Вентильный электродвигатель

) (11) 02 К 29/00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ ИПРИ ГКНТ СССР ИТЕТКРЫТИЯМ САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ВИДЕТЕЛ ЬСТВУ АВТОРСКО(56) Воронин С,Г. и Корабельников А.Н, Исследование особенностей бесконтактногодвигателя постоянного тока с коммутациейпо ЭДС вращения, - Сборник трудов Челябинского политехнического института,1981, М. 257, Челябинск, с.30-39,Авторское свидетельство СССРМв 1210187, кл, Н 02 К 29/00, 1986.(57) Изобретение относится к электротехнике и используется в звуко- и видеозаписи, .навигации, электрооборудовании самолетов и автомобилей, Включение каждого из резисторов 11, 12, 13 одним выводом к инвертирующему входу одного из интеграторов 4, 5, 6, принадлежащему одному иэ каналов, а другим выводом - к выходу интегратора, принадлежащему другому каналу функционального преобразователя, сдвинутому по фазе на угол 2 л/в, позволяет иметь те комбинации на выходе логического блока 10 управления, которые приводят к отключению фаз я кор н ой обмотки двигателя от источника питания. Обеспечивается плавность пуска. 2 ил.Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электро- приводах с простыми циклограммами работы, в частности в звуко- и видеозаписи, в навигации, электрооборудовании самолетов и автомобилей и т.д,Известно устройство управления трехфазным вентильным электродвигателем по сигналам ЭДС вращения рабочих секций, в котором секции двигателя одновременно подключены к выходам реверсивного инвертора и через ВС-фильтры к входам чувствительных компараторов напряжения, Компараторы формируют двоичные сигналы Х 2, Х 2, ХЗ знаков фазных напряжений, которые преобразуются в логическом блоке в сигналы управления инвертором, причем преобразование осуществляется по закону:У 1= Х 1 Х 2 г 1= Х 1 Х 2 у 2=Х 2ХЗ г 2=Х 2ХЗ 1) Уз= Х 1 ХЗ гз=Х 1 ХЗ где сигналы у и гь воздействуя на ключи инвертора, обеспечивают подключение 1-й фазы соответственно к плюсу (положительное подключение) и минусу(отрицательное подключение) источника питания.Недостатком устройства является то, что КС-фильтры создают энергетически оптимальную нейтральную коммутацию только на одной (расчетной) частоте вращения ротора,Наиболее близким к изобретению является вентильный двигатель, содержащий ротор с постоянными магнитами, статор с а-фазной якорной обмоткой, снабженной заземленной средней точкой, фазные выводы которой подключены к выходам реверсивного инвертора, и одновременно фазным входом в-канального функционального преобразователя, образованным инвертирующими входами интеграторов напряжения, работающих в режиме насыщения каналов функционального преобразователя, выходы которых подключены к входам преобразователей уровней напряжения, выходы которых соединены с входами логического блока, управляющего работой инвертора. Функциональный преобразователь снабжен а резисторами, один вывод каждого из которых соединен с инвертирующим входом соответствующего интегратора, а другой вывод - с соответствующим выходом преобразователя уровня на и ряжения.Отличительной особенностью такого устройства является то, что вместо чувствительных компараторов в нем используются интеграторы напряжения, работающие с насыщением, и преобразователи уровня на 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 пряжений, согласующие выходы интеграторов с выходами логического блока, Использование интеграторов при соответствующем подборе постоянной времени интегрирования позволяет обеспечить нейтральную коммутацию в широком диапазоне изменения частоты вращения ротора. В этом же устройстве для осуществления автономного пуска двигателя в каждой паре "интегратор - преобразователь уровня",использован резистор, включенный между выходом преобразователя уровня и инвертирующим входом интегратора. При таком включении каждая пара "интегратор - преобразователь уровня" в отсутствии ЭДС вращения работает как низкочастотный мультивибратор и через логический блок и инвертор провоцирует некоторую серию начальных переключений обмотки двигателя, Если в результате такой серии переключений возникает вращение ротора, то появляющиеся при этом сигналы ЭДС вращения подавляют генерацию мультивибраторов и схема в целом переходит в режим самокоммутации.Однако в силу того, что мультивибраторы работают независимо друг от друга, провоцируемая ими серия переключений хаотична, не задает требуемое направление, и это снижает надежность пуска двигателя. Кроме того, если начальные состояния мультивибраторов одинаковы (вообще говоря, они произвольны), то в процессе генерирования они могут синхронно изменяться от низкого уровня к высокому и обратно, т,е, например, для трехфазного двигателя на входах логического блока будут появляться чередующиеся комбинации сигналов (Х 1 Х 2 ХЗ) = (000) и (Х 1 Х 2 ХЗ) = (111).