Вентильный электродвигатель Советский патент 1992 года по МПК H02K29/00 

С/)

с

Изобретение относится к электротехнике и используется в звуко- и видеозаписи, навигации, электрооборудовании самолетов и автомобилей. Включение каждого из резисторов 11, 12, 13 одним выводом к инвертирующему входу одного из интеграторов 4, 5, 6, принадлежащему одному из каналов, а другим выводом - к выходу интегратора, принадлежащему другому каналу функционального преобразователя, сдвинутому по фазе на угол 2 п /т, позволяет иметь те комбинации на выходе логического блока 10 управления, которые приводят к отключению фаз якорной обмотки двигателя от источника питания. Обеспечивается плавность пуска. 2 ил.

V СО

4

фиа 1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах с простыми циклограммами работы, в частности в звуко- и видеозаписи, в навигации, электрооборудовании самолетов и автомобилей и т.д.

Известно устройство управления трехфазным вентильным электродвигателем по сигналам ЭДС вращения рабочих секций, в котором секции двигателя одновременно подключены к выходам реверсивного инвертора и через RC-фильтры к входам чувст- вительных компараторов напряжения, Компараторы формируют двоичные сигналы Х2, Х2, ХЗ знаков фазных напряжений, которые преобразуются в логическом блоке в сигналы управления инвертором, причем преобразование осуществляется по закону:

- X2Zi XJ -Х2

-ХЗZ2 X2 -X3 1

Уз Х1 -ХЗZ3 X1 -ХЗ

где сигналы YI и Zi, воздействуя на ключи инвертора, обеспечивают подключение 1-й фазы соответственно к плюсу (положительное подключение) и минусу (отрицательное подключение) источника питания.

Недостатком устройства является то, что RC-фильтры создают энергетически оптимальную нейтральную коммутацию только на одной (расчетной) частоте вращения ротора.

Наиболее близким к изобретению является вентильный двигатель, содержащий ротор с постоянными магнитами, статор с m-фазной якорной обмоткой, снабженной заземленной средней точкой, фазные быво- ды которой подключены к выходам реверсивного инвертора, и одновременно фазным входом m-канальногофункционального преобразователя, образованным инвертирующими входами интеграторов напряжения, работающих в режиме насыщения каналов функционального преобразователя, выходы которых подключены к входам преобразователей уровней напряжения, выходы которых соединены с входами логического блока, управляющего работой инвертора. Функциональный преобразователь снабжен m резисторами, один вывод каждого из которых соединен с инвертирующим входом соответствующего интегратора, а другой вывод - с соответствующим выходом преобразователя уровня напряжения.

Отличительной особенностью такого устройства является то, что вместо чувствительных компараторов в нем используются интеграторы напряжения, работающие с насыщением, и преобразователи уровня напряжений, согласующие выходы интеграторов с выходами логического блока. Использованиеинтеграторовприсоответствующем подборе постоянной времени интегрирования позволяет обеспечить нейтральную коммутацию в широком диапазоне изменения частоты вращения ротора. В этом же устройстве для осуществления автономного пуска двигателя в каждой паре

0 интегратор-преобразователь уровня .использован резистор, включенный между выходом преобразователя уровня и инвертирующим входом интегратора. При таком включении каждая пара интегратор5 преобразователь уровня в отсутствии ЭДС вращения работает как низкочастотный мультивибратор и через логический блок и инвертор провоцирует некоторую серию начальных переключений обмотки двигателя.

0 Если в результате такой серии переключений возникает вращение ротора, то появляющиеся при этом сигналы ЭДС вращения подавляют генерацию мультивибраторов и схема в целом переходит в режим самоком5 мутации.

Однако в силу того, что мультивибраторы работают независимо друг от друга, провоцируемая ими серия переключений хаотична, не задает требуемое направле0 ние, и это снижает надежность пуска двигателя. Кроме того, если начальные состояния мультивибраторов одинаковы (вообще говоря, они произвольны), то в процессе генерирования они могут синхронно изменяться от

5 низкого уровня к высокому и обратно, т.е. например, для трехфазного двигателя на входах логического блока будут появляться чередующиеся комбинации сигналов (Х1 Х2 ХЗ) (000)и(Х1Х2ХЗ) (111).

0 Из выражения (1), видно, что такие комбинации не подключают обмотки двигателя к источнику питания и его ротор останется неподвижным.

Рассмотренные случаи ненадежного пу5 ска двигателя являются недостатком описанного устройства.

Цель изобретения - повышение надежности пуска.

