УПРАВЛЯЕМЫЙ ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1997 года по МПК H02P6/00 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах лентопротяжных механизмов звукозаписывающих устройств.

Известен вентильный электродвигатель, содержащий электромеханический преобразователь с индуктором на постоянном магните, первые выводы трех секций якорной обмотки которого объединены, двухполупериодный преобразователь частоты, выходами подключенный ко вторым выводам секций якорной обмотки, логический бок управления, выходы которого подключены соответственно к управляющим входам двухполупериодного преобразователя частоты, три компаратора с двумя входами каждый, выходы которых соединены с входами логического блока управления (заявка Японии N 62-3673, кл. H 02 P 6/02, 1987).

Недостаток данного вентильного электродвигателя заключается в том, что при стабилизации частоты вращения изменение момента нагрузки приводит к изменению симметрии электромагнитных процессов в двигателе. Это приводит к уменьшению к.п.д, снижению эксплуатационных качеств и ресурса.

Наиболее близким аналогом к изобретению является управляемый вентильный электродвигатель, содержащий электромеханический преобразователь с индуктором на постоянном магните и якорной обмоткой, первые выводы секций которой объединены и соединены с общей шиной вентильного электродвигателя. Вторые выводы якорной обмотки подключены к соответствующим выходам двухполупериодного преобразователя частоты, управляющие входы которого соединены с выходами логического блока управления. Вентильный электродвигатель снабжен тремя компараторами с двумя входами каждый, выходы которых подключены к соответствующим входам логического блока управления, тремя интеграторами. При этом первый вход i-го компаратора соединен со вторым выводом i-ой секции якорной обмотки, второй вход i-го компаратора подключен к входу i-ой интегрирующей цепи, а выход к входу (i-1)-ой интегрирующей цепи. Указанное подключение компараторов и интегрирующих цепей образуют кольцевое соединение (авт. свид. СССР N 1774455, кл. H 02 P 6/02, 1992).

Недостатком указанного вентильного электродвигателя является наличие смещения на выходе интегрирующих цепей, включенных с компараторами по кольцевой схеме, что приводит к различным порогам срабатывания компараторов и, как следствие, к разным углам опережения включения секций при положительном и отрицательном значениях э.д.с. вращения. Указанное смещение появляется при изменении напряжения на двигателе в процессе управления частотой вращения. В результате на секции обмотки якоря подается напряжение несимметричной формы, что приводит к появлению дополнительных пульсаций вращающего момента, увеличению детонации в режимах управляемого вращения.

Целью данного изобретения является снижение пульсаций электромагнитного момента, детонации в режимах управляемого вращения.

Указанная цель достигается тем, что в управляемом вентильном электродвигателе, содержащем электромеханический преобразователь с индуктором на постоянном магните и якорной обмоткой, первые выводы секций которой объединены и подключены к общей шине вентильного электродвигателя, а вторые выводы подключены к соответствующим выводам двухполупериодного преобразователя частоты, управляющими входами соединенного с выходами логического блока управления, три интегрирующие цепи, три компаратора, первый вход i-го компаратора соединен со вторым выводом i-ой секции якорной обмотки, второй вход с выходом i-ой интегрирующей цепи, выходы упомянутых компараторов подключены к соответствующим входам логического блока управления, преобразователь частоты выполнен в виде инвертора напряжения и снабжен дополнительным управляющим входом для подачи сигнала управления, а вход i-ой интегрирующей цепи соединен со вторым выводом (i^oC1)-ой секции якорной обмотки.

В результате указанного выполнения преобразователя частоты и подключения интегрирующих цепей обеспечивается симметричная форма напряжения на вторых выводах секций якорной обмотки, а, следовательно, уменьшается пульсация вращающего момента и снизится детонация в режиме управления скоростью вращения, Следовательно, изобретение удовлетворяет условию патентоспособности новизна.

Из других источников информации не обнаружены технические решения, в которых решалась бы аналогичная задача аналогичными средствами. Следовательно, изобретение соответствует другому условию патентоспособности - изобретательский уровень.

На фиг. 1 представлена функциональная бок-схема управляемого вентильного электродвигателя; на фиг. 2-7 диаграммы напряжений на выходе функциональных узлов, поясняющих работу вентильного электродвигателя.

