Реверсивный вентильный электродвигатель

 

РЕВБРСИВИНЙ ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, содержащий статор с |гл секционной якорной обмоткой,: индуктор, транзисторный коммутатор, каждый бесконтактный ключ которого соединен с секцией якорной обмотки, преобразователь напряжения с двумя противофазными выходами, два блока эталонных импульсов, два комплекта устройств ввода, каждое яз которых выполнено с двумя управляющими цепями , устройство запоминания, состоят щее из )-триггеров с объединенным входом опроса, реверсор,-датчик положения ротора с двумя комплектами чувствительных элементов типа дроссель насыщения по ш чувствительных элементов в каждом комплекте и сигнальным элементов в виде ромба/ намагниченного по большой диагонали, формирователь импульсов каждого чув-. ствительного элемента, включающий транзисторный усилитель и компаратор импульсов по длительности, один из входов которого соединен с выходом усилителя, a второй - с выходом блока эталонных импульсов. . & г ,,,,,I . t обмотка, дросселя насьвдения подключена параллельно входу транзисторного усилителя, кроме того, вход упомянутых формирователей импульсов , связанных с первым комплектом чувствительных элементов и вход первого блока эталонных импульсов соединены с первым выходом преобразователя напряжения, a входы остальных формирователей - с вторым выходом преобразователя, выходы каждой пары формирователей импульсов , связанных с одноименньв и чувствительными элементами обоих комплектов , соединены с входом бесконтактного ключа к 1мутатора через устройство ввода первого комплекта, a через устройство вйода второго (Л комплекта - с одним из информационных входов устройства запоминания, отлич a ющи йс я тем, что, с целью расширения области применения вентильного электродвигателя за счет реализации экономичного шагового режима -работы, в него допол- . нительно введены третий комплект (Устройств ввода, синхронный триггер, со логическое устройство из (ИМ-2) двухвходовых элементов совпадения, выхоо со ю ды mэлементов совпадения которых объединены через логический элемент ИЛИ с первь 4и входами элементов совпадения (m+l) и (т-2), выходы каждой со пары транзисторных усилителей соединены через устройство ввода третьего комплекта с вторым входом элементов совпадения, a первые входы последних присоединены к выходам D-триггеров устройства запоминания, вторые входы элементов совпадения . frn+1) и (пн-2) соединены с выходом реверсора , a их выходы - с управляющими цепями устройств ввода первого комплекта, управляющие цепи реверсора и второго комплекта устройств ввода соединены с выходами синхронного

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦМАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (l% (11) 9(5g Н 02 К 29/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТН ЫТИй (21) 3418224/24-07 (22) 06.04.82 (46) 23,,07 .63. Вюл. В 27 (72) В.N. Пименов и В.М. Никитин (71) Всесоюзный ордена Трудового

Красного Знамени научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт релестроения (53) 621.313 ° 13,014..2:621.382(088.8) (56) 1. Исмаилов Ш.10. Автоматические системы и приборы с шаговыми двигателямя. N., Энергия, 1968, с.5-9.

2. Гумен В.Ф. и Калиновская Т.В.

Следящий шаговый электролривод. Л., Энергия, 1980, с.4. °

3. Авторское свидетельство СССР

В 826513, кл. Н 02 К 29/02, 1980. (54)(57) РЕВЕРСИВНИЯ ВЕНТИЛЬНЫЯ

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, содержащий статор с м секционной якорной обмоткой,. индуктор, транзисторный коммужатор, каждый бесконтактный ключ которого соединен с секцией якорной обмотки, преобразователь напряжения с двумя противофазными выходами, два блока эталонных импульсов, два комплекта

Ъ устройств ввода, каждое из которых выполнено с двумя управлякщими цепями, устройство запоминания, состоя-. щее из 3)-триггеров с объединенным входом опроса, реверсор, датчик положения ротора с двумя комплектами чувствительных элементов типа дроссель насыщения no rn чувствительных элементов в каждом комплекте и сигнальным элементов в виде ромба, намагниченного по большой диагонали, формирователь импульсов каждого чувствительного элемента, включающий транзисторный усилитель и компаратор импульсов по длительности, один . из входов которого соединен с выходом усилителя, а второй - с выходом блока эталонных импульсов, обмотка. дросселя насыщения подключена параллельно входу транзисторного усилителя, кроме того, вход упомянутых формирователей импульсов, связанных с первым комплектом чувствительных элементов и вход

