Вентильный электродвигатель Советский патент 1989 года по МПК H02P6/00 H02P6/08 

11

(Л

СП

СП

Од

00

Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является повышение точности и расширение диапазона регулирования частоты вращения. Для этого в вентильный электродвигатель введены дополнительные транзисторы 24,25, диоды 26-29, связывающие коллекторы этих транзисторов с базами транзисторов 5-8 коммутатора секций 1-4 якорной обмотки синхронной машины. Управление транзисторами осуществляется формирователями 32,33, напряжение на выходах которых зависит от состояния блоков задержки 13,18. Введение указанных элементов позволяет изменять длительность коммутации секций якорной обмотки обратно пропорционально изменению частоты. Так при уменьшении частоты вращения увеличивается частота коммутации транзисторов 5-8 коммутатора секций якорной обмотки. Она в 2 раза будет превышать частоту изменения выходных напряжений датчика 10 положения ротора синхронной машины. В результате снижаются пульсации частоты вращения. 2 ил.

10 (fJue.i

транзисторами осуществляется форми- poвaтeля fи 32, 33, напряжение на выходах которых зависит от состояния блоков задержки 13, 18. Введение ука- .эанных элементов позволяет изменять длительность коммутации секций якорной обмотки обратно пропорционально изменению частоты. Так при уменьшеИзобретение относится к электротехнике, а именно к вентильным электродвигателям .

Целью изобретения является повьш е- ние точности и расширение диапазона регулирования частоты вращения.

На фиг.1 представлена принципиальная электрическая схема вентильного электродвигателя; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие принцип работы вентильного электродвигателя.

Вентильный электродвигатель содержит синхронную машину с якорной обмоткой, выполненной в виде двух пар секций 1, 2 и 3, А сдвинутых одна относительно другой в расточке стато ра на угол -- эл.град. В каждой паре секции якорной обмотки сдвинуты одна относительно другой на Тэл.град. Коммутатор синхронной машины выполнен на транзисторах 5-8, коллектор каждого из которых подключен к одному ВЫВО

ду соответствующей секции якорной обмотки. Эмиттеры транзисторов 5-8 объединены и подключены к плюсовому зажиму источника питания 9, с минусовым зажимом которого, соединены другие выводы секций 1 - 4 якорной обмотки синхронной машины. Синхронная машина снабжена датчиком 10 положения ее ротора, выходы 11 и 12 которого соединены с базами соответствующих

транзисторов 5-8 коммутатора. I

Вентильный электродвигатель содержит также два блока задержки, каждый из которых выполнен в виде двухобмо- точного дросселя насьщения с магнито- проводом с прямоугольной петлей гистерезиса и двух транзисторов. Первый блок задержки выполнен на дросселе 13 с обмотками 14 и 15 и транзисторах 16 и 17, а второй блок задержки - на дросселе 18 с обмотками 19 и 20 и транзисторах 21 и 22. К коллекторам транзисторов 16 и 17, 21 и 22 подключены разноименные выводы обмоток 14

нии частоты вращения увеличивается частота коммутации транзисторов 5 - 8 коммутатора секций якорной обмотки. Она в 2 раза будет превьшать частоту изменения выходных напряжений датчика 10 положения ротора синхрон-, ной машины. В результате снижаются пульсации частоты вращения. 2 ил.

5

0

5

0

5

0

5

0

5

и 15, 19 и 20 соответственно, а базы транзисторов образуют входы блоков задержки, подключенные к соответствующим выходом датчика 10 положения ротора. Другие выводы обмоток 14 и 15 и 19 и 20 дросселей 13 и 18 объединены между собой и подключены к одному из выходных выводов блока 23 управления величиной задержки.

В вентильный электродвигатель введены два дополнительных транзистора

24и 25, четыре диода 26 - 29, два резистора 30 и 31, два формирователя

32и 33 импульсов и два делителя напряжения, один из которых выполнен на резисторах 34 и 35, а другой - на резисторах 36 и 37. Коллекторы транзисторов 24 и 25 объединены и через диоды 26 - 29 подключены соответственно к базам транзисторов 5-8 коммутатора. Объединенные эмиттеры дополнительных транзисторов 24 и 25 подключены к эмиттерам транзисторов 5-8 коммутатора, база транзистора 24 соеди- iieHa с выходом формирователя 32 импульсов и через дополнительно введенные резисторы 30 и 38 .с зажимами источника 9 питания. База транзистора

