Вентильный электродвигатель

О Л И С А Н И Е пц 556542ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистицеских Республик(23) ПриоритетОпубликовано 30,04.77, Бюллетень16Дата опубликования описания 23.05.77 02 К 29/02 Гааударственный комите Совета Министров СССР па делам изобретений 53) УДК 621.313,13.014.(088.8) открыт 2) Автор изобретения К. Цаценки 71) Заявител 4) ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ Изобретение относится к области электродвигателей для системы автоматизированного электропривода и может быть использовано в различных приборах, станках и установках.Известны вентильные электродвигатели (бесконтактные двигатели постоянного тока), в которых для получения информации о положении вала двигателя и соответствующей ей коммутации его фаз используются специально разрабатываемые для этой цели датчики- коллекторы 1, Датчики имеют число чувствительных элементов, равное числу фаз двигателя. На фазах двигателя производится при помощи усилителей мощности, подключенных к выходам чувствительных элементов, формирование прямоугольного напрякения, так как состояния чувствительных элементов датчика (например, ферромагнитных сердечников с прямоугольной петлей гистерезиса) изменяются скачкообразно, и число таких изменений в цикле коммутаций равно числу фаз двигателя.К недостаткам таких вентильных двигателей относится то, что при ограниченном числе фаз и питании их прямоугольным напряжением ухудшаются энергетические показатели и качество движения вентильного двигателя из-за пульсаций электромагнитного момента. Кроме того, необходимость установки отдельного датчика с относительно высокой разрешающей способностью (аналогового или цифрового) для получения сигнала обратной связи по положению при использовании их в системах автоматического регулирования, например слсдяших системах, приводит к усложнению двигателя.Наиболее близким по технической сущностик изобретению является вентильный электродвигатель 2, в котором на валу установлен 10 датчик положения с циклической характеристикой, в цикл которой укладывается целое число пространственных периодов магнитного поля статора двигателя, а выходной сигнал в пределах цикла линейно изменяется в функ ции положения, выход датчика соединен свходом схемы коммутации, содержащей функциональный преобразователь и усилители мощности.Однако в тлям двигателе состояния усили телей мощности изменяются скачком, т, е. фазы двигателя питаются прямоугольным напряжением, что приводит к ухудшению его энергетических показателей и качества движения из-за пульсаций электромагнитного мо 25 мента.Цель изобретения - улучшение качествадвижения и повышение энергетических показателей двигателя.Поставленная цель достигается тем, что 30 функциональный преобразователь состоит изпреобразователей линейно изменяющегося сигнала в ступенчатый и в сигналы, близкие к синусоидальным, и трехвходового сумматора с управляющим первым входом, второй вход которого связан с выходом датчика положения и входом преобразователя линейно изменяющегося сигнала в ступенчатый. Выход этого преобразователя подключен к третьему входу сумматора, выход которого соединен с входами преобразователей линейно изменяющегося сигнала в сигналы, близкие к синусоидальным. Эти преобразователи своими выходами подключены к входам усилителей мощности, вырабатывающих напряжения на фазах двигателя.Такое выполнение устройства позволяет за счет регулирования угла сдвига магнитных осей статора и ротора (угла момента) изменять значение электромагнитного момента двигателя плавно и в широких пределах при одновременном обеспечении требуемой формы токов в фазах двигателя, близкой к синусоидальной, что позволяет получить высокие энергетические показатели и улучшить качество движения,На фиг. 1 показана функциональная схема устройства применительно к двухфазному вентильному электродвигателю; на фиг. 2 приведен график выходного сигнала датчика в функции положения; на фиг. 3 - график выходного сигнала преобразователя линейно изменяющегося сигнала в ступенчатый; на фиг. 4 - график сигнала на выходе сумматора при отсутствии управляющего сигнала.Устройство (фиг. 1) содержит двухфазный электродвигатель 1, вал которого связан через передаточный механизм 2 с датчиком положения 3. Выход датчика подключен к входам преобразователя 4 линейно изменяющегося сигнала в ступенчатый и сумматора 5 с управляющим входом. К третьему входу сумматора 5 подсоединен выход преобразователя 4. Выход сумматора соединен с входами двух преобразователей 6 и 7 линейного сигнала в синусоидальный, к выходам которых подключены через усилители мощности 8 и 9 фазы 10 и 11 двигателя 1,Устройство работает следующим образом.