Вентильный двигатель

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 2 9 06 1)5 Н ИЗОБРЕТ Н АВТО матора - с внешними цифровыми шинамизадания знака электромагнитного момента, выходные шины старшего разряда первого сумматора соединены с первым входом первого гычитающего блока,а выходные шины ьрторого формирователя прямоугольных многофазных сигналов и выходные шины старшего разрядавторого цифрового сумматора - соответственно с первым и вторым входамивторого вычитающего блока, выход которого соединен с первым входом схемы сравнения многофазных сигналов,второй вход схемы сравнения соединенс выходом первого формирователя прямоугольных многофазных сигналов, вход которого соединен с выходами датчие шины схемы сравн ов тока, выход ния многофазных ходными шинами ы второго реве нения многофазных сигналов содержит2 ш (ш - число фаз двигателя) двухвходовых логических элементов И,входные шины которых соединены с прямымии инверсными выходными шинами второго вычитающего блока, выходные шиныэлементов И соединены с входнымишинами КБ триггеров, выходные шины вв 1 Я мыми и инверервого формимногофазных которых соединены с пными выходными шинамирователя прямоугольньсигналов,включавшим мнотчиком положения тильным двигатфазную машину асти венГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР У СВИД=ТЕЛЬСТ(54)(57) .1 р ВЕНТИЛЬНЪЙ ДВИГАТЕЛЬ поавт, св,828930, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения КПД и расширения функциональныхвозможностей, в нем установлены первый счетчик импульсов, где старшийразряд выполнен в многофазном кодепо числу фаз двигателя, второй реверсивный счетчик, аналогичный почислу разрядов и их выполнению первому, формирователь синусоидальныхмногофазных напряжений, первый и второй цифровые двухвходовые сумматорыс. выходными шинами в старшем разряде, второй вычитающий блок в многофазном коде, датчики тока в фазахдвигателя, схема сравнения многофазных сигналов, где первая и втораяшины сигналов внешней частоты соедииены с входными шинами первого ивторого счетчиков, выходные цифровыешины первого счетчика соединены совходом формирователя синусоидальныхмногофазных напряжений и первымивходами цифровых сумматоров, второйвход первого сумматора соединен с выходными цифровыми шинами второгосчетчика, а второй вход второго сумИзобретение относится клектротехники, в частност сигналов соединены сзадания режима рабосивного счетчика,Двигатель по.п.1, о т л ию щ и й с я тем, что схема сра944472 Редактор . 0 Филиппо рдюкова Корректор МДемч е ираж 438 писное 1 роизводственно-.издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул, Га Заказ 4346 ВНИИПИ Государстве нцо 11303о комитета по и Москва, Ж - 35,бретениям и открытиям при ГКНТ СССаушская наб., д, 4/5944472В этом двигателе достигается вы сокая плавность,цвижения, когда сред" нее значение угла между вектором патока ротора Р и напряжением статора Б поддерживается неизменным, а Форма выходного напряжения инвертора соответствует широтно-импульсной модуляции (ШИН) па трапецеидальному за кону, близкому к синусаидальнай ДЫМ, По данному принципу возможно па" строение вентильного двигателя любой фазности Недостатком известного двигателяявляется изменение угла между некторами потока ротора Р и тока статора1 при изменении частоты вращения,Это изменение угла приводит к снйжению на высоких частотах вращенияКЦЦ двигателя и не повзоляет использовать в нем синхронно-реактивную машину из-за сложности осуществленин управляемого реверса,0 ротора, сигналы которого управляют силовыми элементами мостового инвер тора, питающего эту машину, и предназначено для использования в бес 5 контактных электроприводах различных объектов народнога хозяйства (станки с ЧПУ, промышленные роботы, автома тические линии и тд.).