Вентильный электродвигатель Советский патент 1986 года по МПК H02P6/00 H02K29/06 H02P6/22 

двигатель содержит эл, машину 1 с числом пар полюсов р и m -cexiyiOH- ной обмоткой 2 якоря, получающей питание от двухполупериодного преобразователя частоты (ПЧ) 3 с 2 m ключами

и m Диодами коммутационного тока, встречно шунти1 ующими каждый из fri ключей одной из групп, например анод ной 4 ПЧ, управляемого по сигналам с датчика 5 положения ротора через блок 6 формирования сигналов управления. Сигналы на нечетных и четных выходах последнего имеют фазовый сдвиг один относительно другого., на угол IT/mp по кольцевой схеме и угловую длительность 211 /m р icf sH/p . Уп1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано .в вентильных электроприводах, например в вентильных электроприводах авиационных механизмов.

Цель изобретения - улучшение массогабаритных показателей.

На фиг. 1 изображена блок-схема вентильного электродвигателяi на фиг. 2 - функциональная схема вентильного электродвигателя с трех- секционной обмоткой якоря и трек- канальным датчиком положения ротора; на фиг. 3 - то же, с трехсекци- онной обмоткой якоря и шестиканаль- ным датчиком положения ротора на фиг. 4 - расположение чувствительных элементов шестиканального датчика положения ротора и датчика длительности коммутационного интервала; на фиг. 5 - функциональная схема датчика длительности коммутационного интервала; на фиг. 6 а,5,& - диаграммы напряжений в узлах блок-схемы при. различных значениях угловой длительности задержки переднего фронта входного сигнала; на фиг. 7 - то же, в узлах функциональной схемы фиг.2; на фиг. 8 - то же, в узлах функциональных схем фиг. 3 и 5.

Вентильный электродвигатель (фиг. 1) содержит электрическую машину 1 с числом пар полюсов р и m равляющие входы 11 и 9 соответственно m -канального коммутатора 10 и т-канального функционального преобразователя 8 объединены с выходом 12 датчика 7 япительности коммутационного интервала, а их выходы связаны соответственно с ключами катодной 19 и анодной 4 групп,ПЧ,- Обеспечение m -канальным функциональ ным преобразователем 8 определенной функциональной характеристики позволяет исключить одну из групп (анодную или катодную) вентилей обратного моста ПЧ, чем достигается уменьшение массогабаритных показателей. В ил.

секционной обмоткой 2 якоря, подключенной к выходу двухполупериодного преобразователя 3 частоты с 2 m ключами и 171 диодами коммутационного тока, встречно шунтирующими каждый из tn ключей одной группы, например анодной 4, преобразователя 3 частоты, датчик 5 положения ротора, п выходов которого связаны с входами 2 m ключей преобразователя 3 частоты через блок 6 формирования сигналов управления, сигналы на нечетных и четных выходах которого имеют фазовый сдвиг один относительно другого на угол

по кольцевой схеме и угловую длительность 27/тр sqi it/p, датчик 17 длительности коммутационного интервала, m -канальный функциональный преобразователь 8 с управляющим входом

9 и выходной характеристикой

(t ;-i;(oi-(y;.)Vf;()

в каждом i -м канале,

где ij (об) - входной сигнал;

oi - угол поворота индуктора,

(;-1)2 H/mp 9f5(;-1)2 n/mpHfj oi, - угловая длительность

сигнала с датчика 7 дли- тельности коммутационного

интервала;

fco, - угловая длительность задержки переднего фронта входного сигнала ; (ci).

л

Об k : 1 - дробное число, .- ) - символ операции логического сложения,

иm -канальный коммутатор 10, управляющий вход 11 которого объединен с управляющим входом 9 функциональног преобразователя 8 и подключен к выходу 12 датчика 7 длительности коммутационного интервала. Каждый четный 1 -и 13 и нечетный k -ii 14 выходы блока 6 формирования сигналов управления подключены соответственно к 1 -му входу 15 функционального преобразователя 8 и к k -му входу 16 коммутатора 10, k -и выход 17 которого подключен к входу k-го ключа 18 катодной группы 19 преобразователя 3 частоты, 1 -и выход 20 функционального преобразователя 8 подключен к входу i -го ключа 21 ано ной группы 4 преобразователя 3.

Вентильный электродвигатель (фиг, 2) содержит электрическую машину с числом пар полюсов р 1 и трехсекционной обмоткой якоря и трехканальный датчик 5 положения ротора.

