Вентильный электродвигатель

Союз Советских Социалистимеских Республик(51) М. Кл,- Н 02 К 29/О рисоединением заявки М Государственный комитет Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий(43) Опубликовано 05,08.76 Бюллетень33 (45) Дата опубликования описания 23.05.77(5 НТИЛЬНЫИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛ постоянного тока, причем вторые входысхем "Иф каждой группы соединены с соответствующими входами командного устройства 2. По технической сущности этот 5 ВД является наиболее близким к изобретению. Недостаток такого ВД заключается вневозможности плавного и в широких пределах регулирования угла опережения включения силовых вентилей, необходимость в О котором возникает для большинства вентильных электродвигателей в целях обеспеченияих достаточно высокими энергетическимипоказателями.Целью изобретения является повышение ергетических показателей.Это достигается тем, что вентильныйектродвигатель снабжен дополнительноемой плавной задержки сигналов датчика ого и ем вь ляемои с тора, управндного ус авной зад й схемы оложения ро ыходов кома од схемы пл ройства, причржки соедине 4", схема же в виде гене входом каждо ной задержки пилообразног5 соединен с чу ыполнен ия вход кот ными элемен ря ствител Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическиммашинам постоянного тока с бесконтактнойкоммутацией по положению ротора,Известны вентильные электродвигатели(ВД), у которых датчик положения роторасоединен с полупроводниковым коммутатором через функциональный преобразователь,выполненный в виде двух групп логическихсхем, осуществляющих с целью обеспеченияреверса подключение ко входам ключей коммутатора чувствительных элементов датчикаположения ротора, сдвинутых на 180 эл,град. 11 . Недостаток таких ВД заключается в необходимости работы с нулевыми углами опережения и, как следствие этого,в низких энергетических показателях,Известен ВД, обеспечивающий более высокие энергетические, показатели и содержащий датчик положения ротора, каждый чувствительный элемент которого соединен через группы многоходовых логических схем"И" со входами, по крайней мере, двух усилителей мощности, осуществляющих подключение секций обмотки якоря к источнику роспешкин, Ю, Г, Соколов,А, Ушмаев10 15 25 30 40 45 55 60 ДИфе 1)ЕН) И) ЮПИЕ ЦЕПОЧКИ, В)СД ПС 1- чен к -.ервому входу нуль-органа, второй ВХОД КОТОРОГО СОЕДИНЕН С ОДЧ 11 М ИЗ ВЫХОДОВкомандного устройства, а цепь питания гене: реторас источником, напряжение которогопрсгор.-.онельс частоте вращения электродвигателя, са."л источник выполнен В ВДе преОбрезоватяля частоты сиГналов детчи" ка положения ротора в напряжение, а командное устройство выполнено в виде анализатора уровня управляющего сигнала, выход канала преобразования линейного сигнала в пилообраз)ьй которого соединен с нуль- органом . схемы плавной задержки, выход каждого канала греобразования линейного сигнала в дискоет)ь 1. соединен со входеми схем "И соответ:твуощей группы, а число ке,;"л:в -реобрезователя :пнейного ситнале в дискре 11:-;-". равно числу группсхем фИ"Не фиг. 1 изобрежеив структурная схемаВД ча фиг. 2 приведеь) ди-граммы счг -палов ВД, пояс)ч)ощие при)шип его работы:,на фиг, 3 и 4 показа)ь соответственноструктурная схема и диаграммы сигнело:командного усрсйств-.; В,",ВД содер)кит вь;сок очестотный генера .тор 1, выход которого подключен к цепямВозбуждения ч.втв. слььх элементов 2-7д)тч 11 е положения ротора, а выходные обмотки:семет)в 2-7 нагружены на входы-,; с .Пителей 8-13, имеющих по два раздель)ь) Вь)ола, Первые выходы усилителей8-13 через три группы многовходовых14-19, 20-25 и 26-31 подсоедин.ы ко входам симметричных триггеров32-.".7. Причем второй вход каждого триггере, напр:.",. е 34, соединен с выходом соСЕ:,НЕТО ПОСЛЕДУК)ЩЕ 0 ПО ПОРЯДКУ ИХ ВК)ТЮ-"."1 я.,сс(аЛЕЕ ВЬ 1 ХОЛЬ 1 трИГГЕроВ 32-37 ЧЕ)")",." Оветели 38-43 угравляющих имльо.;одкл-очены ко входам управляемьп силовых клочей 44-49, осуществляющих подключение секций 50-55 якорнойобмотки двигателя к питающей сети 56.