По основному авт, св, Р 828930 известен вентильный двигатель, содержащий ротор, статор с обмоткой якоря, секции которой соединены н выходом инвертара управляющие цепи ключей которого соединены через логическую схему с вторичной обмоткой датчика положения ротора, выполненного в ви де фазорегулятора с числом пар полюсов, равным числу пар полюсов ротора, трехфазная первичная обмотка датчика соединена с выходом трехфазного ин гочника повышенной частоть., где логическая схема содержит два Формирователя прямоугольных трехфазных сиг напав и вычитающий блок в трехфазном коде, вторичная обмотка фазорегулято ра выполнена трехфазной, причем пер вичная обмотка фазорегулятора соединена с входом первого формирователя, вторичная обмотка соединена с входом второго Формирователя, а вьходные ши ны первого и второго фармирователей -. с входами вычитающега блока, ыходные шины которого соединены с управляющи ми цепями ключей инвертара.35 Цель изобретения повышение КПДи расширение функциональных возможнастей,Поставленная цель достигаетсятем, что в двигателе установленыпервый счетчик импульсов, где старший разряд выполнен в мнагофазномкоде па числу фаз двигателя, второйреверсивный счетчик, аналогичный почислу разрядов и их выполнению с перфвым, формирователь синусоидальныхмногафазных напряжений, первый ивторой цифровые двухвходовые сумматоры с выходными шинами в старшемразряде, второй вычитающий блок вмногофазном коде, датчики тока в фазах двигателя; схема сравнения многоФазных сигналов, где первая и втораяшины сигналов внешней частоты соединены с выходными шинами первого ивторого счетчиков, выходные цифровыешины первого счетчика соединены свходом формирователя синусоидальныхмнагофазных напряжений и первымивходами цифровых сумматоров, второйвход первого сумматора соединен свыходными цифровыми шинами второгосчетчика, а второй вход второго сумматора - с внешними цифровыми шинами задания знака электромагнитногомомента; выходные шины старшего разряда первого сумматора соединены спервым входом первого вычитающегоблока, а выходные шины второго формирователя многофазных сигналов и вы".хадные шины старшего разряда второгоцифрового сумматора соединены соответственна с первым и вторым входамиlвторого вычитающего блока, выход котарого соединен с первым входом схемы сравнения многофазных сигналов;второй вход устройства сравнения соединен с выходом первого Формирователя прямоугольных многофазных сигналов, вход которого соединен с выходами датчиков тока; выходные шины схемы сравнения многофазных сигналовсоединены с входными шинами заданиярежима работы второго реверсивногосчетчика, Устройство сравнения многоФазных сигналов содержит 2 ш (шчисло Фаз двигателя) двухвходовых логических схем И, входные шины которыхсоединены с прямыми и инверсными выходными шинами второго вычитающегоблока; выходные шины схем И соедине"ны с входными шинами КБ-триггеров,выходные шины которых соединены с944472 первым входом логической схемы, вто-, рой вход которой соединен с прямыми и инверсными выходными шинами первого формирователя прямоугольных многофазных сигналов.На фиг 1 представлена блок-схема устройства; на фиг,2 - цифровые сигналы Е на выходных шинах первого счетчика и С, С на выходных шинах 10 второго цифрового сумматора для двух знаков электромагнитного момента; на фиг 3 эквивалентные многофазному (трехфазному) коду циФровые сигналы обычного цифрового кода на выходных 15 шинах второго цифрового сумматора С и на выходных шинах второго Формиро вателя В; на фиг,За - когда угол меж ду трехфазными сигналами С и В меньше 27/3; фиг,Зб - угол между трехфазными сигналами больше Т/3 и мень ше 2 и/3; Фиг.