Обмотка якоря состоит из трех секций 22-24, собранных в звезду и подключенных к выходу преобразователя 3 частоты. Последний вьтолнен с тремя ключами (транзисторами) 25 27 катодной группы 19 и тремя ключами 28 - 30 анодной группы 4, каждый из которых шунтирован встречным диодом 31-33 соответственно.

Блок 6 формирования сигналов управления выполнен по известной конструкции. Сигналы на шести его выходах сдвинуты один относительно другого на угол f /тр 60° по кольцевой схеме и имеют угловую длительность (f 120 .

Датчик 7 длительности коммутаци- он ного интервала содержит измеритель нь:й резистор 34, нуль-орган 35, логический элемент Мажоритарность 36 логический элемент И 37 с прямым

Трехканальный функциональный преобразователь 8 (фиг. 2) содержит счетверенный D-триггер 46 и инвертор 47, вход которого является управляющим входом 9 функционального преоби инвертирующим входами, формирова- 50 разователя 8, информационными входа- тель 38 импульсов, тактируемый D- триггер 39, трехвходовой логический элемент ИЛИ 40, реле 41 напряжения с замыкающим контактом 42. Входы логических элементов Мажоритарность 36 элементов ИЛИ 40 объедими 48 - 50 и выходами 51 - 53 которого являются соответственно три вхо да и соответствующие им три выхода счетверенного D-триггера 46. Выход 55 инвертора 47 подключен к тактируемому входу D-триггера 46. Трех1:саналь- ный коммутатор 10 выполнен на трех управляемых ключах 54-56, управляю- йены, являются входами датчика 7 длительности коммутационного интер

,,

10

2594614

вала и подключены к выходам 43-45 . датчика 5 положения ротора. Измерительный резистор 34 включен между общей точкой шунтирующих диодов и 5 общей точкой транзисторов анодной группы 4, его входы являются входами датчика 7. Выход D-триггера 39 подключен к одной из клемм замыкающего контакта 42, вторая клемма которого является выходом 12 датчика 7 длительности коммутационного интервала. Выход логического элемента ИЛИ 40 через реле 41 напряжения связан с клеммой постоянного потен- 5 циала Логический нуль. Выход логического элемента. Мажоритарность 36 подключен к входу формирователя 38 импульсов, выход которого подключен к инвертирующему входу логического элемента И 37 и к тактируемому входу D-триггера 39, вход Установка нуля которого подключен к выходу логического элемента И 37. Выход измерительного резистора 34 подключен через нуль-орган 35 к прямому входу логического элемента И 37. На информационный вход D-триггера 39 подается постоянный сигнал Логическая единица.

Трехканальный функциональный преобразователь 8 имеет выходную характеристику

20

30

(:-(OVf;(o6-o:, - в каждом i -м канале,

где i; ((vi)1, при (i -1) ((i-1)

«60% , г

Учитывая, что ot i , а следовательно i; (,) i; (), выраже- 40 ние для выходной характеристики можно записать

(t ri-iio - -).

Трехканальный функциональный преобразователь 8 (фиг. 2) содержит счетверенный D-триггер 46 и инвертор 47, вход которого является управляющим входом 9 функционального преобразователя 8, информационными входа-

ми 48 - 50 и выходами 51 - 53 которого являются соответственно три вхо да и соответствующие им три выхода счетверенного D-триггера 46. Выход инвертора 47 подключен к тактируемому входу D-триггера 46. Трех1:саналь- ный коммутатор 10 выполнен на трех управляемых ключах 54-56, управляю

щие входы которых объединены и являются управляющим входом 11 коммутатора 10. Входами 57 - 59 и выходами 60-62 коммутатора 10 являются соответствеуно входы и выходы управляемых ключей 54-56,

Вентильный электродвигатель (фиг 3-5) содержит электрическую машину с числом пар полюсов р и трехсекци- онной обмоткой 2 якоря и шестиканал ный датчик 5 положения ротора. Преобразователь 3 частоты и трехсек- ционная обмотка 2 якоря (фиг. 3) выполнены аналогично представленным на фиг. 2.

Датчик 5 положения ротора содержит шесть чувствительных элементов 63-68, а сигнальный сектор 69 управляющего элемента (фиг. 4) имеет угловой размер 125 . Расположение чувствительных элементов 63-68 датчика 5 положения ротора показано на фиг. 4. Управляющий элемент показан в виде затемненного сектора центрального круга (фиг. 4) связанного с индуктором, а чувствительные элементы 63-68 расположены со сдвигом один относительно другого на кольце, установленном на якоре вентильного электродвигателя.

Датчик 5 положения ротора подключен к источнику 70 питания через контактор 71 и реле 72 времени с размыкающим контактом 73 (фиг, 5).