I первого блока эталонных импульсов соединены с первым выходом преобразователя напряжения, а входы остальных формирователей — с вторым выходом преобразователя, выходы каждой пары формирователей импульсов, связанных с одноименными чувствительными элементами обоих комплектов, соединены с входом бесконтактного ключа коммутатора через устройство ввода первого комплекта, Pg а через -устройство ввода второго комплекта — с одним из информационных входов устройства запоминания, отличающийся тем, что, С, с целью расширения области применения вентильного электродвигателя за счет реализации экономичного шагового режима -работы, в него допол- . нительно введены третий комплект

;устройств ввода, синхронный триггер, "логическое устройство из (W2) двухвходовых элементов совпадения, выходы ю элементов совпадения которых объединены через логический элемент

ИЛИ с первыаи входами элементов совпадения (И +1) и Оя+2), выходы каждой пары транзисторных усилителей соединены через устройство ввода третьего комплекта с вторю входом элементов совпадения, а первые входы по следних присоединены к выходам 0-триггеров устройства запоминания, вторые входы элементов совпадения (1п+1) и (а+2) соединены с выходом ре- версора, а их выходы — с управляющими цепями устройств ввода первого комплекта, управлякв1ие цепи реверсора и второго комплекта устройств ввода соединены с выходами синхронного

1030929

:30

40 угол-код.

Цель изобретения - расширение области применения вентильного электф5 родвигателя эа счет реализации в них свойства непосредственного пре50

65 триггера, а входы реверсора и управляющие цепи устройств ввода третьего комплекта соединены с выходами

Изобретение относится к электротехнике, в частности к специальным электрическим машинам, и может быть использовано в качестве исполнительного устройства в системах с числовой обработкой информации.

Известны электромеханические устройства, состоящие из электрической машины и бесконтактного логического устройства, подключенного своим выхо-, дом к обмоткам электрической машины— шаговые электродвигатели. Положительным качеством шаговых двигателей является способность непосредственного преобразования числовой (количества импульсов) информации в пропорциональное угловое перемещение ротора и связанного с ним объекта управления f 11.

Известны также локально-замкнутые шаговые двигатели, обладающие большими функциональными возможностями и быстродейств ием (2 ).

Недостаток данного класса электрических машин - низкий КПД как в режиме отработки заданного углового перемещения, так и в режиме фикси» рования мага.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является реверсивный вентильный электродвигатель, содержащий статор с tn-секционной якорной обмоткой, индуктор, транзисторный коммутатор, каждый бесконтактный ключ которого соединен с двумя противофазными выходами, два блока. эталонных импульсов, два комплек,та устройств ввода, каждое из кото,рых выполнено с двумя управляющими цепями, устройство запоминания, состоящее из Ъ -триггеров с объединенным входом опроса, реверсор, датчик ! положения ротора с двумя комплектами чувствительных элементов типа дроссель насыщения по 5 чувствительных элементов в каждом комплекте и сигнальным элементом в виде ромба, намагниченного по большой диагонали, формирователь импульсов каждого чувствительного элемента, включающий в себя транзисторный .усилитель и компаратор импульсов по длительности, один из входов соединен с выходом усилителя, а второйс выходом блока эталонных импульпреобразователя напряжения, счетный вход синхронного триггера объединен с входом опроса устройства запоминания. сов, обмотка дросселя насьицения подключена параллельно входу транзисторного усилителя, кроме того, входы упомянутых формирователей импульсов, связанных с первик комплектом чувствительных элементов и вход первого блока эталонных импульсов соединены с первым выходом преобразователя напряжения, а входы остальных формирователей с вторык выходом преобразователя, выходы каждой пары формирователей импульсов, связанных с одноименными чувствительными элементами обоих комплектов, соединены с входом бесконтактного ключа коммутатора через устрбйство ввода перво- . го комплекта, а через устройство ввода второго комплекта -. с одним из информационных входов устройства запоминания ).3 ).

