Реверсивный вентильный электродвигатель

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПЪ 9(53) 621.313,13,014.2:621.382 (088.8) (56) 1.Авторское свидетельство СССР У 186019, кл. Н 02 К 29/02, 1964.2.Авторское свидетельство СССР Р 1046864, кл. Н 02 К 29/02, 1982. (54)(57) РЕВЕРСИВНОЙ ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, содержащий ротор, статор с обмоткой якоря, секции которой соединены с выходом однополупериодного полупроводникового коммутатора, выполненного в виде однополярных усилителей постоянного тока по числу секций якоря, синусно-косинусный датчик положения ротора, снабженный выходами постоянного тока по числу сек 801153381 1 щ Н 02 К 29/02; Н 02 Р 6/02 ций якоря, связанный с задатчикомскорости вращения, измерители фазныхЭДС секций и задатчик скорости вращения, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью расширения диапазонарегулирования скорости, полупроводниковый.коммутатор дополнительноснабжен корректирующими, например,.апериодическими звеньями, и сумматорами по числу секций якоря, выходыкоторых подключены через корректирующие звенья к входам соответствующихусилителей постоянного тока, первыйвход каждого сумматора соединен свыходом измерителя глазной ЭДС секцииякоря, а второй вход подключен ксоответствующему выходу постоянноготока синусно-косинусного датчикаположения ротора.Устройство относится к электротехнике, а именно к электрическимдвигателям постоянного тока с бесконтактной коммутацией, осуществляемойс помощью полупроводниковых приборов,предназначено для использования преимущественно в электрических машинах,работающих в качестве реверсивныхмоментных двигателей систем управления объектов различного назначениясо стабилизированной скоростью вращения,Известен реверсивный вентильныйэлектродвигатель, содержащий статорс обмоткой якоря, ротор с постоянными магнитами, синусно-косинусныйдатчик положения ротора и электронный коммутатор, выполненный в виделинейных усилителей постоянного токапо числу секций якоря, что обеспечивает высокую плавность вращения ротора двигателя 1.Недостатком такого электродвигателя является нестабильность скоростивращения при изменении момента нагрузки и коэффициентов передачи узлов за счет воздействия температурыи других возмупающих факторов.Наиболее близким к изобретению является реверсивный вентильный электродвигатель, содержащийротор, статор с обмоткой якоря,секции которой соединены с выходом однополупериодного полупроводникового коммутатора, выполненного в виде однополярных усилителей постоянного тока по числусекций якоря, измерители Аазных ЭДСсекций, связанные через блок низкихчастот и блок изменения знака обратной связи с блоком сравнения, второй вход которого подключен к задатчику скорости, а выход к модуляторусинусно-косинусного датчика положения ротора, выходы постоянного токакоторого связаны с входами усилителей постоянного тока 2 Д.Недостаток известного вентильногодвигателя заключается в малом диапазоне регулирования скорости из-эанеустойчивой работы при реверсе вобласти низких скоростей вращения,Цель изобретения - расширениедиапазона регулирования скоростиПоставленная цель достигаетсятем, что в реверсивном вентильномэлектродвигателе, содержащем ротор,статор с обмоткой якоря, секции ко направлению вращения ротора. Это 30 позволяет отказаться от использования блока изменения знака обратной связи и связанных с ним элементов, вызывающих неустойчивую работу при малых скоростях вращения, и тем самым, получить положительный эффект в виде расширения диапазона регулирования при сравнительном упрощении устройства. При этом наличие в уст 35 40 ройстве корректирующего звена предотвращает возможность возникновения паразитных колебаний по цепиобратной связи, что приводит к расширению диапазона регулирования скоф 5 рости.На фиг. 1 представлена функциональная схема реверсивного вентильного электродвигателя; на фиг. 2часть принципиальной электрической 50 схемы электродвигателя; на фиг. 3 диаграммы, поясняющие работу устройства. Реверсивный вентильный электродвигатель выполнен на базе синхронной машины, которая содержит ротор 2 с постоянными магнитами и статор с обмоткой якоря, разделенной на секции 3-6. Один вывод каждой секции торой . соединены с выходом однополупериодного полупроводникового коммутатора, выполненного в виде однополярных усилителей постоянного тока 5 по числу секций якоря, синусно-косинусный датчик положения ротора,снабженный выходами постоянного тока по числу секций якоря, связанныйс задатчиком скорости вращения, измерители фазных ЭЛС секций и задатчик скорости вращения, полупроводниковый коммутатор дополнительноснабжен корректирующими, например,апериодическими звеньями и сумматорами по числу секций якоря, выходыкоторых подключены через корректирующие звенья к входам соответствующих усилителей постоянного тока, , первый вход каждого сумматора соеди-нен с выходом измерителя фазной ЭЛСсекции якоря, а второй вход подключен к соответствующему выходу постоянного тока синусно-косинусного датчика положения ротора.