Вентильный электродвигатель содержит электромеханический преобразователь 1 с индуктором на постоянном магните 2 и обмоткой якоря, первые выводы секций 3, 4, 5 которой объединены и соединены с общей шиной вентильного электродвигателя, а вторые выводы указанных секций подключены к соответствующим выходам преобразователя частоты 6, выполненного в виде инвертора напряжения и снабженного дополнительным управляющим входом для подачи сигнала управления I_упр. Вентильный электродвигатель содержит также три компаратора 7, 8, 9 и три интегрирующие цепи 10, 11, 12. Первый вход i-го компаратора 8 (7, 9) соединен со вторым выводом i-ой секции 14 (3, 5) обмотки якоря, второй вход i-го компаратора 8 (7, 9) подключен к выходу i-ой интегрирующей цепи 11 (10, 12), а выходы компараторов 7, 8, 9 соединены с соответствующими входами логического блока 13 управления. Вход i-ой интегрирующей цепи 11 (10, 12) соединен со вторым выводом (i^oC1)-ой секции 5 (3, 4) обмотки якоря.

Преобразователь частоты выполнен в виде трехфазного моста на транзисторах 14, 15. Цепи управления базовыми токами одной из групп транзисторов, например катодной, объединены и образуют дополнительный управляющий вход преобразователя частоты для подачи сигнала управления.

Вентильный электродвигатель работает следующим образом.

При подаче напряжения на выходах компараторов 7, 8, 9 устанавливаются произвольные значения выходных сигналов. Допустим установились выходные сигналы, соответствующие напряжениям U₇, U₈, U₉ (момент t₁, фиг. 2). Под действием этих сигналов изменяются напряжения U₁₀, U₁₁, U₁₂ (фиг. 3) на выходах интеграторов 10, 11, 12. В момент t₂ на выходе интегратора 12 изменится полярность напряжения, компаратор 9 переключится. Это вызовет включение катодного ключа в преобразователе частоты 6, связанного с секцией 5 обмотки якоря. Потенциал U₅ на втором выводе секции 5 станет нулевым, что вызовет перезарядку интегратора 11. Далее, в момент t₃, когда на выходе интегратора 11 изменится полярность сигнала (фиг. 3), произойдет переключение компаратора 8 (фиг. 2). Переключение компаратора 8 вызовет переключение анодного ключа, связанного с секцией 4 обмотки якоря. Потенциал второго вывода секции 4 U₄ станет положительным (момент t₃, фиг. 2). Это приведет к перезаряду интегратора 10 (фиг. 3). Указанный процесс будет происходить периодически.

Таким образом, на выходах компараторов будут формироваться сигналы длительностью 180 градусов, смещенные друг относительно друга на 120 градусов. В соответствии с логикой работы логического блока управления 13 на его выходах формируются сигналы, задающие алгоритм переключения ключей преобразователей частоты. Длительность сигналов, формирующихся на выходах блока управления 120 градусов, и они смещены относительно друг друга на 120 градусов для каждой группы анодных и катодных ключей, и на 180 градусов для анодного и катодного ключей одной секции обмотки якоря. Под действием этих сигналов будет происходить поочередное переключение преобразователя 6 частоты, что приведет к периодическому подключению секций 3, 4, 5 обмотки якоря к источнику питания. В электромеханическом преобразователе наведется электромагнитное поле. Под действием этого поля ротор двигателя начнет вращаться. Осуществится пуск двигателя в синхронном режиме.

В процессе вращения ротора в секциях 3, 4, 5 обмотки якоря будут наводится ЭДС вращения. Воздействуя по первому входу компараторов 7, 8, 9 ЭДС вращения будут ускорять моменты их переключения и тем самым переводить двигатель на коммутацию по положению ротора, так как амплитуда перезаряда интеграторов 10, 11, 12 будет уменьшаться. На номинальной частоте напряжение на выходе интеграторов U₁₀, U₁₁, U₁₂ станут равны потенциалу первого вывода секций обмотки якоря, так как интеграторы не будут успевать реагировать на частые изменения напряжения на секциях U₃, U₄, U₅, симметричные относительно общего вывода. Очередность взаимного переключения компараторов сохранится аналогичной, показанной на фиг. 2 и будет определяться моментами перехода через "ноль" сигнала ЭДС вращения. Момент перехода на коммутацию по положению определяется соотношением чувствительности входов компараторов 7, 8, 9 и может происходить после первых дискретных изменений пространственного положения вектора поля. Угол опережения включения секций обмотки якоря может регулироваться с помощью временной задержки сигналов в прямом канале компараторов.

