Управляемый вентильный электродвигатель

(53) УЙК 621.313, .1 3.014.2:621. .382 (088.8) по делан взебретенкй и аткрытий(54) УПРАВЛЯЕМЫЙ ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛ ИГАТЕЛЬ еховве кнм ди корос ник электро- пропорцио- асширемента и наленние дскорос ул Извес вентильнь ором, сод электродвигатежащие шаротноваченный обрат- нагрузки такоимо гладкой со- составляющую ли с регуля импульсный ной связью го регулято вер па току, То ра имеет помния тока такихбласти малых, где,.полезнаока становитсяй пульсации Ь 3 Изобретение относится к эле ике и может быть использован ильном электропрнводе с шнро азоном регулирования момента также в преобразовательной т Известно, что в вентильном приводе формируемый момент току фазы двигателя, и р иапазона регулирования мо ти зависит от диапазона вания тока фазы.ставляющей пульсирующуюЦ.Диапазон регулироваустройств ограничен в означений тока областьюгладкая составляющая тсоизмеримой с амплитудо в области максималпалов ограничен преностями источника питми нагрузки.В относительных единицах механичео-кие характеристики совпадают с токовыми. Диапазон регулирования тока фазы вентильного двигателя ограничен свер.ху кривой, определяемой параметром К, зависящим от отношения индуктивности1 в, и активным сопротивлением к привыбранном напряжении питания инвертора, законе управления и скорости холостого хода двигателя Я, где К=2 хк,ь 15причем, чем выше постоянная цель (1.Я) нагрузки инвертора, тем сильнеее ограничена область предельных значений тока и момента при максимальных сигналах управления.В области малых значений сигналауправления возможно расширение диаттазона регулирования тока путем, уменьшения пульсаций тока Ь 3, Сделать это можно несколькими путями при постоянс выходом датчика тока фазы, а выход соединен со входом широтно-импульсного усилителя мощности, выход каждого усилителя мощности соединен с фазой обмотки якоря через дроссель с магнитопровопомГ 21Недостатками такого двигателя являются большие масса и габариты и,низкий КПД, обусловленный необходимостью выбора дросселя,с большой ннпуктивностью.Цель изобретения - повышение КПД и снижение массы устройства.Указанная цель достигается тем, что в цепь каждой фазы двигателя включен дроссель, магнитопровод которого выполнен с немагщитным зазором, величина которого плавно изменяется от одного края магнитопровопа к другому,Применение дросселя суказанным магнитопроводом, обеспечивает автоматическое изменение постоянной времени цепи фазы двигателя в зависимости от тока фазы без усложнения устройства и увеличения массы и габаритов. Изменение постоянной цепи фазы двигателя позволяет расширить диапазон управления формируемого электромагнитного момента и скорости вращения электропривода. На "фиг. 1 изображена функциональная схема предлагаемого устройства с двух.фазным вентильным двигателем; на фиг. 2 - возможные варианты выполнения магнитопровода дросселя; а - дроо,сель в двух проекциях у которого зазор изменяется от одной боковой поверх ности к другой, б - то же, цри изменении .зазора от одной цилиндрической поверхности к другой, на фнг. 3 - формы и пульсации тока в нагрузке широтно- импульсных.преобразователей: а - при двухполярной форме выходных импульсов напряжения, б - при однополярной 1 на фиг. 4 а - характер изменения индуктивности дросселя в функции тока при не- магнитном зазоре, плавно изменяющимся от .одного края магнитопровода к другому; на фнг. 4 б - предельные механические характеристики вентильного электропрнвода при различных значениях постоянной времени цепи фазы.На фиг, 1 обозначено: устройства сравнения 1 . и 2, широтно-импульсные усилители 3 и 4 напряжения, датчики фазных токов 8 и 6 двигателя, дросселя 7 и 8 с немагнитным зазором, ппавно изменяю- щимся от одного края магнитопровода 3 МОЙ 73ном напряжении питания; выбором соответствующего закона управления инвертором, .повышением частоты коммутацииеиловых ключей инвертора, увеличениемпостоянной цепи нагрузки, Выбор закона 5управления инвертором, например, .с одно-,полярной формой импульсов напряженияпозволяет значительно снизить пульсациитока в области малых значений тока.Однако в регуляторе тока из-еа неипеаль ности элементов его составляющих всегдаприсутствует несимметричность, поэтомудаже при малых значениях выходного тока(глубины модуляции импульсов напряжения инвертора) наблюдаются эначительные 15пульсации, ограничивающие диапазон регулирования тока.Уменьшить пульсации тока можно путемповышения частоты коммутации силовыхlключей, что не всегда возможно из эаувеличения потерь на переключения, значит снижения КПД и надежности, а такжепотому, что силовые ключи инвертора(транзисторы, тиристоры) имеют ограниченные частоты работы на уровне от епиниц до десятков кицлогерцУвеличение "постоянной .