Вентильный электродвигатель Советский патент 1980 года по МПК H02K29/03 

Изобретение относится к электромеханике, а точнее к . вентийьным двигате- лям (ВД) с поэицисишо-зависимой широтно-импульсной модуляцией фазных напряжений. Известен вентильный электродвигатель содержащий трехфазную якорную обмотку, подключенную к выходу полупроводникового коммутатора, управляемого по сигналам однофазной обмотки датчика положения ротсчэа (ДПР) через пусковой генератор и фазорасщепитель, а также магнитньй ротор с ЧИСЛОМ пар полюсов, обеспечивающий несинусоидальное распределение индук ции в зазоре, например с содержанием третьей гармоники, причем однофазная обмотка ДПР вьтолнена с числом полюсов 3 и размещена на общем магннтопроводе с якорной обмоткой l. Известен универсальный бесконтактный двигатель с полупроводниковьлм коммутатором, содержащий датчик положения н бесщеточную систему возбуждения с вращающимися выпрямителями. На роторе двигателя установлены две фазные обмотди, соединенные между собой через враща ющийся переключатель, обеспечивающий переход с синхронного режима на асинхронный J2. Общим недостатком описанных выше двигателей являются пульсации скорости вращения вследствие дискретного характера перемещения магнитного поля в электрической машине, возрастают при регулировании двигателя на низких скоростях вращения и снижают диапазон регулирования. Наиболее близким к предлагаемому является бесколлекторный электродвигатель совмещенный конструкции, содержащий С полюсами для проведения магнитного потока постоянного направления статор с расположенной на нем обмоткой 59горя, подклкм ченной к источнику питания через усили- тел, и трансформаторный датчик положения ротора, первичная обмотка которсяго подключена к источнику переменного напряжения. Усилители вьшолнены фазочувстввтельными, обмотка якоря подключена к входам усилителей непосредственно, а к выходам - через фильтр низкой частоты, а первичная обмотка датчика расположена на роторе со сдвигом 9О градусов относительно оси его полюсов fsj.

Основными его недостатками являются низкие энергетические характеристики, вследств е ,что усилители мощности

фазных напряжений работают в линейном 1рэжиме. Использование импульсного режима в схеме. данного вентильного двигателя невозможно, так как при этом нару1лаются условия фильтрации напряжений, индуктируемых на обмотках статора,

Цель изобретения - улучшение энергетических показателей вентильного двигателя за счет специального схемного решениЯ) позволяющего использовать импульсньй режим работы усилителей фазных

напряжений.

Поставленная цель достигается тем, что в вентильный электродвигатель, содержащий электрическую машину с двумя взаимно перпендикулярными обмотками

ротора и обмотками статора, подключенными к нмпульсньал усилителям с широтнонмпульсными модуляторами на входе, а таюке в каждом канале усиления фазочувствнтельный усилитель с фильтром

высоких частот на входе, дополнительно введены генератор стробирующих импуль-i сов и в каждом канале усиления присоединенный к обмотке статора ключ, выход которого через фазочувствительный усилитель с фильтром высоких частот на входе и интегратор подключен ко входу широтно-импульсного модулзггора, причем выход генератора стробирующкх импульсо подключен к управляющим нходам ключей и к входам синхронизации широтно-импуль сных модуляторов, а входы обнуления интеграторов связаны с выходами соответствующих щиротно-импульсных модуляторО

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства} на фиг.2 - эпюры сигтналов, поясняющие принцип действий устройства.

Вентильный электродвигатель содержит электрическую машину с двумя взаимно перпендикулярными обмотками 1 и 2 на роторе и обмотками 3 и 4 статс а подключенными через последовательно соединенные ключи 5 и 6, фальтры 7 в 8 высоких частот, фазочувствительные усилнтела 9 и 10, интеграторы 11 и 12 в широтно-импульсные модуляторы (ШИМ) 13 в 14 к входам импульсных усилвтеле

15 н 16 мощности, выходы которьк. соединены с статорн ыми обмотками 3 н 4. К управляющим входам ключей 5 и 6 поД ключен выход генератора 17 стробирующих импульсов, который связан также с входами синхронизации ШЦА 13 .И 14 а вькоды ШИМ 13 и 14 связаны с обнуляющими входами интеграторов 11 и 12. Одна из обмоток ротора подключена к источнику постоянного напряжения, которое создает ПОСТОЯННЕЙ магннтньш поток, а вторая - подключена к источнику переменного напряжения, которое также является опорным .для фазочувствительных усилителей 9 и 1О.