Данный вентильный электродвигатель обладает указанными положительными качествами, кроме того, имеет простую конструктивную компоновку.

Однако отсутствие у данного класса электрических двигателей свойства непосредственного преобразования числовой информации в угловое (шаговое) перемещение ротора ограничивает область применения подобных устройство малоэффективными аналоговыми системами управления и регулирования.

В случаях необходимости применения вентильных двигателей в автоматизи-. рованных системах с числовой обработкой информации (устройствах с микропроцессорами или мини-ЭВИ), получивших в настоящее время преобладающее распространеиие, последние должны дополняться весьма сложили и дорогостоящими устройствами преобразоваиия информации типа АЦП, ЦАП, образования числовой информации в угловое перемещение ротора.

Указанная цель достигается тем, что в реверсивный вентильный электродвигатель, содержащий статор с

Е-секционной якорной обмоткой, индуктор, транзисторный коммутатор, каждый бесконтактный ключ которого соединен с двумя противофазньми вы

1030929 ходами, два блока эталонных импульсов, два комплекта устройств ввода, каждое из которых выполнено с двумя управляющими цепями, устройство запоминания, состоящее изб -триггеров с объединенным входом опроса, ре5 версор, датчик положения ротора с двумя комплектами чувствительных элементов типа дроссель насыщения IIQ пчувствительных элементов в кажцом комплекте и сигнальньм элементов в виде ромба, намагниченного по большой диагонали, формирователь импульсов каждого чувствительного элемента, включающий транзисторный усилитель и компаратор импульсов по длитель- 15 ности, один из входов соединен с выходом усилителя, а второй — с выходом блока эталойных импульсов, обмотка дросселя насыщения подключена параллельно входу транзисторного усилителя, кроме того, входы упомянутых формирователей импульсов, связанных с первым комплектом чувствительных элементов и вход первого блока эталонных импульсов. соединены с первым выходом преобразователя напряжения, а входы остальных формирователей с вторым выходом преобразователя, выходы каждой пары формирователей импульсов, связанных с одноименными чувствительными элементами обоих комплектов, соединены с входом бесконтактного ключа-коммутатора через устройство ввода первого комплекта, а через устройство ввода второго комплекта — с одним из информационных входов устройства запоминания, дополнительно введены третий комплект устройств ввода, синхронный триггер и логическое устройство из (yn+2) -логических элементов совпадения, выходы 40

}и логических элементов объединены через логический элемент ИЛИ с первыми входами логических элементов (e+1) и (в+2), выходы каждой пары транзисторных усилителей соединены 45 через устройство ввода третьего комплекта с вторым входом логических элементов, первые входы логических элементов присоединены к выходам

1)-триггеров устройства запоминания, вторые входы логических элементов . (я+1) и (n+2) соединены с выходом реверсора, а их выходы — с управляющими цепями устройств ввода первого комплекта, управлякщие цепи реверсора и второго комплекта устройств ввода соединены с выходами синхронного триггера, а входы реверсора и управляющие цепи устройств ввода третьего комплекта соединены с выходами преобразователя напряжения, 60 счетный вход синхронного триггера объединен с входом опроса устройства запоминания.

На фиг.1 представлена принципиальная схема реверсивного вентиль- 65 ного двигателя; на фиг.2 — схема комплекта устройств ввода при v@3. на фиг.3 — блок эталонных импульсов ,(3a — принципиальная схема, Зб временные диаграммы); на фиг.4

pesepcop; на фиг.5 — диаграммы напряжений на основных узлах функцио-! нальной схемы; на фиг. 6 — зависимос;ти изменения сигнала на выходах третьего комплекта устройства ввода и командные импульсы lj, поясняющие работу РВД в шаговом режиме.

