Вентильный электродвигатель

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 28.05.74 (21) 2028867/07

Союз Советских

Социалистимеских

Республик (») 527804 (51) М. Кл. Н 02 К 29/02 с присоединением заявки №

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изооретений и открытий (23) Приоритет (43) Опубликовано 05.09.76 Бюллетень № 33 (45) Дата опубликования описания 23.05.77 (53) У ДК 62 1. 31 3. 1 3, . 0 14.2: 62 1. 382 (088.8) Л. Я. Зиннер, Г. Ф, Кропачев, А, И. Скороспешкин, Ю. Г. Соколов, Ю. П. Сонин и B„A. Ушмаев (72) Авторы изобретения

Куйбышевский политехнический институт им. В, В. Куйбышева (71) Заявитель (54) ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим машинам постоянного тока с бесконтактной коммутацией по положению ротора, Известны вентильные электродвигатели 5 (ВД), у которых датчик положения ротора соединен с полупроводниковым коммутатором через функциональный преобразователь, выполненный в виде двух групп логических схем, осуществляющих с целью обеспечения 10 реверса подключение ко входам ключей коммутатора чувствительных элементов датчика положения ротора, сдвинутых на 180 эл, град. (11 . Недостаток таких ВД заключается в необходимости работы с нулевы- 15 ми углами опережения и, как следствие этого, в низких энергетических показателях, Известен ВД, обеспечивающий более высокие энергетические, показатели и содержащий датчик положения ротора, каждый чув- 20 ствительный элемент которого соединен через группы многоходовых логических схем

"И" со входами, по крайней мере, двух усилителей мощности, осуществляющих подключение секций обмотки якоря к источнику Ж постоянного тока, причем вторые входы схем "И" каждой группы соединены с соответствующими входами командного устройства (2f. По технической сущности этот

Bjl, является наиболее близким к изобретению. Недостаток такого ВД заключается в невозможности плавного и в широких пределах регулирования угла опережения включения силовых вентилей, необходимость в котором возникает для большинства вентильных электродвигателей в целях обеспечения их достаточно высокими энергетическими показателями.

Целью изобретения является повышение энергетических показателей.

Это достигается тем, что вентильный электродвигатель снабжен дополнительно схемой плавной задержки сигналов датчика положения ротора, управляемой с одного из выходов командного устройства, причем выход схемы плавной задержки соединен со входом каждой схемы "И", схема же плавной задержки выполнена в виде генератора пилообразного напряжения, вход которого соединен с чувствительными элементами

15

35

45

60

ДИфЭРЕНЦИО ЮШИЕ ЦЕПОЧКИ, Вт- "Д ПС -..Лчен к .-ервому входу нуль-органа, второй

ВХОД КСТОРОГО -ОЕДИНЕЧ С ОДЧИМ ИЗ ВЫХОДОВ командного устройства, а цепь питания гене: ратора -- с источником, напряжение которого ппсгопц>..ональ - с частоте вращения электрод&НГате я, сам I/i<- точняк Выполнен В Виде преобразователя час-. оты сигналов датчика положения ротора в напряжение, а командное устройство выполнено в виде анализатора уровня управляющего сигнала, выход канала пр образования линейного сигнала в пилообразный которого соединен с нульорганом . схемы плавной задержки, выход каждого канала греобразования линейного сигнала В дискоетнь соединен со Входе* ми схем "И// соотве-.=тву:ошей группы, а число ке,;"л=в - еоб-..азователя линейного ситнала В I-cKpa равно числу групп

/»-;"ем

На фиг. 1 изобре,енв структурная схема

ВД: Ча фИГ. 2 ПРИВЕДЕНЫ ДИ свгММЫ СЧГr;=;.îB Bg, пояс>ллошие -"ри>шип его работы,; на фиг, 3 и 4 показаны соответстве;--но структурная с>.ема -. . диаграммы сигнало: ко,. андного ус рсйств-:-, Е,", Bg содер>::. т Вь.. О очестотный генератор 1, Выход котового .—.Одключен к цепям

Возбуждения -ч„. В тв-.= -сльных элементов 2-7 л;-чик-": положения ротора, а выходные об:лоткк:::лементов 2-7 нагружены на входы лителей 8-13, имеющих по два раздельны.. Въ- ou à. Первые выходы усилителей

8-l3 через три группы многовходовых

1.4-19, 20-25 и 26-31 подсоединены ко входам симметричных триггеров

32.-.".7. Приче;.: второй вход каждого триггеое, нап:.-;..e,-, 34, соединен с выходом сосе.=,нето последук/шаго по порядку их вклю= ". "Ня. Далее B=I> oQBI триггеров 32-37 ке» .> . О -;.".-. Ова ели 38-43 управляющих им;:."Ль.-.о .о кл-очены ко входам управляемых силовых ключей 44-49, осуществляющих полк.".ючение секций 50-55 якорной обмотки двигателя к питающей сети 56.

