Бесконтактный электродвигатель постоянного тока Советский патент 1975 года по МПК H02K29/02 

Изобретение относится к регулируемым по скорости электроприводам в устройствах записи и обра ботки информации. По оснавному авт. св. № 327552 известен бесконтактный электродвигатель постоянного тока с синхронной скоростью вращения, содержащий т-фазный :коммутатор тока в его обмотках, датчик скорости вращения на основе обращенного бесконтактного сельсина с формирователем и задающего генератора, иодключеииых через дешифраторы к коммутатору така обмоток, а также фазочувствительный узел синхронизации и регулятор напряжения. Недостатками известного злектродвигателя являются низкий к. п. д. и малый диапазон устойчивости. Целью изобретения является устранение указанных недостатков. Поставленная цель достигается тем, что между выходом датчика скорости и дешифраторами включен элемент регулируемой задержки времени, управляющий вход которого через RC-фильтр подключен к выходу регулятора напряжения. На чертеже изображена структурная схема предлагаемого устройства. Электродвигатель имеет постоянный магнит на роторе 1 и ш-фазную обмотку 2 статора и снабжен полутроводниковым коммутатором 3 тока об.моток с ш триггерами 4. В качестве датчика положения на общем валу с роторо.м укреплен миниатюрный бесконтактный сельсин 5 (датчик угла). Ко.ммутатор 3 также снабжен диодными дешифраторами 6 н нерегулируемым высокочастотным опорным п1-фаз11ым генератором 7, подключеным к дешифраторам и фазным об.моткам сельсина 5. Выходная обмотка сельсина через элемент 8 регулируемой задержки времени и формирователь 9 подключены к фазочувствительному регулятору 10 иапряження питання, а через дешифраторы 6 - к коммутатору 3. Регулятор Ш напряжения имеет два триггера li и 12 н две логические ячейки 13 типа «И. Триггер И своими раздельпыми входами через логические ячейки 13 и формирователь ь) включен на выход сельсина 5, а выходами через дифференцирующие цепочки - на один из раздельных входов триггера 12. На другой вход триггера 12 подключен синхродатчик 14 частоты вращения, а один из выходов триггера 12 соединен со входами ячеек «И. Между выходом регулятора 10 напряжения и входом элемента 8 регулируемой временной задержки включен RC-фильтр 15. Электродвигатель работает следующим образом. Трехфазное напряжеиие высокой частоты

fo опорного генератора 7 создает в ра-сточке статора сельсина 5 вращающееся имагннтпое поле, которое трансформирует в выходной обмотке сельснна также высокочастотное неременное напряжение. Прн ненодвижно1М электродвигателе частота выходного снгиала равна частоте /вых онорпого генератора, нрнчем Прн новороте ротора на некоторый угол фаза выходного сигнала изменяется на тот же угол. Таким образом, информацию об угловом ноложении ротора двигателя получают от сельсина 5 в виде фазы выходного высокочастотного ыапряжения. При вращении двигателя с частотой F фаза выходного сигнала датчика непрерывно изменяется, что может быть интерпретировано как измепеиие частоты выходного снгиала на величину (знак неред F определяется направлением вращения).

Выходное .нанряженне сельснна 5 ноступает на элемент 8 регулиуемой задержки, например, на двух компараторах, а с него на формирователь 9, что обеспечивает преобразование фор.мы снгпала элемента 8 в симметрично-прямоугольную.

Схема каждого из диодных дешифраторов б вынолпена с такой логической программой, что при совиадеиии полярностей дифференцированных коротких импульсов от формирователя 9 и какого-либо из фазных напрял ений опорного генератора 7 короткие высокочастотные импульсы поступают на один выход дещифратора, а нр-и обратном сочетанин полярностей - на другой выход. При вращении двигателя логические состояння дешифраторов нзменяются с частотой F, причем со сдвигом в 120 эл. град, между дешифраторами в каждом из трех фазовых каналов. Подключением каждого из дешифраторов на вход триггера 4 коммутатора 3 осуществляется формирование трехфазной системы низкочастотных напряжений для управления коммутатором в функции угла поворота ротора электродвигателя, что обеспечивает работу двигателя в режиме двигателя постоянного тока.