Устройство. содержит датчик 1 положения ротора (ДПР), состоящий из диэлектрической втулки 2 с чувствительными элементами В(...,В, Н,..., Н„„типа дроссель насыцения и сигнального элемента 3, выполненного в форме" ромса, намагниченного в направлении большей диагонали, формирователь 4 импульсов, транзисторный усилитель 5, компаратор 6 импульсов по длительности, формирователь 7, аналогичный формирователю 4, блок 8 эталонных импульсов, формирователи 9 и 10, аналогичные формирователям 4 и 7, вто. рой блок 11 эталонных импульсов, пре:образователь 12 постоянного напряжения в переменное, комплекты 13-15 устройств ввода, каждый из которых состоит из уп вводных устройств; транзисторный .коммутатор 16, устройство

17 запоминания, электрическую машину

18 с в-секционной якорной обмоткой и вращающимся индуктором 19, логическое устройство 20, реверсор 21, синхронный триггер 22, источник 23 постоянного напряжения.

Буквами Ь и Н обозначены управляющие цепи; 0 и ()о(.р — вход и выход блока эталонных импульсов; напряжение на выходе транзисЬ(и

5 торного усилителя 5 формирователей импульсов чувствительных элементов

1В (1Н} у ()С вЂ” напряжение синхронизации; Т р((н) - период; Р„- магнитный поток, пронизывающий сердечник чувствительного элемента 1В(1Н);

; э(— длительность перемагничнвания . сердечника чувствительного элемента

1В(1Н); " - длительность насыщенного состояния сердечника чувствительного элемента 1В(1Н) за полупериод положительной полуволны напряжения;

,и„ вЂ” длительность импульсов на первом выходе третьего комплекта уст ройств ввода.

Конструктивную основу РВД составляет электрическая машина 18, с якорной обмоткой на статоре. Секции обмотки якоря соединены в vn-лучевую звезду и подключены между полюсом питающей сети постоянного напряжения и выходами транзисторного коммутатора 16 ° Вращающийся индуктор 19 выполнен с четырехполюсной симметричной магнитной системой.

1030929

С валом электрической машины жестко сочленен ДПР 1, состоящий из двух основных деталейу диэлектрической втулки с раднальйыми пазами на внутренней поверхности и ромбовидного магнита. Диэлектрическая втулка крепится к торцевой поверхности статора электрической машины, а магнит насаживается на вал электрической машины и стопорится в плоскости сим метрии втулки. Пазы разбиты на две 10 одинаковые группы. В первой группе пазы расположены один относительно

360 другого со сдвигом на угол геом. рп град.,a каждый паз! второй группы сме- 15 щен относительно соответствующего na180 за nepaoN на угол, равный геом.

РЮ град., здесь р - число пар полюсов индуктора электрической машины, И - 2() число секций якорной обмотки. В пазах разиещены чувствительные к магнитно му полю элементы, функционирующие по принципу дросселей наеькцения и представляющие собой миниатюрное ферри- 25 товое кольцо с одной обмоткой. В п7 пазах первой группы размещены чувствительные элементы B«...B„, В„„ в соответствии с условным направле-., нием вращения электрической машины Вперед, а во второй — Н,..., Н„....,й. в соответствии с направлением вращения Назад .

Обмотка каждого чувствительного элемента подключена параллельно пе- .

35 реходу база-эмиттер транзистора 5, входящего совместно с компаратором импульсов по длительности 6 в состав формирователя импульсов чувствительного элемента 4 (7,9,10). Выход тран-40 зистора, выполиякщего функции инвертируккцего усилителя напряжения, соединен с одним as входов компаратора. Компаратор импульсов по длительности представляет собой)у- 45 триггер с динамическим входом С . Информационный вход триггера 9 соединен с выходом усилителя, а вход С объединен с выходом блока 8(ll) эталонных импУльсОВе При этОм комнараторыg От 5() носящиеся к формирователям импульсов чувствительных элементов условного направления Вперед (Назад ), объединены по входу С с выходом блока 8(ll) эталонных импульсов.

Блок 8 (11) эталонных импульсов по длительности состоит из синхронизирующего транзистора, двухкаскадного транзисторного усилителя, смеценного по цепи входа в открытое 6О состояние, вреиязадающего конденсато ра и потенциометрического делителя напряжения, подключенного к выходу сннхронизирующего транзистора. Между выходом делителя и входом неинверти-, $5 рукицего усилителя подключен времязадающий конденсатор (фиг.3).