Зв - угол между трехФазными сигналами больше 2/3 и меньше 1; ФигЗг - угол между трехфазны,ми сигналами больше пи меньше 4 и/3;Рд Лг фиг,Зд - угол между трехфазными сигналами больше 47/3 и меньше 5(/3; Фиг,Зе - угол между трехфазными сигналами больше 5 н/3 и меньше 2 Т (Слева от этих цифровых сигналов при ведены значения разности между сигналами С и:В, Аналогичным образом изображаются цифровые сигналы разности между сигналами А и В); на фиг.4 приведены эквивалентные многофазному (трехфазному) коду цифровые сигналы обычного цифрового кода на выходных шинах второго вычитающего блока Я за оборот двигателя и соответствующие им многофазные (трехфазные) сигналы 40 Ь; на фиг5 многофазные (трехфазные) сигналы на выходных шинах второго вычитающего блока 1 Ч С 1) соответствующие им сигналы обычного цифрового кода и сигналы КК 6, на 45 Фиг,б - принципиальная схема устройства сравнения многофазных (трехфаз ных) сигналов; на фиг,7 - многофаз" ные (трехфазные) сигналы на выходных шинах первого формирователя прямо угольных сигналов 1(х.,хз) и сигналы Ь(1,7 ,1); на фиг7 асигналы Ь опережают по фазе сигналы 1; на Фиг,7 б - сигналы Ь отстают по фазе ,от сигналов 1; на фиг.8 приведена 55 таблица разности в цифрах обычного кода сигналов 1 и Ь; на фиг 9 - век торная диаграмма вентильного двигате ля с двухполюсной синхронной машиной,когда на всех скоростях вращения угол между векторами потока ротора Р и тока статора 1 поддерживается равным 90 эл,град; на фиг,10 - векторная диаграмма вентильного двигателя с двухполюсной синхронно-реактивной машиной, когда угол между сектором тока статора 1 и продольной осью ро тора поддерживается равным /( 45 эл, град.В качестве примера будем рассматривать трехфазный вариант вентильного двигателя.Выходные шины трехфазного мостового инвертора 1 соединены с обмотками статора трехфазной синхронной или синхронно реактивной машины:2, В Фазах двигателя установлены датчики тока 3, выходы которых соединены с входными шинами первого Формирова теля 4 трехфазных прямоугольных сиг налов, На валу двигателя установлен Фазорегулятор 5, число пар полюсов которого равно числу пар полюсов двигателя.2, Первичные обмотки Фазорегулятора 5 подключены к высокочастот ному источнику трехфазного синусоидального напряжения, который состо ит из последовательно соединенных первого счетчика 6 и Формирователя синусоидальных трехфазных напряжений:7Счетчик 6, счетный вход которого соединен с шиной 8 внешней час тоты Й , состоит из последовательноьсоединенных млацших разрядов ба и старшего разряда бб, который выпал нен в трехфазном коде, Цифровые вы ходы шины счетчика 6 соединены с входом формирователя 7 н первыми входами первого 9 и второго 10 цифровых сумматоров, которые имеют выходные цифровые шины для старшего трехфазного разряда, Второй вход первого сумматора 9 соединен с цифровыми выходными шинами второго ревер сивного счетчика 11, емкость которого аналогична счетчику:6. Счетный вход счетчика 11 соединен с шиной 12 внешней частоты Х . Второй вход второго сумматора 10 соединен с входными циФровыми шинами 13 задания знака электромагнитного момента, Выходнь:е обмотки фазорегулятора 5 под . ключены к входным шинам второго Фор мирователя 14 прямоугольных трехфазных сигналов. Выходные шины формирователя 14 подключены к вторым входам первого 15 и второго 16 внчитающих944472блоков, Первый вход первого вычитающего блока 15 подключен к выходусумматора 9, а первый вход второгоблока 16 - к выходу сумматора 10,5Выходные шины блока 15 соединены суправляющими входами силовых элемен"тов мостового инвертора:1. Выходныешины формирователя 4 и блока 16 подключены к входу схемы сравнения 17трехфазных сигналов. Выходные шинысхемы 17 соединены с входными шинамизадания режима работы реверсивногосчетчика 1 Выполнение счетчика б,11 и сумматоров 9, 10 общеизвестно,Выполнение вычитающих блоков 15, 16приведено в 11 ,Схема сравнения трехфазных сигна лов (фиг,б) состоит из двухвходовых20 логических элементов И 18-23, первые входы которых соединены с прямыми и инверсными шинами сигналов второго вычитающего блока 16, На выходных шинах логических элементов 18 23 фор 25 мируются соответственно сигналыи ФУ 14 и 1 Ц, 1 НО 111 фф 1 1 4п 417 н 5 н - , 1 п 1 нч 25 1 Зф 2 1 Ъ (фиг,5), Выходные шины логических 30 элементов 18, 19 соединены с входными шинами КБ-триггера 24, выходные шины логических элементов 20, 21 триггера 25, выходные шины логических элементов 22, 23 - триггера 26 Выходные шины триггеров 24-26 трех фазных сигналов Ь соединены с первым входом логического элемента 27, вто .