времени Е / Р позволяетснизить пульсации тока, т. е. расширитьдиапазон регулирования тока в областималых значений тока. С другой стороны, Зоувеличение постоянной времени цепи ведет к ограничению диапазона регулирования :тока фазы в области максимальныхвыходных токов, поэтому такой путь невсегда приемлем. Возможно также соэ 35дание регулятора тока с устройством регулирования частоты коммутации ключейинвертора в сторону ее увеличения вобласти малых значений глубины модуляции выходных импульсов напряжения инвертора,по длительности так, чтобы уменьшить ЬЗ и значит расширить диапазонрегулирования тока, что повлечет засобой усложнение схемы управленияповышение потерь и снижение надежности.45Наиболее близким по технической сущности и решаемой задаче к изобретениюявляется управляемый вентильный электродвигатель, содержащий ротор, статорс обмоткой, датчик положения ротора, 5 Оумножители, первый вход каждого из каторых в каждом канале соединен к соответствующему выходу датчика положения ротора, вторые входы присоединеныко входу управления электроприводом, 55выходы умножителей в каждом канале .присоединены к первому входу схемысравнения,. второй вход которой соепине5. Огоок другому, двухфазный синхронный ави.гатель 9 с возбуждением от постоянныхмагнитов множительные устройства 10и 11, датчики положения ротора 12. бВыходные сигналы датчика положенияротора 1 2 поступают на первые входы множительных устройств 10 и 11, на вторые входы которых поступает сигнал: управления,. пропорциональный требуемо 1 ф му моменту. Сигнал с выхода множительных устройств поступает на соответГ ствующие входы регулятора фазных токов (РфТ)1РфТ состоит из двух регуляторов токафазы двигателя по числу фаз, каждый иэкоторых состоит из схемы сравнения 1 (2)широтно-импульсного инвертора 3 (4),датчика тока 5 (6) и дросселя 7 (8) снемагнитным зазором. РФТ формируетток фазы двигателя в соответствии с%сигналом от множительного устройства.Выходной сигнал широтно-импульсногоинвертора имеет прямоугольные импуль 25сы напряжения, промодулированные подлительности в соответствии с выходнымсигналом множительногоустройства, по- .этому ток фазы помимо гладкой составляющей римеет пульсирующую составляющую Ь 1 (фиг, 3),20 1Наличие переменного немаг нитного зазора, величина которого плавно изменяется от одного края магнитопровода к другому (фиг, 2 а, б), определяет не. Зф линейность изменения индуктивности дросселя (фиг. 4 а) в функции от значения тока фазы, а значит и постоянной времени цепи нагрузки, которая также меняется в зависимости от значения тока фазы. При этом величина/ увеличивается.при малых величинах тока ис уменьшается при больших значениях тока. Причем в области "нулевых" . токов пульсации тока ьЗ уменьшаются, и следовательно, увеличивается диапазон регу лирования тока. В области же максималь- ных, предельных токов уменьшение приводит к уменьшению К=1/1 Йц и кИ расширению диапазона регулирования тока и момента вентильного двигателя (фнг. 4, кривая Кэ).Включение в цепь фазы вентильного электропривода дросселя с немагнитным зазором, величина которого плавно иэменяется от оаного края магнитопровода к другому, позволяет снизить массу и габариты, потребляемую мощность и повысить надежность устройства при регу лнровании постоянной пепи фазы вентилыного двигателя с целью расширения аиапазона управления формируемого тока, электромагнитного момента и скорости.формула изобретенияУправляемый вентнльный электродвигатель, содержащий статор с обмоткой, ротор,. многофазный датчик положения ротора, умножители, первые входы которых в каждом канале присоединены к соответствующему выходу датчика поло жения ротора, вторые входы присоединены ко входу управления электроприводом, выходы умножителей в каждом канале присоединены к первому входу .схемы сравнения, второй вход которой присоединен с выходом датчика тока фазы, а ;выход соединен со входом широтно- импульсного усилителя мощности,. выход каждого усилителя мощности соединен с фазой обмотки якоря через дроссель,с магнитопровоаом, о т л н ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения КПД и снижения массы устройства, в цепь каждой фазы двигателя включен дроссель, магнитопровод которого выполнен с не магнитным зазором, плавно изменяющимся от одного края магнитопровода к дру- гому.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Электронная техника в автоматике, Под ред. Ю. И. Конева, М., "Советскоерадиоф, вып. 9. 1977, с, 200-214,2. Бродовский В. Н., Иванов Е.С.Приводы с частотно-токовым управлением,М., "Энергия, 1974, с. 8-23,Составитель,А. СанталовТехред М.Гер гель. Корректор А. ференц Тираж 719 Государственного комите елам изобретений и открытий