Управляемый вентильный электродвигатель Советский патент 1982 года по МПК H02K29/00 

(54) УПРАВЛЯЕМЫЙ ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ

1

Изобретение относится к электротё нике и может быть использовано в вентильном электроприводе с широким диапазоном регулирования момента скорости, атакже в преобразовательной технике.

Известно, что в вентильном электроприводе формируемый момент пропорционален току фазы двигателя, и расширение диапазона регулирования момента и скорости зависит от диапазона регулирогвания тока фазы.

Известны вентильные электродвигатели с регулятором, содержащие широтноимпульсный инвертор, охваченный обратной связью па току. Ток нагрузки такого регулятора имеет помимо гладкой составляющей пульсирующую составляющую

W.

Диапазон регулирования тока таких устройств ограничен в области малых значений тока областью, где ,;полезная гладкая составляющая тока становится соизмеримой с амплитудой пульсации А%

в области максимальных выходных сигналов ограничен предельными возможностями источника питания и параметрами нагрузки.

В относительных единицах механические характеристики совпадают с токовыми. Диахгазон регулирования Tojca фазы вентильного двигателя ограничен кривой, определяемой параметром К, зависящим от отношения индуктивности

10 «с , и активным .сопротивлением R при выбранном напряжении питания инвертора, законе управления и скорости холостого хода двигателя Я , где , причем, чем выще постоянная цель (L/R)

15 нагрузки инвертора, тем сильнеее ограничена область предельных значений тока и момента при максимальных сигналах управления.

В области малых значений сигнала

20 управления возможно расширение диатшзона регулирования тока путем, уменьшения пульсаций тока ЛТ .Сделать это можно несколькими путями при постоянком нафяжении питания: выбором соответствующего закона управления инвертором, .повышением частоты коммутации силовых ключей инвертора, увеличением постоянной цепи нагрузки. Выбор закона ..управления инвертором, например, .с одно1 поляр ной формой импульсов найряжения позволяет значительно снизить пульсации тока в области малых значений тока. Однако в регуляторе тока из-за неидеаль ности элементов его составляющих всегда присутствует несимметричность, поэтому даже при малых значениях выходного ток (глубины модуляции импульсов напряж&ния инвертора) наблюдаются значит0льнь1 пульсации, рграничиваюжие диапазон ре гулирования тока. Уменьшить пульсации тока можно путе повышения коммутации силовых ключей, что невсегда возможно иэ-за увеличения потерь на переключения, значит снижения КПД и надежности, а также потому, что силовые ключи инвертора (транзисторы, тиристоры) имеют ограни ченньш частоты работы на уровне от едйНИЦ до десятков киплогерц. Увеличение постоянной .времени L / R позволяет снизить пульсации тока, т. е. расширить диапазон регулирования тока в области малых значений тока. С другой стороны, увеличение постоянной времени цепи ве дет -к ограничению диапазона регулирования тока фазы в области максимальных выходных токов, поэтому такой путь не всегда приемлем. Возможно также создание регулятора тока с устройством регулирования частоты коммутации ключей иввертора в сторону ее увеличения в области малых значений глубины модуляПИИ выходных импульсов напряжения инве тора ло длительности так, чтобы уменьшить ДТ и значит расширить диапазон регулирования тока, что повлечет за ;собой усложТнение схемы управления,, повышение потерь и снижение надежности Наиболее близким по технической сущ ности и решаемой задаче к изобретению является управляемый вентильный ,электродвигатель, содержащий ротор, статор с обмоткой, датчик положения ротора, умножители, первый вход каждого из ко торых в каждом канале соединен к. соответствующему выходу датчика положе НИН ротора, вторые входы присоединены ко входу управления электроприводом, выходы умножителей в каждом канале присоединены к первому входу схемы сравнения, второй вход которой соедине)

с выходом датчика тока фазы, а выход соединен со входом широтно-импульсного усилителя мощности, выход каждого усилителя мощности соединен с фазой обмотки якоря -через дроссель с магнитопроводом(21