Из выражения (1), видно, что такие комбинации не подключают обмотки двигателя к источнику питания и его ротор останется неподвижн ым,Рассмотренные случаи ненадежного пуска двигателя являются недостатком описанного устройства.Цель изобретения - повышение надежности пуска.Указанная цель достигается тем, что в щ-фазном вентильном электродвигателе, содержащем ротор с постоянными магнитами, статор с якорной обмоткой, снабженной заземленной средней точкой, фазные выводы которой подключены к выходам реверсивного инвертора, и одноименным фазным входом функционального преобразователя, образованным инвертирующими входами интеграторов соответствующих каналов функционального преобразователя, работающих в режиме насыщения, выход каждогоиз которых соединен с входом преобразователя уровня напряжений данного канала, выход которого образует соответствующий -й выход функционального преобразователя, подключенный к. одноименному входу логического блока управления, выход которого подключен к управляющему входу инвертора и в резистора, один вывод резистора каждого канала соединен с инвертирующим входом интегратора этого же канала, второй вывод резистора упомянутого сигнала подключен к выходу интегратора другого канала функционального преобразователя, сдвинутого по отношению к упомянутому на угол, равный 2 л/щ,Сущность изобретения заключается в том, что при указанном включении, при отсутствии сигналов ЭДС вращения интеграторы работают как гп-фазный генератор импульсов, сдвинутых последовательно на - , и независимо от начальных состоягпний в схеме провоцируют начальное вращение ротора в заданном направлении после прохождения через логический блок управления реверсивным ин вертором.По мере появления сигналов ЭДС вращения генерация автоматически подавляется и устройство переходит в режим самокоммутации,На фиг.1 представлена блок-схема вентильного электродвигателя; на фиг,2 - диаграммы сигналов, поясняющие принцип работы вентильного двигателя,Вентильный двигатель содержит ротор 1 с постоянными магнитами и статор 2 с щ-фазной (в = 3) якорной обмоткой, снабженной заземленной средней точкой, фазные выводы которой подключены к выходам реверсивного инвертора 3. Вентильный электродвигатель содержит также гп-канальный функциональный преобразователь, каждый канал которого составлен из последовательно соединенных между собой одного из интеграторов 4, 5, 6 с насыщением и одного из преобразователей 7, 8, 9 уровня напряжения, Инвертирующий вход интегратора каждого канала образует один из щ-фазных входов функционального преобразователя, подключенный к одноименному выводу в-фазной якорной обмотки. Выход каждого из преобразователей 7, 8, 9, образующий соответствующий выход функционального преобразователя, подключен к одноименному входу логического блока 10 управления, выход которого соединен с управляющим входом реверсивного инвертора 3.Каждый канал функционального преобразователя снабжен одним из резисторов 11, 10 рующим входом интегратора 6 третьего канала, а второй вывод резистора 13 - с выходом интегратора 4 первого канала. Преобразователи 7, 8, 9 формируют двоичные сигналы Х 1, Х 2, ХЗ, которые преобразуются в логическом блоке 10 управления в сигналы У 1, У 2, Уз подключения для якорной обмотки к плюсу и сигналы 2 ъ 2 г, Ез подключения фаз якорной обмотки к минусу источника питания по закону (1). Эти сигналы поступают на входы реверсивного инвертора 3 и управляют коммутацией обмотки.Постоянная времени гС = Т интеграторов выбирается из условия обеспечения нейтральной коммутации так, как это предложено в прототипе, Можно показать, что в 3-секционном двигателе для обеспечения запаздывания 30 град должно удовлетворяться условиеТи =015 (2)ихх Онгде ахи и Ехх - соответственно круговая частота и амплитуда ЭДС вращения на холостом ходе двигателя;Он- напряжение насыщения интегратора, Порядок выбора номинала резисторов 11, 12, 13 предлагается далее, но всегда должно выполняться условиеВг, (3) Инвертирующие преобразователи 7, 8, 9 уровня напряжений могут быть реализованы по схеме транзисторного ключа с общим эмиттером или на базе инвертирующих компараторов напряжения.Уровни выходных сигналов преобразователей должны соответствовать уровням входных сигналов логического блока 10,Вентильный электродвигатель работает следующим образом.