ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА Советский патент 1968 года по МПК H02K29/06 

Известны электроприводы постоянного тока с импульсным регулированием скорости вращения, состоящие из бесконтактной машины магнитоэлектрического типа, датчика положения ротора, содержащего неподвижные сердечники и вращающийся якорь, m-фазного полупроводникового коммутатора, включающего инвертор и модулятор. Недостатком известных систем импульсного регулирования является неравномерность скорости вращения двигателя, тем большая, чем ниже скорость регулирования.

В предлагаемом электроприводе датчик положения ротора состоит из двух сердечников, каждый из которых имеет по одному среднему стержню с первичной обмоткой и соответственно по m и 2m крайних стержня со вторичными обмотками, из которых три вторичные обмотки, образующие одну фазу, соединяются последовательно, причем две обмотки, находящиеся на сердечнике с 2m крайними стержнями, соединены встречно; m - число фаз двигателя.

На фиг. 1 представлена блок-схема электропривода; на фиг. 2 - конструкция датчика положения ротора для трехфазного двигателя; на фиг. 3 - схема включения обмоток одной фазы датчика положения ротора; на фиг. 4 - якорь датчика; на фиг. 5 - диаграммы напряжения на вторичных обмотках датчика и на его выходе; на фиг. 6 - диаграмма напряжения на выходе модулятора, управляемого сигналом с выхода датчика положения.

Электропривод постоянного тока состоит из синхронной машины с ротором в виде постоянного магнита 1 (фиг. 1), полупроводникового коммутатора напряжения, включающего m-фазный инвертор 2 а модулятор 3, а также датчика положения 4 на валу двигателя, который управляет модулятором.

Датчик положения имеет магнитопровод, состоящий из двух сердечников 5 и 6 (фиг. 2). Сердечник 5, находящийся ближе к валу двигателя, имеет средний стержень 7, ось которого совпадает с осью двигателя, и шесть параллельных ему стержней 8 по краям; сердечник в имеет средний стержень 9 и три крайних стержня 10. На средних стержнях 7 и 9 расположены две одинаковые обмотки, соединенные последовательно, которые являются первичными по отношению к обмоткам, расположенным на крайних стержнях. Обмотки 11, 12, 13 крайних стержней (фиг. 3) соединены последовательно, при этом обмотки 11 и 12, находящиеся на противоположных стержнях, соединены встречно. Стержни 7 и 9 и находящаяся на них обмотка 14 являются общими для всех фаз.

Поток, создаваемый одной половиной первичной обмотки, замыкается поочередно по каждому из крайних стержней через ферромагнитный якорь 15, находящийся на валу двигателя (якорь датчика для двигателя, имеющего число полюсов, равное двум, показан на фиг. 4). Величина э.д.с, индуктируемая во вторичной обмотке при заданном токе первичной обмотки, определяется сопротивлением магнитной цепи, которая при ненасыщенном магнитопроводе сосредоточена в воздушном зазоре. Чтобы сопротивление магнитной цепи менялось по синусоидальному закону при вращении якоря, радиальный размер якоря выполняется переменным в соответствии с равенством R_φ=R₁+(R₂-R₁)sinφ, где R₁ - радиус окружности 16 (фиг. 4), R₂ - радиус окружности 17, φ - угол 18.

Элементы 9 и 10 (фиг. 3) датчика положения выполняются аналогично элементам 7 и 8. Здесь поток, создаваемый первичной обмоткой вместо подвижного якоря, замыкается стержнем 19, выполненным из того же материала, что и якорь 15. Воздушный зазор между стержнями 10 и 19 в этом сердечнике равен минимальному воздушному зазору между крайними стержнями 8 и якорем 15 в первом сердечнике. Этим достигается равенство амплитуды огибающей сигнала на вторичных обмотках сердечников 5 и величины сигнала на вторичных обмотках сердечника 6, а также совпадение по фазе э.д.с. вторичных обмоток.

Схема работает следующим образом. Длительность импульса на выходе модулятора линейно зависит от величины напряжения на выходе датчика положения. Величина сигнала датчика положения определяется угловым положением якоря датчика относительно неподвижных элементов датчика - крайних стержней, несущих вторичные обмотки. На одной из вторичных обмоток каждой фазы датчика положения - обмотке 13 (фиг. 3) - индуктируется э.д.с, величина которой определяется током первичной обмотки, благодаря тому, что ее потокосцепление с первичной обмоткой не зависит от положения ротора. Эта э.д.с. показана на диаграмме фиг. 5,а.

На других обмотках 11 и 12 (фиг. 3) попеременно индуктируется э.д.с, величина которой при вращении вала двигателя модулируется по синусоидальному закону (фиг. 5,б; 5,в), причем временная фаза напряжения, снимаемого с этих обмоток, совпадает с фазой напряжения, снимаемого с обмотки 13 (фиг. 3) в течение одного полупериода 0-π (для двухполюсного двигателя в течение половины оборота) и противоположна фазе напряжения на обмотке 13 в течение другой половины периода. Так как обмотки 11, 12 и 13 соединены последовательно, их напряжения суммируются (фиг. 5,г) и при последующем выпрямлении выпрямителем 20 на выходе датчика получается напряжение требуемой формы.

Изменение фазы напряжения, снимаемого с обмоток 11 и 12, на 180° обеспечивается за счет встречного соединения обмоток 11 и 12 (фиг. 3), входящих в эту фазу.

Ток, питающий первичную обмотку датчика, имеет форму прямоугольных колебаний. При изменении величины тока первичной обмотки изменяются на одинаковую величину значения э.д.с, индуктируемые во вторичных обмотках датчика. Следовательно, форма сигнала на выходе датчика остается неизменной, а амплитуда сигнала уменьшается или увеличивается в соответствии с уменьшением или увеличением тока в первичной обмотке. В результате уменьшается или увеличивается диапазон изменения длительности импульсов на выходе модулятора 3 (фиг. 1), что приводит к изменению напряжения на нагрузке (см. фиг. 6,а; 6,б).

Электропривод постоянного тока, состоящий из бесконтактной электрической машины магнитоэлектрического типа, датчика положения ротора, содержащего неподвижные сердечники и вращающийся якорь, m-фазного полупроводникового коммутатора, включающего модулятор и инвертор, отличающийся тем, что, с целью обеспечения работы инвертора в режиме широтно-импульсной модуляции и повышения равномерности вращения, особенно на низкой скорости, датчик положения ротора состоит из двух сердечников, каждый из которых имеет по одному среднему стержню с первичной обмоткой и соответственно по m и 2m крайних стержня со вторичными обмотками, из которых три вторичные обмотки, образующие одну фазу, соединяются последовательно, причем две обмотки, находящиеся на сердечнике с 2m крайними стержнями, соединяются встречно (m - число фаз двигателя).