ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2000 года по МПК H02K29/06 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электродвигателям, и может быть использовано при создании приводов различного назначения, в том числе и в следящих приводах.

Известны вентильные электродвигатели, содержащие ротор, статор, секции якорной обмотки которой подключены к источнику питания через блок управления и транзисторы коммутатора, управляющие входы которых подключены к выходу датчика положения ротора, имеющие тахогенераторный узел, вырабатывающий сигнал обратной связи по скорости, а также обратные связи по току двигателя [1]. Недостатком таких ВД является использование обратной связи по току только в процессе пуска двигателя.

Известен электропривод с токовой отсечкой, в котором значения уставки токоограничения зависит от относительного значения превышения температуры якоря [2] . Недостатками устройства являются сложность реализации, использования тепловой модели, что требует учета изменения его характеристик при длительной эксплуатации. При управлении уставкой токоограничения не используются функциональные возможности вентильного двигателя.

Наиболее близким является вентильный электродвигатель, предложенный в [3] , содержащий ротор, статор, секции якорной обмотки которого подключены к источнику питания через транзисторы коммутатора, управляющие входы которых через устройство задержки подключены к выходу датчика положения ротора и выходу датчика потребляемого тока, выход которого подключен к управляющему входу устройства задержки. Недостатком прототипа является невозможность повышения ресурса вентильного электродвигателя при обеспечении требуемых динамических характеристик.

Вентильный электродвигатель - сложная электромеханическая система, характеризующаяся совокупностью следующих основных свойств: электрических, механических, тепловых и магнитных. Эти свойства взаимосвязаны и однозначно зависят, во-первых, от геометрических размеров электрической машины и, во-вторых, от режимов работы электродвигателя.

Для того чтобы использовать наилучшим образом возможности вентильного электродвигателя и продлить его срок службы, предлагается ввести в его структуру устройство токоограничения, уставка токоограничения которого формируется в зависимости от характера нагрузки на валу электродвигателя.

На фиг. 1 изображена структурная схема вентильного двигателя, которая содержит секции 1-4 якорной обмотки, подключение к источнику питания 5 через транзисторы 6-9 коммутатора. Управляющие входы транзисторов 6-9 через устройство 10 задержки подключены к выходу датчика 11 положения ротора (ДПР). В цепи питания двигателя содержится датчик 12 потребляемого тока, управляющий вход которого подключен к выходу сравнивающего устройства 15, к входам которого подключены устройство преобразования ускорения выходного вала 13 в импульсы электрического тока и устройство-задатчик минимально допустимого значения ускорения вала 14. Датчик 12 потребляемого тока выходом подключен к управляющему входу устройства 10 задержки.

Устройство 10 задержки не пропускает сигнал с выхода ДПР 11 на управляющие входы транзисторов 6-9 в течение времени задержки, которое определяется величиной сигнала обратной связи по току, поступающего с выхода датчика 12 тока. Величина уставки токоограничения определяется по разности между текущим и заданным значениями ускорения вала двигателя, поступающего с выхода сравнивающего устройства 15 на вход датчика 12 тока. При повышении момента сопротивления на валу привода значение ускорения выходного вала привода уменьшается, пропорционально этому уменьшению увеличивается управляемая уставка токоограничения, пока не достигнет своего максимального значения, и наоборот.

Устройство преобразования ускорения выходного вала 13 в импульсы электрического тока можно выполнить в виде асинхронного тахогенератора, первичная обмотка которого подключается к источнику постоянного тока. При изменении скорости вращения ротора во вторичной обмотке появляются импульсы постоянной ЭДС, величина которых пропорциональна ускорению вала вентильного электродвигателя.

На фиг. 2 показан график переходного процесса. Максимальному значению уставки токоограничения I₁ соответствует максимальное значение момента сопротивления на валу двигателя M_C1, при уменьшении момента сопротивления до M_C3, ускорение на валу двигателя увеличивается, а значения уставки токоограничения уменьшается до значения I₃, при возрастании момента сопротивления на валу двигателя M_C2 ускорение уменьшается и уставка токоограничения возрастает до I₂.

Существенные признаки изобретения: вентильный электродвигатель содержит устройство - задатчик минимально допустимого ускорения вала электродвигателя, устройство преобразования текущего значения ускорения вала электродвигателя в электрические импульсы, сравнивающее устройство - для выработки управляющего сигнала на уставку токоограничения датчика тока.

Таким образом, достигается результат изобретения - повышение ресурса вентильного электродвигателя, при обеспечении требуемых динамических характеристик двигателя. Обеспечивается требуемое быстродействие следящего привода, а при пуске, реверсе, торможении броски тока снижаются до минимальных значений. За счет этого уменьшается нагрузка на вентильный электродвигатель, источник питания 5 работает в более благоприятном режиме, снижаются ударные нагрузки в механической части привода, в котором может быть использован предлагаемый двигатель.

Таким образом, повышается ресурс вентильного электродвигателя и следящего привода в целом, при этом обеспечивается требуемое быстродействие.

Источники информации
1. Овчинников И.Е., Лебедев Н.И. Бесконтактные двигатели постоянного тока. - Л.: Наука, Ленингр. отд., 1979, с. 130, 163, с. 127.

2. Каган В. Г. Электропривод с токовой отсечкой А.С. СССР N 286024. - Опубл. в бюл. "Открытия. Изобретения. Промышленные образцы. Товарные знаки", 1970 г, N 34, с. 49.

3. А.С. СССР N 1277309, М. кл⁴. H 02 K 29/02, 1986 г.

Изобретение может быть использовано при создании приводов различного назначения, в том числе и в следящих приводах. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей вентильного двигателя, повышении ресурса двигателя при обеспечении требуемых динамических характеристик привода. Вентильный двигатель состоит из полупроводникового коммутатора, электрической машины, датчика положения ротора, датчика тока устройства задержки. В вентильный двигатель встраиваются сравнивающее устройство, устройство преобразования ускорения выходного вала в импульсы электрического тока и устройство-задатчик требуемого значения ускорения выходного вала. Модуль ускорения выходного вала преобразуется в значение уставки токоограничения. Значение уставки токоограничения подается на вход устройства токоограничения, встроенного в вентильный двигатель. При повышении момента сопротивления на валу привода модуль ускорения выходного вала привода уменьшается, пропорционально этому уменьшению увеличивается управляемая уставка токоограничения, пока не достигнет своего максимального значения, и наоборот. 2 ил.

Вентильный электродвигатель, содержащий ротор, статор, секции якорной обмотки которого подключены к источнику питания через транзисторы коммутатора, управляющие входы которых через устройство задержки подключены к выходу датчика положения ротора, датчик потребляемого тока выходом подключен к управляющему входу устройства задержки, отличающийся тем, что в него введены сравнивающее устройство с двумя входами и одним выходом, устройство преобразования ускорения выходного вала в импульсы электрического тока и устройство-задатчик минимально допустимого значения ускорения выходного вала, выходы которых подключены к входам сравнивающего устройства, выходом подключенного к датчику тока.