Вентильный электродвигатель

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДВТИЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических республик(22) Заявлено 0702,80 (21) 2881567/21-07 (53)М. Кл. с присоединением заявки йо(23) Приоритет Н 02 К 29/02 Государственный комитет СССР но делам изобретений я открытий.382(088,8) Дата опубликования описания 30,10,81(54) ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ Изобретение относится к вентильным электродвигателям (ВД) и может быть использовано в системах микро- привода.Известны (ВД), состоящие иэ.электромеханического преобразователя с ротором в виде постоянного магнита и. фазным.статором, датчика угловой координаты, широтно-импульсного 1 О модулятора (,или модуляторов и коммутатора. Датчик угловой координаты вырабатывает фазные позиционные сигналы, которые через модулято-. ры формируют напряжения управления коммутатором., а следовательно, и преобразователем 1 ) и 2).Недостаток таких ВД заключается в том, что при изменении загрузки (следовательно, и тока) и частоты вращения изменяются составляющие па дения напряжений на обмотках, обусловленные их индуктивностьюрвследствие чего угол между результирующей (НС) и потоком ротора также изменяется, отклоняясь от оптимального равногоВ/2. Поэтому такие ВД имеют пониженную экономичность и быстродействие.Этот недостаток частично устранен в ВД с управлением формой тока по30 сигналам от датчика угловой координаты, что стабилизирует взаимоориентацию потоков статора и ротора преобразователя.В первоМ типе тахих ВД применены фазные регуляторы тока с обратной связью. В них токи от специаЛьных датчиков в выходных цепях коммутатора отслеживают сигналы от датчика угловой координаты, которые предпочтительно иметь синусоидальными Э ).Недостаток таких ВД - их сложность обусловленная необходимостью применения датчиков фазных токов с изолированными выходными цепями и с линейной симметричной характеристикой, а также необходимостью получения сигналоэ специальной формы от датчика угло вой координаты.В другом типе токовых Вд предусмотрен один токовый контур с включением датчика тока в цепь питания. коммутатора 14 ). Однако такое упрощение структуры ВД по сравнению с первым типом достигается ценой отказа от регулирования формы тока, которая фиксируется как прямоугольная, что снижает экономичность ВД.Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности и решаемойзадаче является ВД, содержащий роторс источником однонаправленной намагЙчивающей силы статор с обмоткой,секции которой соединены с выходомкоммутатора, управляющие цепи ключейкоторого соединены с выходом датчикаположения ротора, выполненного в виде сельсина-фазовращателя, черезфункциональный преобразователь, содержащий стробопреобраэователь, первый вход которого соединеи с выходомгенератора опорных сигналов, а второй вход - с выходом датчика частоты вращений,. и широтно-импульсныймодулятор .5 .Недостатком известного ВД является грубоприближенный характер регулирования, при котором изменения нагрузки и скорости раздельно не учиты-.ваются. Это снижает экономичность ибыстоодействие таких ВД, так как значение угла между током и ЭДС отличается от оптимального,Цель изобретения - повышение эко"номичности:и быстродействия ВД.Для достижения указанной цели вВД дополнительно введены два регулятора амплитуды сигналов переменного тока, два сумматора, фазосдвигающая на Ж/2 и инерционная цепочки иперемножитель сигналов, причем выходдатчика подключен через .первый регулятор на первый вход первого сумматора и параллельно через фаэовращаю"щую цепочку и второй регулятор - навторой вход первого сумматора, выход которого соединен со входомстробопреобразователя, а источникуправляющего сигнала подключен к,управляющему входу первого регулятораи параллельно через второй сумматор,чнерционную цепочку и перемножительсигналов - к управляющему входу второго регулятора, кроме того, ковторому входу второго сумматора и ковторому входу .перемножителя сигналовподключен источник аналогового сигнала скорости.Такое усовершенствование обеспечивает.оптимизацию пространственногоугла между взаимодействующими потоками преобразователя и обесПечиваеттем самым повышение,его экономичности и быстродействия во всем диапазоне изменения нагрузки и скоростивращения. Причем оно не связано с выбором средств формирования, напряжения коммутатора.На чертеже представлена структуРная схема ВД.Устройство состоит иэ электромеханического преобразователя 1 с фазным статором и ротором из постоянного магнита, коммутатора 2, широтноимпульсоного модулятора 3, стробопреобразователя 4 (по числу фазныхканалов управления) ,датчика 5 по3055 6065 левой скорости. Во всех этих случаях вектор напряжения должен совпадать. с потоком статора, поскольку влияние индуктивности обмоток не проявляется.В общем случае на первый вход перемножителя 13 поступает еигнал разности между выходными сигналами источников 14 и 15. Этот сигнал разности .пропорционален току преобразователя 1. Перемножитель 13 вырабатывает сигнал, пропорциональный произведению тока на скорость, т.