Предположим, что в исходном состоянии ротор двигателя 1 неподвижен, в фазах 10 и 11 по сигналу датчика Удат через сумматор 5, преобразователи 4, 6, 7 и усилители мощности 8 и 9 установлены такие значения токов, что вектор магнитного поля статора совпадает с магнитной осью ротора двигателя, а сигнал Удр, поступающий на управляющий вход сумматора 5, равен нулю. При этом электромагнитный момент двигателя также равен нулю. Если на управляющем входе сумматора 5 появится сигнал Упр, то под его действием сигнал на выходе сумматора изменит свое значение, При этом в фазах 10 и 11 двигателя установятся такие значения токов, что поле статора переместится в пространстве и воз 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 никнет движущий электромагнитный момент. Ротор двигателя придет в движение,Если поддерживать Ь"тпр неизменным, то рассогласование между магнитными осями статора и ротора будет постоянным, и двигатель будет развивать неизменный момент. Подача сигнала У,р на управляющий вход сумматора 5 эквивалентна по своему действию сдвигу щеток у двигателя с контактным коллектором, Преобразователи 6 и 7 вырабатывают на выходах сигналы, которые при равномерном вращении ротора двигателя близки по форме к синусоиде (например, сигнал от преобразователя 6) и косинусоиде (соответственно сигнал от преобразователя 7). Это эквивалентно резкому увеличению коллекторных пластин у двигателя с контактным коллектором и приводит к значительному уменьшению пульсаций электромагнитного момента вентильного электродвигателя. Периодизация ВходнОГО сиГнала Ь = ф - дат+Уупр производится путем формирования ступенчатого сигнала Уф на выходе преобразователя 4.Сигнал от датчика Удат в пределах цикла характеристики изменяется линейно в функции перемещения х ротора двигателя (фиг.2). При этом нужно учитывать, что в период цикла датчика должно. укладываться целое число пространственных периодов магнитного поля статора двигателя. Это позволяет согласовать периодичность изменения токов в фазах двигателя и магнитного поля двигателя. Для соблюдения этого условия возможна связь вала двигателя с датчиком через передаточный механизм 2 (например, редуктор) с соответствующим персдаточным числом.Форма выходного сигнала преобразователя линейного сигнала в ступенчатый Уф в функции Удат представлена на фиг. 3. Если предположить, что Уупр -- О, то сигнал У = = Уф - Удат на выходе сумматора 5 будет иметь вид, показанный на фиг. 4. Графики сигналов на фиг, 2, 3 и 4 изображены для случая аналоговой формы представления сигналов, Их можно использовать и для представления сигналов в цифровой форме, если приписать цифровым разрядам определенный вес и пренебречь эффектами квантования. Размах сигнала У прямо пропорционален пространственному периоду магнитного поля статора, т, е. 2 л рад.При У,рФО пилообразная кривая Уа будет смещаться вверх или вниз относительно оси абсцисс. Это вызовет рассогласование между магнитными осями статора и ротора и возникновение электромагнитного момента, отличного от нуля. Изменяя величину и знак Ур (с помощью внешнего управляющего устройства, не показанного на чертеже), можно изменять величину и знак электромагнитного момента двигателя.Используемый двигатель может иметь другое число фаз, а также расщепленные фазы. В этом случае нужно соответственно изменить556542 число преобразователей линейного сигнала в синусоидальв и число усилителей мощности.Описанная выше структура позволяет при помощи введенных преобразователей и сумматора получить синусоидальную или близкую к ней форму напряжений на фазах двигателя или токов в них, обеспечить регулирование угла момента по внешнему сигналу, уменьшить колебания электромагнитного момента двигателя, благодаря чему повышаются энерге ические показатели и качество движения. К 1.оме того, датчик положения, имеющий относительно высокую разрешающую способность, используется одновременно для получения сигнала обратной связи при работе двигателя в системе автоматического регулирования, например следящей системе. Формула изобретения Вентильный электродвигатель с датчиком положения ротора, имеющим циклическую характеристику вход - выход, линейную в пределах цикла, причем в цикл укладывается целое число пространственных периодов магнитного поля статора двигателя, соединенным с усилителями мощности через функциональный преобразователь, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью улучшения качества движения и повышения энергетических показателей, функ циональный преобразователь содержит преобразователи линейно изменяющегося сигнала в ступенчатый и в сигналы, близкие к синусоидальным, и трехвходовый сумматор с управляющим первым входом, вторым входом, сое диненным с выходом датчика положения ротора и входом преобразователя линейно изменяющегося сигнала в ступенчатый, подключенного своим выходом к третьему входу сумматора, связанного выходом с входами преоб разователей линейно изменяющегося сигналав сигналы, близкие к синусоидальным, соединенных своими выходами с входамп усилителей мощности. 20 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:1. Вольдек Л. И. Электрические машины.Л., Энергия, 1974, с, 235 - 238.2. Двигатели постоянного тока с полупрод водниковыми коммутаторами. Сборник статейпод ред. Овчинникова И. Е., Л., Наука, 1972, с. 154 - 159.556542 Ът Рог. г Составитель А. СанталовТехред И. Позняковская Редактор С. Заика Корректоры: Л, Котова и И. Позняковская Типография, пр. Сапунова, 2 Заказ 1103/12 Изд.399 Тираж 914 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5