Вентильный электродвигатель Советский патент 1992 года по МПК H02P6/02 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах лентопротяжных механизмов автономных звукозаписывающих устройств.

Известен вентильный электродвигатель, содержащий электромеханический преобразователь с индуктором на постоянных магнитах, преобразователь частоты, выполненный по однополупериодной схеме, формирователь сигналов положения ротора вентильного электродвигателя, многоканальный выход которого подключен к входу преобразователя частоты 1.

В этом электродвигателе коммутация ключей преобразователя частоты происходит непосредственно по сигналам формиро- вателя сигналов положения ротора, выполненного на базе чувствительных элементов, расположенных на статоре электродвигателя, и сигнального элемента, расположенного на роторе. Использование однополупериодного преобразователя частоты приводит к недоиспользованию электромеханического преобразователя, что увеличивает его габариты и потребляемую мощность. Таким образом, недостатком известного двигателя является низкий КПД, низкие массогабаритные показатели и использование меди.

Известны вентильные электродвигатели, содержащие каждый электромеханический преобразователь, одополупериодный преобразователь частоты, входы управления которого подключены к формирователю сигналов положения ротора 2.

Особенностью этих двигателей является выполнение формирователя сигналов положения ротора электрмоеханического преобразователя, использующего в качестве первичной информации электрические сигналы самого электромеханического преобразователя, т.е. ЭДС вращения. Общим их недостатком является низкий КПД, увеличенные массогабаритные показатели,

Наиболее близким техническим решением является вентильный электродвигатель, содержащий электромеханический преобразователь с индуктором на постоянных магнитах, каждая секция т-секционной якорной обмотки которого первым выводом

подключена к объединенным силовым выводам соответствующих ключей анодной и катодной групп ключей мостового преобразователя частоты, вторые выводы

секций якорной обмотки объединены, формирователь сигналов положения ротора электромеханического преобразователя с m-выходами З.

Данный вентильный электродвигатель

имеет мостовой преобразователь частоты, позволяющий питать якорную обмотку на - пряжением любой полярности, что увеличивает его КПД, Однако разное число выходов формирователя сигналов положения ротора

и силовых ключей преобразователя частоты требует усложнения двигателя за счет дополнительного использования декодера сигналов положения ротора или любого другого логического блока, выполняющего эти

функции. Использованием низковольтных источников питания до 1,5 вольта для автономных звуковоспроизводящих аппаратов исключает применение существующей базы логических микросхем, на которых реализован декодер в известном двигателе, Таким образом, известный вентильный электродвигатель не может быть применен при пониженных напряжениях 2.

Целью настоящего изобретения является расширение области применения.

Поставленная цель достигается тем, что в вентильный электродвигатель, содержащий электромеханический преобразователь с индуктором на постоянных магнитах,

каждая секция m-секционной якорной об- мотки которого первым выводом подключена к объединенным силовым выводам соответствующих ключей анодной и катодной групп ключей мостового преобразователя частоты, вторые выводы секций якорной обмотки объединены, формирователь сигналов положения ротора электромеханического преобразователя с m-выходами, введены2 т дополнительных

ключей, 2 m резисторов, 2 m диодов, при этом дополнительные ключи, введенные резисторы и диоды разделены на две группы, k-й и n-й дополнительные ключи первой и второй групп соответственно первыми силовыми выводами подключены к управляюще- му входу 1-го ключа анодной группы ключей

преобразователя частоты, вторые силовые выводы k-ro и п-го дополнительных ключей упомянутых групп подключены к управляющим входам соответственно (i + 1)-го и (I + 2}-го ключей катодной группы преобразова- теля частоты, управляющий вход k-ro допол- нительного ключа первой группы подключен через k-й резистор первой группы к l-му выходу и через k-ый диод, включен- ный встречно по отношению к проводимости управляющего перехода k-ro дополнительного ключа первой группы, к (1+2)-му выходу формирователя сигналов положения ротора, управляющий вход п-го дополнительного ключа второй группы через n-ый резистор второй группы подключен к (Н2)-му выходу и через n-й диод второй группы, включенный встречно по отношению к проводимости управляющего перехода п-го дополнительного ключа второй группы, к (I + 1)-му выходу формирователя сигналов положения ротора, где k n т.