При развороте ротора относительно статора поле обмотки 1 наводит в обмотках 4 и 3 ЭДС с синусоидальными законами изменения огибающей, имеющими фазовый сдвиг, соответствующий сдвигу в пространстве обмоток 3 и 4. Кривая 18 представляет собой участок изменения ЭЦС в о/шо из обмоток, например в 3. Несущая частота модуляции ШИМ 13 и 14 равНа частоте генератора 17 и по своему значению зна.чктельно выше частоты огибающей 18, но на фиг.2 эти частоты показаны срав.нимыми для облегчения пояснения сущности изобретения. Генератор 17 вьфабатыва стробирующие импульсы 19 длительностью Г, которые в конце периода Т открывают ключи ;5 и 6, пропуская на входы фазочувствительных усилетелей 9 н 10 через фильтры 7 и 8 высоких частот высокочастотные импульсы ЭДС обмоток 3 и 4; амплитуда которых для обмотки 3 соответствует закону кривой 18. Эти импульсы усиливаются, демодулнруются. И в виде сигнала 20 поступают на вход интегратора 11, где происходит накопление напряжения, пропорциональное амготитуде импульсов 20. Выходное на пряжение 21 интегратора 11 управляет ШИМ 13, который вьфабатывает импульсы 22, длительность которых пропорциональна амплитуде сигналов 19 и 2О. Задний фронт импульсов 22 осуществляет сброс на интеграторе 11, Сигнал 22 ШИМ через усилитель 15 мощности питает обмотку 3. Так как обмотки 3 и 2, покоторой протекает постоянный ток, взаимно перпендикулярнь. то возникает вращающий момент вентильного двигателя. Максимальная продолн ительность выходных импульсов 22 ШИМ 13 и 14 не перекрьшает стробирующего импульса 19, что обеспечивается синхронизацией ШИМ от генератора и соответсгвующим выбором чувствительности ШИМ 5 13 н 14 относительно амплитуды огибаю щей 18, чтобы обеспечить неискаженную синосуидальную форму среднего напряжен импульсов 22, питающих через импульсные усилители 15 и 16 мощности фазы двигателя. При этом достигаются минимальные пульсации вращающего момента вентильного электродвигателя, Аналогнчнью процессы имеют место и во второй фазе двигателя. В общем случае число фаз электродвигателя может быть увеличено, при этом увеличивается число элементов схемы двигателя за счет ее дополнения каналами усиления, аналогичными вышерассмотренным. Отношение Т/Т весьма мало (0,050,1). Поэтому коэффициент использовани напряжения питания предложенного вентильного двигателя близок к единице. Абсолютное значение определяется продолжительностью 2-3 периодов нап-. ряжения возбуждения обмотки 1, которое сверху практически ничем не ограничено и может быть достаточно высоким обеспечивая -Г/Т О,ОО5-О,01, Технико-экономические преимущества изобретения заключаются в улучшении энергетических характеристик вентильного двигателя совмещенной конструкции. Последнее объясняется тем, что в предла гаемом устройстве усилитель мощности получает возможность работать в импуль сном режиме с высоким КПД, достигающем 95%, в то время как в известном устройстве КПД усилителя мощности не превьииает 5О%. Если учесть, что КПД вентильного двигателя в значительной степени зависит от КПД усилителя мощности, то ясно, что осуществление алгоритма работы предлагаемого двигателя 79 гарантирует улучшение его энергетических характеристик, т.е. повышение КПД или уменьшения затрат энергии при заданной его мощности. Формула изобретения Вентильньш электродвигатель, содержащий электрическую машину с двумя взаимно перпендикулярными обмотками ротора и обмотками статора, подключенными к импульсным усилителям с широтно-импульсными модуляторами на входе, а также в каждом канале усиления фазочувствительный усилитель с фильтром высоких частот на входе, отличающ.ий- с я тем, что, с целью улучшения энергетических характеристик,он снабжен гене ратором стробирующих импульсов, интеграторами и ключами, причем в каждом канале усиления управляющая цепь ключа присоединена к обмотке- статора, каждый ключ через фазочувствительньй усилитель с фильтром высоких частот на входе и интегратор подклю 1ен ко входу широтнсуимпульсного модулятора, причем выход генератора стробирующвх импульсов под-, ключен к управляющим входам ключей и к входам синхронизации -широтно-импульо ньк модулят(Ч)ов, а входы обнуления интеграторов связаны в всаждом канале с выходами широтно импульсных модуляторов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 448556, кл. Н 02 К 29/02, 1974. 2.Авторское свидетельство СССР №468337,. кл, Н О2 К 29/02, 3.Авторское свидетельство СССР № 512545, л, Н 02 К 29/О2, 1976.

t 3

n