Вентильный электродвигатель Советский патент 1989 года по МПК H02K29/06 

us. 2

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при разработке исполнительных электродвигателей систем автоматического управления,

Цель изобретения - улучшение энергетических характеристик вентильного электродвигателя.

На фиг, 1 представлена функцио- нальная схема вентильного электродвигателя- на фиг, 2 - схема статорных пластин емкостного фазовращателя; на фиг, 3 - векторные диаграммы питающих пластин напряжений на фиг,4 - характеристика вход-выход емкостного фазовращателя; на фиг, 5 - эпюры напряжений, поступаюп{их на вход прлупроводникового коммутатора через блок управления, при максимально возможном фазовом сдвиге выходного напряжения фазовращателя относитель- но опорного , на фиг. 6 - взаимное расположение статорных и роторных.

пластин в емкостном фазовращателе.

на фиг, 7 - вид А на фиг, 6; на фиг, 8 - вид Б на фиг, 6;йа фиг, 9 - вид В на фиг, 6; на фиг 10 - вид Г на фиг, 6, на фиг, 11 - временные диаграммы работы основных блоков; на фиг, 12 - временные диаграммы работы блоков для трех угловых положений ротора вентильного электродвигателя-, ,на фиг, 13 - выходные сигналы блока управления для одной фазы вентильно- го электродвигателя; на фиг, 14 - фазное напряжение и, и ток I, одной из обмоток электрической машины. Заштрихованные и зачерненные поверхности (фиг, 6-10). металлизирова- ны, а чистые поверхности - диэлектрические, В тексте и на чертежах приняты следующие обозначения: U, и и и. - питающие напряжения фазовращателя (ФВ), UB,,,,, и )2 выходные напряжения ФВ; U- - проде- тектированное опорное напряжение UA и Uj - продетектированные выходные напряжения ФВ ер, и Cf - фазовые сдвиги выходн1.гх напряжений ФВ относительно опорного, U( tf ) и U(qi-) последовательности импульсов длительностью ср, и if соответствен- НО , С, и cj - длительность импульсов U(cf,) и signU(Cf,) и signUCip.) - знаки полярности последовательностей ,) и U(tp2.) « Uu. - управляющее воздействие,, /Ujp,/ и JUmj, - ШИМ-последовательности им05 0

5

0 5 0 5 .. ,5

пульсов, определяющие модель напряжения на фазных обмотках электрической машины; з1§пиф, и signUq,,, знаки фазных напряжений электродви- гател я И,, и Цф - фазные напряжения вентильного электродвигателяi вых гви выходной сигнал генератора высокой частоты (ГВЧ); выходной сигнал делителя час тоты (ДЧ)-, Ug , и, и Uj - внутренние координаты формирователя синусоидальных напряжений (ФСН); , , л и o(j - углы положения ротора вентильного электродвигателя , п - количество секторов питающей пластины.

Вентильный электродвигатель (фиг, 1) содержит последовательно соединенные ГВЧ 1, ДЧ 2, ФСН 3, ФВ4, который жестко закреплен на валу синхронной машины (СМ) 5, выходы ФВ 4 соединены через детекторы 6 и 7 пересечения сигналом нулевого уровня (Д).8, с входами блоков 9 и 10 выделения фазового сдвига (БВФС),на другие входы которых через Д 8 поступает опорный сигнал U , Вькоды БВФС через блок 11 управления (БУ) соединены с входами полупроводниковых коммутаторов 12 и 13, выходы которых подключены к фазным обмоткам СМ 5,

Емкостный ФВ вьтолнен с числом секторов питающей статорной пластины, в восемь раз превышающим число ,ndp полюсов ротора СМ,

Пластины емкостного ФВ (фиг, 7- 10) выполнень из диэлектрического материсша (например, стеклотекстолита) с нанесенной на него металлизацией. Металлизация статорной питающей пластины 14 вьтолнен в виде п секторов, к которым подводится многофазное напряжение питания. Количество cgKTOpoB п питающей пластины 14 в восемь раз превышает число пар полюсов вентильного электродвигателя п 8р,

Роторная пластина 15 предназначена для бесконтактного снятия сигнала с пластины 14 и выполнена с металлизацией в виде секторов, соот- ветствуюпщх по форме секторам пластины 14, Число секторов и их взаимная ориентация зависят от числа фаз вентильного электродвигателя, В случае двухфазной ЭМ металлизация пластины 15 имеет вид, показанный на фиг. 9,

Роторная пластина 16 предназначена для бесконтактной передачи сигналов с секторов роторной пластины 15 на статорную пластину 17, с которой снимается выходной сигнал ФВ. Металлизация пластины -16 выполнена в виде двух колец 18 и 19 (для двухфазной ЭМ). Причем кольцо 18 и 19 имеют одинаковую площадь и каждое из них электрически соединено с одним из секторов роторной пластины 15. Роторная пластина 16 (для двухфазной ЭМ) приведена на фиг. 10.