При максимальном управляющем сигнале ключи 15 и 14 открываются полностью. На секции 3, 4, 5 обмотки якоря передается все напряжение от источника питания (U_пит), (фиг. 4). В момент, когда (i-1)-ая секция 3 не подключена к источнику питания в ней наводится ЭДС вращения. Если ротор неподвижен, ЭДС вращения равна нулю и на (i-1) секции 3 находится потенциал, равный 1/2 U_пит, так как она соединена с первыми выводами других секций 4, 5. То есть напряжения на вторых выводах секций обмотки якоря симметричны по форме относительно первых выводов секций обмотки якоря. Это обеспечивает симметричный перезаряд интеграторов 10, 11, 12 (фиг. 5).

При минимальном значении управляющего тока ключи катодной группы 14 в отличии от ключей анодной группы 15 открываются неполностью (фиг. 6). Когда секция 3 обмотки якоря не подключена к источнику питания, на ее втором выводе имеется потенциал, равный потенциалу первого вывода плюс ЭДС вращения. То есть, напряжение на втором выводе секции также будет симметрично по форме. Это обеспечит симметричный перезаряд интеграторов 10, 11, 12 (фиг. 6). Таким образом, при всех токах управления обеспечивается симметричная работа интеграторов, а значит, и симметричное срабатывание компараторов по сигналу ЭДС вращения.

Данное изобретение позволяет получить значительно меньшие пульсации электромагнитного момента, меньшую детонацию в режиме управляемого вращения за счет повышения симметрии напряжения на секциях обмотки якоря, что повышает выходные параметры двигателя (стабильность мгновенной частоты вращения и момента) и улучшает его эксплуатационные качества за счет увеличения ресурса и снижения шумов.

Использование: в электроприводах лентопротяжных механизмов звукозаписывающих устройств. Сущность: управляемый вентильный электродвигатель содержит электромеханический преобразователь с индуктором на постоянных магнитах и якорной обмоткой, секции которой подключены к выходам преобразователя частоты, выполненного в виде инвертора напряжения, логический блок управления, компараторы, интегрирующие цепи. На выходах компараторов посредством интегрирующих цепей формируются сигналы длительностью 180^o и смещенные относительно друг друга на 120^o. Под действием этих сигналов на выходе логического блока формируются управляющие сигналы, коммутирующие ключи анодной и катодной групп преобразователя частоты, осуществляющих периодическое подключение секций якорной обмотки к источнику питания. Таким образом, обеспечивается синхронный пуск электродвигателя. В режиме вращения наводимая в секциях якорной обмотки э.д.с. вращения ускоряет момент переключения ключей преобразователя частоты, переводя двигатель на коммутацию по положению. В режиме управления при подаче управляющего сигнала по току на дополнительный вход преобразователя частоты обеспечивается симметричный перезаряд интегрирующих цепей, а, следовательно, и симметричное срабатывание компараторов по сигналам э.д.с. вращения. В результате снижаются пульсации электромагнитного момента, детонация в режиме управляемого вращения, улучшаются эксплуатационные характеристики электродвигателя. 7 ил.

Управляемый вентильный электродвигатель, содержащий электромеханический преобразователь с индуктором на постоянном магните и обмоткой якоря, первые выводы секций которой объединены и соединены с общей шиной вентильного электродвигателя, а вторые выводы подключены к соответствующим выходам двухполупериодного преобразователя частоты, управляющими входами соединенного с выходами логического блока управления, три интегрирующие цепи и три компаратора, первый вход i-го компаратора соединен с вторым выводом i-й секции якорной обмоткой, второй вход с выходом i-й интегрирующей цепи, а выходы упомянутых компараторов подключены к соответствующим входам логического блока управления, отличающийся тем, что преобразователь частоты выполнен в виде инвертора напряжения и снабжен дополнительным управляющим входом для подачи управляющего сигнала, а вход i-й интегрирующей цепи соединен с вторым выводом (i+1)-й секции обмотки якоря.