Вентильный электродвигатель Советский патент 1982 года по МПК H02K29/06 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к исполнительным элементам систем ,автоматического управления.

Известны вентильные электродвигаг тели постоянного тока с поэиционно зависимой широтЯо-импульсной модуляцией фазных напряжений по сигналам индуктивных датчиков поло)хения ротора ЦНедостатком этих двигателей является их сложность так как используются ко.нструктивно сложные магнитномодуляционные датчики положения ротора по ЧИСЛУ фаз двигателя,Известны также бесконтактные двигатели постоянного тока с позиционно зависимой широтно-импульсной модуляцией, в ко-: торых в качестве датчика положения ротора используется микросин. На двух выходных обмотках микросина формируются периодические синусоидальные напряжения с амплитудой, пропорЦ1{ональной произведению входного сигнала на синус и косинус угла поворота вала двигателя. Выходные обмотки микросина соединены с входами широтноимпульсных преобразователей, выходы которых через фазочувствительные преобразователи соединены со входгши

ключевых усилителей мощности, к входам которых подключены статорные об(«этки двигателя 2.

Недостатком этого устройства является невозможность непЬсредственного определения углового положения вала двигателя по выходным сигналам микросина, что требует применения дополнительного датчика углового поло10жения при использовании двигателя в качестве исполнительного элемента ОДУ,

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является устройство,

15 содержащее копошутатор, выходом подключенный к обмоткам вентильного электродвигателя, а входом - к выходу дешифратора, генератор высокой частоты, механически связанный с валом

20 вентильного электродвигателя, нульарган, счетчик, выполненный на триггерах с коэффициентом пересчета равным произведению числа фаз электродвигателя на число пар полюсов его