При неподвижном роторе отсутствуют сигналы ЭДС вращения и изменение состояний интеграторов задается по цепи резисторов 11, 12, 13 с учетом воздействия 20 25 30 35 40 45 50 55 12, 13, один выход каждого из которых соединен с инвертирующим входом интегратора с насыщением того же канала, а второй вывод резистора подключен к выходу интегратора с насыщением того канала, который сдвинут по отношению к упомянутому каналу функционального преобразователя. Так,один вывод первого резистора 11 соединен с инвертирующим входом интегратора 4первого канала, а второй вывод - с выходом интегратора 5 второго канала; первый вывод второго резистора 12 - с инвертирующим входом интегратора 5 второго канала, а его второй вывод соединен с выходом интегратора 6 третьего канала; первый вывод третьего резистора 13 соединен с инверти10 общей обратной связи с выходов инвертора 3 на входы интеграторов 4, 5, 6, причем, как показано на фиг.2, в каждый момент времени два интегратора из трех находятся в противоположных состояниях насыщения, а один - в линейном режиме. Например, в позиции 14 (фиг.2) первый интегратор 4 находится в отрицательном насыщении и его выходной сигнал Ои 1 = -Он, третий интегратор 6 находится в положительном насыщении и его выходной сигнал Оиз = +Он, а второй интегратор 5, имея начальное состояние в позиции 14 Ои 2 = Он и получая на входе положительный сигнал Оиэ =+Он, входит в линейный режим и изменяет свое состояние в соответствии с выражениемОи 2(С)= Он .Г Оное (4)оПри этом на выходах преобразователей 7 - 9 уровня напряжения имеет место комбинация двоичных сигналов (Х 1, Х 2, ХЗ) = (1 0 О), которая в соответствии с законом (1) задает положительные подключение первой фазы (У 1 = 1) и отрицательное подключение третьей секции (Ез = 1), причем эти подключения по цепям обратной связи с инвертора 3 на входы интеграторов поддерживают соответственно отрицательное насыщение первого интегратора 4 и положительное насыщение третьего интегратора 6, Вторая фаза обмотки временно отключена от источника(У 2=22=0) и напряжение на ней равно нулю, что дает право использовать выражение (4) для описания напряжения выходного сигнала второго интегратора 5,Изменяясь в соответствии с выражени- ЕМ (4), СИГНаЛ Ои 2(т) СМЕНяЕт ЗНаК В ПОЗИЦИИ 15 (фиг.2) и на выходах преобразователей 7 - 9 уровня устанавливается новая комбинация двоичных сигналов (Х 1, Х 2, ХЗ) = (1 1 О), которая обеспечивает отключение первой фазы (У 1= Е 1 = О), положительное подключение второй фазы (У 2 = 1) и сохраняет отрицательное подключение третьей фазы (Ез = 1), положительное подключение второй фазы якорной обмотки, действуя по обратной связи с инвертора 3 на вход второго интегратора 5 с относительно малой постоянной времени Т введен этот интегратор в отрицательное насыщение. Далее процесс повторяется, с той разницей, что в линейном режиме будет работать первый интегратор 4,Интервал времени Тп между позициями 14 и 15 в соответствии с выражением (4) равенТн = ВС. (5) Постоянный цикл Тп коммутации при пуске содержит шесть интервалов Тп, т,е.Тк=6 Тп, (6) 15 20 25 30 35 40 45 50 55 и при этом в двигателе действует дискретно вращающееся в заданном направлении поле статора. Постоянная времени Тп выбирается таким образом, чтобы начальная (пусковая) частота вращения этого поля была близка к частоте приемистости двигателя, и его ротор в этом случае начинает вращаться в синхронном режиме, а в отключенной обмотке появляется ЭДС вращения, Эта ЭДС вращения суммируется на инвертирующем входе соответствующего интегратора с сигналом пуска, но имеет значительно больший весовой эквивалент, так как Яг,. в связи с чем генерация в контуре интеграторов срывается и схема переходит в режим управления коммутацией по сигналам ЭДС вращения, Для перехода в этот режим необходимочтобы на частоте приемистости амплитуда ЭДС вращения Епр удовлетворяла условиюЕпр - Он, (7) Устройство обеспечивает бессбойный пуск вентильного электродвигателя и повышает надежность его автономного пуска по сравнению с прототипом.Формула изобретения Вентильный электродвигатель, содержащий статор с многофазной якорной обмоткой, снабженной заземленной средней точкой, ротор с постоянными магнитами, реверсивный инвертор, управляющие входы которого подключены к выходам логического блока управления, а выходы - к соответствующим фазным выводам гп-фазной якорной обмотки, в-канальный функциональный преобразователь, каждый канал которого составлен из последовательно соединенных между собой интегратора с насыщением и преобразователя уровня напряжения и снабжен резистором, один вывод которого соединен с инвертирующим входом интегратора с насыщением данного канала, образующим один из щ-фазных входов функционального преобразователя, соединенного с одноименным фазным выводом якорной обмотки, выход преобразователя уровня напряжения каждого канала образует соответствующий выход функционального преобразователя, соединенный с одноименным входом логического блока управления, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности пуска, второй вывод резистора каждого канала функционального преобразователя соединен с выходом интегратора с насыщением другого канала, сдвинутого по фазе по отношению к упомянутому на угол, равный 2 л/щ;-ОнОн Ои 2 аказ 1674 Тираж ВНИИПИ Государственного комитета по изо 113035, Москва, Ж, РаПодписноетениям и открытиям при ГКНская наб., 4/5