Способ импульсного управления вентильным электродвигателем Советский патент 1991 года по МПК H02P6/02 H02K29/06 

1Ч

Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является повышение линейности регулировочных механических характеристик при сохранении надежности и увеличение разрешающей способности в области высоких частот вращения. Способ импульсного управления вентильным электродвигателем заключается в том, что по командам датчика 3 положения ротора электромеханического преобразователя 1 формируют управляющее воздействие для каждого из ключей 4-9 непосредственного преобразователя частоты 2 на угловом интервале (K 2 it /3 с фазовым сдвигом Q 2н/3 для каждого последующего ключа в группе и фазовым сдвигом Q „ - и для ключей раз ных групп, подключенных к одноименным секциям II, 12, 13 обмотки якоря электромеханического преобразователя 1. На k-м межкоммутационном интервале определяют группу ключей, в которой произошла очередная коммутация, и периодически включают и выключают ключ той группы, в которой произошла очередная коммутация ключей на (k-l)-M межкоммутационном интервале и в противофазе с этим ключом периодически включают и выключают ключ другой группы, который подключен к секции обмотки якоря, непосредственно не связанный с ключами, на которые на данном межкоммутационном интервале подана команда от датчика положения. В результате указанного управления ключами в паузы импульсов управления образуются дополнительные контуры для протекания токов по секциям 1), 12, 13 обмотки якоря под действием ЭДС вращения и не протекают сквозные токи от источника питания. На каждом межкоммутационном интервале протекают одинаковые процессы, что обеспечивает симметрирование пульсаций электромагнитного процесса. 5 ил. is о Ј Ю сп

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в регулируемых электроприводах с вен- чтильными электродвигателями.

Целью изобретения является повышение линейности регулировочных характеристик, при сохранении надежности и увеличение разрешающей способности в области больших частот вращения .

На фиг.1 изображена схема устройства управления вентильным электродвигателем; на фиг.2 - диаграммы работы устройства управления; -на фиг.З, 4 - электрические контуры и контурные токи, образованные соответственно на 2-м и 3-м межкоммутационных интервалах во время импульса и паузы сигнала управления; на фиг.5 - ЭДС вращения, наведенные в секциях электродвигателя, и токи, протекающие во время импульса i и паузы i сигнала управления.

Вентильный электродвигатель, реализующий данный способ управления, содержит многосекционный электромеханический преобразователь 1, двухполу- периодный преобразователь 2 частоты, датчик 3 положения ротора. Преобразователь 2 частоты включает в себя анодную группу ключей 4-6s катодную группу ключей 7-9 и диодный мост 10 обратного тока. Преобразователь 1 включает в себя секции 11-13 якорной обмотки и индуктор 14.

Устройство управления включает в себя функциональный преобразователь (логический блок) 15 сигналов датчика 3 в сигналы управления ключами преобразователя 2, формирователи 16-21 импульсов, сумматор 22, триггер 23, восемь логических элементов 2ИЛИ 24-31. Мост 10 обратного тока включает в себя диоды 32-37 Вентильный электродвигатель содержит также логические элементы 2И 38-43 с двумя прямыми входами и 2И 44-49 с одним прямым и одним инверсным входами. Импульсы управления 11ц,пр(см.Фиг,2) подаются на первый вход каждого элемента -24,25 на второй вход которых подается сигнал с соответствующего выхода триггера 23, Логическое состояние сигналов на выходах триггера 23 определяет прохождение управляю- щего сигнала на анодную или катодную

15 связан с сумматором 22 через формирователи импульсов 16-21, которые формируют импульсы при смене межкоммутационных интервалов. При определенной конструкции датчика 3 функцио нальный преобразователь 15 может отсутствовать. Выход сумматора 22 подключен к счетному выходу триггера 23

10 вход установки нуля которого подключен к выходу формирователя импульсов 16. Элементы 38-43 обеспечивают выключение соответствующего ключа одной из групп преобразователя 2 во

15 время паузы импульсов Uqpp. Элементы 44-49 обеспечивают включение соответствующего ключа другой группы ключей преобразователя 2 частоты в это же время. Сигналы , .