В., орые выходы усилителей 8-1 3 объединены и подключены ко входам генератора57 пилообразного напряжения и источника58, выход которого, в свою очередь. представляет цепь питания генератора 57. Выход генератора 57 подключен к одному извходов логической схемы нуль-орган 59 кдругому входу которой подключен выход60 плавно изменяемого сигнала командного устройства 61. Выход нудь-органа 59подключен ко вторым входам всех схем ф И",Третьи входы схем "И" каждой из групп14-19, 20-25, 26-31 объединены и подклочены к соответствующим трем выходам.:иг)алов командного устройства 61. КОвходу командного устройства 61 подключенвыход задатчика 65 угла Опережения вклк; -ЧЕНИЯ, Для рассмотривеемого трехфазно о ВенТИЛЬОГО ЭЛЕКТрОДВИГаТЕ)Л Ч "ВСТГГтэг ЬНЬ 1 Е элементы 2-7 д)тчика,солсжени)1 рото)ра установлены на корпусе 1 .: с инт,валом в 60 эл. Град, вдоль ":з;)сл 1);ОГО .:Вора, По окр)жности ротора В плос;ости элементо 2-7 укреплены ферромагнитые сегменты в 60 эл, град количество которых равно числу пар полюсов двигателяВ качестве увствителыьх элементов 2-7 датчика положения ротора в схеме использованы известные трансформаторные диф ференциальные дат 11 ики поло)кени). обмотки Озбуждэния которых подкл)очсы к выходу высокочастотноГО Генераторе 1, В) исходном состоянии сигнелы лвух ьыходных полуобмоток каждого элемента 2-7 скомпенсирова 1 х встречным включением, Набегающий под летчик ферромагнитный сегмент роторауменьшает магнитное сопротивление однойиз д-ух его магнитных ветвей, создавая наНеходе сигнал раскомпенсации. Выходная об 1 от 11,е каждо. О элемента 2-7 негру)кена 1 евход "своего"усилителя 8-13 с рел й Ойхарактеристикой, позволяющей новь)ситизну фронтов сигналов элементо. ле,.положения ротора (фиг, 2, а-е),,Йалее усиленные сигналы каждого э;емэнте 2-7, например ., посту-.ают .- Входытрех схем "И" 14, 21, 28 соответствующих трех групп 14-19, 20-25, 26 - 31, которые образуют дискретный регулятор углаопережения Вк) поч е ня управляемых к. ючей44-49 двигателя, При лоследоьете; - =;омпереключении к":.;андным устройством 61разрешающих 1 аряжений на его Выхода);62, 63 и 64, цискретьх сигналов, к ко -торым подключены Объедиегь .-: ВходьКем"И" групп 14-1920-25, 26 - ч 1. Вг.ткаждого симметричного триг ере 32-37. например 34, будет также оследовательнопереключетьси эрез сх мь "И" 14, 21 и28 к выходам усиля елей 8 9 и 10, ЛКажДОЕ ИЗ т г 1;Х ПЕРЕКЛЮЧЕНИЙ СМЕШаЕт фазу сигнала пе входе триггера 34 не 60 эл.град, (а, б, В),Кроме того, в каждом усилителе 8-13посредством дифференцирования и одноголупериодного выпрямления осчовного выходного сигнала (а-е) на втором его выходеформируется дополнительный выходной сигнел малой длительности, совпадающий по фазе с передним фронтом основного сигнале(а-е). Вторые выходы всех усилителей8-13 объединены и В результате образуютсигнал (фиг. 2,ж), отражающий частотупереключения элементов 2-7 датчика положения ротора, Этот сигнал синхронизирует работу генератора 57 пилообразногонапряжения (2,з) и является входным ддяисточника 58, который представляет собой преобразователь "частота-напряжен 1 ле",т, е. уровень его выходного напряженияпропорционален частоте его входного сигнала, Схема генератора 57 построена таким образом, что крутиз 1 а его выходногопилообразного напряжения изменяется пропорционально величине питающего его напряжения, в данном случае выходному напряжению источника 58, В результате двойного управления генератором 57 (по синхронизирующему входу частотой его выходного напряжения, а по цепи питания - крутизной его "пилы") амплитуда его выходного пилообразного напряжения ( 2,з ) во 20всем диапазоне скоростей двигателя остается постоянной. Далее пилообразное напряжение поступает на один из входов нульоргана 59,где сравнивается по величинес опорным напряжением, поступающим на 25другой его вход 60, который является выходом устройства 61. В моменты превышения пилообразным напряжением опорногона выходе нуль-орган 59 появляется положительное напряжение ( 2,и ).30Интервал времени 6 -, за которыйпилообразное напряжение в каждый периодвозрастает от нуля до величины опорногонапряжения, является задержкой Ь , создаваемой схемами 58-61. Величина задержки 7 пропорциональна величине опорногонапряжения (в силу линейности "пилы",2,з), поэтому плавное регулирование задерж.