Блок 6 формирования сигналов управления (фиг. 3) выполнен на логическом элементе Повторитель. Сигналы на шести его выходах сдвинуты один относительно другого на угол ii/mp бо по кольцевой схеме и имеют угловую длительность ( 125 .

Датчик 7 длительности коммутаци онного интервала (фиг. 5) содержит три чувствительных элемента 74 - 76, три инвертора 77-79, три трех- входовых логических элемента И 80 - 82, логический элемент И 83 с прямы и инвертируюпщм входами, выход которого является выходом 12 датчика 7, двухвходовой логический элемент И 8 и тактируемый фронтом D-триггер 85. Чувствительные элементы 74-76 (фиг. сдвинуты относительно чувствительны элемент,ов 64-68 датчика 5 положения ротора на уголо, . Выходы логических элементов 80-82, каждый через диоды подключены к прямому входу элемента И 83, первому входу элемен

20

25

259461§

та И 84 и к инвертирующему входу Установка нуля D-триггера 85, выход которого подключен к инвертиру- кщему .входу логического элемента И 5 83„ Информационньм вход D-триггера 85 непосредственно, а второй вход элемента И 84 через размыкающий контакт 73 реле 72 времени подключены к постоянному потенциалу уровня

О (Логическая единица. Выход логического элемента И 84 подключен к тактируемому входу D-триггера 85. Первые входы логических элементов И 80-82 подключены к вькодам чувст15 вительньгх элементов 74-76. Вторые входы логических элементов И 80 - 82 объединены соответственно с входами инверторов 78-77, являются входами датчика 7 длительности коммутационного интервала и подключены соответственно к выходам чувствительных элементов 66 - 64 датчика 5 положения ротора. Выходы инверторов 77 - 79 подключены к третьим входам логических элементов И 80 - 82 соответственно. Чувствительные элементы 74 - 76 могут быть выполнены аналогично чувствительным элементам 63. - 68 датчика 5 положения 30 ротора.

Трехканальный функциональный пре-, образователь 8 выходную характеристику

35

Ct)i-il(u:-oi,)Vi;(oi-oi2)

5

0

5

в каждом 1 -м канале,

где. ii (ot)1, при (i-1) (j-1

125° ; ., 0.

Учитывая, что О, а следовательно f , (ос.-о,,) , (oi), выражение для выходной характеристики можно записать

(,(ы)

Трехканальный функциональный преобразователь 8 содержит (фиг. 3) три управляемых ключа 86 - 88, три R S- триггера 89 - 91, формирователь 92 импульсов по заднему фронту, три двухвходовых логических элемента ИЛИ 93 - 95, выходы которых служат соответственно выходами 51-53 функционального преобразователя 8.Информационные входы управляемых ключей 86, 87 и 88 подключены к управляющим входам ключей 88, 86 и 87 соответственно, к первым входам логических элементов ИЛИ 93-95 соответственно и служат входами 48-50 функционального преобразователя 8. Выходы управляемых ключей 86 - 88 подключены соответственно к входам Установка единицы R, S-триггеров 89 - 91, входы Установка .нуля которых объединены и подключены к выходу формирователя

20

25

30

92 импульсов по заднему фронту, вход Ю ключей анодной группы 4 преобразова- которого является управляющим входом 9 функционального преобразователя 8. Выходы R S-триггеров 89 - 91 подключены к вторым входам логических элементов ИЛИ 93-95 соответственно. Фор- 5 мирователь 92 импульсов по заднему фронту может быть выполнен на основе тактируемого задним фронтом триггера.

Трехканальный коммутатор 10 выполнен на трех логических элементах И 96 - 98 с прямым и инвертирующим входами каждый. Выходы и прямые входы логических элементов И 96 - 98 являются соответственно выходами 60 - 62 и входами 57 - 59 коммутатора 10, Инвертирующие входы логических элементов И 96 - 98 объединены и являются управляющим входом комму- татора 10.

Датчик 5 положения ротора, имеющий П каналов, служит для определения углового положения относительного расположения осей магнита индуктора и осей якорных обмоток электродвигателя и управления работой ключей преобразователя частоты, В его п каналах формируются сигналы о положении ротора (индуктора) электрической машины, сдвинутые один относительно другого на угол 2 п/пр, Датчик 5 положения ротора может быть любого типа, например индуктивный с подмаг- ничиванием или емкостной.

