Вентильный электропривод Советский патент 1987 года по МПК H02P6/18 H02K29/06 

входы логических блоков 4-6 связаны с выходами 11 (у,), 12 (vj), 13 (у) блока 3, выходы 14 (z, ), 15 (z), 16 (zj) которого подключены к третьим входам блоков 4-6 соответственно , Вторые входы блоков 4-6 объединены и соединены с выходом датчика 7, второй вход которого связан со средней точкой резистив- нрго целителя 8. Делитель 8 включен параллельно РИ 2 между клеммами источника (и) 9 питания. Логические блоки 4-6 имеют переключательную функцию х (Y,- + Е) zj ,где i 1, 2, 3; 3, сигнал на выходе соответствующего логического блока; Y - сигнал подключения i-й секции к плюсу И 9, поступающий на первый вход данного вспомогательного логического блока с соответствующего вы1

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрическим машинам с бесконтактной коммутацией по положению ротора, и может быть использовано в большинстве систем электропривода с повышенными требованиями надежности, например в электро- )борудовании самолетов и автомобилей, в звуко- и видеозаписи, в радионави

гации и т.д.

Цель изобретения - повьшение на- дежности посредством уменьшения числа занятых в схеме датчиков знака фазных ЭДС,

На фиг.1 представлена блок-схема вентильного электродвигателя; на фиг.2 - схема вспомогательного логического блока; на фиг.З - схема датчика знака ЭДС вращения; на фиг.4 и 5 - временные диаграммы сигналов.

Вентильный электропривод содержит электрическую машину 1 с постоянными магнитами на роторе и обмоткой статора с выведенной средней точкой, три секции которой подключены к выхо дам реверсивного инвертора 2, управляющие входы которого подключены к в ходам У|, у, у,, Z,, Zg, Zj основного логического блока 3, первый 4, второй 5 и третий 6 вспомогательные

хода основного логического блока; к - сигнал знака ЭДС вращения отключенной секции, поступающий на второй вход данного вспомогательного логического блока; z. - сигнал подключения i-й секции к минусу И 9 поступающий на третий вход данного вспомогательного логического блока с соответствующего выхода основного логического блока. Блоки 4-6 обеспечивают восстановление информации о знаках разных напряжений всех трех cekций обмотки статора ЭМ 1, использующей при этом только один датчик знака ЭДС вращения. Сигналы X; блоков 4-6 поступают на входы блока 3, управляющего работой ключей РИ 2. В результате в ЭМ осуществляется реверсивная 120-градусная коммутация секций. 5 ил.

5

fO

0

логические блоки, датчик 7 знака ЭДС вращения и резистивный делитель 8, включенный параллельно инвертору 2 между полюсами источника 9 питания. Первый вход датчика 7 подключен к средней точке 10 статорной обмотки машины 1, а второй его вход - к средней точке делителя 8. Первый 11, второй 12 и третий 13 вьпсоды основного логического блока 3 подключены к первым входам 4-6 вспомогательных логических блоков, вторые входы которых соединены с выходом датчика 7 знака ЭДС, четвертьй 14, пятый 15 и шестой ;16 выходы основного логического блока 3 подключены соответственно к третьим входам вспомогательных логических блоков 4-6. Выходы вспомогательных логических блоков 4-6 подключены соответственно к первому 17, второму 18 и третьему 19 входам основного логического блока 3.

Каждый из вспомогательных логических блоков 4-6 содержит (фиг.2) элемент ИЛИ 20 и элемент И 21, выход элемента 20 подключён к первому входу 22 элемента И 21, а первый 23 и второй 24 входы элемента РШИ 20 и второй инверсный вход 25 элемента И 21 являются: соответственно первым,

вторым и третьим входами данного вспомогательного логического блока, выходом которого служит выход элемента И 21 .

Датчик 7 знака ЭДС вращения содержит чувствительный компаратор 26 напряжения, формирователь 27 коротких импульсов, счетчик 28 импульсов опорной частоты, RS-триггер 29 и одноразрядный мультиплексор 30, выход компаратора 26 подключен к первому вхрду 31 мультиплексора 30 и входу формирователя 27 импульсов, выход которого соединен с входами выставки Б начальное положение счетчика 28 и триггера 29, выход счетчика 28 соединен с вторым входом 32 мультиплексора 30 и входом предустановки триггера 29, выход которого подключен к входу управления мультиплексора 30, при этом входы компаратора 26 являются входами датчика знака ЭДС, а его выходом служит выход мультиплексора 30.

Основной логический блок обеспечивает на каждом такте коммутации отключение одной из секций машины 1 и подключение двух других к плюсу и минусу источника 9 питания путем реализации логических функций у

X.