ки 6 осуществляется плавным изменениемопорного напряжения командным устройством 61 на его выходе 60. Диапазон регулирования задержки, очевидно, определяетсяпериодом "пилы, т, е. составляет 0-60эл,град,При дальнейшем увеличении управляющего сигнала с выхода нуль-органа 59 импульсы ( 2,и ) поступают на вторые входы всех схем "И" 14-31, которые нарядус дискретным регулированием фазы управляющих сигналов, показанным выше, такжеосуществляют и суммирование результатовобоих видов регулирования фазы; дискретного и плавного.С выходов схем фИф (14-31) сигналыпоступают на входы триггеров 32-37, каждый из которых (например, 34) включается передним фронтом импульсов с одногоиз выходов схем "И" (14,21,28) своегоканала, например 14, а выключаются повторому своему входу передним фронтом им пульсов послдующего .,.;.;= , ":-. ходатриггера 35),. Таким образом, восстанавливается первоначальная длительность (в 60эл, град) сигнала с чувствительного элемента (2,а) датчика положения ротора,Далее сигналы (к-д) с выходов триггеров 32-37 через формирователи 38 - 43,в которых управляющие сигналы усиливаются до необходимой величины, поступаютна вход управляемых силовых ключей 44-49.Управление всем устройством осуществляет задатчик угла коммутации 65, представляющий собой источник постоянного напряжения и потенциометр, установленный напульте оператора, Выходное напряжение задатчика 65 поступает на вход командногоустройства 61, которое может быть выполнено, например, по схеме на фиг. 3, содержащей разностную схему 66 и два нульоргана 67 и 68, входы которых объединены и представляю- вход всей схе.,ж, Навторые входы схем 66, 67 и 68 подключены делители напряжения соответственно69-71, 72, 73 и 74, 75. Средние точкиделителя 69-71 закорачивают на землюнормально замкнутые ключи 76 и 77, управляемые выходнылли напряжениями нудьорганов соответственно 67 и 68. Параллельно входу ключа 76 подключены входинвертора 7 8 и один из входов логическойсхемы фИф 79, Параллельно входу ключа 77 подключен вход инвертора 80, выход которого подсоединен к объединеннымвторым входам схем 1 Г 79 и 81. Е первому входу схемы "И" подключен выходинвертора 78,Делители напряжения 72, 73 и 74, 75создают постоянные оповные напвя;.ления,2равные соответственно Ю, и 11, (фиг.4,р) на входах нудь-органов 67 и 6 Р, Делители 69, 70, 71 создают на втором входе разностной схемы 66 опорное напряжение, равное нулю при замкнутом ключе76,11 - при разомкнутом ключе 76,да 7 ( - замкцутом и 1, когда ключи3 276 и 77 разомкнутыУ, максимальноезначение управляющего сигнала,Пусть выходное напряжение задатчикаизменяется по линейному закону (фиг, 4,р).В исходном состоянии- т на выходах нуль-органов 67 и 68 напряжение равнонулю, ключи 76, 77 замкнуты, на выходах инвертеров 78, 80 и на выходе делителя 72 схемы Иф 81 существуют положительные напряжения ( 4,м). При изменении управляющего напряжения от 0 до "ц5 щ(2,з) напряжение (4,с) на выходе 60 (фиг,3) повторит его, так как второй вход схемы 66 закорочен на землю" ключем 76.Состояние остальных узлов схемы остаетсянеизменным,В момент () превышения управляюашим напряжением (4 р) опорного напряжения нуль-органа 67 (равного(, =, ) на его 5лвыходе скачком появляется положительноенапряжение, которое размыкает ключ 76,открывает схему "И" 79, на ее выходе63 появляется положительное напряжение(4,у), и через инвертор 78 закрывает схе Ому "И" 81, выходное напряжение которой(4,м) падает до нуля,Делители 69, 70 создают на входе пазностной схемы 66 опорное напряжение -и тем самым понижают ее выходное найряжение (4,с) до нуля, При дальнейшем(1 -)увеличении управляющего напряжения (4,р)выходное напряжение (4,с) разностной схемы нарастает с такой же скоростью, но от0 до 0,а режим других схем остаетсянеизменным, В моментпревышения управляющим напряжением (4,р) опорного напряжения нуль-органа 68 (равного 2/3 Б, )на его выходе 64 скачком появляется положительное напряжение (4,ф), котороеразмыкает ключ 77 и через инвертор 80закрывает группы схем "И" (4,у), подключенные к выходу 62 устройства 60,Разомкнутый