Вторые выходы усилителей 8-13 объединены и подключены ко входам генератора

57 пилообразного напряжения и источника

58, выход которого, в свою очередь. представляет цепь питания генератора 57. Выход генератора 57 подключен к одному из

Входов логической схемы нуль-орган 59„к другому входу которой подключен выход

60 плавно изменяемого сигнала командного устройства 61. Выход нуль-органа 59 подключен ко вторым входам всех схем "И", Третьи входы схем "И каждой из групп

14-19, 20-25, 26-31 объединены и подключены к соответствующим трем выходам

63 и 6-:- формирователей диск, ет-,. Гх чгпаог 1/оъачлноо ус ойства 63 Ко

В .Оду к /мапднОГО ?Отроиства 6 1 подключе . выход задатчика 65 угла Опережения вклк:— чения.

Для рассмотриваемого трехфазнос î B=IIтильного электродвига>е-. ;; i у"/вBстгитель,.ые элементы 2-7 дат-тика .—..Ол"женин рото>ра уСТаНОВЛЕНЫ На КОртуСЕ Сiа;С: = C I HleuBHлом в 60 эл. град. Влc)J ь:з,,li iл;х,гe . -зора, По окр>жности ротора В плос::ости элементов 2-7 укреплены феррОмагнитные сеГменты в 60 эл. град., количество которых равно числу пар полюсов двигателя„

В качестве !увствительных элементов

2-7 датчика положения ротора в схеме использованы известные т„-ансформаторные диф ференциальные датчики положен» „обмотки

: озбуждения которых полкл.о;с:ъ. к Выходу

ВысокочастотноГО Генератора 1. В исходном состоянии сигналы лвух Выходных полуобмоIoK каждого элемента 2 7 скомпенсироваих Встречным включением. Набегающий пол летчик ферромагнитный сегмент ротора уменьшает магнитное сопротивление одной из д-ух его магнитных ветвей, создавая на

Вчходе сигнал раскомпенсации. Выходная обмотка каждого элемента 2-7 нагружена -на вход "своего"усилителя 8-13 с ре,.eA,-: и характеристикой, позволяющей повыся тизну фронтов сигналов элементо iiB:. положения ротора (фиг. 2, а-е). ,Йалее усиленные сигналы каждого элемента 2-7, HQIIpHMB p 2, H 0C I VI. ñéÑ Ã -: i B. Î ËBi трех схем "И" 14, 21, 28 соответствующих трех групп 14-19, 20-25, 26 — 31- ко-.îðûå образуют дискретный регулятор угла опережения включения управляемых к-,ючей

44-49 двигателя. При лоследовате;ьном переключении:- ":.;андным устройством 61 разрешающих напряжений на его Выхода;;

62, 63 и 64, >искретных сигналов, к wi:— торым подключены объеди не..-,-нь-. .-: Входь.«... м

"И / групп 1 4 1/ „20.. 2., 26 Я1 каждого симметричного трьг. ере 32-37. например 34, будет также .|оследовательно переключаться:эрез сх:.: ь "И 14, 2 и

28 к Выходам усиля елей 8, 9 и 10, A каждое из тж;их Bеpe:.лючений смешает фазу сигнала пе входе триггера 34 на 60 эл. град, (а, б, В), Кроме того, в каждом усилителе 8- 3 посредством дифференцирования и одноголупериодного выпрямления осчовного Выходного сигнала (а-е) на втором его выходе формируется дополнительный выходной сигнел малой длительности, совпадающий по фазе с передним фронтом основного сигнале (а-е). Вторые выходы всех усилителей

8-13 объединены и В результате образуют

527804 сигнал (фиг. 2,ж), отражающий частоту переключения элементов 2-7 датчика положения ротора. Этот сигнал синхронизирует работу генератора 57 пилообразного напряжения (2,з) и является входным дпя источника 58, который представляет собой преобразователь "частота-напряжение", т, е. уровень его выходного напряжения пропорционален частоте его входного сигнала. Схема генератора 57 построена та- 10 ким образом, что крутизна его выходного пилообразного напряжения изменяется пропорционально величине питающего его напряжения, в данном случае выходному напряжению источника 58. B резульTaTe двой- 15 ного управления генератором 57 (по синхронизирующему входу частотой его выходного напряжения, а по цепи питания — крутизной его "пилы") амплитуда его выходного пилообразного напряжения (2,з ) во всем диапазоне скоростей двигателя остается постоянной. Далее пилообразное напряжение поступает на один из входов нульоргана 59, где сравнивается по величине с опорным напряжением, поступающим на другой его вход 60, который является выходом устройства 61. В моменты превышения пилообразным напряжением опорного на выходе нуль-орган 59 появляется положительное напряжение (2,и ).

