Вентильный электродвигатель Советский патент 1979 года по МПК H02K29/02 

(54) ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ

1

Изобретение относится к высокоскоро тным электроприводам.

При проектировании вентильных электродвигателей возникает необходир ость в регулировании угла опережения включения секций якорной обмотки для обеспечения опережающей коммутации в процессе работы двигателя с различной скоростью с целью улучшения его энергетических и механических характеристик.

Известны вентильные электродвигатели, изменение угла ойережения включения секций якорной обмотки в которыхобеспечивается устройством смещения сигналов датчика положения ротора (ДПР) в функции частоты вращения 1, 2. В этих двигателях для смещения сигналов ДПР применяются усилители-ограничители с регулируемым уровнем срабатывания. Изменение угла опережения включения секций обмотки достигается путем сравнения уровней синусоидального сигнала с амплитудой, пропорциональной скорости вращения, и опорного сигнала, при совпадении которых формируется передний фронт сигнала управления силовым ключом. Увеличение скорости двигателя вызывает увеличение амплитуды синусоидального сигнала и за счет этого угловой сдвиг переднего фронта сигнала управления в сторону опережения формирования сигнала . Изменение угла опережения включения может также Осуществляться при

неизменной амплитуде синусоидального сигнала за счет изменения уровня опорного сигнала. Существенными недостатками указанных электродвигателей являются обязател.ьное наличие чувствительных элементов ДПР синусоидального сигнала, что резко

ограничивает типы используемЫхв ДПР чувствительных элементов, в частности не позволяет прйМёй ят чувИвйтёльньТё эледтенты с прямоугольным выходным сигналом; наличие устройства для получения сигналов в

виде ЭДС вращения, что усложняет двигатель, увеличивает его массу и габариты; малый диапазон пропорционального изменения угла опережениявклю1гения в зависимости от скорости.

Целью изобретения является уменьщение массы и габаритов вентильного электродвигателя, в котором обеспечивается непрерывное изменение угла опережения включения секций в функции скорости двигателя при

нэт1Й1Й1Й ечувствшёльных элёментев йгналов как синусоидальной, так и прямоугольной формы. Это достигается тем, что предлагаемый двигатель содержит двухвходовые схемы «Неравнозначность и схемы «Запрет с прямым и инверсным входами каждая в каждом канале усиления, первый и второй триггеры, дифференцирующие цепь, схему сравнения и генератор треугольных импульсов, причем выходы каждого из формирователей соединены с входом схемы «Запрет непосредственно, а с входами первого и второго триггеров через дифференцирующую цепь, входы схемы сравнения соединены с одним из выходов первого триггера непосредственно, а с другим выходом через генератор треугольных импульсов, выход схемы сравнения соединен с входом второго триггера, выход которого соединен с вторыми входами схем «Неравнозначность, выходы которых соединены с инверсными входами схем «Запрет.

На фиг. 1 схематично изображен датчик положения ротора двигателя с трехсекцион.ной обмоткой и нереверсивным питанием секций; на фиг. 2 - функциональная схема описываемого двигателя; на фиг. 3 - диаграммы сигналов с элементов схемы на фиг. 2.

Двигатель содержит ДПР с чувствительными 1-3 и сигнальным 4 элементами, фор.мирователи 5-7, логические, схемы 8-10 «Неравнозначность, логические схемы 11 - 13 «Запрет, силовые ключи 14-16, триггер 17, генератор 18 треугольных импульсов, схему 19 сравнения, триггер 20 и дифференцирующую цепь 21.

Чувствительные элементы 1-3 сдвинуты относительно друг друга на 120 эл. град., т.е. на угол, равный углу коммутации секций, и срабатывают в зависимости от положения сигнального элемента 4 с углом, равHbiM 180 эл. град. Чувствительные элементы соединены с в.ходами формирователей 5-7, осуществляющих формирование сигналов с чувствительных элементов, Вь1ходы формирователей 5-7 соединены с прямыми входами логических схем 11 -13 «Запрет, соответственно, и с входом дифференцирующей цепи 21, которая осуществляет формирование импульсов по передним и задним фронтам сигналов с формирователей. Выход каждого формирователя соединен также с входами логических схем 8-10 «Неравнозначность, выход каждой из которых соединен с инверсным входом схемы «Запрет, связанной своим прямым входом с предыдущим относительно рассматриваемого формирователем. Например, формирователь 6 соединен с входом схемы 8 «Неравнозначность, выход которой соединен с входом схемы 11 «Запрет, связанной с формирователем 5. Выходы схем «Запрет соединены с управляющими цепями силовых ключей 14-16. Выход дифференцирующей цепи 21 соеди йен с одним из входов триггеров 17 и 20.

Один из выходов триггера 17 соединен с входом генератора 18 треугольных импульсов, а другой - с одним из входов схемы 19 сравнения, другой вход которой соединен с выходом генератора треугольных импульсов. Выход схемы сравнения соединен со свободным входом триггера 20, выход которого соединен с входами схем 8-10 «Неравнозначность.

Электродвигатель работает следующим

0 образом.