25соединена с выходом формирователя

33импульсов и через дополнительно введенные резисторы 31 и 39 плюсовыми зажимами источника 9 питания. Вход формирователя 32 импульсов через делитель напряжения, выполненный на резисторах 34 и 35, подключен к змитте- рам транзисторов 5 и 6 коммутатора и

эмиттерам транзисторюв 16 и 17 первого блока задержки. Вход формирователя 33 управления через делитель напряжения, вьтолненный на резисторах 36 и 37, подключен к эмиттерам транзисторов 7 и 8 коммутатора и эмиттерам транзисторов 21 и 22 второго блока задержки.

Питание формирователей 32 и 33 импульсов осуществляется от источника 40.

515

BenTHJibHWi i злектроднигатель работает следуюпгим образом.

При вращении ротора синхронной машины с частотой ц.) на выходах датчи- КсЧ 10 действуют раэнополярные прямоугольные напряжения Uj, и U (фиг. 2, а, б), сдвинутые относительно друг друга на эл.рад. и изменяющиеся с периодом .

Пусть время задержки tj T,/4, а в момент времени напряжение Ujj на выходе 11 датчика Ю скачкообразно изменяется с отрицательного значе- ния на положительное, на выходе 12 датчика 10 напряжение Up имеет полярность противоположную полярности напряжения U , т.е. отрицательную, а процесс перемягничивания дросселя 18 закончился. Напряжением Up открывается транзистор 22, а транзистор 21 закрыт. Ток от блока 23 управления протекает по цепи плюсовой зажим блока 23 - обмотка 20 второго дрос- селя насыщения - транзистор 22 - резистор 37 - минусовь1 с зажим блока 23 управления. Так как процесс перемаг- ничивания второго дросселя закончился, то полное сопротивление его об- мотки 20 мало, а указанный ток создает на резисторе 37 падение напряжения, которое через резистор 36 подается на инвертирующий вход формирователя 33 импульсов. На его, вь0:оде тлеется положительное напряжение, которое запирает транзистор 25. В момент времени напряжением U д (фиг,2) открывается транзистор 16 и закрывается транзистор 17. Начинается пе- ремагничивание первого дросселя 13 насыщения, в процессе которого ток, протекающий по цепи плюсовой зажим блока 23 управления - обмотка 14 первого дросселя насыщения - транзистор 16 - резистор 34 - минусовый зажим блока 23 управления, очень мал, напряжение на резисторе 34 мало, и положительное напряжение на выходе первого формирователя 32 также отсутст- вует. В результате транзистор 24 на- сьпцен, и выходные токи датчика 10 положения ротора замыкаются по следующим цепям: ( + ) выхода 11 датчика 10- эмиттер-базовый перехоЬ транзистора 16 резистор 34, змиттер-коллекторный переход транзистора 24 - диод 27 - (-) выхода 11 датчика положения ротора; (+) выхода 12 датчика

0 5 0 0 j

5

0

186

10 - базоэмиттерный переход транзиг- торл 22 - резистор 37 - эмиттер-кол- лекторньп переход транзистора 24 - диод 28 - (-) выхода 12 датчика 10. В результате все силовые транзисторы 5-8 заперты и ток в секциях 1 - 4 якорной обмотки синхронной машины отсутствует. По окончании времени tj (фиг.2, в) процесс перемагничивания первого дросселя 13 заканчивается, сопротивление его обмотки 14 резко уменьшается, а ток резко возрастает. Напряжение на резисторе 34, а следо- вaтJeльнo, и на выходе формирователя 32 импульсов скачкообразно увеличивается, и транзистор 24 закрывается. Так как транзистор 25 до этого момента был закрыт сигналом с выхода формирователя 32, то сигнал с выхода датчика 10 положения ротора проходит на входы силовых транзисторов 5-8 (разрываются цепи, шунтирующие управляющие входы этих транзисторов). В управляющих цепях транзисторов 5-8 протекают токи i и i (фиг.2, в, г) в течение времени t „ до момента скачкообразного изменения напряжения (фиг.2, б). Транзисторы 6 и 8 открываются и подключают секции 2 и 4, обмотки якоря синхронной машины к источнику 9 питания. По указанным секциям под действием напряжения источника 9 питания протекает ток, взаимодействие которого с магнитным потоком индуктора (ротора) синхронной машины создает вращающий момент. Ротор синхронной машины поворачивается, и в момент времени t ir/2ui полярность напряжения С на втором выходе 12 датчика 10 положения ротора скачкообразно изменяется на указанную в скобках. Транзистор 22 закрывается, а транзистор 21 открывается. Начинается перемагничивание второго дроссе.тя 18, в процессе которого полное сопротивление его обмотки 19 велико, и ток, протекающий в ней, очень мал. Напряжение на резисторе 37, а следовательно, и- на выходе формирователя 33 импульсов резко уменьшается, транзистор 21 открывается, замыкая цепи, шунтирующие управляющие входы силовых транзисторов от прохождения сигналов с датчика 10 положения ротора. Силовые транзисторы закрываются, и секции якорной обмотки отключаются от источника 9 питания на время t перемагничивания второго дросселя 18. В