Статорная пластина 17 имеет метал лизацию такую же, как и роторная пластина 16, и предназначена для снятия выходного сигнала ФВ. Для двухфазной ЭМ статорная пластина 17 приведена на фиг. 8.

Статорные пластины 14 и 17 ем- костного ФВ крепятся к корпусу датчи ,ка, а роторные 15 и 16 - к металли-

преобразуются ДЧ 2 и поступают на вход ФСН 3, на выходе которого име- ют место три синусоидальных сигнала Ug, и и и., причем и и и,2 сдвинуты по фазе относительно U на -7 /2 и о-IT/2 соответственно. Питающая пласти на ФВ разделена на число секторов, в восемь раз превышающее число пар полюсов ротора СМ 5. Для СМ, имеющей одну пару полюсов, схема питания статорной пластины ФВ представлена на фиг. 2. Выходные сигналы ФВ ,,,, и Ueb,x2. подключены к одним из входов БВФС 9 и 10 через Д 6 и 7, при этом выходные сигналы Д 6-8 формируются в соответствии с уровнями дискретной логики. Другие входы БВФС 9 и 10 соединены с выходом Д 8, на вход которого поступает опорный сигнал. На выходе БВФС 9 и 10 имеет место последовательность U(q, ) (U(q)3,)) и знаки полярности последовательности signU(q)| ) (signU(q)). Знаки полярносческому диску на роторе. Металлический диск, кроме того, вьшолняет функ- 25ти последовательности изменяются ции экрана. Расстояние (фиг. 6) междупри условии U. Ц;. (Uj Uj.) . При пластинами должно быть минимальным. этом длительность импульсов 2 каж- Питание секторов статорной плас-дой последовательности равна фазовопреобразуются ДЧ 2 и поступают на вход ФСН 3, на выходе которого име- -; ют место три синусоидальных сигнала Ug, и и и., причем и и и,2 сдвинуты по фазе относительно U на -7 /2 и -IT/2 соответственно. Питающая пластина ФВ разделена на число секторов, в восемь раз превышающее число пар полюсов ротора СМ 5. Для СМ, имеющей одну пару полюсов, схема питания статорной пластины ФВ представлена на фиг. 2. Выходные сигналы ФВ ,,,, и Ueb,x2. подключены к одним из входов БВФС 9 и 10 через Д 6 и 7, при этом выходные сигналы Д 6-8 формируются в соответствии с уровнями дискретной логики. Другие входы БВФС 9 и 10 соединены с выходом Д 8, на вход которого поступает опорный сигнал. На выходе БВФС 9 и 10 имеет место последовательность U(q, ) (U(q)3,)) и знаки полярности последовательности signU(q)| ) (signU(q)). Знаки полярности последовательности изменяются при условии U. Ц;. (Uj Uj.) . При этом длительность импульсов 2 каж- дой последовательности равна фазово

Изобретение относится к электротехнике и автоматике, а именно к исполнительным электродвигателям систем автоматического- управления, и может быть использовано в исполнительных механизмах различного назначения. Цель изобретения состоит в улучшении энергетических характеристик вентильного электродвигателя. Фазовращатель вентильного двигателя (ВД) выполнен -с числом секторов питающей пластины, в восемь раз пре- вьшающим число пар полюсов ротора электрической машины. Питание секторов осуществляется следующим образом. Секторы А, С, Е, F запитаны синфазными напряжениями, секторы В, D, G, Н - противофазными напряжениями, находящимися в квадратуре с питанием нечетных секторов. За опорное напряжение BD принято напряжение питания тех из секторов В, D, G, Н, напряжение на которых опережает по фазе на 90 питание секторов. А, С, Е, F статорной пластины фазовращателя. Таким образом, в данном ВД за счет изменения питающей пластины фазовра- тцателя и выбора опорного напряжения удается вдвое, по сравнению с прототипом, улучшить энергетические характеристики. 14 ил. OV0 i (Л ilih О

тины 14 осуществляется следующим образом (фиг. 2): секторы А, С, Ей запитаны синфазными напряжениями U,, секторы В, D, С и Н - противофазными напряжениями U, и U, находящимися в квадратуре с питанием нечетных секторов.