Наличие указанных отличительныхпризнаков обеспечивает введение отрицательной обратной связи по скорости вращения электродвигателя,знак которой строго соответствует115 3соединен с общей шиной 7, а второй подключен к выходам однополупроводникового коммутатора 8, выполненного в виде однополярных усилителей 9-12 постоянного тока по числу секций5 якоря, С ротором 2 соединен синуснокосинусный датчик 13 положения ротора, выполненный, например, в виде вращающегося трансформатора, вторичные обмотки 14 и 15 которого соединены через Фазочунствительные выпрямители 16 и 17 и инверторы 18 и 19 с прямыми 20 и 21 и инверсными 22 и 23 выходами датчика положения ротора 13. Электродвигатель также содержит задатчик 24 скорости и измерители Фазньм ЭДС в виде диодов 25-28, отрицательные электроды которых подключены к выводам секций 3-6 якоря. Направление включения диодов20 25-28 (Фиг. 1) соответствует случаю положительной полярности (относительно общей шины 7) напряжений на вьмодах однополярных усилителей 9-12.Дополнительно вентильный электродвигатель снабжен сумматорами 29-32 по числу секций якоря, выходы которых подключены соответственно к входам усилителей 9-12 постоянного тока через корректирующие звенья 33- 36. Первый вход каждого сумматора 2930 32 соединен соответственно с выходом измерителя Фазной ЭДС (положительным электродом диодов 25-28) инверсной секции якоря. Таким образом, первый вход сумматора 29, соединенного 35 через корректирующее звено 33 и усилитель 9 с секцией 3 обмотки якоря, подключен к диоду 26, соединенному с секцией 4, инверсной секции 3 обмотки якоря. Аналогично подключены пер вые входы и остальных сумматоров 30, 3 1 и 32, Второй вход каждого сумматора 29, 30, 3 1 и 32 соединен с соответствующим вьмодом 20, 21, 22 и 23 датчика 13 положения ротора, вход 45 которого (в данном случае первичная обмотка 37 вращающегося трансформатора) подключен к задатчику скорости 24.Сумматоры 29, 30 и корректирующие И звенья 33, 34 могут быть выполнены, например, на операционных усилителях 38 и 39 (Фиг. 2), входящих в состав усилителей 9 и 10 постоянного тока, причем операционный усилитель 39 Я выполняет также роль инвертора 18. Операционные усилители 38 и 39 выполнены по схеме суммирующих усилителей 3381 4 с резисторами 40 и 41 в цепях обратной связи, при этом инвертирующий вход операционного усилителя 38 подключен к общей шине 7 через резистор 42, а неинвертирующий вход соединен с вьмодом Фазочувствительного выпрямителя 16 через резистор 43, с диодом 26 - через резистор 44, с общей шиной 7 - через резистор 45. Инвертнрующий вход операционного усилителя 39 подключен к выходу Фазочувствительного выпрямителя 6 через резистор 46, а неинвертирующий вход соединен с диодом 25 через резистор 47 и с общей шиной 7 через резистор 48,Выходы операционных усилителей 38 и 39 подключены соответственно к выводам секций 3 и 4 обмотки якоря через транзисторы 49, 50 и 51, 52. Транзисторы 50 и 52 подключены к источнику питания положительной полярности(+Б), Резисторы 53, 54 и 55, 56 служат для выбора рабочих режимов транзисторов 49, 50 и 51, 52.Корректирующие звенья 33 и 34 могут быть вьп 1 олнены, например, в ниде РС -цепи с резисторами 40 и 4 1 и конденсаторами 57 и 58 в цепях обратной связи операционных усилителей 38 и 39. В этом случае реализуется передаточная Функция апериодического корректирующего звена. При необходимости в цепи обратной связи операционных усилителей могут бытьвключены другие элементы, реализующие передаточные Функции более сложного вида.Обмотка якоря синхронной машины 1 может быть выполнена не только двух- секционной, но также и 6, 8 и т.д. секционной с вынодом общей точки,Однако при этом датчик 13 положения ротора должен иметь число выходов, равное числу секций. Например, при шестисекционной обмотке якоря в качестве датчика 13 положения ротора может быть применен сельсин, три вторичных обмотки которого соединены с шестью выходами датчика через три Фазочувствительных выпрямителя и три инвертора.