20 фиг.2) подаются на цепи управления ключей 4-9 с элементов 26-31.

Импульсное управление вентильным электродвигателем происходит следующим образом.

25 Предположим, что при включении питания на первом межкоммутационном интервале (см.фиг.2) по командам дат чика 3 включаются ключи 4,8 преобразователи частоты 2, Секции 11,3 об30 мотки якоря электромеханического пре образователя 1 оказываются подключен ными к источнику питания. Двигатель

35

40

45

начинает вращаться после поворота ин

-21Г

дуктора (ротора) 14 на угол Q о

в анодной группе по командам датчика 3 происходит отключение ключа А и включение ключа 5. Угловой интервал .включенного состояния каждого ключа

.,

составляет , переключение ключей 7,8,9 в катодной группе происходит со смещением на угол рг ЗГотно- сителъно ключей 4,5,6, подключенных соответственно к одноименным секциям 11,12,13 обмотки якоря электромеханического преобразователя 1. Указанные угловые интервалы обеспечивает конструкция датчика 3 и логика

группу ключей преобразователя 2. Фун- работы функционального преобразова- кционалъный п-реобразователь 15 фор- теля 5.

мирует по сигналам датчика 3 положе- В начале k-ro межкоммутационного ния ротора команды для коммутации каждого ключа преобразователя 2 частоты. Эти команды перемножаются с сигналом управления в элементах 38-43 и подаются на управляющие цепи ключей 4-9 через логические элементы 26-31. Функциональный преобразователь

:интервала выявляют группу ключей пре образователя частоты, в которой просе изошла коммутация ключей ,под действи ем команд1 датчика 3 положения ротора, и осуществляют периодическое включение и выключение ключа в той группе ключей, в которой очередная

25744

15 связан с сумматором 22 через формирователи импульсов 16-21, которые формируют импульсы при смене межкоммутационных интервалов. При определенной конструкции датчика 3 функциональный преобразователь 15 может отсутствовать. Выход сумматора 22 подключен к счетному выходу триггера 23,

10 вход установки нуля которого подключен к выходу формирователя импульсов 16. Элементы 38-43 обеспечивают выключение соответствующего ключа одной из групп преобразователя 2 во

15 время паузы импульсов Uqpp. Элементы 44-49 обеспечивают включение соответствующего ключа другой группы ключей преобразователя 2 частоты в это же время. Сигналы , .

20 фиг.2) подаются на цепи управления ключей 4-9 с элементов 26-31.

Импульсное управление вентильным электродвигателем происходит следующим образом.

25 Предположим, что при включении питания на первом межкоммутационном интервале (см.фиг.2) по командам датчика 3 включаются ключи 4,8 преобразователи частоты 2, Секции 11,3 об30 мотки якоря электромеханического преобразователя 1 оказываются подключенными к источнику питания. Двигатель

5

0

5

начинает вращаться после поворота ин-21Г

дуктора (ротора) 14 на угол Q о

в анодной группе по командам датчика 3 происходит отключение ключа А и включение ключа 5. Угловой интервал .включенного состояния каждого ключа

.,

составляет , переключение ключей 7,8,9 в катодной группе происходит со смещением на угол рг ЗГотно- сителъно ключей 4,5,6, подключенных соответственно к одноименным секциям 11,12,13 обмотки якоря электромеханического преобразователя 1. Указанные угловые интервалы обеспечивает конструкция датчика 3 и логика

В начале k-ro межкоммутационного

:интервала выявляют группу ключей преобразователя частоты, в которой просе изошла коммутация ключей ,под действием команд1 датчика 3 положения ротора, и осуществляют периодическое включение и выключение ключа в той группе ключей, в которой очередная

оммутация под действием команд датика 3 осуществлялась на (k-l)-M ежкоммутационном интервале. Выявление группы ключей происходит следуюим образом. Например, на первом межкоммутационном интервале триггер устанавливается в нулевое состояние по прямому выходу 50 за счет подачи импульса с формирователя 16. Это состояние триггера определяет прохождение импульсов управления на катодную группу ключей 7,8,9. При переходе на второй межкоммутационный интервал триггер 23 переключается под действием импульса с формирователя 21 и импульсы управления на втором межкоммутационном интервале поступают на анодную группу ключей 4,5,6.