На фиг.1 представлена функциональная схема вентильного электродвигателя; на фиг.2 - примеры выполнения дополнитель- ных ключей; на фиг.З - диаграммы сигналов на выходах функциональных узлов.

Вентильный электродвигатель содержит электромеханический преобразователь с индуктором (на рисунке не показано) на постоянных магнитах. Каждая секция 1,2,3 m-секционной якорной обмотки электромеханического преобразователя первым выводом подключена к объединенным силовым выводам соответствующих ключей анодной (4-6) и катодной (7-9) групп ключей мостового преобразователя 10 частоты. Например, секция 1 подключена к выводам ключей 4 и 7. Вторые выводы секций 1, 2, 3 якорной обмотки объединены. Вентильный электро- двигатель содержит также формирователь 11 сигналов положения ротора электромеханического преобразователя с m выходами. Дополнительно в вентильный электродвигатель введены 2 m дополни- тельных ключей 12-17, 2 m резисторов 18- 23, 2 m диодов 24-29. Дополнительные ключи, введенные резисторы и диоды разделены на две группы. К-1 и n-й дополнительные ключи 12 и 13 первыми силовыми выводами подключены к управляющему входу {-го ключа 4 анодной группы ключей преобразователя 10 частоты. Вторые силовые выводы k-ro и п-го дополнительных ключей 12 и 13 подключены к управляющим входам соответственно (I + 1)-го и (i + 2)-го ключей катодной группы преобразователя 10 частоты.

Управляющий вход k-ro дополнительного ключа 12 первой группы подключен через

k-й резистор 18 первой группы к i-му выходу 30 и через k-й диод 29, включенный встречно по отношению к проводимости управляющего перехода k-ro дополнительного ключа 12 первой группы, к(+2)-му выходу 31 формирователя 11 сигналов положения ротора. Управляющий вход п-го дополнительного ключа 13 второй группы через n-ый резистор 22 второй группы подключен к (I + 2)-му выходу 31 и через n-й диод 26 второй группы, включенный встречно по отношению к управляющему переходу п-го дополнительного ключа 13 второй группы, к (I + 1}-му выходу 32 формирователя 11 сигналов положения ротора, где k n m. Управляющий вход дополнительного ключа 14 (16) подключен через резистор 20(23) к выводу 32(31) и через диод 25 (27) к выходу 30(32) формирователя 11.

Управляющий вход дополнительного ключа 15(17) подключен через резистор 19(21) к выходу 30(32) и через диод 28(29) к выходу 31(30) формирователя 11. Дополнительные ключи могут быть реализованы по одной из схем, представленных на фиг.1 и 2. Формирователь 11 сигналов положения ротора электромеханического преобразователя представляет собой, например, электронный блок, обрабатывающий информацию от ЭДС вращения. В этом случае формирователь 11 может быть выполнен аналогично (2, 3) или как показано на фиг.1 в виде компараторов 33-35, входы которых подключены к первым выводам секций 1, 2, 3 соответственно. Если формирователь сигналов выполняетсясиспользованиемчувствительных и сигнальных элементов, то он может быть реализован по аналогии с (1).

Вентильный электродвигатель работает следующим образом.

При вращении электродвигателя формирователь 11 сигналов положения ротора на своих выходах 30, 31, 32 генерирует логические сигналы, показанные на фиг.З. Если использован трехсекционных электромеханический преобразователь, то на каждом выходе формируется сигнал 180 эл.градусов. На каждом последующем выходе сигнал смещен относительно предыдущего на 120 зл. градусов. При использовании формирователя 11, показанного на фиг. 1, описанные сигналы генерируются в момент изменения знака ЭДС вращения на выходах компараторов 33, 34, 35. Для того, чтобы обеспечить периодическую коммутацию секций 1-3 якорной обмотки, необходимо ключи 4-9 включить в соответствии с диаграммой работы, показанной на фиг.З. Проследим как это происходит.

