Вентильный двигатель

пй .,1 Бс" тех:;ф сеснжВ бли тен (:.г Ф(22) Заявлено 030475 (21) 2120786/24-07с присоединением заявки Нов(23) Приоритет.ОпубликованО 151079 Бюллетень Йо 38 Н 02 К 29/02 Государстаеииый комитет СССР по делам изобретений и открытий(53) УДК б 21, 313. 13. .014.2:б 21. 382 (ОВВ.Ю) Дата опубликования описания 1 5 10 79(54 ) ВЕНТИЛВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Изобретение относится к электро"технике и может быть использованопри разработке электрических машинпостоянного тока с бесконтактной.коммутацией для систем электропровода.Известны вентильные электродвигатели (ВД), у которых чувствительные элементы датчика положения ротора соединены с управляющими цепямиключей коммутатора через Функциональный преобразователь (логическую схему), преобразующими трехфазную последовательность однополярных импульсовдлительностью 180 эл.град, в дветрехфазные последовательности импульсов длительностью 120 эл.град.(1),Недостаток известного двигателясостоит в невозможности сохраненияопережающего включения секций (опережающей коммутации) при раверсе двигателя,Известен также реверсивный вентильнчй двигатель, который содержит пф.канальный функциональный преобразователь, служащий для преобразованияпоследовательностей выходных импульсов датчика положения ротора ивыполненный в виде и групп логических1 блоков по щ в каждой группе, каждыйиз которых состойт из узлов, содержащих две трехвходовые схемы Й, причемодноименные схеМЫ И, принадлежащиек разным узлам, образуют комплектправого и левогь вращения, два управляющих входа схем И соединены ссоответствующими выходами формирователей ДПР, а одноименные, третьи входысхем комплектов правого и левого вращения соответственно объединены (2.В известном устройстве информацияна третьи входы схемы И с управляющего устройства поступает одновременно с командой реверса двигателя,т.е.опережающая коммутацию секции,устанавливается как- при правом,так и при левом направлении вращения,Однако в переходных режимах,т.е. при подаче команды на реверс,когда скорость двигателя уменьшаетсяпо величине, но еще не измениласвоего знака (режим 1 тротивовключения),ВЛ работает с отстающей коммутацией,и, следовательно, имеет плохие механические и энергетические характеристики, Происходит это потому, чтокомандой реверса одновременно переключаются цепи управления углом сдвига коммутации и производится переводдвигателя в режим противовключения,При этом угол сдвига коммутации являетсяопережающим по отношению кновому направлению вращения, а по 5отношению к прежнему направлению,сохраняющемуся в режиме торможениядо нулевого значения скорости, онявляется отстающим, Отмеченный недостаток особенно проявляется, если 10режим противовключения встречаетсячасто, а инерция нагрузки двигателявелика.Кроме того, при использовании ВДв системе пропорционального регулирования (когда скорость или моментвращения регулируются ппопопционально величине сигнала управления) необходимы пороговые элементы, реагирующие на амплитуду и полярностьсигнала управленияТак как эти элементы срабатывают и отпускают приконечных величинах сигнала управления,то неизбежно появление зоны нечувствительности и гистерезиса в регулировочной характеристике ВД. 25Таким образом, второй недостатокизвестного ВД заключается в невозможности обеспечения приемлемых регулировочных характеристик ВД.Целью изобретения является улучшение энергетических и регулировочных характеристик вентильного двигателя в переходных режимах,Для этого вентильный двигательснабжен определителем направления 35вращения (ОНВ), информация с которого о направлении вращения непрерывно выдается на упраВляющие входыфункционального преобразователя. Введение такого блока в ВД обеспечиваетопережающую коммутацию секций СМнезависимо от направления вращенияи режима работы ВД,На фиг.1 приведен вентильныйдвигатель, принципиальная схема; нафиг.2 и 3 - диаграммы напряжений при 45правоми левом направлениях вращениядвигателя ,Рассматривается вентильный двигатель с трехсекционной синхронноймашиной, при этом приведенные здесьсоотношения справедливы для ш-секционной машины, где щ = 2,3,4,5и т.д,.В состав ВД входит также датчикположения ротора (ДПР), конструкция 55и принцип действия которого могутбыть любого типа, поэтому на фиг.1ДПР показан условно применительно кнаиболее простому двухполюсному двигателю, 60Вентильный двигатель содержитДПР 1, имеющий сигнальный элемент 2и два комплекта чувствительных элементов, образованных чувствительнымиэлементами 3-5 и 6-8 соответственно,: каждый комплект формирует последовательность импульсов длительностью 180 эл.