г

Z, X,,

г

Xjj Xj;

Z -7 - X rt

X z

, 1

X,. X,

и z

- 2, 3 A,j. Л,

соответств

-Xгде у, - у,

но выходы 11 - 13 и 14 - 16; соответственно входы 17 - 19 логического блока 3.

Напряжения отключенной на данно такте секций (U ), подключенной к плюсу (и), и секции, подключенной к минусу (и ), источника 9 равны соответственно

-.0 о

и е ;

и и - и„;

и -и.

о

о е е

и ЭДС вращения отключенной на данном такте секции; 50 напряжение источника питания;

потенциал средней точки 10. статорной обмотки машины 1 .относительно минуса источ- 55 ника 9 питания.

Поскольку при синусоидальности ЭДС врап;ения алгебраическая сумма фазных

fO

f5

20

25

1544

напряжений равна нулю, потенциал средней точки 10 на всех тактах коммутации равен

Uo и/2 + е°/2.

При равенстве плеч в делителе 8 потенциал его средней точки равен и/2. В результате между входами датчика 7 знака ЭДС всегда действует сигнал ЭДС вращения отключенной на текущем такте секции е /2, а на его выходе формируется логический сигнал Е° О, если е° О, и Е 1, если е° -Ю.

На фиг.4 представлены временные диаграммы,иллюстрирующие работу рассмотренного узла вентильного электропривода, где обозначены 33-35 - фазные напряжения секций машины 1; 36 - диаграмма ЭДС вращения отключенной секции; 37 - сигнал Е° на выходе датчика 7 знака ЭДС вращения, поступающий далее на входы вспомогательных логических блоков 4-6, которые при выбранной структуре и подключении (фиг.1 и 2) имеют переклю- |чательную функцию

30

Х- (Y; + Е

,

5

0

5

0

5

где i 1, 2, 3 - условньп номер; Х - сигнал на его выходе;

Y- - сигнал подключения i-й секции к плюсу источника 9, поступающий на первый вход данного вспомогательного логического блока с соответствующего выхода основного логического блока; Е - сигнал знака ЭДС

вращения отключенной секции, поступающий на второй вход данного вспомогательного логического блока с выхода датчика знака ЭДС;

Z. - сигнал подключения i-й секции к минусу источника 9,поступающий на третий вход данного вспомогательного логи51

ческого блока с соответствующего выхода основного логического блока.

Характер подключения каждой секции определяют ее сигналы подключени Y. и Z. , формируемые в основном логическом блоке 3 и управляющие работой инвертора 2, Комбинация сигналов Y. Z 1 автоматически исключается алгоритмом работы основного логического блока 3.

Приведем соответствие между возможными комбинациями сигналов подключения Y;, Z; и знаками фазного напряжения i-й секции и значениями сигнала на выходе i-ro вспомогательного логического блока, определяемыми согласно его переключательной

функции

1.

о,

О,

Z; О, U; и ПиХ; 1; Z; 1 , и. ОиХ, 0; - Z ; О, и. е, X. Е°

5

Легко видеть, что значение сигнала Х| на выходе вспомогательного логического блока и знак фазного напряжения и находятся во взаимно однозначном соответствии.

В совокупности вспомогательные логические блоки 4-6 обеспечивают восстановление информации о знаках фазньпс напряжений всех трех секций машины 1, используя для этого только один датчик 7 знака ЭДС вращения. Далее сигналы X,, Х и Xj поступают на первый 17, второй 18 и третий 19 входы основного логического блока 3 и в электрической машине осуществляется реверсивная 120-градусная коммутация секций.

Работу рассмотренных устройств иллюстрирует временная диаграмма сигналов, представленная на фиг.5, где обозначены: 38 - сигнал Е° на выходе датчика 7 знака ЭДС вращения; 39-41 - сигналы X, - Х на выходах вспомогательных логических блоков

yt 4 - 6; 42 - 44 - сигналы на выходах 11-13 основного логического блоки 3; 4S - 47 - сигналы Z( Z на его выходах 14 - 16.

Данный вентильный электродвига- тель не имеет собственного-пусково

го момента, так как при неподвижном роторе отсутствует ЭДС вращения секций. Для его обеспечения датчик 7 |3нака ЭДС снабжен специальной схемой

