Вентильный электродвигатель Советский патент 1991 года по МПК H02K29/06 

Изобретение относится к электротехнике, п частности к вентильным электродвигателям, и может быть использовано в различных системах автоматизированного электропривода,

Целью изобретения является улучшение энергетических характеристик.

На фиг.1 представлена структурно- функциональная схема вентильного Электродвигателя; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие работу отдельных блоков, эпюры напряжений на фазах электродвигателя и годограф вектора поля статора для случая формирования его по форме шестиугольника ; на фиг.5-7 - соответственно Структурно-функциональная схема вентильного электродвигателя, временные Диаграммы, поясняюпие работу отдельных блоков, эпюры напряжений на фазах Электродвигателя и годограф вектора поля статора для случая формирования его по форме двенадцатиугольника.

Вентильный электродвигатель (фиг.1 Ь) содержит трехфазную синхронную ма- щину 1, секции обмотки которой под- г-дючены к выходам основного трехфаз- дого мостового преобразователя 2 частоты, механически соединенный с ротором синхронной машины датчик 3 поло- ж ения ротора фазовращательного типа с трехфазной первичной обмоткой, под- 1 люченной к вьпсодам дополнительного Трехфазного преобразователя 4 частоты, входы которого подключены к выходам распределителя 5 импульсов, вход которого подключен к выходу ге- ератора 6 тактовых импульсов, формирователь 7 прямоугольных импуль- с)ов, вход которого подключен к выход- обмотке датчика 3 положения ротора, а выход соединен с объединенными входами из трех логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ первой группы 8, другие входы которых подключены к выходам распределителя 5 импульсов, одноканальный делитель 9 частоты, вход которого подключен к выходу формирователя 7 прямоугольных импульсов, а к выходу подключены объединенные входы трех логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ второй группы 10, другие входы которых подключены через трехканалъный делитель 11 частоты к выходам распределителя 5 импульсов. Кроме того, введен шифра- top 12, первые три входа которого подключены к выходам первой группы

0

15

0

5

0

35

40

45

50

55

8 логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, вторые три входа шифратора 12 подключены к выходам логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ второй группы 10, а песть выходов шифратора 12 соединены с входами управления трехфазного мостового преобразователя 2 частоты.

Вентильный электродвигатель работает следующим образом.

Импульсы напряжений прямоугольной формы (фиг.2) со сдвигом друг относительно друга иа 120° эл.град и скважностью равной 2 - XQ, XB, Xc, снимаемые с распределителя 5 импульсов, подаются на первые раздельные входы трех логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ первой группы 8 и одновременно на входы дополнительного трехфазного преобразователя 4 частоты, к выходам которого подключена первичная трехфазная обмотка датчика 3 положения ротора. Наводимое в выходной обмотке датчика 3 высокочастотное переменное напряжение поступает на формирователь 7 прямоугольных импульсов, фаза (частота) прямоугольных импульсов Xj которого меняется относительно фазы (частоты) импульсов распределителя 5 в строгой зависимости от положения ротора датчика. При повороте вала машины в логических элементах ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ первой группы 8 формируются пш- ротно-модулированные три последовательности импульсов типа неравнознач ность : Xq Ј Xd; Xfc Xj; Xc j Xj с периодическим законом модуляции и частотой модуляции, равной частоте вращения ротора машины. При этом длительность меняется от 0 до 1 и от 1 до 0 за каждое межполюсное перемещение ротора датчика 3, а фазовый сдвиг в 120 эл.град. определяется наличием фазового сдвига на 120 эл.град. между напряжениями:

Х0 xfc ХС

Одновременно на выходе трех логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ второй группы 10 формируются вторые три последовательности широтно-моду- лированных импульсов типа неравнозначность : Yq t Yd; Y& j Yd; Yfr/Y также с периодическим законом модуляции, но частотой в два раза меньшей основной частоты. Их длительность также меняется от 0 до 1 и от t до 0 и фазовый сдвиг определиется фазовым сдвигом между импульса+А