рой вход которого соединен с выходными шинами формирователя 4 трехфаз" 40 ных сигналов:1, Логический элемент формирует два сигнала ш и ш,2 по следующему логическому законуш - 31 ь.х 71,12,. Ч 1 1 з 3.х3 1 3 11 г 1 2 2 3 2. 3 45 шг= 11 з ъ 11 1 гд "гУ 121 ргх х 711з 11 "г" Гг 1 зг "3Схема устройства работает следую" щим образом50При рассмотрении работы устройства первоначально примем, что в нем установлена двухполюсная синхронная машина с возбуждением от постоянных магнитов, Примем выполнение счетчи" ков б, 11 емкостью от "0" до "599" цифровых сигналов (младшие разрядыот "0" до "99", старший разряд от "Ю" : "5")Сигналы высокой частоты Г, по ступая на входную шину 8 счетчика б, вызывают периодическое появление на его выходных щинах цифровых сигналов Е от "0" до "599" (фиг,2). Сигналы, например, старшего разряда, которые соответствуют трехфазным прямоуголь ным напряжениям, формируют в блоке 7 (фильтру выделения первой гармоничес" кой составляющей) синусоидальные трехфазные напряжения У , питающие первичные обмотки Фазорегулятора:5, Такое же синусоидальное напряжение наводится на выходных обмотках Фазорегулятора 5, которое в форьировате ле 14 преобразуется в трехфазные пря моугольные сигналы, Фаза выходного напряжения Фазорегулятора 5 изменяет ся относительно первичного напряжения питания от нуля до 27 в зависи мости от углового положения ротора двигателя Такие же угловые соотношения сохраняются между трехфазными прямоугольными сигналами на выходе формирователя 14 и сигналами старше го разряда счетчика:6, Для создания положительного знака электромагнит ного момента (против часовой стрелки), когда угол между вектором маг нита ротора Д и вектором тока ста" тора 1 равен 90 эл.град на входные цифровые шины 13 подаются цифровые сигналы Н 2, соответствующие цифре "350" (обратные циФре "149"), а для создания электромагнитного момента другого знака - сигналы, соответствующие цифре "149". Этим самым обеспечивается сдвиг, цифровых сигналов Е на выходных шинах сумматора 10 от носительно цифровых сигналов Е на его входных шинах на -Т/4 и +Т/2, где Т - период частоты напряжения пи тания:5, При частотах вращения двигателя около нулевого значения, когда вектор. тока статора 1 и напряжения б совпадают по фазе, такие же цифровые значения устанавливаются в реверсивном счетчике 11, Следовательно, цифровые сигналы А на выход ных шинах сумматора 9 сдвинуты отно сительно сигналов Е в полном соот ветствии с сигналами С на выходных шинах сумматора 1 О, Рассмотрим работу для положительного знака электромагнитного момента, При угловом положении ротора, когда трехфазные напряжения на выходных шинах суммато-, ра 9 и Формирователя 14 совпадают944472Работа устройства при использова нии в немсинхронно реактивного двигателя (фиг.10) будет отличаться от рассмотренной выше только значениями " цифровых еигналов на входных шинах5 блока 10, что определяет расположение оси стабилизации направления вектора тока статора под углом ф с 45 эл. град, к продольной оси ротораТаким образом, устройство позво ляет использовать не только синхрон ную машину, но и синхронно-реактив 12ьную, когда во всех режимах работыобеспечивается поддержание неизмен".ным оптимального угла между векторомтока статора и продольной осью ротора двигателячто ведет к повышениюКПД двигателя на высоких частотахвращения При этом форма вь.ходногонапряжения инвертора также, как восновном изобретениисоответствуетширотно-импульсной модуляции (ШИМ)по трапецеидальному закону, близкомук синусоидальной ШИМ,