Блок 6 формирования сигналов управления на основании логической . : комбинации сигналов на п входах формирует на нечетных и четных выходах . сигналы постоянного логического уровня с угловой длительностью 2 a7inp«cf-: /p, сдвинутые один относительно другого на угол по кольцевой схеме, где uf - угловая , длительность естественного такта, коммутации. Напряжения, снимаемые с 2 m выходов блока 6 формирования сигналов управления, представляет собой сигналы 2т каналов управления, т,е, являются ключами для случая,

теля 3 частоты,

ТГатчик 7 длительности коммутационного интервала в момент коммутации ключей той группы, которая шунтирована встречными диодами, например анодной 4, формирует на своем выходе сигнал, имеющий угловую длительность of, , определяемую угловой длительностью R коммутационного интервала. На коммутационном интервале происходит спадание тока отключаемой секции до нуля, его угловая длительность /3 зависит от скорости и параметров индуктивности секций обмотки 2 якоря, Длительность /3 коммутационного интервала возрастает с ростом индуктивности обмотки. В то же время увеличение частоты вращения двигателя до частоты вращения идеального холостого хода ы, обращает величину угла |3 в нуль, так как в этом режиме коммутируемый ток секций равен нулю и процесс коммутации происходит мгновенно. Угловая длительность коммутационного интервала, имеет максимальное значение в диапазоне рабочих частот вращения (0(0,5-0,6)сОо. Величина угла для магнитоэлектрических машин не пре40 вьшает (0,2-0,4)о,с.

Таким образом, контролировать угловую длительность р коммутационного интервала можно различными спо собами. Например, можно непосредственно контролировать длительность протекания коммутационног агтока через шунтирующие диоды. В этом случае.угловая длительность oi, сигнала на выходе датчика 7 длительности коммута50 ционного Интервала в любой момент времени равна действительной угловой длительности коммутационного интервала ключей анодной группы 4 преобразователя 3 частоты. Датчик 7

55 длительности коммутационного интервала, использует в качестве контролируемой величины коммутационный ток (фиг. 2). Кроме того, контроль дли35

4$

когда преобразователь 3 частоты содержит 2т шунтирующих диода. Диаграммы выходных сигналов на четном i-м и нечетном k-м, где k +1, выходах показаны на фиг. 6. По сигналам с нечетных выходов осуществляется коммутация ключей одной из групп, например катодной 19. Сигналы с четных выходов управляют коммутацией

ключей анодной группы 4 преобразова-

теля 3 частоты,

ТГатчик 7 длительности коммутационного интервала в момент коммутации ключей той группы, которая шунтирована встречными диодами, например анодной 4, формирует на своем выходе сигнал, имеющий угловую длительность of, , определяемую угловой длительностью R коммутационного интервала. На коммутационном интервале происходит спадание тока отключаемой секции до нуля, его угловая длительность /3 зависит от скорости и параметров индуктивности секций обмотки 2 якоря, Длительность /3 коммутационного интервала возрастает с ростом индуктивности обмотки. В то же время увеличение частоты вращения двигателя до частоты вращения идеального холостого хода ы, обращает величину угла |3 в нуль, так как в этом режиме коммутируемый ток секций равен нулю и процесс коммутации происходит мгновенно. Угловая длительность коммутационного интервала, имеет максимальное значение в диапазоне рабочих частот вращения (0(0,5-0,6)сОо. Величина угла для магнитоэлектрических машин не превьшает (0,2-0,4)о,с.

Таким образом, контролировать угловую длительность р коммутационного интервала можно различными спо собами. Например, можно непосредственно контролировать длительность протекания коммутационног агтока через шунтирующие диоды. В этом случае.угловая длительность oi, сигнала на выходе датчика 7 длительности коммутационного Интервала в любой момент времени равна действительной угловой длительности коммутационного интервала ключей анодной группы 4 преобразователя 3 частоты. Датчик 7

длительности коммутационного интервала, использует в качестве контролируемой величины коммутационный ток (фиг. 2). Кроме того, контроль дли

тельности протекания коммутационного тока можно осуществлять косвенным об разом, контролируя прохождение индуктором (ротором) углового интервала }(, с момента очередной коммутации ключей анодной группы 4. Величина углового интервала о, определяется .как максимально возможная для данного типа электродвигателей угловая длительность/ тд, коммутационного интервала. Поэтому угловая длительность р, сигнала на выходе датчика 7 длительности коммутационного интервала в любой момент времени посто янна и равна / дкс Датчик 7 длительности коммутационного интервала, реализующий данный принцип, показан на фиг. 5.

Если вентильный электродвигатель снабжен датчиком частоты вращения, можно изменять угловую длительность сигнала на выходе датчика 7 длительности коммутационного интерва ла в функции частоты вращения. В простейшем случае это может быть линейная зависимость.