«пуска (фиг.З), провоцирующей началь- переключения обмотки машины 1. При неподвижном роторе сигнал е° О и на выходе компаратора 26 напряжения имеет место устойчивый нулевой сигнал. Импульсы на выходе формирователя 27 отсутствуют и счетчик импульсов опорной частоты (генератор ее не показан), периодически переполняясь, формирует на своем выходе последовательность импульсов скважности,равной 2, которые, поступая на вход предустановки триггера 29, устанавливают его в единичное состояние. На фоне единичного сигнала на управляющем входе мультиплексора 30 импульсы счетчика 28 проходят на выход датчика знака ЭДС вращения (выход мультиплексора 30), имитируя сигнал Е . Под действием этого сиг- нала в полном соответствии с после- довательност-ью импульсов, представленной на фиг.З, осуществляется направленное переключение секций ма- щины 1. Если частота -импульсов счетчика 28 выбрана близкой частоте приемистости данного электродвигателя (что всегда можно подобрать экспериментально) , то ротор начнет вращаться в синхронном режиме. При этом формируется знакопеременный сигнал е° и на выходе компаратора 26 формируются импульсы Е° , Формирователь 27 импульсов формирует по фронтам сигнала Е короткие импульсы, которые поступают на входы выставки в начальное положение счетчика 28 и триггера 29, устанавливая их в нулевое состояние. На фоне нулевого сигнала на входе управления мультиплексора 30

на выход датчика знака ЭДС проходят действительные сигналы Е° с выхода компаратора 26 и вентильный электродвигатель переходит в описанный ранее режим самокоммутации. При остановке

ротора режим пуска возобновляется.

Благодаря введенным вспомогатель - ным логическим блокам и используемому съему сигнала ЭДС вращения достиг- нуто уменьшение числа занятых в схеме датчиков знака ЭДС от трех до одного при полной идентичности прочих характеристик вентильного электропривода. При этом введенные дополни712921

тельно вспомогательные блоки, содер- . жащие один элемент И и один элемент ИЛИ, несравнимо проще устраняемых датчиков. В целом достигнуто упрощение схемы вентильного электродвигате- 5 ля и соответствующее этому упрощению повышение надежности.

Формула изобретения

Вентильный электропривод, содержащий электрическую машину с постоянными магнитами на роторе и обмоткой статора с выведенной средней точкой, три секции которой подключены к выходам реверсивного инвертора, а вывод средней точки соединен с первым входом датчика знака фазной ЭДС вращения, основной логический блок, реализующий логические функции

: У г У .

X.

X 1 Х ,

X, X ,,

при этом выходы у У-), 2, - z логического блока соединены с управляющими входами реверсивного инвер- тора, отличающийся тем, что, с целью повьщ1ения надежности за счет минимизации числа датчиков знака фазных ЭДС, введены резистивный делитель напряжения, три вспомогательных логических блока, каждый из которых составлен из элемента ИЛИ и элемента И, причем выход элемента ИЛИ подключен к первому входу элемента И, а первый и второй входы элемента ИЛИ и второй инверсный вход элемента И являются соответственно первым, вторым и третьим вхо2921

. - 5

to

. 5

20

25

30

35

40

5.8

дами вспомогательного логического блока, выходом которого является выход элемента И, а датчик знака фазной ЭДС вращения составлен из компаратора, одноразрядного мультиплексора и схемы пуска, включающей формирователь коротких импульсов, счетчик импульсов опорной частоты и RS-триггер, при этом выход компаратора подключен к первому входу мультиплексора и входу формирователя коротких импульсов, выход которого соединен с входом выставки в начальное положение счетчика импульсов и входом RS-тригге- ра, выход счетчика соединен с вторым входом мультиплексора и входом предустановки RS-триггера, первый и второй входы сравнения компаратора образуют соответствующие входы датчика знака фазной ЭДС вращения, выходом которого является выход мультиплексора, упомянутый резистивный делитель напряжения включен параллельно входам питания инвертора, второй вход датчика знака фазной ЭДС вращения подключен к средней точке резистивного делителя, первые входы первого, второго и третьего вспомогательных логических блоков соединены с выходами у, tV, у основного логического блока, вторые входы вспомогательных логических блоков соединены с выходом датчика знака фазной ЭДС, а их третьи входы подключены соответственно к Z,, Zj, z выходам основного логического блока, выходы вспомогательных логических блоков подключены к входам X,, Xj, Хэ основного логического блока.

Фиг. 2

j;

J2

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электрооборудовании самолетов и автомобилей, в звуко- и видеозаписи, в радионавигации и т.д. Целью изобретения является упрощение и повышение надежности. Вентильный электропривод содержит электрическую машину (ЭМ) 1 с постоянными магнитами на роторе и обмоткой статора с выведенной средней точкой. Выводы обмотки статора ЭМ 1 подключены к выходам реверсивного инвертора (РИ) 2, а средний ее вывод - к первому входу датчика 7 знака ЭДС вращения. Управляющие входы РИ 2 связаны с выходами ocHOBHojTo логического блока 3., реализующего функции: у, , Уг y-j « г г x,j. X, , Z, Xg-Xj. Входы логического блока 3 подключены к выходам вспомогательных логических блоков 4-6 соответственно. Первые с SS (Л ю :о го

27

2Q

Фие.З

Й{/г.4.

38 33

0

4/

2

3

44

4/

ffS

47

f/S.S