Изобретение относится к электротехнике, в частности к вентильным электродвигателям. Цель изобретения улучшение энергетических характеристик. Вентильный электродвигатель содержит синхронную машину 1, трех7К . ../Ю фазный мостовой преобразователь 2 частоты, датчик 3 положения ротора, распределитель 5 импульсов, два логических блока 8, 10 из логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, шифратор 12. Шифратор 12 Формирует шесть последовательностей импульсов по определенным логическим- выражениям, которые поступают на входы управления преобразователем 2 частоты, В результате годограб вектора поля статора вентильного электродвигателя формируется по форме шестиугольника игш двенадцатиугольника. Таким образом при сохранении высокой равномерности вращения улучшаются энергетические характеристики за счет снижения динамических потерь. 7 ил. С О СЛ 4 со СП

v

YB; YC, который

ЕР &

град

Данные две последовательности ши- ротно-модулированных импульсов с выходов логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ первой и второй групп подаются на соответствующие входы шифрато- ра 12,выполненного, например, на элементах ИЛИ-НЕ (фиг.1). При этом шесть последовательностей, формируемых шифратором 12, описываются следующими логическими выражениями:

Yd/j /Xfl Xj/+ ;

C VXd)(Yb V;

)+(Yb+Y4)j

)-H (YTT);

(xc XJ+ (ГЩ.

Эти шесть последовательностей непосредственно используются для управления шестью ключами трехфазного мостового преобразователя 2, Для упрощения описания логических и графических выражений эти последовательности обозначены большими буквами латинского алфавита, а знаки + и - перед ними указывают на то, к какой из шин

Как видно из эпюр, приведенных на фиг.6, полученные в результате изменения логических функций шифра тора 12 (фиг.5) линейные напряжени по среднему значению имеют форму

питания относятся ключи коммутатора, на которые подается эта последователь- JQ трапеции, а годограф вектора поля ность. Результирующие линейные напряжения А, Б и С, подаваемые на фазы электродвигателя, показаны на фиг.З, а. сплошной линией здесь выделена огибающая линейного напряжения по среднему значению.

статора описывает двенадцатиугольник. Эта схема (биг.5) вентильног электродвигателя обеспечивает, по сравнению по схемой на фиг.1, по 45 шение качества линейного напряжени и резкое снижение пульсации момент а также повышение равномерности вр щения вала двигателя.

Принцип работы схемы по фиг,5 аналогичен схеме на фиг.1. Она включает

статора описывает двенадцатиугольник. Эта схема (биг.5) вентильного электродвигателя обеспечивает, по сравнению по схемой на фиг.1, повы- 45 шение качества линейного напряжения и резкое снижение пульсации момента, а также повышение равномерности вращения вала двигателя.

в себя те же составные части (блоки) и только один из них, шифратор 12, содержит шесть дополнительных логических элементов И-НЕ„

50

Для наглядного описания процесса разгона и рассмотрения работы электродвигателя лоспользуемся эпюрами, изображенными па фиг.2 и 3, годографом вектора поля статора (фиг„5) и электрической схемой (фиг.1)« Для реВ результате выходные сигналы шиф- жима пуска периоды повторения широтно-импульсных напряжений более дЛи- тельные по времени, чем при работе электродвигателя в стационарном федеиратора для данного случая формируются согласно следующих логических выражений:

-Л

+В

(2)

+В

-В

ю

15

fi i LJ

20

(1)

-с

25

Эти шесть последовательностей непосредственно используются для управления шестью ключами трехфазного мостового коммутатора 2. Результирующие напряжения на фазах А, В и С двигателя приведены на фиг.6. Сплошной линией здесь выделена огибающая линейного напряжения по сред-. нему значению.

Как видно из эпюр, приведенных на фиг.6, полученные в результате изменения логических функций шифратора 12 (фиг.5) линейные напряжения по среднему значению имеют форму

трапеции, а годограф вектора поля

трапеции, а годограф вектора поля

статора описывает двенадцатиугольник. Эта схема (биг.5) вентильного электродвигателя обеспечивает, по сравнению по схемой на фиг.1, повы- шение качества линейного напряжения и резкое снижение пульсации момента, а также повышение равномерности вращения вала двигателя.

