Вентильный электродвигатель Советский патент 1976 года по МПК H02K29/02 

1

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим машинам постоянного тока с бесконтактной коммутацией по положению ротора.

Известны вентильные электродвигатели (БД), у которых датчик положения ротора соединен с полупроводниковым коммутатором через функциональный преобразователь, выполненный в виде двух групп логических схем, осуществляющих с целью обеспечения реверса подключение ко входам ключей коммутатора чувствительных элементов датчика положения ротора, сдвинутых на 180 эл, град, l} . Недостаток таких ВД заключается в необходимости работы с нулевыми углами опережения и, как следствие этого в низких энергетических показателях. Известен ВД, обеспечивающий более высокие энергетические показатели и содержащий датчик положения ротора, каждый чувствительный элемент которого соединен через группы многоходовых логических схем И со входами, по крайней мере, двух уси лителей мощности, осуществляющих подключение секций обмотки якоря к источнику

постоянного тока, причем вторые входы схем И каждой группы соединены с соответствующими входами командного устройства 2. По технической сущности этот ВД является наиболее близким к изобретению. Недостаток такого ВД заключается в невозможности плавного и в широких пределах регулироваштя угла опережения включения си.човых вентилей, необходимость в котором возникает для большинства вентильных электродвигателей в целях обеспечения их достаточно высокими энергетическими показателями.

Целью изобретения является повышение энергетических показателей.