Рассмотрим электрические процессы, происходящие при реализации способа управления, на примере образующихся структур электрических контуров на втором и третьем межкоммутационных интервалах.

В соответствии с диаграммой работы ключей 4-9 (см.фиг.2) на втором межкоммутационном интервале по команам датчика 3 положения ротора будут включены ключи 4 и 9. В момент паузы импульса управления Uynp размыкается ключ 4, так как на втором межкоммутационном интервале на втором входе элемента 25 имеет место логический ноль с инверсного выхода триггера 23 и импульс управления проходит на анодную группу ключей 4-6 преобразователя 2 частоты, изменяя сигналы управления и Ug. Одновременно с переходом логического элемента 38 в О, логический элемент 44 переходит в состояние логической единицы и подает управляющий сигнал на ключ 8 катодной группы. Ключ 8 на втором межкоммутационном интервале во время паузы импульсов управления Uunp 6УДет включен,

Во время импульса управления на втором межкоммутационном интервале ток i протекает от источника 51 по секциям 11,13 через ключи 4,9 (см. фиг.З). В секциях 11,13 наводится ЭДС вращения .фиг.З), направленная встречно по отношению к току i. В момент паузы импульса управления выключается ключ 4 и включается ключ 8, так как секции 11,13 отключены от источника 51 питания. Ток i. будет уменьшаться, замыкаясь по цепи:

0

ключ 9 - диод 35 - секции 11, 13- ключ 9 (участок а-б, фиг.4). После равенства образуется новая элек- , трическая цепь: диод 37 - секции 13, 12 - ключ 8 - диод 37, по которой под действием ЭДС вращения е будет протекать ток i.. Сквозной ток по указанной цепи протекать не может. По мере нарастания ЭДС на втором межкоммутационном интервале ток i в паузе импульса управления также будет нарастать.

На фиг.З при первом импульсе уп5 равления показан ток 1К (коммутационный), вызванный переключением ключей под действием команд датчика 3 положения ротора при переходе на очередной межкоммутационный интервал.

Ка третьем межкоммутационном интервале по командам датчика 3 будут включены ключи 5 и 9. Ка счетный вход триггера 23 с формирователя 17 импульсов в начале этого меккоммута- ционного интервала поступает импульс через сумматор 22. Ка прямом выходе логический сигнал U. триггера 23 установится в логический О, и импульс управления для выключения ключа будет поступать на катодную группу ключей изменяя сигналы управления Uf UQ, т.е. на этом интервале будет периодически выключаться ключ 9, Одновременно с переходом элемента 43

5 в О, логический элемент 49 перейдет в логическую 1. Это приводит к подаче управляющего сигнала (см. фиг.2) с элемента 29 на ключ 4.

В момент импульса управления по

0 секциям 12,13 будет протекать ток 13 от источника 51 питания через ключи 5,9 (см.фиг.5). При выключении ключа 9 и включении ключа 4 после умень- шения тока i до нуля образуется

5 новая электрическая цепь: диод 37 - секции 13, 12 - ключ 8 - диод 37, по которой под действием ЭДС е

5

0

протекает ток iЈ. Сквозной ток по этой цепи от источника питания про0 текать не может. На всех межкоммутационных интервалах двигателя протекает непрерывный ток.

Таким образом, способ управления обеспечивает повышенную надежность

5 за счет исключения сквозных токов в преобразователе частоты, повышает линейность регулировочных характеристик путем обеспечения непрерывных то-, ков в электродвигателе. Кроме того,,

Анодная группаКатоднаяZpyfifto -.

упраблеяиа мтей

% m

51

Включенное состояние ключей ПЧ при иулр Я1

Межкоммутационные (мк) интервалы

Фиг. Z

I

ток при импульсе

-JL-

ток при паузе.

13-11

и

упр

,

ГТ(Г7Л

П /J На 2-м МК-интерВале

5 J5