Для синхронизацни работы блоков и узлов РВД в схеме предусмотрен преобразователь постоянного напряжения в переменное с двумя противофазными выходами, именуемый в дальнейшем — преобразователь напряжения, который выполнении по одной из модификаций широко известной схемы мультивибратора Ройера, Первый выход преобразователя напряжения соединен с входом формирователей импульсов чувствительных элементов Вперед и входом блока 8 эталонных импульсов (входом синхронизирующего транзистора), а второй - с входом формирователей импульсов чувствительных элементов Назад и входом блока ll эталонных импульсов. Укаэанные соединения выполнены через балластные резисторы. Для удобства дальнейшего изложения первый выход преобразователя напряжения будем .считать синхронизирующим.

Связь выхода формирователя импульсов чувствительных. элементов с входами транзисторного коммутатора 16 осуществлена через первый комплект устройств ввода 13.

Комплект устройств ввода содержит я комбинированных логических элементов 2И-2ИЛИ с равнозначнняи входами (фиг.2 ). Первые входы логических элементов И объединены в две управлякщие цепи комплекта устройств ввода Ь и H а вторые входы логических элементов И каждого логического элемента 2И-2ИЛИ подключены к выходам формирователей импульсов чувствительных элементов, смещен180 ных друг относительно друга на— р геом.град. В зависимости от состояния управляющих входов информация с одного из входов устройства ввода передается на его выход (один из входов соединяется с выходом).

Выходы второго комплекта устройства ввода 14 запараллелены с входаии первого, а его выходы соединены с информационными входами устройства 17 запоминания, каждый канал запоминания которого образован D -триггером с информационньим входом () и входом опроса (управления) С .

Выходы устройства запоминания соединены с первыми входами логического устройства 20, выполненного из (Ю+2) логических элементов 2И. М логических элементов 2И объединены своими выходами через логический элемент

ИЛИ с первыми входами логических элементов (eH 1) и (в+2) °

Для потенциально чувствительной логики логический элемент ИЛИ вы; полняется непосредственньан соедине1030929 нйем выходов логических элементов 2И в так называемое монтажное ИЛИ. Выходы логических элементов (m+1) и (в+2) соединены с управляющими цепями первого комплекта устройств ввода. Вторые входы rn логических .элементов И подключены к выходам третьего комплекта устройств 15 ввода, а вторые входы двух логических элементов (я+1) и (Ю+2) — к выходам реверсора 21. Управляющие цени реверсора объединены с управляющими цепями второго комплекта устройств ввода и выходами синхронного триггера 22. Входы реверсора, в свою очередь, объединены с управляющими цепями третьего комплекта устройств ввода и выходами преобразователя на пряжения. Каждая пара входов устройст ввода третьего комплекта связана с выходами транзисторных усилителей 5, относящихся к чувствительным элементам, смещенным друг относительно

180 друга на — геом.град. Вход С синр хронного триггера 22 объединен с од ноименными входами устройства запоминания и служит для приема цифровой информации в унитарном коде о требуемом перемещении ротора РВД и механически связанного с ним объекта регулирования. Информация о направлении принимается по входам 3, К синхронного триггера в виде уровней напряжения..процесс подмагничивания сердечника распространяется на все 21 чувствительных элемента.

При подключении устройства к источнику 23 постоянного напряжения преобразователь 12 напряжения формирует на своих выходах два переменных напряжения одинаковой прямоугольной формы и амплитуды, но находящихся в противофазе. С первого выхода переменное напряжение (напряжение синхронизацйи) поступает .на вход формирователей .импульсов чувствительных элементов Ц,...,В,„и на вход блока 8 эталонных импульсов, а с второго — на