Это достигается тем, что вентильный электродвигатель снабжен дополнительно схемой плавной задержки сигналов датчика положения ротора, управляемой с одного из выходов командного устройства, причем выход схемы плавной задержки соединен со входом каждой схемы И, схема же плавной задержки выполнена в виде генератора пилообразного напряжения, вход которого соединен с чувствительными элементами датчкка по.тожгтп-хй ротора, т-р.прймэр, через диффаревглйрующие цепочки, вт ход пойх.ЛСчен к первому входу нуль-органа, второй вход которого соединен с одним из выходов командного устройства, а цепь питания гене ратора - с источником, напряжение которог пропооцтонально чшстоте вращения электродвигателя. KCTO4HI-IK выпопнен в виде преобразователя частоты сигналов датчика положения ротора в напрялсекие, а командное устройство выпоПнено в виде анали затора уровня управляющего сигнала, выход канапа преобразования линейного сигнала в пилообразный которого соединен с нульорганом „схемы плавной задержки, выход каждого канала преобразования линейного сигнала в дяскретный соединен со входами схем И соответствующей группы, а число Кс иалов преобразователя линейного сигнала в дискрет.Елй равно числу групп схем W збражзна структурная схем На Фиг. ВД J на фиг. 2 приведены сигналов БД, ПОЯСНЯЮЩИЕ принцип его работы KS фиг, 3 и 4 показаны соответственно структ рная схема т-т /диаграммы сигналов командного устройства ЕД, ВД содержит высо: очастотный генератор 1, выход которого гтодключен к цепям возбуждения чувств тсльных элементов 2-7 ПДг-чика ттоложения ротора, а выходные об:-.юткк лемелтов 2-7 нагружены на входы 7С1;питепей S-13, имеющих по два раздель ны.-, ьыхопа. Первые выходы усилителей 8-13 через три группы многовходовых с-;-,i И 14-19, 20-25 и 26-31 подсоединены ко входам симметричных триггеров 32-37. Причем второй вход каждого триггера, например 34, соединен с выходом со се..лне1О последующего по порядку их вклю:г5.п1я. Далее выходы тр1-п геров 32-37 через :Ъ;си.:/тгователи 38-43 управляюш.их им 1гулЬ.о-.г .аодключет-гы ко входам управляемых СИЛОВЫХ ключей 44-49, осуществляющих подключение секций 50-55 якорной обмотки двигателя к питающей сети 56, Вторые выходы усилителей 8-13 объед нены и подключены ко входам генератора 57 пилообразного напряжения и источника 58, выход которого, в свою очередь, пред ставляет цепь питания генератора 57, Выход генератора 57 подключен к одному из входов логической схемы нуль-орган 59, к другому входу которой подключен выход 60 плавно изменяемого сигнала командного устройства 61. Выход нуль-органа 59 подкгаочен ко вторын входам всех схем И Третьи входы схем И каждой из групп 14-19, 20-25, 26-31 объединены и подключены к соответствующим трем выходам 2, 63 и 64 формирователей дискретTI- IX игналов командного устройства 61. Ко ходу командного устройства 61 подключен ыход задатчика 65 угла опережения вклк ения. Для рассмогриваемого трехфазного веитильного электродвига1-е;7й чувстг.цталы-гые элементы 2-7 датчика полс/кения ротоора установлены кв кор.тусе схатора с р нтемвалом в 60 эл. град, ваогь Боз/ду икого :- ззора. По окружности ротора в плоскости элементов 2-7 укреплены ферромагнитные сегменты в 60 эл. град„5 количество которых равно числу пар полюсов двигателя. В качестве чувствительных элементов 2-7 датчика положения ротора в схеме использованы известнь)е трансформаторные диф ференциальные датчики положения обмотки .аозбуждения которых подключс;1ы к выходу высокочастотного генератора 1, S исходном состоянии сигналы двух выходных полу обмоток каждого элемента 2-7 скомпенсирова. их встречным включением. Набегающий под датчик ферромагнитный сегмент ротора уменьшает магнитное сопротивление одной из аЕу.х его магнитных ветвей, создавая на .выходе сигнал раскомпенсации. Выходная обмотка каждого элемента 2-7 нагружена на вход своего усилителя 8-13 с релей характеристикой, позволяющей повыси ; лр.гтизну фронтов сигналов элемекто.в ибгч-;к.г1 положения ротора (фиг, 2, а-е). Далее усиленные сигналы каждого элемэнта 2-7, например 2, поступают ка входь грех схем И 14, 21, 28 соотБетствующих трех групп 14-19, 20-25, 26-31, которые образуют дискретный регулятор угла опережения включения управляемых ключей 44-49 двигател.я. При последоьагельном перек,чючении командным устройством 61 разрешающих напряжений на его выходах 62, 63 и 64, дискретных сигналов, к которым подключены об7 ед1;пекнье входы схем И групп 14-10, 20-25. 26--: 1,- вхкаждого симметричного триггера 32-37. например 34, будет также последовательно переключаться через схумы И 14, 21 а 28 к выходам усипигелей 8j 9 и 10. А каждое из тазскх перб;слгОчений смещает фазу сигнала на входе триггера 34 на 60 эл. град, (а, 6s в). Кроме того, в каждом усилителе 8-13 посредством дифференцирования и однопо. -периодного выпрямления основного выходного сигнала (а-е) на втором его выходе формируется дополнительный выходной сигнал малой длительности, совпадающий по фазе с передним фронтом основного сигнала (а-е). Вторые выходы всех усилителей 8-13 объединены и в результате образуют сигнал (фиг. 2,ж) , отражающий частоту переключения элементов 2-7 аатчкка положения ротора. Этот сигнал синхронизиру ет работу генератора 57 пилообразного напряжения (2,з) и является входным для источника 58, который представляет собой преобразователь частота-напряжение т. е. уровень его выходного напряжения пропорционален частоте его входного сигнала. Схема генератора 57 построена таким образом, что крутиз-ш его выходного пилообразного напряжения изменяется пропорционально величине питающего его напряжения, в данном случае выходному напряжению источника 58. В результате двои ного управления генератором 57 (по синхронизирующему входу частотой его выходного напряжения, а по цепи питания - крутизной его пилы) амплитуда его выходного пилообразного напряжения ( 2,з ) во всем диапазоне скоростей двигателя остается постоянной. Далее пилообразное напряжение поступает на один из входов нульоргана 5 9, где сравнивается по величине с опорным напряжением, поступающим на другой его вход 60, который является выходом устройства 61. В моменты превыше ния пилообразным напряжением опорного на выходе цуль-орган 59 появляется положительное напряжение { 2,и ). Интервал времени t.