Функциональный преобразователь 8 преобразует сигнал ij (к), поступающий на его i -и вход при прохождении индуктором электрической машины 1 углового интервала Г(1-1)2п /П1р (l-1) + qi , в аналогичный по форме и амплитуде сигнал с задержанными по углу передним и задним фронтами. Задний фронт выходного сигнала всегда задержан на время прохождения индуктором углового интервала, определяемого угловой длительностью (х, сигнала датчика 7 длительности коммутационного интервала (фиг. 6о(, о, Е ) . Передний фронт выходного сигнала t) ; задержан на время прохождения индуктором интервала с угловым размером ol kc,. Величина коэффициента k может быть любым дробным числом, лежащим в интервале О; 1J, при котором выполняется соотношение Выбор конкретного значения ft г не является принципиально важным, в частности значение можно выбирать исходя из получения наименьших схемотехнических затрат при

пocтpoeJ ии функционального преобразо- теля 8. На фиг. 6а ,& , S показаятег выходные сигналы V, при различных значениях odг ; а; (/,,-о kor, , 0, сформированные из входных сигналов i; (ot) с угловым размером if.

5946110

Таким образом, на i-м выходе функционального преобразователя 8 фор- Л1руются сигналы ((7; с задержанным на время, определяемое длительностью 5 сигнала датчика длительности коммутационного интервала, задним фронтом, имеющие угловой размер cf i ср, s ср + (У, .

По сигналам m -канального функ 0 ционального преобразователя 8 периодически коммутируются ключи анодной группы 4 преобразователя 3 частоты.

Коммутатор 10, имеющий m каналов, при поступлении на управляющий вхо д

15 11 сигнала логической единицы с выхода 12 датчика 7 длительности коммутационного интервала запрещает прохождение на выход сигналов, поступающих на его входы с m нечетных

20 выходов блока 6 формирования сигналов управления. На всех выходах коммутатора 10 при наличии сигнала логическая единица на управляющем входе появляется сигнал логический

5 нуль. По сигналам w -канального коммутатора 10 периодически коммутируются ключи катодной группы 19 преобразователя 3 частоты. Диаграмма напряжений If-го канала коммутато30 ра 10 показана на фиг. 6. Примеры выполнения m -канального коммутатора 10 представлены на фиг. 2 и 3. Работу вентильного электродвигателя (фиг. 2) с трехсекционной

35 обмоткой якоря и преобразователем 3 частоты, в котором каждый ключ анодной группы шунтирован встречным диодом, поясняют диаграммы напряжений (фиг. 7).

40 -При подключении вентильного электродвигателя к источнику питания (не показан) логическая комбинация сигналов с выходов 43 - 45 датчика

5положения ротора Поступает на вхо- 45 ды датчика 7 длительности коммутационного интервала и на входы блока

6формщэования сигналов управления. Индуктор электрической машины может занимать положение, при котором в

5о конце первого такта по сигналам с датчика 5 положения ротора отключен ключ либо анодной либо катодной групп.

Если на первом коммутационном ин- 55, тервале отключается ключ анодной группы 19, логической комбинации сигналов на входе элемента Мажори- тарность 36 соответствует сигнал

Логический нуль на его выходе.

Этот сигнал через формирователь 38 импульсов поступает на тактовый вход D-триггера 39.Ток через измерительный резистор 34 при пуске отсутствует, поэтому на выходе нуль-органа 35 присутствует сигнал Логическая единица, который через элемент И 37 поступает на вход Установка нуля D-триггера 39. На его выходе при этом сформирован сигнал Логический нуль. Появление логической комбинации сигналов, отличной от нулевой, на выходе датчика 5 положения ротора приводит также к появлению постоянного сигнала Логическая единица на выходе элемента ИЛИ 40. Срабатывает реле 41 напряжения, замыкается его контакт 42. Сигнал Логический нуль с выхода 12 датчика 7 длительности коммутационного интервала поступает на управляющие входы 11 и 9 соответственно коммутатора 10 и функционального преобразователя 8. На выходе инвертора 47 появляется сигнал Логическая единица. По переднему фронту этого сигнала информация с входа функционального преобразователя 8 переписывается на его выход. Сигналы с входов коммутатора 10 проходят без изменения на его выход. Сигналы с выходов коммутатора 10 и функционального преобразователя 8 поступают на входы соответствующих ключей. К источнику питания преобразователя 3 частоты подключается комбинация секций обмотки 2 якоря и двигатель запускается.