Указанная цель достигается тем, что в

0 m-фазном вентильном электродвигателе, содержащем ротор с постоянными магнитами, статор с якорной обмоткой, снабженной заземленной средней точкой, фазные выводы которой подключены к выходам ревер5 сивного инвертора, и одноименным фазным входом функционального преобразователя, образованным инвертирующими входами интеграторов соответствующих каналов функционального преобразователя, работающих в режиме насыщения, выход каждого

из которых соединен с входом преобразователя уровня напряжений данного канала, выход которого образует соответствующий i-й выход функционального преобразователя, подключенный к одноименному входу логического блока управления, выход которого подключен к управляющему входу инвертора и m резистора, один вывод резистора каждого канала соединен с инвертирующим входом интегратора этого же канала, второй вывод резистора упомянутого сигнала подключен к выходу интегратора другого канала функционального преобразователя, сдвинутого по отношению к упомянутому на угол, равный 2 л /т.

Сущность изобретения заключается в том, что при указанном включении, при отсутствии сигналов ЭДС вращения интеграторы работают как m-фазный генератор импульсов, сдвинутых последовательно на

360°

m

, и независимо от начальных состояний в схеме провоцируют начальное вращение ротора в заданном направлении после прохождения через логический блок управления реверсивным инвертором.

По мере появления сигналов ЭДС вращения генерация автоматически подавляется и устройство переходит в режим самокоммутации.

На фиг.1 представлена блок-схема вентильного электродвигателя; на фиг.2 - диаграммы сигналов, поясняющие принцип работы вентильного двигателя.

Вентильный двигатель содержит ротор 1 с постоянными магнитами и статор 2 с m-фазной (т 3) якорной обмоткой, снабженной заземленной средней точкой, фазные выводы которой подключены к выходам реверсивного инвертора 3. Вентильный электродвигатель содержит также т-ка- нальный функциональный преобразователь, каждый канал которого составлен из последовательно соединенных между собой одного из интеграторов 4, 5, 6 с насыщением и одного из преобразователей 7, 8, 9 уровня напряжения. Инвертирующий вход интегратора каждого канала образует один из m-фазных входов функционального преобразователя, подключенный к одноименному выводу m-фазной якорной обмотки. Выход каждого из преобразователей 7, 8, 9, образующий соответствующий выход функционального преобразователя, подключен к одноименному входу логического блока 10 управления, выход которого соединен с управляющим входом реверсивного инвертора 3.

Каждый канал функционального преобразователя снабжен одним из резисторов 11,

12, 13, один выход каждого из которых соединен с инвертирующим входом интегратора с насыщением того же канала, а второй вывод резистора подключен к выходу интегратора с насыщением того канала, который сдвинут по отношению к упомянутому каналу функционального преобразователя. Так, один вывод первого резистора 11 соединен с инвертирующим входом интегратора 4

0 первого канала, а второй вывод- с выходом интегратора 5 второго канала; первый вывод второго резистора 12 - с инвертирующим входом интегратора 5 второго канала, а его второй вывод соединен с выходом ин5 тегратора 6 третьего канала; первый вывод третьего резистора 13 соединен с инвертирующим входом интегратора 6 третьего канала, а второй вывод резистора 13 - с выходом интегратора 4 первого канала.

0 Преобразователи 7, 8, 9 формируют двоичные сигналы Х1 , Х2, ХЗ, которые преобразуются в логическом блоке 10 управления в сигналы YI, Уа, Уз подключения для якорной обмотки к плюсу и сигналы Z, 2.1, Za подклю5 чения фаз якорной обмотки к минусу источника питания по закону (1). Эти сигналы поступают на входы реверсивного инвертора 3 и управляют коммутацией обмотки.

Постоянная времени гС Ти интеграто0 ров выбирается из условия обеспечения нейтральной коммутации так, как это предложено в прототипе. Можно показать, что в 3-секционном двигателе для обеспечения запаздывания 30 град должно удовлетво5 ряться условие

Е хх

Ти«0,15

(2)

(О хх U н

где Ехх - соответственно круговая частота и амплитуда ЭДС вращения на хо- 0 лостом ходе двигателя;

UH-напряжение насыщения интегратора.

Порядок выбора номинала резисторов 11, 12, 13 предлагается далее, но всегда

должно выполняться условие R г.

(3)

Инвертирующие преобразователи 7, 8, 9 уровня напряжений могут быть реализованы по схеме транзисторного ключа с общим эмиттером или на базе инвертирующих ком- параторов напряжения.

Уровни выходных сигналов преобразователей должны соответствовать уровням входных сигналов логического блока 10,

Вентильный электродвигатель работает следующим образом.

