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 так же обратные связи по току двигателя [1]. Недостатком таких БД 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 обеспечения максимума КПД в переходных процессах, при требуемых динамических характеристиках.

На фиг. 1 изображена структурная схема вентильного двигателя; на фиг. 2 - характеристика, поясняющая характер изменения тока, содержит секции 1-4 якорной обмотки, подключенные 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 требуемого значения ускорения выходного 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. Датчик 12 потребляемого тока выполняется с управляемой уставкой токоограничения, минимальное значение I_m на фиг. 2 соответствует оптимальному значению I_o на фиг. 3, при котором КПД вентильного электродвигателя принимает максимальное значение. 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 понижении момента сопротивления на валу привода значение ускорения выходного вала привода увеличивается, пропорционально этому увеличению уменьшается управляемая уставка токоограничения, но не менее минимального значения, заданного оптимальным значением тока I_o на фиг. 3, при котором КПД вентильного электродвигателя принимает максимальное значение.

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_min, ускорение на валу двигателя увеличивается, а значения уставки токоограничения уменьшается до значения I_m на фиг.2, 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 требуемого ускорения вала электродвигателя, устройство преобразования текущего значения ускорения вала электродвигателя в электрические импульсы, сравнивающее устройство - для выработки управляющего сигнала на уставку токоограничения датчика тока, датчик тока с управляемой уставкой токоограничения, минимальное значение которой соответствует максимальному значению КПД вентильного электродвигателя.

Таким образом, достигается цель изобретения - обеспечение максимума КПД и повышение ресурса вентильного электродвигателя, при обеспечении требуемых динамических характеристик двигателя. Обеспечивается требуемое быстродействие следящего привода, а при пуске, реверсе, торможении броски тока снижаются до минимального значения, соответствующего максимуму КПД. За счет этого уменьшается нагрузка на вентильный электродвигатель и одновременно повышается его КПД в переходных процессах, 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 КПД и одновременно ресурс вентильного электродвигателя, следящего привода в целом в режиме переходных процессов, при этом обеспечивается требуемое быстродействие привода.

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 К 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 и одновременном повышении КПД двигателя в переходных процессах. Вентильный двигатель состоит из полупроводникового коммутатора, электрической машины, датчика положения ротора, датчика тока устройства задержки, сравнивающего устройства, устройства преобразования ускорения выходного вала в импульсы электрического тока и устройства-задатчика требуемого значения ускорения выходного вала. Датчик тока выполняется с управляемой уставкой токоограничения, минимальное значение которой соответствует максимальному значению КПД вентильного электродвигателя. Модуль ускорения выходного вала преобразуется в значение уставки токоограничения. Значение уставки токоограничения подается на вход устройства токоограничения, встроенного в вентильный двигатель. При понижении момента сопротивления на валу привода значение ускорения выходного вала привода увеличивается, пропорционально этому увеличению уменьшается управляемая уставка токоограничения, но не менее минимального значения, заданного оптимальным значением тока, при котором КПД вентильного электродвигателя принимает максимальное значение. 3 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 требуемого значения ускорения выходного вала, выходы которых подключены к входам сравнивающего устройства, выходом подключенного к датчику тока, выполненному с управляемой уставкой токоограничения, минимальное значение которой соответствует максимальному значению КПД вентильного двигателя.