град. Количество комплектов в общем случае определяется числом групп преобразователя частоты (ПЧ) (коммутатора), Поскольку наиболее выгодна двухполярная коммутация секций с углом 360/в эл.град., где щ - число секций, то в данном частном случае ПЧ должен содержать в=3 ветвей и п=2 групп.Сдвиг между соседними импульсами чувствительных элементов одного комплекта составляет 360/в эл.град., сдвиг между последовательностями импульсов, образованными соседними комплектами, составляет 360/и эл.град.Предполагается, что каждый датчик формирует прямоугольные импульсы с крутыми Фронтами для обеспечения нормального режима работы схем функционального преобразователя.Функциональный преобразователь 9 содержит шестиканальное логическое устройство, преобразователь 10 последовательностей импульсов датчика положения ротора и определитель 11 направления вращения (ОНВ).Ыестиканальное логическое устройство выполнено в виде двух групп логических блоков по три в каждой группе, а каждый блок включает две трехвходовые схемы И, выходы которых объединены по ИЛИ.В первую группу входят логические схемы И 12-17, во вторую группу логические схемы И 18-23.П ерв ый блок образ ов ан схемами 12 и 13, второй - схемами 14 и 15 и т.д.Одноименные логические схемы, при. надлежащие к разным блокам, образуют комплекты правого и левого вращения.Так, в данном примере комплект левого вращения образуют схемы И 12-22 (четные), а комплект правого вращения - схемы 13-23 (нечетные).Выходы логических блокОв мести- канального устройства соединены с управляющими цепями ключей соответствующих групп и ветвей преобразователя "частоты.Рассмотрим работу функционального преобразователя по принципиальной схеме (фиг,2) и диаграммам напряжений (фиг.3-4).Определитель направления вращения вала двигателя служит для того чтобы выдавать сигналы, соответствующие правому и левому направлениям вращения, и состоит из триггера 24, дифференцирующих цепей 25 и 26 и схем 27-28 совпадения. Выход чувствительного элемента 4 через дифференцирующие цепи 25 и 26 соединен со входами схем 27-28 совпадения. Эти схемы имеют по два входа. На вторые входы схем 27 и 28 поступают соответственно сигналы с чувствительных элементов8 и 6. Преобразователь 29 частотысостоит из ключей 30-32 и 33-35,образующих соответственно первуЮ ивторую группы. Обмотка якоря трехсекционная, ее секции А,В,С соединены в звезду.На выходах датчика положения ротора формируются напряжения с крутымифронтами (фнг.2-3) и обозначены всоответствии с обозначением датчиКон У, У,4, 36 и У, 07 08.Рассмотрим, например, йравое направление вращения двигателя, которомусоответствуют диаграммы напряженийфиг.2.15Напряжения, вырабатын аемые чувствительными элементами 3-5 и 6-8,образуют две трехфазные последовательности импульсов со следующим чередованием фазПЗ 4 35 и П 67При этом напряжение У отстает от 1)9 РБ отстает от У 4 на 360/3 эл,грац.Аналогично соотношение фаз напряжений У, и Ц., П., и П . Сдвиг междунапряжениями з и Б, 04 и 07,и 08 составляет 180 эл.град. 25На выходах цепочек 25 и 26 формируются короткие импульсы Пц, кото-.рые поступают на один из двух входовсхем 27 и 28 совпадений. Из фиг.Звидно, что импульсы Б совпадают 30во времени, с импульсами напряженияО, поступающими на второй входсхемы 27 совпадения, поэтому импульсы Пдцпоянляются на выходе схемы 27.Так как импульсы 1)ц не совпадают 35во времени е импульсами 03 при данном направлении вращения двигателя,то на выходе схем 28 напряжениянет. Выходными импульсами схемы 27триггер 24 устанавливается в положение, при котором на прямом выходеимеется напряжение У 1, а на инверсном выходе напряжение тготсутствует.Пусть произведен ревЕрс двигателялюбым из способов, например, переключение секций СМ,переключение датчиков и т.д. Для упрощения рисункана фиг.2 цепи, осуществляющие реверс,не показаны, Важно лишь то, что приреверсе изменяется порядок чередования фаз (фиг,З) и напряжения, вырабатываемые дПР, чередуются в обратномпорядке 06- 04- Оз и Бе- У 7 П 6. Вэтом случае импульсы О ц совпадаютВо времени с импульсамй П ; поэтомус выхода схемы 28 импульсй поступают 55на вход триггера 24 и устанавливаютего в положение, при котором появляется напряжение итг на инверсномвыходе,Определитель направления нраще Ония в соответствии с чередованиемфаэ напряжений ДПР формирует постояннье напряжение либо на прямом . выходе(правое вращение), либо на инверсном.