Недостатками такого двигателя явля ются большие масса и габариты и.низ.кий КПД, обусловленный необходимостью выбора дросселя .с большой индуктивностью. Цель изобретения - повышение КПД и снижение массы устройства. Указанная цель достигается тем, что в цепь каждой фазы двигателя включен дроссель, магнитопровод которого выполнен с немагнитным зазором, величина которого плавно изменяется от одного края магнитопровода к другому. Применение дросселя суказанным: магнитопроводом, обеспечивает автомат ческое изменение постоянной времени цепи фазы двигателя в зависимости от без усложнения устройства и увеличения массы и габаритов. Изменение постоянной цепи фазы двигателя позволяет расширить диапазон управления формируемого электромагнитного момента и скорости врашения электропривода. На фиг. 1 изображена функциональная схема предлагаемого устройства с -двух.фазным вентильным двигателем; на фкг. 2 - возможные варианты выполнения маг нитрпровода дросселя; а - дроосель в двух проекциях у которого зазор изменяется от одной боковой поверхности к другой, б - то же, при изменении зазора от одной цилиндрической поверхности к другой, на фиг. 3 - фирмы и пульсации тока в нагрузке широтноймпульсных.преофазователей: а - при двухполярной форме выходных импульсов напряжения, б - при однополярной на %нг. 4а - характер изменешш }йндуктив- ности дросселя в функции тока при немагнитном зазоре, плавно иа деняюшимся от .одного края магнитопровода к другому; на фиг. 46 - предельные механические характеристики вентильного электропривода при различных значениях постоянной времени цепи фазы. На фиг. 1 обозначено: устройства сравнения 1 V и 2, широтно-импульсные усилители 3 и 4 нащзяжения, датчики фазных токов 5 и 6 двигателя, дросселя 7 и 8 с немагнитным зазорсм, плавно изменякушимся от одного края магнитопровода 592 к другсялу, двухфазный синхронный ава гатепь 9 с возбуждением от постоянных магнитов множительные устройства 10 и 11, датчики положения ротора 12. Выходные сигналы- датчика положения ротора 12 поступают на первые входы множительных устройств 1О и 11, на вторые входы которых поступает сигнал упрйвления, пропорциональный требуемому моменту. Сигнал с выхода множ тельных устройств поступает на соответ ствующие входы регулятора фазных токов (рФт). .; РФТ состоит из двух регуляторов ток фазы двигателя по числу фаз, каждый щ которых состоит из схемы сравнения 1 ( Ш1фотно-импульсного инвертора 3 (4), датчика тока 5 (6) и дросселя 7 (8) с немагнитным зазором. РФГ формирует ток фазы двигателя в соответствии с сигнале от множительного устройства. Выходной сигнал широтно-импульсного инвертора имеет прямоугольные импул : :сы напряжения, промодулированные по длительности в соответствии с выходным сигналом множительногоустройства, поэтому ток фазы помимо гладкой составляющей Зср имеет пульсирующую соста&ляюшую ut) (фиг. 3). Наличие переменного немагнитного зазора, величина которого плавно и еняется от одного крб1Я магнитощэовода к другому {фиг. 2 а, б), определяет нелинейность изменения индуктивности дросселя {фиг. 4а) в функции от значения тока фазы, а значит и постоянной времени цепи нагрузки, которая также м няется в зависимости от значения тока фазы. При этом величина i /Я увеличивается при малых величинах тока и уменьшается при больших значениях тока .Причем в области нулевых токов пульсации тока At) уменьшаются, и след вательно, увеличивается диапазон регулирования тока. В области же максимал ных, предельных токов уменьшение приво дит к уменьшению К L / R. Я х и к 3 расширению диапазона регутфования тока и мсялента вентильного двигателя (фвг. 4, кривая . Включение в цепь фазы вентильного электропривода дросселя с не 4агш1тным зазором, величина которого плавно изменяется от одного края магнитопровода к другому, позволяет снизить массу и габариты, потребляемую мошность и повысить надежность устройства при регултфовании постоянной цепи фазы вентвл „ого двигателя с целью расширения диапазона управления формируемого тока, электромагнитного момента и скорости. Формула изо б р е т е н и я Управляемый вентильный электродвигатепь, содержащий статор с обмоткой. ротор, многофазный датчик положения ротора, умножители, входы кото рых в каждом канале присоединены к соответствующему выходу датчика положения ротора, вторые входы присоединены ко входу управления электроприводом, выходы умножителей в каждом канале хфисоединены к первому входу .схемы сравнения, второй вход которой присоединен с выходом датчика тока фазы, а выход соединен со входетл шмротноимпульсного усилителя мощности,, выход каждого усилителя мощности соединен с -фазой обмотки якоря через дроссель ,с магнитопроводом, отличающий - с я тем, что, с целью повышения КПД и снижения массы устройства, в цепь каждой фазы двигателя включен дроссель, магнтггопровод которого выполнен с немагнитным зазором, плавно изменяющимся от одного края магнитопровода к дру гому. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Электронная техника в автомат ке.Под ред. Ю.И. Конева, М., Советское адио, вып. 9. 1977, с. 20О-214. 2. Бродовский В.Н., Иванов Е.С. Приводы с частотно-токовым управлением, М., Энергия, 1974, с. 8-23.

r-4X

w

11

X

Va

ДПР

иг.1