Реверсивный вентильный электродвигатель работает следующим образом. При подаче напряжения Ц переменного тока от задатчика 24 скорости (фиг. 1) на вторичных обмотках 14 и 15 вращающегося трансформатора1153381 2 О где д К (К О -К ы), (71 с т к(р) образуются напряжения переменноготока, огибакене которых равныи = К и 51 п м уДц со 5 .,1 35где Кв - коэФФициент трансАормации- угол поворота ротора 2электродвигателя 1;щ - число пар полюсов электродвигателя и вращающегося1 ОтрансАорматора.Пройдя через Аазочувствительныевыпрямители 16 и 17, а также инверторы 18 и 19,эти напряжения образуют на прямых 20, 21 и инверсных 22,23 выходах датчика 13 положения ротора напряжения (Фиг. 4 а, в):ик к иу.О.к ко,р21 8О 51 ыъц 28 Кф К и сов юу где К . - коэФАициент передачи Аафзочувствительного выпрямителя 16(17).Усилители 9, 1 О, 11 и 12 постоян" ного тока (Аиг. 1) являются однополярными неинвертирующими усилителями ЗО поэтому на их выходах в рабочий полупериод появляется напряжение положительной полярности при положительном напряжении на их выходах. При отрицательной полярности в нерабочий35 полупериод усилители 9-12 закрыты и напряжение на их выходах определяется только КДС вращения синхронного электродвигателя 1, имеющей отрицательную полярность.Для нормальной работы электродвигателя необходимо, чтобы ЭДС вращения в секциях 3 и 4 обмотки якоря (Фиг. 1) изменялась по закону синуса, а в секциях 5 и 6 - косинуса угла поворота ротора 2, что достигается начальной выставкой датчика 13 положения ротора. В этом случае ЭДС вращения отрицательной полярности, проходя через диоды 25 и 26, преобразуется в напряжения (фиг.Зс, Д) в где ц 1 - угловая частота вращенияротора 2;Ке - коэФФициент пропорциональности, зависящий от конст" рукции синхронного электродвигателя 1.На сумматорах 29 и 30 (Фиг. 1) эти напряжения складываются с напряжениями Уо и Б (2), образуя сигналы (Фиг, 4 е,Е): У 51 ПЕ ПРИ 04 ВЧ 7; ц =к (и+О )= 1 ( 28 120 26 К 1 ЕКК вп 1 н 1 прц 7 в 442 Ф,.ЕЗ фК- коэФФициент передачи сумматораТак как для усилителей 9-12 рабочий полупериод соответствует положительной полярности входного напряже- ния, то на выходах усилителей 9 и 10 в рабочие полупериоды Формируются напряжения и К РГ (р)д%пе, при 0(т(Г,(81О =-К Я (р) УзавЧ, при МАт 162 У,где Щ (р)- передаточная Функция корКректирующего звена 33(34);К - коэФФициент усиления усилителей 9(10) .Кти напряжения показаны на Фиг.Зсплошной линией, а штриховой - ЭДС вращения синхронного электродвигателя 1, образующаяся на-выводах секций 3 и 4 в нерабочие полупериоды.Так как секции 3 и 4 включены встречно, то их результирующая магнитодвижущая сила с учетом (8) равна (Фиг,. 3 И:(з)ОпУ(/(ь55при ОС щЧС 7И)при Т 1 тЧ 2 Т, где вращения 4 к(р) д 1- параметр определяемый конст 1струкцией синхронного электродвигателя 1.Полагая в полосе рабочих частотОднако чрезмерное увеличение постоянной времени Т нежелательно, так как может привести к нарушению условия (9) . При этом на больпих скоростях вращения заметно возрастает ток якоря вентильного электродвигателя и уменьшается его вращающий момент, так как появляется сдвиг между магнитодвижущими силами статора и ротора. Поэтому в практических системах желательно уменьшение коэА- фициентов КК,и ГОтрицательная обратная связь по скорости в данном электродвигателе действует только при величине фаэных ЭПС вращения, превышающей пороговое напряжение диодов 25-28.Положительный эдйект от использования данного реверсивного вентиль 1153 381ного электродвигателя заключается врас 1 цирении диапазона регулированияскорости н сторону малых скоростейвращения. Гсли в ранее известномустройстве при малых скоростях вращения возможна неустойчивая работа(срыв вращения) за счет наличиязоны малых задающих напряжений, тов данном устройстве такая неопреде ленность знака обратной .связи невозможна при любых скоростях вращения,так как сигналом обратной связи является Фазная ЭЛС вращения, знак которой строго соответствует направле нию вращения ротора электродвигателя.Кроме того, данное устройствопроще, так как имеет меньшее количество элементов.115338 1 Составитель В.Тарасоедактор Л.Авраменко Техред Ж.Кастелевич рректор С.Шекма аж 64 б енного комитета С одпис ное енин и открытии Раушская наб. а оск или Заказ 2517/43 ВНИИПИ по д 113035, ТирарстзобрФЖП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4