-t который пилообразное напряжение в каждый период возрастает от нуля до величины опорного напряжения, является задержкой t , создаваемой схемами 58-61. Величина задер ки С пропорциональна величине опорного напряжения (в силу линейности пилы, 2,з), поэтому плавное регулирование задер ки 1 осуществляется плавным изменением опорного напряжения командным устройством 61 на его выходе 6О. Диапазон регулирования задержки, очевидно, определяетс периодом пилы, т. е. составляет 0-60 эл.град. При дальнейшем увеличении управляющего сигнала с выхода нуль-органа 59 им пульсы ( 2,и ) поступают на вторые входы всех схем И 14-31, которые наряду с дискретным регулированием фазы управляющих сигналов, показанным выше, также осуществляют и суммирование результатов обоих видов регулирования фазы: дискретного и плавного. С выходов схем И (14-31) сигналы поступают на входы триггеров 32-37, каж дый из которых (например, 34) включается передним фронтом импульсов с одного из выходов схем И (14,21,28j своего канала, например 14, а выключаются по второму своему входу передним фронтом им пульсов последующего .Г.-.ап ( с зь-хода триггера 35), Таким образом, восстанавливается первоначальная длительность (в 6О эл. град) сигнала с чувствительного элемента (2,а) датчика положения ротора. Далее сигналы (к-л) с выходов триггеров 32-37 через формирователи 38-43; в которых управляющие сигналы усиливаются до необходимой величины, поступают на вход управляемых силовых ключей 44-49, Управление всем устройством осуществляет задатчик угла комхутации 65, представляющий собой источник постоянного напряжения к потенциометр, установленный на пульте оператора. Выходное напряжение задатчика 65 пост пает на вход командного устройства 61, которое может быть выполнено, например, по схеме на фиг. 3, содержащей разностн ю схему 66 и два нульоргана 67 и 68, входы которых объединены и представляют вход всей схемы. На вторые входы схем 66, 67 и 68 подключены делители напряжения соответственно 69-71, 72, 73 и 74, 75. Средние точки делителя 69-71 закорачивают на землю нормально замкнутые ключи 76 и 77, управляемые выходными напряжениями нульорганов соответственно 67 и 68. Параллельно входу ключа 76 подключены вход инвертора 78 и один из входов логической схемы И 79. Параллельно входу ключа 77 подключен вход инвертора 80, выход которого подсоединен к объединенным И 79 II 81. К первторым входам схем вому входу схемы И подключен выход инвертора 78. Делители напряжения 72, 73 и 74, 75 создают постоянные опорные наппзусения, равные соответственно TI (фиг. 4,р) на входах нуль-органов 67 и 68. Делители 69, 70, 71 создают на втором входе разностной схемы 66 опорное напряжение, равное нулю при замкнутом ключе 76, при разомкнутом ключе 76, а 7 с - замкцутом и ly . когда ключи 76 и 77 разомкнуты. максимальное значение управляющего сигнала. Пусть выходное напряжение задатчика изменяется по линейному закону (фиг. 4,р). В исходном состоянии t,j-t на выходах нуль-органов 67и 6S напряжение равно нулю, ключи 76 , 77 замкнуты, на выходах инвертеров 78, 80 и на выходе делителя 72 схемы И 81 существуют положительные напряжения ( 4,м). При изменении управляющего напряжения от О до 1и (t -to) . равного амплитуде пилы (2,з) напряжение (4,с) на выходе 6О (фиг. 3) повторит его,так как второй вход схемы 66 закорочен на землю ключем 76. Состояние остальных узлов схемы остается неизменным. В момент ( tg ) превышения управляющим напряжением (4р) опорного напряжения нуль-органа 67 (равного( Ufn ) на его выходе скачком появляется положительное напряжение, которое размыкает ключ 76, открывает схему И 79, на ее выходе 63 появляется положительное напряжение {4,у), и через инвертор 78 закрывает схему И 81, выходное напряжение которой {4,м) падает до нуля. Делители 69, 70 создают на входе оазностной схемы 66 опорное напряжение Ц и тем самым понижают ее выходное напряжение (4,с) до нуля. При дaльнeйшeм(t2-tJ увеличении управляющего напряжения (4,р выходное напряжение (4,с) разностной схемы нарастает с такой же скоростью, но от О до jU, а режим других схем остается неизменным. В момент tj превышения управляющим напряжением (4, р) опорного напряжения нуль-органа 6 8 (равного 2/Зи,) на его выходе 64 скачком появляется положительное напряжение (4,ф), которое размыкает ключ 77 и через инвертор 80 закрывает группы схем И (4,у) , подключенные к выходу 62 устройства 60. Разомкнутый делитель создает опорное напряжение, равное 3/3 17 на входе разностной схемы, и тем самым понижает до нуля ее выходное напряжение {4,с). При дальнейшем . изменении управ ляющего напряжения выходное напряжение разностной схемы 66 повторяет его изменение, но только с нулевого значения (4,с