Если на первом коммутационном интервале отключается ключ катодной группы 19, логической комбинации сигналов на входе элемента Мажори- тарность 36 соответствует сигнал Логическая единица на его выходе. Пусть в момент пуска (момент времени I, , фиг. 7) индуктор электрической машины находится в положении, при котором по сигналам с датчика 5 положения ротора сформированы сигналы Логическая единица на выходах 48 и 59 блока 6 формирования сигналов и на входе логического элемента Ма- жоритарность 36. По переднему фронт сигнала с выхода логического элемен7 та Мажоритарность 36 на выходе фор мирователя 38 формируется импульс, по переднему фронту которого на вы-- ходе D-триггера 39 устанавливается

5

5

состояние Логическая единица. Появление логической комбинации сигналов, отличной от нулевой, на выходе датчика 5 положения ротора при- водит к появлению постоянного сигнала Логическая единица на выходе элемента ИЛИ 40, к подключению напряжения питания к катушке реле 41 на- Iпряжения и замыканию его контакта 42,

Сигнал Логическая единица с выхода D-триггера 39 поступает на управляющие входы 11 и 9 соответственно коммутатора 10 и функционального преобразователя 8 и запрещает прохождение информационных сигналов на их выходы. В момент времени i на выходе формирователя 38 появляется сигнал Логический нуль. Так как коммутационный ток отсутствует, на вход Установка нуля D-триггера 39 посту пает сигнал Логическая единица с выхода нуль-органа 35. На выходе D-триггера 39 устанавливается состояние Логический нуль. На выходе датчика 7 длительности коммутационного интервала появляется сигнал Логический нуль. Сигналы с входов 57 - 59 коммутатора 10 проходят.на его выходы 60-62. Единичный сигнал с выхода 62 открывает ключ 27 катодной группы 19. По переднему фронту сигнала с выхода инвертора 47 (момент времени if ) информация с входов 48 - 50 функционального преоб5 разователя 8 переписывается на его выходы 51 - 53. Единичный сигнал с выхода 51 открывает ключ 29 анодной группы. К источнику питания преобразователя 3 частоты оказываются

0 подключенными секции 24 и 23 обмотки якоря, и двигатель запускается. В конце первого такта коммутации (момент времени t) изменяется логическая комбинация сигналов на выходе

5 датчика 5 положения ротора. Появляется сигнал Логический нуль на выходе логического элемента Мажо- , .ритарность 36 и сигналы Логическая единица на входах 48 и 57 со0 ответственно коммутатора 10 и функционального преобразователя 8.

Таким образом, в момент времени 5 при неизменной информации на выходе функционального преобразова- 5 теля 8 меняется логическая комбинация сигналов на выходе коммутато-. ра 10: появляется сигнал Логическая единица на выходе 60 и сигнал

0

13

Логический нуль - на выходе 62. Это обеспечивает коммутацию ключей катодной группы 19: ключ 27 закрывается и открывается ключ 25 при открытом ключе 29 анодной группы. Ток, обусловленный ЭДС самоиндукции отключаемой секции, спадает по замкнутому контуру: 24-23-29-34-33- 34, поэтому перенапряжение на ключах не возникает.

В момент времени i происходит очередная смена информации на выходе датчика 5 положения ротора. Изменяется логическая комбинация сигналов на входах элемента Мажори- тарность 36 и на входах функционального преобразователя 8. При это сигналы на входах, а следовательно, и выходах коммутатора 10 не изменяются. Логические комбинации сигналов на выходах 51-53 преобразовател 8 также остаются неизменными, так как их перезапись происходит по заднему фронту сигнала, поступающего с затчика 7 длительности коммутационного интервала. По переднему фронту сигнала с выхода элемента Мажо- ритарность 36 формируется импульс, который, блокируя сигнал с выхода нуль-органа 35, устанавливает D- триггер 39 в состояние Логическая единица. Длительность импульсов на выходе формирователя 38 определяется временем, в течение которого можно изменить алгоритм работы ключей преобразователя 3 частоты по сигналам с выхода коммутатора 10. На выходе 12 датчика 7 длительности коммутационного интервала появляется сигнал Логическая единица. Этот сигнал поступает на.управляющий вхо 11 коммутатора 10 и запрещает проходение на выход логической комбинаци сигналов, поступающей на его входы. На всех выходах 60-62 коммутатора 1 устанавливается состояние Логический нуль. Секции обмотки якоря эле ;Трической машины оказываются отклю ены от источника питания. Поскольк ключ 29 остается включенным, то ток

отключенной ветви 22-23 спадает по замкнутому контуру: 22-23-29-23-31Появление коммутационного тока через резистор 34 фиксирует нуль-орган 35, на выходе которого появляет ся состояние Логический нуль. До момента окончания процесса спадания тока, обусловленного энергией, за

61

14

пасенной в индуктивности отключаемой секции, на выходе D-триггера 39 со- . храняется состояние Логическая единица .