Прямоугольные импульсы панряжения от формирователя 9 поступают поочередно через логические ячейки 13 на раздельные входы триггера И. В процессе каждого очередного переключения триггера 11 формируется короткий нмнульс, который поступает на один из входов триггера 12 и нереводит его в такое положение, прн котором поступлеНне напряжения от формнрователя 9 па триггер 11 блокируется ячейкамн 13. При поступлении короткого импульса от синхродатчика 14 триггер 12 вновь переводит ячейки 13 в положение, при котором триггер 11 подключается к формирователю 9.

Если частота переключения формирователя инже частоты синхродатчяка, что имеет место в процессе разгона двнгателя, величина папряжепия на двигателе .максимальна

И не изменяется в нроцессе нуска двигателя.

Если частота вращения двигателя превышает заданную частоту синхродатчика 14, то в момепты переключения формирователя 9 ячейки 13 блокуруют входы триггера 11 до момента ностунлепия импульса от синхродатчика на триггер 12, чем создается фазовый сдвиг в работе формирователя 9 и триггера 11. Р1апряжение на двигателе уменьшается в соответствии с этим фазовым сдвигом, принимая такое значение, при котором обесиечнвается заданная частота вращения двигателя.

Полезная функция элемента регулируемой задержки времени 8 временной задержки сводится к следующему.

Угол коммутации О бесколлекто)11ог() двигателя устанавливается иоложепием датчика на валу сообразно максимальному моменту нагрузки и наибольшей скорости вращення. отсутствии элемента 8 в данном устройстве угол О не может изменяться, тогда как для использования двигателя по моменту и реализации оптимальных энергетических )ежнмо1В требуется уменьшепие угла О со снижением момента нагрузки.

Применение элемента регулируемой задержки времени 8 нозволяет регулировать угол Э в функции нагрузки н задапиой CHIIXJJOHной скорости вращения. Панряжение, вырабатываемое фазочувствительным регулятором 10, помимо двигателя поступает также и на вход элемента 8, обуславливая тем самым оиределенное фазовое заназдыванне сигнала формирователя от сигнала датчика, которое носредством заранее предусмотренной переполюсовкн концов формирователя преобразуется в опережение фазы. Первоначальной установкой датчрика 5 на валу двигателя обеснечивают значепие угла ко.ммутации, оптимальное для номииальных значений нагрузки и скорости вращения двигателя. При уменьшении иагрузки или заданной синхронной скорости опережащий фазовый сдвиг сигнала формирователя соответственно уменьшается, а при их увел1ичении - у-ве.гнччгвается. Прн фазовом изменении сигнала от датчика на некоторый фазовый угол трехфазная система напряжений от дешифраторов также изменяется на тот же угол, но пространственный. Поэтому изменение фазового запаздывания обуславливает равное ему (в градусах) изменение угла коммутации 6. Такнм образом, при УМеньшенин (увеличении) нагрузки и заданной скорости угол О соответственно уменьн1ается (увелпчивается), что соответствует ноставлепиой задаче.

Второй важной функцией элемепта 8 является расширение диапазона устойчивости и улучшение качества нереходпых процессов при синхроннзацин двигателя.

Передаточная функция инерциоппого RC-фнльтра шунтирует передаточную ф Нкцию двигателя. Действие шунтирующего инерционного RC-фильтра в этом случае подобно действию пос 1едовательного форсирующего эвена, применение которого является для большинства замкнутых систем весьма полезным или необходимым, так как благодаря этому обеспечивается достатчное для условий устойчивости затухание в системе в сочетапии с высоким быстродействием. ь сочетании v; еысшчшУ uDi..,ipwA.«- П.рактически благодаря применению элемента задержки в системе обеспечивается такой запас устойчивости, что электродвигатель может синхронно работать с любым инерционным диском, момент инерции которого ограничеп лишь механической прочностью электродвигателя. Предмет изобретения Бесконтактный электродвигатель постоянного тока по авт. св. № 327552, отличающийся тем, что с целью повышения к.п.д. и расширения дианазона устойчивости, между выходом датчика скорости и дешифраторами включен элемент регу лируемои задержки времени, управляющий вход которого через RC-фильтр подключен к выходу регулятора напряжения.