Состояние других схем (67-81) остается неизменным .

Таким образом, командное устройство 61 посредством своих пороговых схем 67 и 68 разбивает весь диапазон изменения выходного напряжения задатчика 65 на три поддиапазона: О - V( В моменты перехода управляющего напряжения из одного поддиапазона в другой происходит смена дискретных командных напряжений на соответствующих выходах командного устройства, к которым подключены объединенные входы групп схем И 14-19 и 20-25 (фиг. 1). А такое разовое переключение командных напряжений, как было показано выще, скачком смещает фазы управляющих сигналов на входах триггеров 32-37 на 60 эл.град. В этот же момент ( t ) и напряжение на выходе 60 командного устройства 61, которое является управляющим для схемы плавной задержки (58-61), также скачком изменяется от своего максимального значения до нуля, .что соответствует изменению фазы управния ротора, управляемой с одного из выходов командного устройства, причем выход схемы плавной задержки соединен со входом каждой схемы И.

2.Электродвигатель по п, 1, отличающийся тем, что схема плавной задержки выполнена в виде генератора пилообразного напряжения, вход которого соединен с чувствительными элементами датчика положения ротора, например, через дифференцирующие цепочки, выход подключен к первому входу нуль-органа, второй вход которого соединен с одним из выходов командного устройства, а цепь питания генератора - с источником, напряжение которого пропорционально частоте вращения электродвигателя.

3.Электродвигатель по пп. 1, 2, отличающийся тем, что источник выполнен в виде преобразователя частоты сигналов датчика положения ротора в напряжение.

4.Электродвигатель по п. 1, о т л ичающийся тем, что командное устпяющих сигналов также на 60 эл. град, в другом направлении. В результате скачки управляющих сигналов, создаваемые обеими схемами дискретного и плавного регулирования угла опережения включения ключей 44-49 скомпенсируются, и общий характер изменения фазы (4,х) управляющих сигналов (2,к-п) повторяет характер изменения управляющего напряжения (4,р) на входе командного устройства. Следовательно, совместное использование схем дискретного и плавного регулирования фазы управляющих сигналов позволяет получить диапазон плавной регулировки угда опережения выключения ключей в щироком диапазоне и, следовательно, высокие энергетические показатели БД при глубоком регулировании частоты вращения. Формула изобретения 1. Вентильный электродвигатель, содержащий датчик положения ротора, каждый чувствительный элемент которого соединен через группы многовходовых логических схем И со входами, по крайней мере, двух усилителей мощности, осуществляющих подключение секций обмотки якоря к источнику постоянного тока, причем вторые входы схем И каждой группы соединены с соответствующими выходами командного устройства, отличающийся тем, что, с целью повышения энергетических показателей, он снабжен дополнительно схемой плавной задержки сигналов датчика положеройство выполнено в виде анализатора уровня управляющего сигнала, выход канала преобразований линейного сигнала в пилообразный которого соединен с нуль-органом схемы плавной задержки выход каждого канала преобразования линейного cirraana в дискретный соединен со входами схем И соответствующей группы, а число каналов

преобразователя линейного сигнала в дискретный равно числу групп схем И.

Источники информации принятые во внимание при экспертизе:

1,Патент США кл. 318-254, № 36О9492 от 28.09.1971 г.

2.Авт. св. СССР М. Кл. Н 02 К 29/02 № 425275 от 1972 г.

и

Urn

ii

t«