Интервал времени -т,, за который пилообразное напряжение в каждый период возрастает от нуля до величины опорного напряжения, является задержкой р создаваемой схемами 58-61. Величийа задерж- 5 ки 7 пропорциональна величине опорного напряжения (в силу линейности "пилы", 2,з), поэтому плавное регулирование задержки 6> осуществляется плавным изменением опорного напряжения командным устройством 61 на его выходе 60. Диапазон регулирования задержки, очевидно, определяется периодом "пилы, т. е. составляет 0-60 эл.град.

При дальнейшем увеличении управляю- 45 щего сигнала с выхода нуль-органа 59 импульсы (2,и ) поступают на вторые входы всех схем «И«14-31, которые наряду с дискретным регулированием фазы управляющих сигналов, показанным выше, также осуществляют и суммирование результатов обоих видов регулирования фазы; дискретного и плавного.

С выходов схем «И«(14-31 ) сигналы поступают на входы триггеров 32-37, каждый из которых (например, 34) включается передним фронтом импульсов с одного из выходов схем «И" (14,21,28) своего канала, например 14, а выключаются по второму своему входу передним фронтом им- 6О пульсов последующего -;,=,.;;= . " в=-i.oäà триггера 35),. Таким о разом, восстанавливается первоначальная дл;ITe HHocTs (в 60 эл. град) сигнала с чувствительного элемента (2,а) датчика положения ротора.

Далее сигналы (к-л) с выходов триггеров 32-37 через формирователи 38 — 43, в которых управляющие сигналы усилив"..— ются до необходимой величины, поступают на вход управляемых силовых ключей 44-49.

Управление всем устройством осуществляет задатчик угла коммутации 65, представляющий собой источник постоянного HaIIряжения ". потенциометр, установленный на пульте оператора. Выходное напряжение задатчика 65 поступает на вход командного устройства 61, которое может быть выполнено, например, по схеме на фиг. 3, содержащеи разностную схему 66 и два нульоргана 67 и 68, входы которых объединены и представляю-. вход всей схе., ь . На вторые входы схем 66, 67 и 68 подключены делители напряжения соответственно

69-71, 72, 73 и 74, 75, Средние точки делителя 69-7 1 закорачивают на землю нормально замкнутые ключи 76 и 7, управляемые выходными напряжениями нульорганов соответственно 67 и 68. Параллельно входу ключа 76 подключены вход инвертора 78 и один из входов логической схемы «И«79. Параллельно входу ключа 77 подключен вход инвертора 80, выход которого подсоединен к объединенным вторым входам схем И«79 и 81. Е первому входу схемы "И«подк-почен выход инвертора 78.

Делители напряжения 72, 73 и 74, 75 создают постоянные оповные напвя,";ения, 2 равные соответственно =„U, и У„, (фиг.

4,р) на входах нуль-органов 67 и 6Р. Делители 69, 70, 71 создают на втором входе разностной схемы 66 опорное напряжение, равное нулю при замкнутом ключе

76, 11 — при разомкнутом ключе 76, 3 п а 7 (— замкцутом и, когда ключи

3 2

76 и 77 разомкнуты. >U максимальное значение управляющего сигнала.

Пусть выходное напряжение задатчика изменяется по линейному закону (фиг. 4,р).

В исходном состоянии t — t, на выходах нуль-органов 67и 68 напряжение равно нулю, ключи 76, 77 замкнуты, на выходах инвертеров 78, 80 и на выходе делителя 72 схемы «И«81 существуют положительные напряжения (4,м). При изменении управляющего напряжения от 0 до "ц

m (t — ), равного амплитуде "пилы"

4 2/ (2,з) напряжение (4,c) на выходе 60 (фиг, 3) повторит его, так как второй вход схемы 66 закорочен на землю" ключем 76.

527804

Состояние остальных узлов схемы остается неизменным.

В момент (g ) превышения управляюа шим напряжением (4р) опорного напряже— ния нуль-органа 67 (равного(= „, ) на его 5

«л выходе скачком появляется положительное напряжение, которое размыкает ключ 76, открывает схему "И" 79, на ее выходе

63 появляется положительное напряжение (4,у), и через инвертор 78 закрывает схе- 1О му "И" 81, выходное напряжение которой (4,м) падает до нуля.