делитель создает опорноенапряжение, равное0 на входе разностной схемы, и тем самым понижает до нуля ее выходное напряжение (4,с),При дальнейшем- изменении управЬ 4ляюшего напряжения выходное напряжениеразностной схемы 66 повторяет его изменение, но только с нулевого значения (4,с),Состояние других схем (67 81) остаетсянеизменным,Таким образом, командное устройство61 посредством своих пороговых схем 67 4 Ои 68 разбивает весь диапазон изменениявыходного напряжения задатчика 65 натри поддиапазона: 0 - -" ,("-1, -Ци -Ъ,- В моменты перехода управля 45юшего напряжения из одного поддиапазонав другой происходит смена дискретных командных напряжений на соответствуюшихвыходах командного устройства, к которымподключены объединенные входы групп схемфИф 14-19 и 20-25 (фиг. 1), А такое ра Озовое переключение командных напряжений,как было показано выше, скачком смещаетфазы управляющих сигналов на входах триггеров 32-37 на 60 эл.град. В этот же момент () и напряжение на выходе 603командного устройства 61, которое является управляюшим для схемы плавной задеркки (58-61), также скачком изменяется отсвоего максимального значения до нуля,,что соответствует изменению фазы управляюших сигналов также на 60 эл. град. в другом направлении. Б результате скачки управляюших сигналов, создаваемые обеими схемами дискретного и плавного регулирования угла опережения включения ключей 44-49 скомпенсируются, и общий характер изменения фазы (4,х) управляюших сигналов (2,к-п) повторяет характер изменения управляющего напряжения (4,р) на входе командного устройства .Следовательно, совместное использование схем дискретного и плавного регулирования фазы управляющих сигналов позволяет получить диапазон плавной регулировки угла опережения выключения ключей в широком диапазоне и, следовательно, высокие энергетические показатели ВД при глубоком регулировании частоты врашения,Формула изобретения1, Вентильный электродвигатель, содержащий датчик положения ротора, каждыйчувствительный элемент которого соединенчерез группы многовходовых логическихсхем "И" со входами, по крайней мере, двухусилителей мощности, осуществляющих подключение секций обмотки якоря к источнику постоянного тока, причем вторые входысхем "Иф каждой группы соединены с соответствующими выходами командного устройства, отличающийся тем,что,с целью повышения энергетических показателей, он снабжен дополнительно семойплавной задержки сигналов датчика положения ротора, управляемой с одного из выходов командного устройства, причем выходсхемы плавной задержки соединен со входом каждой схемы "И",2, Электродвигатель по и. 1, о т л ич а ю ш и й с я тем, что схема плавнойзадержки выполнена в виде генератора пилообразного напряжения, вход которого соединен с чувствительными элементами датчика положения ротора, например, черездифференцируюшие цепочки, выход подключен к первому входу нуль-органа, второйвход которого соединен с эдним из выхэдов командного устройства, а цепь питания генератора - с источником, напряжение которого пропорционально частоте врашения электродвигателя,3, Электродвигатель по пп. 1, 2, э тл и ч а ю щ и й с я тем, что источниквыполнен в виде преобразователя частотысигналов датчика положения ротора в напряжение.4. Электродвигатель по п. 1, о т л ич а ю щ и й с я тем что командное уст 527804ройство выполнено в виде анализатора уровня управляюшего сигнала, выход канала преобразований линейного сигнала в пилээбразный кэтэрэгэ соединен с нуль-органом схемы плавной задержкивыход каждого каналапреобразованиялинейного сигнала в дискретный соединен со входами схем "И" соответствукицей группы, а число каналов преобразователя линейного сигнала в дискретный равно числу групп схем "И,Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:1. Патент США кл, 318-254,3609492 от 28,09,1971 г.2, Авт. св, СССР М. Кл, Н 02 К 29/02425275 от 1972 г.527804с) т( у) (гиГ 4Составитель А. Санталов Редактор В. фельдман Техред М, Левицкая Корректор А, Власенко Заказ 715/46 Тираж 882 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5филиал ППП 4"Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4