дальнейшем процессы повторяются аналогично.

При изменении частоты вращения под действием воз1 1дающих факторов, на- пример, при увеличении ее до значения ai7 А), период изменения напряжений Uj, , и D, уменьшается до значения

остается неизменным, то длительность

протекания тока в управляющих цепях транзисторов 5-8 уменьшается (фиг,2, д, е), т.е. относительная длительность указанных импульсов тока, а следовательно, относительная длительность подключения секций 1 - 4 якорной обмотки синхронной машины к источнику 9 питания изменяется обратно пропорционально частоте враще- ния.

Так как напряжения Uj, и Up сдвинуты друг относительно друга на эл.рад., а длительности импульсов tj,, t формируются всякий раз при смене полярности каждого из напряжений Up, и (фиг.2 в, г), то часто- та коммутации транзисторов 5-8 коммутатора будет в Два раза превьппать частоту изменения напряжений U , Up . Увеличение частоты коммутации транзисторов коммутатора приводит к уменьшению величины пульсаций частоты вращения, особенно при низких частотах вращения (при глубоком регулировании, когда t д, возрастает), что позволяет расширить диапазон изменения крутизны зависимости относительной длительности выходных импульсов датчика положения ротора от частоты вращения и, естественно, приводит к повьш1ению точности и увеличению диапазона регулирования частоты враше- ния вентильного электродвигателя.

Формула изобретения

Вентильный электродвигатель, содежащий синхронную электрическую машину с якорной обмоткой, выполненной с п парами секций, сдвинутых между собой на /I/п эл.град., причем в каж- дои паре секции сдпинуты одна относительно другой на f эл.град., транзис торньаТ кo мyтaтop, коллектор каждого

из которьгх подключен к одному выводу соответствующей секции, а эмиттеры транзисторов объединены и подключены к плюсовому зажиму источника питания, минусовый зажим которого соединен с вторыми выводами секций якорной обмотки, датчик положения ротора синхронной машины с п выходами, каждый из которых соединен с базами тран- .зисторов коммутатора соответствующей пары секций, два блока задержки, каждый из которых выполнен в виде двух- обмоточного дросселя насьпцения с маг- нитопроводом из материала с прямоугольной петлей гистерезиса и двух транзисторов, эмиттеры которых объединены, к коллекторам транзисторов блока задержки подключены соответственно разноименные выводы обмоток дросселя, а базы транзисторов образуют вход блока задержки, подключенный к одному из выходов датчика положения ротора, другие выводы обмоток дросселей блоков задержки соединены между собой и подключены к одному из выходных выводов блока уггравления величиной задержки, отличающийся тем, что, с целью повьшзе- ния точность и расширения диапазона регулирования частоты вращения, введены два дополнительных транзистора, четыре диода, четыре резистора, два формирователя прямоуг ольных импульсов И два делителя напряжения, объединенные коллекторы дополнительных транзисторов через диоды соединены соответственно с базами транзисторов коммутатора, объединенные эмиттеры дополнительных транзисторов подключены к эмиттерам транзисторов коммутатора и второму выходному выводу блока управления величиной задержки, а база каждого дополнительного транзистора соединена с выходом соответствующего формирователя прямоугольных импульсов и через резисторы - с зажимами источника питания, вход каждого формирователя прямоугольных импульсов через соответствующий делитель напряжения соединен с эмиттерами транзисторов коммутатора соответствующей секции и транзисторов соответствующего блока злдержь.-и.