35 вход формирователей импульсов чувствительных элементов Н,...,Н и на вход блока 11 эталонных импульсов ° в В силу однотипности построения фор-: мирователей импульсов подробно рас20 смотрим работу только одного из них, наприМер 4, Переменное напряжение, поступающее на вход транзистора 5, прикладывается к обмотке чувствительного элемента B . Вследствие диодной характеристики перехода базаэмиттер входной цепи транзистора напряжение на обмотке чувствительного элемента асимметрично. Положительная .полуволна напряжения ограничивается на уровне (9,0-0,8)В, в случае применения транзистора проводимости и-р-и а отрицательная — соответствует амплитуде выходного напряжения преобразователя напряжения. Поло35 жительной >7 H< напряжения на обмотке чувствительного элемента соответствует открытое состояние транзистора, а отрицательной - закрытое. Ток базы транзистора ограничивается балластным резистором

R<. Под действием приложенного напряжения сердечник чувствительного элемента перемагничивается по частному циклу петли гистерезиса. Вследствие асчмметричности напряжения

45 рабочим полупериодом является полупериод положительной полуволны напряжения (полупериод с меньшей амплитудой). В течение рабочего полупериода.изменение магнитного пото5О ка в теле, неподмагниченного сердечника составляет величину, равную

Работа РВД происходит следующим образом. . В исходном состоянии жестко сочлененная система роторов электрической машины и ДПР занимает произвольное угловое положение. Для определенности изложения предположим, что направление большей диагонали ромбовидного магнита ДПР совпадает с пазом, в котором расположен чувствительный элемент В1 и его магнитный поток ф», пронизывает сердечник чувствительного элемента. Параметры магнита В,Н,НВ о и его геометрия выбраны таким образом, что сердечник чувствительного элемента полностью насыщен в пределах поворота ротора

ДПР на Угол — 2 эл.град.

+ (360- дЧЪая.)

2 и от принятого исходного положения, здесь д(,,ой — угол запаса, необходимый для обеспечения устойчивой регулировки угловой длительности выходного сигнала формирователя им- .

360 пульсов в области эл.град. При

Al повороте ротора ДПР на большой угол степень насыщения сердечника линейно уменьшается и достигает нулевого значения при углах поворота, больших «+ 90 эл.град. Вследствие симметричности конструкции ДПР описанный

1 где U - приложенное к обмотке напряжение (0,8 S)1

Т, — период частоты переменного напряжения; сечение сердечника;

В - индукция насыщения.

В нерабочий полупериод сердечник возвращается в исходное магнитное состояние. Подвкагничивание сердечника по ;ем.ромбовидного магнита Р

1030929 Фр= 2 g5 фк

10

До тех пор, пока величина рабочего потока в теле сердечника превосходит по величине переменную составляющую магнитного потока

UT фр ) ь ф 2 ) серцеч ник перемагни чивается в течение положительной полуволны напряжения не наськцаясь .

Обмоточные данные чувствительного элемента выбраны таким(образом, что в пределах угла поворота ротора ДПР

360 -ь%зоп. « $ 90 эл.град. происходит

2 tel насыщение сердечника в процессе его перемагничивания положительной полуволной напряжения. Длительность перемагничивания tz является Функцией величины подмагничивающего поля Q ромбовидного магнита и определяется следующим соотношением .ХЬэ 9-Фи

О 2 аналогичные сигналы, смещенные по углу поворота индуктора РВД в соответствии с размещением чувствительных элементов и диэлектрической сбой ме. Например, для трехфазной якорной обмотки РВД выходные сигналы формирователей импульсов каждого комплекта имеют угловую ширину в 120 эл. град. и следуют поочередно один за другим при вращении ротора.

В зависимости от состояния уровней сигнала на управлякщнх входах первого комплекта устройств ввода, например, высокий уровень на входе В и низкий на входе Н, сигналы с выхода

Формирователей импульсов первого комплекта проходят на входы коммутатбра 16. Открывается соответствую щий транзисторный ключ и к секции 1 якорной обмотки прикладывает наЗ0 пряжение. От взаимодействия протекающего в секции обмотки тока с полем индуктора возникает вращающий момент, под действием которого ротор электрической машины поворачивается

35 в направлении "Вперед . При выходе из рабочего состояния одного формирователя импульсов в работу вступает другой и соответственно переключаются секции якорной обмотки, 40 обеспечивая непрерывное воздействие вращающего момента на ротор электрической машины. Первоначальной наст45 т