Сформированные сигналы Ui - U.j с чувствительных элементов 1-3 (см. фиг. 3) длительностью 180 эл. град., сдвинутые относительно друг друга на 120 эл. град., поступают в дифференцирующую цепь 21, ко торая по передним и задним фронтам сигналов формирует импульсы U, поступающие на триггер 17, срабатывающий от импульсов обеих полярностей, и на триггер 20, срабатывающий только от импульсов положительной полярности. Сигналами с выхода триггера 17 запускается генератор 18 треугольных импульсов, по переднему фронту сигнала формируется передний фронт треугольного импульса, по заднему - задний фронт. Поскольку длительность сигналов с

триггера 17 в угловых единицах равна 60 эл. град., то длительность переднего и заднего фронтов треугольных импульсов так же равна 60 эл. град., а амплитуда зависит

0 от временной длительности сигналов с триггера, т.е. от угловой скорости ротора двигателя. Чем больше угловая скорость двигателя, тем меныие амплитуда треугольного импульса. С другого выхода триггера 17 сигналы с постоянной амплитудой U поступают на схему 19 сравнения, на которую

поступают также сигналы с генератора 18 треугольных импульсов. Схема 19 сравнения в моменты равенства амплитуд сигналов и выделяет импульсы . поступающие на вход триггера 20. Чем больо ше угловая скорость двигателя, тем меньше амплитуда треугольных импульсов U.|g и тем раньще наступит равенство сигналов Цу и . Сигналом Ц 9 триггер 20 переводится в состояние, при котором сигнал Цго с его выхода отсутствует, а импульсами Uu,

5 сформированными по передним фронтам сигналов О - из с чувствительных элементов 1-3 - в состояние, при котором имеет место сигнал Сго с его выхода, поступающий на входы схем 8-10 «Неравнозначностью.

0 Сигналы Ui -Uj с чувствительных элементов 1-3 следуют с опережением по перед.ним фронтам относительно положения нейтральной коммутации на 60 эл. град., формируя импульсы задержки Uzo, длительность Которых зависит от скорости двигателя (чем больще скорость, тем меньще длительность). Вычитая их из сформиррванных сигналов Ui - Оз с чувствительных элементов, .можно изменять угол опережения включения секций обмотки, который равен разности установленного угла опережения включения и длительности импульса задержки U20 в угловых единицах. Таким образом, чем больше скорость двигателя, тем меньше длительность импульса задержки и тем больше угол опережения включения, предельная величина которого равна 60 эл.град. Вычитание импульсов задержки Uzo из сигналов Ui -Уз осуществляется при помощи схем «Запрет и «Неравнозначность. Импульсы задержки Ujo поступают на входы схем 8-10, с выходов которых сигнал снимается только при наличии сигнала на одном из его входов. Например, со схемы 8 сигнал Ug снимается только либо при наличии на его входе импульса задержки, либо при наличии сигнала U, Сигнал Us поступает на запрещающий вход схемы 1.1, которая осуществляет вычитание из сигнала Ui сигнала Us и формирует таким образом сигнал Ui i управления силовым ключом 14, передний фронт которого следует с опережением относительно положения нейтральной коммутации на угол, равный разности установленного угла опережения включения и длительности импульса задержки. Задний фронт сигнала Ui i сформирован по переднему фронту сигнала, образованного сигналом за вычетом импульса задержки, т. е. при неизменной скорости. Когда длительность импульсов задержки неизменна, длительность сигналов управления силовым ключом 14 определяется относительным расположением чувствительных элементов 1-3 и равна 120 зл. град. Аналогично формируются сигналы управления HUia силовыми ключами 15 и 16. Формула изобретения Вентильный электродвигатель, содержащий синхронную мащину с обмоткой якоря, секции которой соединены с выходом инвертора, управляющие цепи ключей которого соединены с чувствительными элементами датчика положения ротора, выполненного с активной зоной сигнальных элементов, равной 180 эл.град., через формирователи в каждом канале усиления и функциональный преобразователь, служащий для смещения выходных сигналов датчика положения ротора в функции частоты вращения, отличающийся тем, что, с целью уменьщения массы и габаритов, он содержит двухвходовые схемы «Неравнозначность и схемы «Запрет с прямым и инверсным входами каждая в каждом канале усиления, первый и второй триггеры, дифференцирующую цепь, схему сравнения и генератор треугольных импульсов, причем выходы каждого из формирователей соединены с входом схемы «Запрет непосредственно, а с входами первого и второго триггеров через дифференцирующую цепь, входы схемы сравнения соединены с одним из выходов первого триггера непосредственно, а с другим выходом через генератор треугольных импульсов, выход схемы сравнения соединен с входом второго триггера, выход которого соединен с вторыми входами схем «Неравнозначность, выходы которых соединены с инверсными- входами схем «Запрет. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент Янонии № 49-22085, кл. 55 С 2, 06.06.74. 2.Авторское свидетельство СССР № 225303, кл. Н 02 К 29/02, 04.02.67.

иг.2

и.

и

и,2

и,

чз