В момент времени t коммутацион- ный ток через резистор 34 становится равным нулю, на выходе нуль-органа 35 появляется сигнал Логическая еди- ница, который обнуляет D-триггер 39. По заднему фронту этого импульса информация с выхода функционального преобразователя 8 переписывается на его вход, появляется сигнал Логиг

ческая единица на выходе 52 и сигнал Логический нуль на выходе 51. На выходе коммутатора 10 восстанавливается логическая комбинация сигналов, поступающих на его вход. В

момент времени t закрывается ключ 29, открываются ключи 30 и 25. Так как в этом случае ток секций равен нулю, процесс коммутации происходит мгновенно.

Таким образом, коммутация ключей катодной группы происходит по си1- налам датчика 3 положения ротора, аналогично вентильному электродвигателю, преобразователь частоты которого содержит шесть шунтирующих диодов. При коммутации ключей анодной группы в случае, если не будет изменен алгоритм работы ключей и коммутация произойдет сразу при изменении логической комбинации сигналов, на выходе датчика 5 положения ротора к отключенному ключу, например 29, в момент времени Ij через открытый ключ 25 приложено напряжение, равное cjTMMe ЭДС самоиндукции отключенной секции 23 и напряжения питания преобразователя 3 частоты. В результате этого ключ 29 может быть пробит. Чтобы этого не произошло в вентильном электродвигателе с помощью.датчика 7 длительности коммутационного интервала фиксируют моменты коммутации ключей анодной группы. Б указанные моменты по сигналам с коммутатора

10 закрывают все ключи катодной группы и сохраняют предьщущую комбинацию сигналов на выходе функционального преобразователя, в результате чего образуется дополнительный

.

контур, по которому спадает ток, обусловленный ЭДС самоиндукции отключаемой секции. С помощью датчика 7 длительности коммутационного ин1512

тервала фиксируют длительность указанного состояния, после чего восстанавливают алгоритм работы вентиль кого электродвигателя по сигналам с датчика 5 положения ротора до мо- мента очередной коммутации ключей анодной группы.

Указанный алгоритм работы ключей преобразователя частоты не претерпевает изменения при выполнении кон- структивных узлов вентильного электродвигателя на любых других элементах.

Вентильный электродвигатель (фиг. 3 - 5) работает аналогичным образом. Диаграммы напряжений (фиг. 8) в узлах функциональных схем фиг. 4 и5 поясняют его работу.

Предположим что управление вентильным электродвигателем осуществляется по слаботочным цепям датчика 5 положения ротора. В момент времени ij замыкается контактор 71, датчик 5 положения ротора подключается к источнику 70 питания. На вы- ходе датчика 5 появляется логическая комбинация сигналов, однозначно характеризующая положение индук- ;Тора электрической машины 1 . Реле Т2 времени-оказывается тюдключёя- ным к источнику 70 питания, при этом его размыкающий контакт 73 размыкается через заданное время. Достаточно иметь вьщержку времени, измеряемую долями секунд. Если индуктор электрической машины в момент пуска занимает положение, ку- торое соответствует в рабочем режиме коммутационному интервалу ключей анодной группы, на выходе одного из логических элементов И 80-82 присутствует сигнал Логическая единица который не проходит на выход 12 датчика 7 длительности коммутационного интервала. Это объясняется тем, что данный сигнал, поступая на первый вход логического элемента И 84 в момент, когда на его второй вход через замкнутый еще контакт 73 такж е поступает сигнал Логическая единица, проходит на тактируемый вход D-триггера 85. Передн1-гй фронт анного сигнала устанавливает на выходе D-триггера 85 состояние Логическая единица. Данный сигнал, поступая на инвертирующий вход элемента И 83, запрещает прохождение

16

O

5

0

5

0

5

0

5

5

на его выход сигнала, поступающего на его прямой вход.

Сигналы с выхода блока 6 формирования сигналов управления без изменения проходят на входы ключей преобразователя 3 частоты. Вентильный электродвигатель запускается. Индуктор электрической машины проходит угловой интервал, соответствующий в рабочем режиме коммутаци- онному интервалу ключей анодной группы. Изменяется логическая комбинация сигналов на выходах чувствитель- ных элементов 64, 66, 68, 74, 75 и 76. Появляется сигнал Логический нуль на инвертирующем входе Установка нуля D-триггера 85, который ,устанавливает логический нуль на его выходе и разрешает прохождение сигналов на выход логического элемента И 83, поступающих на его прямой вход. При этом состояние на выходе D-триггера 85 в процессе работы вентильного электродвигателя больше не изменится, так как на второй вход логического элемента И 84, а следовательно, и на тактируемый вход D-триггера 85 подаюттся постоянные сигналы Логический нуль.