Делители 69, 70 создают на входе пазностной схемы 66 опорное напряжение —

4 и тем самым понижают ее выходное найряжение (4,с) до нуля, При дальнейшем(1д-t ) увеличении управляющего напряжения (4,р) выходное напряжение (4,с) разностной схемы нарастает с такой же скоростью, но от

0 до-U à режим других схем остается неизменным, В момент ф превышения управляющим напряжением (4,р) опорного напряжения нуль-органа68 (равного 2/3 Б„, ) на его выходе 64 скачком появляется положительное напряжение (4,ф), которое размыкает ключ 77 и через инвертор 80 закрывает группы схем "И" (4,у), подключенные к выходу 62 устройства 60.

Разомкнутый делитель создает опорное напряжение, равное Q на входе разностной схемы, и тем самым понижает до нуля ее выходное напряжение (4,c).

При дальнейшем - изменении управа а ляюшего напряжения выходное напряжение разностной схемы 66 повторяет его изменение, но только с нулевого значения (4,c), Состояние других схем (67 81) остается неизменным .

Таким образом, командное устройство

61 посредством своих пороговых схем 67 4О и 68 разбивает весь диапазон изменения выходного напряжения задатчика 65 на три поддиапазона: 0 — -" у (- 7 Ц„ и -Ъ„,-U В моменты перехода управляП1

45 юшего напряжения из одного поддиапазона в другой происходит смена дискретных командных напряжений на соответствуюших выходах командного устройства, к которым подключены объединенные BxogbI групп схем

"И" 14-19 и 20-25 (фиг. 1). А такое ра- зовое переключение командных напряжений, как было показано выше, скачком смещает фазы управляющих сигналов на входах триггеров 32-37 на 60 эл.град. В этот же момент () и напряжение на выходе 60

Pi командного устройства 61, которое является управляюшим для схемы плавной задержки (58-61), также скачком изменяется от своего максимального значения до нуля,,что соответствует изменению фазы управляюших сигналов также на 60 эл. град. в другом направлении. B результате скачки управляюших сигналов, создаваемые обеими схемами дискретного и плавного регулирования угла опережения включения -ллючей

44-49 скомпенсируются, и общий характер изменения фазы (4,х) управляюших сигналов (2,к-п) повторяет характер изменения управляющего напряжения (4,р) на входе командного устройства .

Следовательно, совместное использование схем дискретного и плавного регулирования фазы управляющих сигналов позволяет получить диапазон плавной регулировки угла опережения выключения ключей в широком диапазоне и, следовательно, высокие энергетические показатели ВД при глубоком регулировании частоты вращения.

Формула изобретения

1. Вентильный электродвигатель, содержащий датчик положе ния рот ора, каждый чувствительный элемент которого соединен через группы MHGI oBxoIIoBbIx логических схем "И" со входами, по крайней мере, двух усилителей мощности, осуществляющих подключение секций обмотки якоря к источнику постоянного тока, причем вторые входы схем "И каждой группы соединены с соответствуюшими выходами командного устройства, отличающийся тем, что, с целью повышения энергетических показателей, он снабжен дополнительно с емой плавной задержки сигналов датчика положения ротора, управляемой с одного из выходов командного устройства, причем выход схемы плавной задержки соединен со входом каждой схемы "И".

2. Электродвигатель по и. 1, о т л ич а ю ш и и с я тем, что схема плавной задержки выполнена в виде генератора пилообразного напряжения, вход которого соединен с чувствительными элементами датчика положения ротора, например, через дифференцируюшие цепочки, выход подключен к первому входу нуль-органа, второй вход которого соединен с одним из выходов командного устройства, а цепь питания генератора — с источником, напряжение которого пропорционально частоте врашения электродвигателя.

3. Электродвигатель по пп. 1, 2, о тл и ч а ю шийся тем, что источник выполнен в виде преобразователя частоты сигналов датчика положения ротора в напряжение.

4. Электродвигатель по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что командное уст527804

10 ройство выполнено в виде анализатора уровня управляюшего сигнала, выход канала преобразований линейного сигнала в пилээбразный кэтэрэгэ соединен с нуль-органом схемы плавной задержки„выход каждor о каналапреобразованиялинейного сигнала в дискретный соединен со входами схем "И" соответствукицей группы, а число каналов преобразователя линейного сигнала в дискретный равно числу групп схем "И .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Патент США кл. 318-254, 4 3609492 от 28.09.1971 r.

2. Авт. св. СССР М. Кл. Н 02 К 29/02

14 425275 от 1972 г.

527804 с) т) у) иЕ 4

Составитель А. Санталов

Редактор В„Фельдман Техред N. Левипкая Корректор А. Власенко

Заказ 715/46 Тираж 882 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП 4"Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4