е. индуктивному падению напряжения на обмотках преобразователя 1, а регулятор 8 добавляет в сумматор 9 сигнал переменного тока с амплитудой,пропорциональной упомянутому падениюнапряжения, и с фазой, опережающей типу сельсина-фазовращателя и источника б опорных сигналов. Крбме того, ВД имеет два регулятора 7 и 8 амплитуды сигнала датчика 5, два сумматора 9 и 10, фаэосмещающую цепочку 11 и инерционную цепочку 12, а также перемножитель 13 сигналов. В схеме1 предусмотрены источник 14. управляющего сигнала и источник 15 аналогового сигнала скорости. Преобразова"тель 1, как обычно, включен на вход 1 О коммутатора 2, ко входу которого через модулятор 3 подключен стробопре"образователь 4. Датчик 5 укреплен навалу преобразователя 1, а источникб подключен к стробопреобразователю 15 4 и к обмоткам датчика 5. Выход датчика 5 через регулятор 7 амплитудыподключен на первый вход сумматора 9и параллельно через фазосдвигающуюна 7 Г/2 цепочку 11 и регулятор 8 - ко щ второму входу сумматора 9, а источник 14 управляющего сигнала подключен к управляющему входу регулятора7 и параллельно через сумматор 10,инерционную цепочку 12 и перемножитель 13 - к Управляющему входУ регулятора 8Кроме того, ко второмувходу сумматора 10 и ко второму входуперемножителя 13 подключен источник15 сигнала скорости. Выход сумматора9 соединен со входом стробопреобра- ЗО зователя 4.При холостом ходе двигателя илинулевой скорости вращения выходнойсигнал перемножителя 13 равен нулю,и сумматор 9 вырабатывает сигнал, З 5 амплитуда которого пропорциональнавыходному сигналу источника 15, афаза совпадает с фазой сигнала датчика 5, который установлен так, чтовектор, напряжения и поток ататора 40 опережают поток ротора на Ф/2, чтосоответствует отпимальному электромеханическому преобразованию энергии,При увеличении скорости (но отсутствии отгрузки) это условие сохраняется, так как выходной сигнал перемножителя 13 равен нулю. То же самоеимеет место при нагрузке и при нуна Т/2 сигнал регулятора 7. В результате выходной сигнал сумматора 9увеличивается и изменяет фазу в сторону опережения в той мере, котораяобеспечивает точную компенсациюдействия индуктивности обмоток приданной скорости и нагрузке преобразователя 1,Механическая характеристика ВД приО,- О аналогична характеристикеколлекторного двигателя, т.е. линей- Она, а ток двигателя зависит толькоот нагрузки, причем строго линейно,что способствует повышению быстродействия. Испытания макета ВД подтвердили эти выводы, при этом КПД преобразователя увеличился на 2-10 взависимости от диапазона измененияскорости и нагрузки.Все узлы управления ВД реализуются на типовых микросхемах, логических элементах, операционных усилителях.и аналоговых ключах, что обеспечивает малое потребление энергиии малую массу устройства.формула изобретения 25Вентильный электродвигатель, содержащий ротор с источником однонаправленной намагничивающей силы, статор с обмоткой, секции которой соеди-Зр иены с выходом коммутатора, управляющие цепи ключей которого соединены с выходом датчика положения ректора, выполненного в виде сельсина-фазовращателя, через функциональный преобразователь, содержащий стробопреобразователь, первый вход которого соединен с выходом генератора опорных сигналов, а второй вход - с выходом датчика частоты вращения, и широтно-импульсный модулятор, о т - 40 л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения экономичности и быстродействия, в него дополнителЬновведены два регулятора амплитудысигналов переменного тока, два сум-матора фазовращающая на 7 Г/2 и инерционная цепочки и перемножитель сигналов, причем выход датчика подклю, чен через первый регулятор на первыйвход первого сумматора и параллельночерез фазовращающую цепочку и второй регулятор, - на второй вход первого сумматора, выход которого соединен со входом стробопреобразователя,а источник управляющего сигнала подключен к управляющему входу первогорегулятора и.параллельно через второй сумматор, инерционную цепочку иперемножитель сигналов - к управляющему входу второго регулятора, крометого, ко второму входу второго .сумматора и ко второму входуперемножителя сигналов подключен источник аналогового сигнала скорости.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 224653, кл. Н 02 Р 5/16, 12,06.68.2. Головицкий В.А.,Кулачев Б.А.,Ровно Ю,Н. Устройство управления бесколлекторным двигателем постоянноготока на силовых интегральных схемах.Электронная техника в автоматике.Под ред. Ю.И. Конева Вып. 4,М., "Советское радио", 1973, с, 34.3. Бродовский В.Н., Иванов В.С.Приводы с частотно-токовым управлением, М., "Энергия", 1974,4. Леоненко Л.Н., Овсянников 0.0.0 допустимых ограничениях выходноготока усилителей в электроприводах.Электронная техника в автоматике,Под ред. Ю,И,Конева, Вып. 7, М.,"Советское радио", 1975, с. 89. 5. Авторское свидетельство СССРМ 379031,кл. Н 02 Р 5/16, 27,05.70.Составитель А.СантоловРедактоР Л.Филь Техред Т.йаточка Коррекиюйевэ 9636/82 Тираж 733 Подписио ВНИИПИ Государственного комитета СССР ио делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раущская наб., д. иал ППП фПатентф, г. Ужгород,ектная,Наэароваевюе4 5ФфаафеФ