Если при пуске ротор электрической машины находится в любом другом положении, отличном от указанного, на выходе логических элементов 80 - 82, а следовательно, и на выходе 12 датчика 7 длительности коммутационного интервала присутствует сигнал Логический Hylib (момент времени t, фиг. 7). К источнику питания преобразователя 3 частоты по сигналам с выхода датчика 5 положения ротора подключаются секции обмотки якоря, в данном случае 22 - 23. Коммутация ключей анодных и катодных групп преобразователя 3 частоты в процессе работы осуществляется аналогично описанному при работе вентильного электродвигателя, изображенного на фиг. 2.

В процессе коммутации ключей анодной группы вентильный электродвигатель отключен от источника .тания, на этом интервале вращающий момент создается только за счет коммутационного тока. Это на 12-15% снижает полезную мощность при одном и том же уровне КПД по сравнению с вентильным электродвигателем, в котором преобразователь частоты имеет

2 m шунтирующих диода, а электрическая машина имеет зубчатый якорь. Построение электрических машин с бе пазовой конструкцией якоря, для которой значейия индуктивных параметров снижаются в несколько раз по сравнению с известными конструкциями, позволяет снизить полезную мощность предлагаемого вентильного электродвигателя на 3-4%, а также улучшить массо-габаритные показатели за счет исключения m силовых диодов, встречно шунтирующих каждый из m ключей одной из групп преобразователя частоты. Эффективность применения предлагаемого вентильного электродвигателя растет с ростом мощности электродвигателя, поскольку дополнительная управляющая . часть преобразователя частоты инвариантна мощности, а масса и габариты силовых диодов возрастают пропорционально мощности. Маломощные (информационно-логические) схемы управления могут быть реализованы в весьма малых массе и габаритах.

Формула изобретения

Вентильный электродвигатель, содержащий электрическую машину с числом пар полюсов р и m -секционной обмоткой якоря, подключенной к выхо- ДУ двухполупериодного преобразователя частоты с 2 m ключами и m диодами коммутационного тока, встречно шунтирующими каждый из т ключей одной группы, например анодной преобразователя частоты, датчик положения ротора, и выходов которого связаны с выходами 2 П)- ключей преобразователя частоты через блок формирования сигналов управления, сигналы на нечетных и четных выходах которого имеют фазовый сдвиг один относительно другого на угол н /тр по кольцевой схеме и угловую длительность 2 iF/mp срЛ/р, о т л и ч а ю - щ и и -с я тем, что, с целью улуч- шения массогабаритных показателей, он снабжен датчиком длительности коммутационного интервала, ITI-канальным функциональным преобразователем с управляющим входом и выходной

характеристикой

ф; ,)Vf; (ot-o(J

в каждом i -M каналец

где i; (ог) - входной сигнал,«; - угол поворота индуктора, (1-1)21Г/тр « ( i-DZ J/mp+cp; о;, - угловая длительность сиг- нала с датчика длительности коммутационного интервала;

, - угловая длительность задержки переднего фронта сигнала, Osksl - дробное

число, (X1 ср -foi, -IT;

V - символ операции логического сложения, и 111-канальным коммутатором, управляющий вход которого объединен с управляющим входом функционального пре - образователя и подключен к выходу датчика длительности коммутационного интервала, каждый четный i -и и

нечетный k й выходы блока формирования сигналов управления -подключены соответственно к i -му входу функционального преобразователя и к k-му входу П) -канального коммутатора, k-и

выход которого подключен к входу k-ro ключа катодной группы преобразователя частоты, -и выход функционального преобразователя подключен к входу 1-го ключа анодной группы преобразователя частоты.

.

ЕЛ

Л23п1К. лЗОпоз

4-if n2ff/ 3

Составитель А.Бабак Редактор Н.Рогулич Техред Л.Сердюкова Корректор В.Бутяга

Заказ 5136/56 Тираж 631 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое, предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в вентильных электроприводах авиационных механизмов. Целью изобретения является улучшение массогабарит- ных показателей. Вентильный электроm:,j fctui fc (Л - :Й ч |« 1 I §1 чибстдитеА ны1} люп ФС-ферпирооопа/ь сигнат