2.5 якоря, и регистр кода положения, причем выход генератора высокой частоты соединен со входом счетчика, вход триггера стар:яего разряда которого через фазовращатель подключен ко входу нуль-органа, выход леднего соединен со входом разрешения записи регистра кода положения, его инф ч мационные входы подключены к выходам триггеров счетчика, а выходы регистра через деошфратор под ключены к входу коммутатора. Устройство позволяет с помо1цью чувствительного элемента - фазовращателя не только управлять двигате,лем, но и получать код углового полояйвння валаГЗ). Недостатком известного двигателя является значительный уровень пульса ций вращающего момента. Целью изобретения является снижение пульсаций вращающего момента. Прставленная цель достигается тем что в вентильный двигатель постоянно тока, содержащий синхронную машину с двухфазной обмоткой на статоре, токо вые ключи в обмотках статора, ротор выполненный в виде постоянного магни та с укрепленным на нем фазовращателем, поключенным к выходам двухфазно го формирователя синусоидальных напряжений, входом соединенного с выходом старшего разряда счетчика, выполненного на триггерах, счетный вхо которого соединен с выходм генератор а выходы триггеров соединены с инфор мационными входами регистра, вход разрешения записи которого соединен с выходом нуль-органа, соединенного входом с выходом фазовращателя, дополнительно введены два аналоговых элемента, соединенные выходами с вхо дами двух широтно-импульсных модуляТОРОВ, причем выходы широтно-импульс ных модуляторов соединены с входами соответствующих токовых ключей, выходы формирователя синусоидальных напряжений соединены с информационными входами соответствующих запомина щих элементов , управляющие входы кото рых подключены к выходу нуль-органа На фиг. 1 изображена структурная схема вентильного электродвигателя; на фиг. 2 - диаграммы сигналов на информационных входах и выходах запоминающих элементов при постоянной скорости вращения двигателя. Вентильный электродвигатель содер жит генератор 1 высокой частоты(фиг. подключенный ко входу счетчика 2 . Выход триггера старшего разряда счетчика 2 подключен ко входу двухфазного формирователя 3 синусоидальных напряжений. Выходыформирователя синусоидальных напряжений соединены со входами фазовращателя 4 ротор ко торого закреплен на валу синхронной машины 5. Выход фазовращателя 4 через нуль-орган б соединен с входом разрешения записи регистра 7 кода положения. Информационные входы регистра соединены с выходами триггеров счетчика 2. Выход нуль-орган Б соединен также с входами разрешения записи двух аналоговых запоминающих элементов 8, информационные входы которвлх соединены с соответствунзщими клходами формирователя 3 синусоидальных напряжений. Выходы запоминающих элементов 8 через элементы 9 умножения соединены со входами широтно-импульсных модуляторов 10, выходы которых через токовые ключи 11 подключены к соответствующим фазам статорной обмотки 12. На вторые входы элементов умножения додан внещний сигнал управления скоростью и направлением вращения. Вентильный электродвигатель работает следующим образом. Счетчик 2 выполняет функцию делителя частоты генератора 1 высокой частоты. Формирователь 3 синусоидальных напряжений формирует из пpй 4oyгольных выходных сигналов счетчика синусоидальные опорные напряжения Фазовращателя 4, имеющие взаимный фазовый сдвиг на четверть периода (диаграммы 13 и 14 на фиг. 2). Нульорган 6 формирует из выходных синусоидальных сигналов фазовращателя 4 прямоугольные периодические сигналы (диаграммы 15 на фиг. 2), по переднему фронту которых осуществляется запись кода счетчика 2 в регистр 7 кода положения. Одновременно по переднему фронту выходного сигнала фазовращателя осуществляется запись мгновенных значений выходных синусоидальных сигналов формирователя 3 в аналоговые запоминающие элементы 8. Поскольку частота выходных сигналов нульоргана 6 значительно выше частоты вращения двигателя 5, то дискретно изменяющиеся с частотой выходных сигналов нуль-органа б выходные напрялсения запоминающих элементов 8 с высокой точностью, аппроксимируют синус-ную и косинусную зависимости от угла поворота вала .Реверсивные широтно-им,пульсные модуляторы 10 преобразуют выходные напряжения запоминающих элементов 8 в широтно-импульсные модулированные сигналы, которые усиливаются то- . ковыми ключа1 ш 11. В результате средние значения токов в статорных обмотках 12С некоторым постоянным коэффициентом пропорционгшьны значениям напряжений на выходах запоминающих элементов 8. Мнохштельные элементы 9 позволяют изменять коэффициент пропорциональности, тем самым изменяя величину вращающего момента электродвигателя. Реверс двигателя осуществляется изменением знака управляющего напряжения. В предлагаемом вентильном электродвигателе один- и тот же . чувствительный элемент - фазовращатель использован как для получений кода углового положения вала двигателя, так и для формирования позиционно модулированних сигналов управления ключами в статорных обмотках двигателя. Благодаря этому исключена необходимость в дополнительном точном датчике углового положения вала. Вентильный электродвигатель может быть эффективно использован в качест ве исполнительного элемента высокоточных цифровых систем автоматического управления при хсестких ограничениях на величину пульсаций вращающего момента и скорости вращения. В схеме управления предложенного вентильного электродвигателя использованы выпускаекие элементы цифровой и аналоговой техники, так что реализация устройства не связана с техническими затруднениями. Формула изобретения 1. Вентильный электродвигатель, с держащий синхронную машину с двухфаз ной обмоткой на статоре, токовые клю чи в обмотках статора, ротор, выполненный в виде постоянного магнита с укрепленным на нем фазовращателем, подключенным к выходам двухфазного формирователя синусоидальных напряже ний/ выходом соединенного с выходом старшего разряда счетчика, выполненного на триггерах, счетный вход счет чика соединен с выходом генератора импульсов, а выходы триггеров соединены с информационными входами регис ра, вход разрешения записи которого

/fo уе/1о8ого поножени)

t соединен с выходом нуль-органа, соединенного своим входом с выходом фазовращ.ателя, отличающийся тем, что, с целью снижения пульсаций i вращающего момента, в состав устройства дополнительно введены два аналоговых запоминающих элемента,соединенные выходами с входами двух широтно-импульсных модуляторов, причем выходы широтно-импульсных модуляторов соединены с входами соответствующих токовых ключей, выходы формирователя синусоидальных напряжений соединены с информационными входами запоминающих элементов, управляющие входы которых подколочены к выходу нуль-органа. 2. Электродвигатель по п. 1, с т личающи йся тем, что с целью управления скоростью и направлением вршцения, между выходами аналоговых запоминающих элементов и входами широтно-импульсных модуляторов включены элементы умножения, вторые входы которых объединены и подключены к входной шине управления-скоростью и направлением вращения. I Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР №464044, кл. Н 02 К 29/02, 1975. 2.Лзов Л.К. и др. Электронные устройства следясдах систем. Л., Судостроение, 1978, с. 151-147. : 3.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2779796, кл. Н 02 К 29/02, 1979.

Управление Фиг.1 |ГЧ

Zi/e.fe /