50

ме. Это объясняется равенством меж- ду частотой импульсов fxa fy fXc распределителя 5 и частотой импульсов fj и, соответственно, между

,- f)(fl г частотой импульсов Гу i и

f ус TJ- и частотой импульсов f, j -ii jCOB f 2 ,

так как частота вращения поля ротора датчика 3 положения равна нулю. При пуске электродвигате ля производятся все логические one- рации между выходными импульсами функциональных блоков 8, 4, 3, 5, б, 10, 11, 7 в соответствии с эпюрами, представленными на фиг.2 и 30

При включении питания относитель- ный сдвиг фаз между импульсами распределителя 5 импульсов и выходным сигналом датчика 3 положения ротора обусловлен пространственным положением ротора датчика 3 и последова- телыюстями импульсов самого распределителя 5 импульсов, которые непрерывно при пуске следуют (повторяются) на выходах каждого функционального блока. В результате на фазе А (фиг.З) повторяется единичный положительный импульс наибольшей дли- телыюсти, на фазах В и С следуют единичные отрицательные импульсы меншей длительности, что соответствует результирующему вектору статора электродвигателя согласно изображенному на фиг.5,

В результате фазы импульсов Xj и Yj, относящиеся к датчику 3 поло- жения, начинают перемещаться относительно импульсов распределителя 5 импульсов: Xfl, Xfc, Хс и соответственно импульсов YQ, Yr, YC блока 11, что приводит к уменьшению относитель но начального длительности положительного единичного импульса на фазе А, уменьшению длительности отрицательного единичного импульса на фа зе В и увеличению длительности отрицательного единичного импульса на фазе С, что соответствует некоторому смещению результирующего векто ра статора электродвигателя против часовой стрелки в сторону точки g в соответствии с фиг.4. Это ведет к перемещению роторов двигателя 1 и датчика 3 положения, осуществляющего в свою очередь, фазовое смещение им

г

0

5

0 5 0 ,,.

о 5

.

0

пульсов X(j и YJJ относительно импульсов соответственно Хд, Х, Xg и YQ, Y k, YC , смещая результирующий век тор статора электродвигателя в сторону точки g в соответствии с фиг.4. Далее процесс повторяется непрерывно и результирующий вектор статора проходит точки q, г, s, t и далее точку е„

Таким образом, электродвигатель разогнался, образуемая на выходе датчика 3 положения частота вращения суммируется с частотой выходных импульсов распределителя 5. В результате импульсы Xjj и Y имеют более высокую частоту (фиг.2), что соответствует выходу электродвигателя на режим работы, соответствующий его естественной механической характеристике.

Таким образом,в вентильном электродвигателе улучшаются энергетические характеристики по сравнению с формированием синусоидального поля статора за счет снижения динамических потерь при сохранении высокой равномерности вращения и точности позиционирования путем формирования годографа вектора поля статора в виде много- . угольников о

Формула изобретения

Вентильный электродвигатель, содержащий трехфазную синхронную машину, секции обмотки которой подключены к выходам основного трехфазного мостового преобразователя частоты, механически соединенный с ротором синхронной машины датчик положения ротора фазовращательного типа с трехфазной первичной обмоткой, подключенной к выходам дополнительного трехфазного преобразователя частоты, входы которого подключены к выходам распределителя импульсов, вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов, формирователь прямоугольных импульсов, вход которого подключен к выходной обмотке датчика положения ротора, а выход соединен с объединенными входами трех логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ первой группы, другие входы которых подключены к выходам распределителя импульсов, отличающи й- с я тем, что, с целью улучшения энергетических характеристик, в него

дополнительно введены трехканальпый делитель частоты, одноканапьный делитель частота, вторая группа из трех логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и шифратор с шестью входами и шестью выходами, при этом вход одноканаль- ного делителя частоты подключен к выходу формирователя прямоугольных- импульсов, а выход соединен с объеди- ненными входами из трех логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ второй группы, другие входы которых подключены

через трехканальный делитель частоты к вькодам распределителя импульсов, перлые три входа шифратора подключены к Bt ix о дам трех логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ первой группы, вторые три входа шифратора подключены к выходам трех логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ второй групы, а песть выходов шифратора соединены с входами управления трехфазного мостового преобразователя частоты.

Ф&&2

))

1Хо М1+1Уа М)

{ХЫМ))

5

(mxd))

(с+мм& &1

))

-С

I

Фиг.З

+(ШХ(1))

9

tI I1

Фиг.б

-В