При неподвижном роторе отсутствуют сигналы ЭДС вращения и изменение состояний интеграторов задается по цепи резисторов 11, 12, 13 с учетом воздействия

общей обратной связи с выходов инвертора 3 на входы интеграторов 4, 5, 6, причем, как показано на фиг.2, в каждый момент времени два интегратора из трех находятся в противоположных состояниях насыщения, а один - в линейном режиме. Например, в позиции 14 (фиг.2) первый интегратор 4 находится в отрицательном насыщении и его выходной сигнал -UH, третий интегратор б находится в положительном насыщении и его выходной сигнал 11из +UH, a второй интегратор 5, имея начальное состояние в позиции 14 11И2 UH и получая на входе положительный сигнал 11из +UH, входит в линейный режим и изменяет свое состояние в соответствии с выражением

Un2(t) UH- / UHdt.

При этом на выходах преобразователей 7-9 уровня напряжения имеет место комбинация двоичных сигналов (Х1, Х2, ХЗ) (10 0), которая в соответствии с законом (1) задает положительные подключение первой фазы (Yi 1) и отрицательное подключение третьей секции (2з 1), причем эти подключения по цепям обратной связи с инвертора 3 на входы интеграторов поддерживают соответственно отрицательное насыщение первого интегратора 4 и положительное насыщение третьего интегратора 6. Вторая фаза обмотки временно отключена от источника (Y2 7.2 0) и напряжение на ней равно нулю, что дает право использовать выражение (4) для описания напряжения выходного сигнала второго интегратора 5.

Изменяясь в соответствии с выражением (4), сигнал УиаСО сменяет знак в позиции 15 (фиг.2) и на выходах преобразователей 7-9 уровня устанавливается новая комбинация двоичных сигналов (Х1, Х2, ХЗ) (1 1 0), которая обеспечивает отключение первой фазы (Yi Zi 0), положительное подключение второй фазы (Y2 1) и сохраняет отрицательное подключение третьей фазы (Za 1), положительное подключение второй фазы якорной обмотки, действуя по обратной связи с инвертора 3 на вход второго интегратора 5 с относительно малой постоянной вре- мени Ти, введен этот интегратор в отрицательное насыщение. Далее процесс повторяется, с той разницей, что в линейном режиме будет работать первый интегратор 4.

Интервал времени Тп между позициями 14 и 15 в соответствии с выражением (4) равен

Тп RC.(5)

Постоянный циклТп коммутации при пуске содержит шесть интервалов Тп, т.е.

Тк 6 Тп,(6)

и при этом в двигателе действует дискретно вращающееся в заданном направлении поле статора. Постоянная времени Тп выбирается таким образом, чтобы начальная

5 (пусковая) частота вращения этого поля была близка к частоте приемистости двигателя, и его ротор в этом случае начинает вращаться в синхронном режиме, а в отключенной обмотке появляется ЭДС вращения.

10 Эта ЭДС вращения суммируется на инвертирующем входе соответствующего интегратора с сигналом пуска, но имеет значительно больший весовой эквивалент, так как , в связи с чем генерация в

15 контуре интеграторов срывается и схема переходит в режим управления коммутацией по сигналам ЭДС вращения. Для перехода в этот режим необходимо.чтобы на частоте приемистости амплитуда ЭДС вращения

20 ЕПр удовлетворяла условию

.(7)

Устройство обеспечивает бессбойный пуск вентильного электродвигателя и повы25 шает надежность его автономного пуска по сравнению с прототипом.

Формула изобретения Вентильный электродвигатель, содержащий статор с многофазной якорной об30 моткой, снабженной заземленной средней точкой, ротор с постоянными магнитами, реверсивный инвертор, управляющие входы которого подключены к выходам логического блока управления, а выходы - к соответ35 ствующим фазным выводам т-фазной якорной обмотки, m-канальный функциональный преобразователь, каждый канал которого составлен из последовательно соединенных между собой интегратора с на40 сыщением и преобразователя уровня напряжения и снабжен резистором, один вывод которого соединен с инвертирующим входом интегратора с насыщением данного канала, образующим один из m-фазных вхо45 дов функционального преобразователя, соединенного с одноименным фазным выводом якорной обмотки, выход преобразователя уровня напряжения каждого канала образует соответствующий выход

50 функционального преобразователя, соединенный с одноименным входом логического блока управления, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности пуска, второй вывод резистора каждого канала

55 функционального преобразователя соединен с выходом интегратора с насыщением другого канала, сдвинутого по фазе по отношению к упомянутому на угол, равный 2 ж /т.

/4 /5

Фиг. 2.