За опорное напряжение принято : напряжение питания тех из секторов В, D, G и Н статорной пластины 14, напряжение на которых опережает по фазе на 90° питание секторов. А, С, Е и F.

В зависимости от угла поворота ротора oi секторы роторной пластины 15 располагаются напротив секторов питающей пластины 14. Таким образом, фазовый сдвиг выходного напряжения ФВ является функцией угла поворота ротора q (Ug,) f-(o6) . Используя эту зависимость (фиг, 4), удается сформировать ШИМ-напряжения по числу фаз двигателя.

На фиг. 11-14 изображены временные диаграммы работы одного из каналов вентильного электродвигателя. Временные диаграммы остальных m - 1 каналов, где m - число фаз, аналогичны рассмотренным.

Импульсы высокой частоты, выраба- тьшаемые стабилизированным ГВЧ 1,

0

5

0

5

0

. му сдвигу tp соответствующего выход-, ного напряжения ФВ относительно опорного.

Как видно из фиг. 4, ФВ имеет характеристику вход-выход . 180 и соответствующая ему последовательность V(,) имеет относитель-.

2tr, ную длительность 1,0.

У 11, на входы которого поступают U(q ,) и и((|) и signU(cp,) и signU(c|)) предназначен для управления направлением и скоростью вращения вентильного электродвигателя. Независимо от выбранного способа управления на выходе БУ можно вьщелить (для каждой фазы) ИИМ-последователь-, ность |иф, I (lUcpi/), определяющую мо-. дуль напряжения на фазной обмотке электрической машины и знак этого фазного напряжения signUq,, (signUcpj.) « Полупроводниковые коммутаторы 12 и 13 усиливают последовательности |Ucp,v

и

/иф2.| до напряжения питания электрической машины и преобразуют их поsignU p,

и

лярность в соответствии с signUmj соответственно.

Таким образом, за счет изменения числа секторов питающей пластины ФВ и их питания, а также выбора опорного напряжения удается вдвое увеличить относительную длительность импульсов, питающих статорныв обмотки, что улучшает энергетические характеристики по сравнению с характеристиками известного двигателя. Вентильный электродвигатель может быть выполнен как в ; двухфазном, так и в трехфазном варианте.

Электродвигатель может быть эффективно использован в качестве исполнительного элемента в сам1.к различных системах автоматики.

Формула изобретения

Вентильный электродвигатель, содержащий высокочастотный генератор, соединенный своим выходом с входом делителя частоты, формирователь синусоидальных напряжений, выполненный с возможностью формирования на втором выходе синусоидального сигнала высокой частоты, находящегося в квадратуре относительно сигнала на первом входе, а на третьем выходе - сигнала, противофазного сигналу на втором выходе, выходы формирователя

14642616

соединены с питающими пластинами емкостного фазовращателя, а входы подключены к выходу делителя часто- ты, синхронную электрическую машину, на валу ротора которой жестко закреплен ротор емкостного фазовращателя, выходы которого через детекторы подключены к первым входам блока вы10 деления фазового сдвига, другие входы которого связаны с одним из выходов формирователя, а его выходы че- рез блок управления и полупроводниковые коммутаторы соединены с фаз15 ными обмотками электрической мащины, отличающийся тем, что, с целью улучщения энергетических характеристик, фазовращатель выполнен с числом секторов питающей плас20 тины, в восемь раз превышающим число пар полюсов ротора, причем все секторы питающей пластины с нечетными номерами подключены к первому входу формирователя синусоидальных напря25 жений, секторы с четными номерами.- к второму выходу формирователя, а вторые входы блоков выявления фазового сдвига, служащие для подключения опорного сигнала, - с третьим выхо30 дом формирователя.

$iffn М

V(

М/

//

ЩпТ/М.

v()

Si9fTV f -f

1УФг1

Si9 TU 0z Фие.1

Vr

о I

Vi

Vf

Vo

V(i)

Фиг .S

ti

r, т

Фаг. 5

360

Диен fffljf кре/7ленм flomop/fM /тластон

//////////////////////X

Фиг. 6

ВидА

фиг Л

Фиг.8

вид Г

Ц) и г. Ю

ttfe.,.

-

. ,i

.ЩЕП,

C,t

-

,

«Л

fui ff

t«

Фиг.9

1

K.tf

«i.j

JJL

« V

JLDJ.

If/

Фи. /