цепями шестиканального логическогоустройства. Прямой выход ОНВ 11соедииен с объединенными входами схем13, 15, 17, 19, 21, 23 совпадений,образующих комплект правого вращения, инверсный выход ОНВ 11 соединенс объединенными входами схем 12, 14,16, 18, 20, 22 совпадений, образующих комплект левого вращения,Напряжения О и Отг поступая навходы логических схЕм создают предпосылки для их срабатывания, Схемысовпадения комплекта правого вращения при наличии на их выходе напряжения Пвыдают сигналы при одновременном поступлении на другие их входысигналов с ДПР,осуществляя тем самымоперацию логического умножения(конъюкции),Входы схем совпадения комплектаправого вращения должны соединятьсяс выходом чувствительного элементасвоего канала и с выходом чувстви тельного элемента предыдущего канала,а также с прямым выходом определителя направления вращения,На выходах логических блоков И-ИЛИформируются сигналы (фиг.2) Пзо - Укоторые при поступлении навходысиловых ключей преобразователя частоты открывают их. Силовые ключи 30-35 могут быть любого типа: транзисторные,.тиристорные и т.д необходимо чтобы эти ключи были полностью управляете Предполагается также, что каждый ключ имеет двухстороннуюю проводимость; если это, например, транзистор, то он должен быть шунтирован диодом в обратном напранлении.При. правом направлении вращения на секциях обмоток СМ формируются напряжения с прямым порядком чере" дования фаз (фиг.З): УА- БВ - Ус при этом напряжение Пв отстает от УА, У от Унна угол 360/3 эл. град.Наводимая на обмотках ЭДС, например, ЕА отстает по фазе от напряжения ПА на угол Ч, т.е. обеспечивается опережающая коммутация секций еПри изменении направления вращения на обратное (леное) ОНВ формирует напряжение Б на инверсном выходе и создает предпосылку для срабатывания схем совпадения комплекса левого нращения, на которых происходит логическое умножение.Выход схем совпадения комплекта левого вращения должны соединяться с выходом чувствительного. элемента своего канала и с выходомчувствительного элемента последующего канала, а также с инверсным выходом определителя направления вращения (фиг.1).Диаграммы напряжений при левомвращении ВД показаны на секциях собратным (по сравнению с предыдущим случаем) порядком чередованияфаэ: Ус)в- Пд, и со сдвигом360/3 эл.град.Наводимая в секции ЭДС, например,Едкак и в предыдущем случае,отстает от напряжения УАна тот жесамый угол Т, т.е. и в этом случае обеспечивается опережающаякоммутация секций.В йереходных режимах, когдаподана команда на реверс и напрайпение момента двигателя изменилосьна противоположное, а направлениевращения еще остается прежним,ОНВ воздействует на логические Уст-ройства в соответствии с порядкомчередования фаэ напряжений ЧПР, т.е.независимо от режима (разгон, торможение) работы двигателя введенныйв ФП определитель направления вращения обеспечивает опережающую "Коммута-цию секций. Формула изобретенияВентильный двигатель, содержащий -щ-"декционную синхронную машину, секции обмотокякоря которой соединены с выходом преобразователя частоты с в ветвями и и группами, управляющие цепи ключей которого соединены с соответствующими выходами датчика положения ротора, формирующего и щфазныхпоследовательностей импульсов, через и в-канальный функциональный ,преобразователь, служащий для преобразования последовательностей импульсов датчика поЛЬжения ротора в последовательности импульсов длительностью в радиан,и сдвигом между"2 Яп импульсами внутри каждой иэ и-после 1.Фмежду и-последовательностями на -2 Фрадиан и выполненный в виде и групплогических блоков по ю в каждойгруппе, каждый из которых состоит изобъединенных по ИЛИ двух трехвходовых схем И, одноименные схемы И,принадлежащие к разным блокам, образуют комплект правого и левого вращения, один из входов схемы И, каждого кайала соединен с выходом своего канала датчика положения ротора,вторые входы схем И, принадлежащиек коплекту правого вращения, соединены с предыдущим каналом датчикаположения ротора, вторые входы схемИ, относящихся к комплекту левоговращения, соединены с выходом после ющего-канала ,тчика положенияротора, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью улучшения энергетических характеристик в переходных режимахи повышения линеййости регулиро вочной характеристики, в функциональный преобразователь введен определитель направления вращения, входыкоторого соединены с датчиком положения ротора прямой его выход соединен 30 с третьими входами схем И комплектаправого вращения, а инверсный выходсоединен с третьими входами схем Икомплекта левого вращения.35 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент СИА 93531702,кл.318-.188,19 б 8. 2, Патент РДР 9110393, кл. 21 й"41.б 92013 ставитель А.Санталхред ,М .Петко орректор Р, Реыетн актор Ю.Чел нов 34/48ЦНИИПИ Эаказ 113035, Мо Патент, г,ужгород, ул. Проектная,илиад Тираж 857 осударственного к елам изобретений и ква, 3-35, Раушск Подписноемитета СССРОткрытийя наб д.4/5