотку управления 12 электродвигателя 2. При этом фазные выводы катушек фаз III и IV соединенные с анодами неуправляемых вентилей 13-16, в каждой из этих фаз оказываются точками равного потенциала относительно напряжения, поданного на выходы силового тока, и относительно коммутационных ЭДС (Еk) само- и взаимоиндукции (фиг. 2). Вследствие этого указанные составляющие напряжения на входах для подключения обратной связи, на зажимах 8 и 11, отсутствуют. Электродвигатель 2 приводится во вращение m-фазной четырехфазной системой токов, замыкающихся через обмотку управления 12 и оказывающих на каждом такте коммутации обмотки ориентирующее действие на реактивный пакет ротора. Действие токов на активный пакет ротора скомпенсировано по первой гармонике электромагнитного момента таким образом, что она всегда равна нулю и на положение ротора не влияет. Указанное свойство достигается выбором полярности возбуждения катушек обмотки управления 12, располагаемой на статоре, а также обеспечением равенства чисел зубцов реактивного и полюсов активного пакета ротора. Активный пакет ротора при вращении наводит своим полем ЭДС в катушках, которые в фазах III и IV (фиг.3) приложены к входам для подключения обратной связи в преобразователе питания 1 и сдвинуты по фазе относительно друг друга на угол 2
/m = /2 рад. Поскольку коммутационные ЭДС (ЭДС самоиндукции и взаимоиндукции) на этих входах отсутствуют, поступающий сигнал в виде ЭДС вращения (ЕB) оказывается свободным от помех. Таким образом, вырабатывается сигнал обратной связи, пропорциональный ЭДС вращения, без применения дополнительных элементов, в частности без трансформаторов тока и эквивалента статора электродвигателя, используемых в известных электроприводах. Благодаря отсутствию этих элементов конструкция электропривода упрощается. При необходимости число выходов силового тока преобразователя питания 1 может быть сокращено до одного или увеличено до числа фаз электродвигателя 2. Сущность изобретения от этого не изменяется. Разница состоит лишь в том, что в первом варианте обратная связь обеспечивается только по скорости ротора без определения направления его вращения. При этом конструкция преобразователя питания 1 и соединений его с электродвигателем 2 несколько упрощается по сравнению с рассмотренным вариантом электропривода с двумя входами для подключения обратной связи. Во втором варианте на вход преобразователя питания 1 подается m-фазная система ЭДС, сдвинутых по фазе друг относительно друга на угол 2/m рад. Электропривод в этом варианте имеет несколько более сложную конструкцию в части преобразователя питания 1 и соединения его с электродвигателем 2, однако обеспечивает при этом более надежную сигнализацию как по скорости ротора, так и по направлению его вращения. По условию обеспечения работоспособности электродвигателя 2 число его фаз m, а также число фаз преобразователя питания 1 должно быть не менее трех. Технологически доступно изготовить одинаковые катушки для обмотки управления 12 электродвигателя 2. Тем самым достигается практически полная идентичность параллельных ветвей, образующих фазы обмотки управления 12, что позволяет компенсировать подавляющую часть помех, наводимых от напряжения питания и ЭДС само- и взаимоиндукции по контуру: параллельная ветвь фазы обмотки управления 12 вход обратной связи преобразователя питания 1 другая параллельная ветвь той же фазы обмотки управления 12. Этим достигается более полное освобождение полезного сигнала от помех, позволяющее повысить точность регулирования по сравнению с известными, где одновременно добиться равенства активных и индуктивных параметров электродвигателя и эквивалента во всех фазах без внесения асимметрии в электрические контуры обратной связи практически невозможно. Таким образом, использование предлагаемого устройства позволяет проектировать конструктивно простые и компактные электроприводы для систем автоматики, где требуется повышенная точность регулирования.
Формула изобретения
Бесконтактный дискретный электропривод, содержащий m-фазный двигатель с двумя диаметрально расположенными катушками в каждой фазе, соединенными в звезду, и ротором, включающим реактивный и активный пакеты, и m-фазный преобразователь питания с числом входов обратной связи, не превышающем m, отличающийся тем, что, с целью упрощения и повышения точности позиционирования, по меньшей мере в одной фазе катушки подключены к выходу преобразователя одноименными выводами через одинаково включенные диоды и соединены теми же выводами с входами обратной связи преобразователя.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