На 1-м межкоммутационном(МК)интервале на выходе 30 появляется уровень логической единицы. По управляющему переходу дополнительного ключа 12 через резистор 18 начинает протекать ток. Ключ 12 открывается и замыкает через свою силовую цепь управляющие входы к л ю; чей 4 и 8. Так как эти ключи разной проводимости, то по их управляющим входам через силовую цепь ключа 12 протекает ток управления. На 1-м МК интервале открыты ключи 4, 8. Ток протекает через секции 1, 2. При переходе на 2-й МК интервал на выходе 32 формирователя 11 устанавливается уровень логического нуля. Напряжение на входе ключа 12 будет шунтироваться диодом 29 и ключ 12 закроется. Одновременно откроется ключ

13,т.к. потенциал логического нуля через резистор 22 подается на его управляющий вход. Силовая цепь ключа 13 замкнут управляющие входы ключей 4 и 9. Ключи 4, 9 откроются и подключают секции 1,3 к источнику питания. Таким образом при переходе на 2-й МК интервал закрывается ключ 8 и открывается ключ 9. Ток в отключаемой секции 2 будет продолжать протекать через секцию 1.

При переходе на 3-й МК интервал на выходе 31 формирователя 11 поя витсся уровень логической единицы. Под действием этого напряжения, подаваемого через диод 26 на управляющий вход ключа 13, ключ 13 закроется. Одновременно откроется ключ

14,т.к. на его вход через резистор 20 подается напряжение логической единицы И 34, На 3-м МК интервале включаются ключи 5 и 9. Включение этих ключей обеспечит протекание тока через секции 2, 3, Поочередное подключение секций к источнику питания обеспечивает создание вращающегося магнитного поля и вращение ротора электродвигателя. Работа ключей 15, 16, 17 происходит аналогично работе ключей 12, 13, 14.

Таким образом, введение дополнительных ключей 12-17 позволило обеспечить коммутацию силовых ключей 4-9 каждый раз при изменении напряжений формирователя 11 сигналов положения ротора, т.е. и при появлении логической единицы и при появлении логического нуля. Это в свою очередь позволило обойтись без дополнительных дешифраторов и использовать электродвигатель при напряжении питания до 1,5 вольт, что упрощает двигатель и расширяет

область его применения.

Формула изобретения Вентильный электродвигатель, содержащий электромеханический преобразователь с индуктором на постоянных магнитах,

каждая секция m-секционной якорной об- мотки которого первым выводом подключена обьединенным силовым выводам соответствующих ключей анодной и катодной групп ключей мостового преобразоеателя частоты, вторые выводы секций якорной обмотки объединены, формирователь сигналов положения ротора электромеханического преобразователя с m выходами, отличающийся тем, что, с

целью расширения области применения, в него введены 2 m дополнительных ключей, 2 m резисторов, 2 m диодов, при этом дополнительные ключи, введенные резисторы и диоды разделены на две группы, k-й и п-й

дополнительные ключи первой и второй

групп соответственно первыми силовыми

выводами подключены к управляющему

входу 1-го ключа анодной группы ключей

преобразователя частоты, вторые силовые

выводы k-ro и л-го дополнительных ключей упомянутых групя подключены к управляющим входам соответственно {I + 1)-го и (J + 2)-го ключей катодной группы преобразователя частоты, управляющий вход k-ro дополнительного ключа первой группы подключен через k-й резистор первой группы к i-му выходу и через k-й диод, включен- ный встречно по отношению к проводимости управляющего перехода k-ro

дополнительного ключа первой группы, к (f +2)-му выходу формирователя сигналов положения ротора, управляющий вход л-го дополнительного ключа второй группы через n-й резистор второй группы подключен к(1 +

2)-му выходу и через n-й диод второй группы, включенный встречно по отношению к управляющему переходу п-го дополнительного ключа второй группы, - к (1+1)-му выходу формирователя сигналов положения ротора, где k л т.

Использование: в электроприводах лентопротяжных механизмов автономных звукозаписывающих устройств. Сущность: в вентильный электродвигатель введены дополнительные ключи 12-17, резисторы 18- 23 и диоды 24-29. Указанные элементы разделены на две группы. Дополнительные ключи каждой из групп включены между одним из ключей анодной группы преобразователя 10 частоты в цепи обмотки электромеханического преобразователя с индуктором и управляющим входом соответствующих ключей анодной и катодной групп преобразователя 10 частоты. Управляющие входы дополнительных ключей связаны через введение резисторы и диоды с выходами формирователя 11 сигналов положения ротора. В результате в вентильном