«50

65 ведет к уменьшению рабочего потока сердечника

За счет ромбовидной конфигурации магнита распределение. его индукции в пазах диэлектрической втулки близко к линейной зависимости ф„ = К (фиг.5a) и, следовательно, длительность перемагничивания сердечника чувствительного элемента является линейной функцией углового положения ротора ДПР. В момент насыщения сердечника, сопротивление обмотки резко уменьшается до величины омического, что.ведет к шунтировке перехода база-эмиттер транзистора и его запиранию. Следовательно, длительность открытого состояния транзистора равняется длительности перемагничивания сердечника. В пределах угла поворота ротора ДПР

3 60- Ь 9ъеп.

g(+

2 Иъ эл.град. от принятого исходного положения транзистор закры (=0 }, так как сердечник насыщен полностьюф ) 2В 5, а при углах

9 +90 эл. град. длительность открытого состояния транзистора составляет пол

Т периода t>-- -.

Таким образом, длительность нуле вых импульсов на выходе транзистора однозначно определяет угловое положение нндуктора РВД. На фиг.58 дана графическая интерпретация описанного процесса. Для преобразования высокочастотных импульсов в дискретно изменяющийся сигнал в схеме Формирователя импульсов предусмотрен компаратор импульсов по длительности, который сравнивает длительность нуле-, вых импульсов .с выхода транзисторов с длительностью импульсов блока. эталонных импульсов + .На выходе ком паратора формируется единичный сигнал при 6„ +9 и нулевой при „ - .Дли3 тельность этаибнных импульсов выбрана из условия получения единичного сигнала на выходе компаратора при повороте ротора РВД на угол+ — зл.град.

2в от принятого исходного положения (фиг. 5 ф, С ) . На выходах остальных

Формирователей импульсов формируются

1ройкой ДПР (поворотом обоймы с чув;ствитель ными элементами) достигается реализация максимального значения вращающего момента, развиваемого электрической машиной. При смене состояния уровней сигнала на управляющих входах первого комплекта устройств ввода запрещается передача сигналов, вырабатываемых комплектом чувствительных элементов Вперед, и одновременно разрешается передача сигналов, вырабатываемых комплектом чувствительных элементов "На-, зад . Происходит реверс направления вращения ротора электрической машины. Таким. способом достигается работа электрической машины в режиме обычного реверсивного вентильного двигателя, Органиэация шагового режима работы электрической машины происходит следукхцим образом.

Рассмотрим движение ротора электрической машины из принятого исход1030929

12.дРУга, например В,, и Н, . Переменное напряжение, передаваемое с выходов преобразователя напряжения на управляющие цепи устройств ввода третьего комплекта через балластные резисторы, синхронизирует работу последнего. При положительной полунолне синхронизирукщего напряжения (напряжения на первом выходе преобразователя напряжения) единичные им10 пульсы 4 с выхода Формирователей импульсов первого комплекта передаются на соответствующие выходы устройств ввода третьего комплекта, а при отрицательной полуволне синхро35 низирующего напряжения (положительной полунолне напряжения на втором выходе преобразователя напряжения) происходит передача единичных импульсов с выхода формирователей импульсов второго комплекта. В результате такой синхронизации произведена, во-первых, отстройка от ложных импульсов единичного уровня, формируемых на выходах транзисторов

5 при отрицательной полунолне напряжения на обмотке чувствительного элемента; во-вторых, на выходе каждого устройства нвода сформирована характеристика зависимости длительности импульсов в функции уг-. лоного положения ротора, однозначно определяющая положение ротора при повороте его на 360 эл.град. Графически характеристика представлена на фнг.5g.. Она имеет.нид ограниченЗз ной по амплитуде синусоиды. Введенное обозначение положительной и отрицательной длительности импульсов осуществлено условно, для графической интерпретации факта синхрониза40 ции импульсов на выходах устройств ввода третьего комплекта соответственно с положительной и отрицательной .полуволнами синхронизирующего напряжения.Семейство из характерис45. тик, формируемых на выходах устройств ввода третьего комплекта, представлено на фиг.б. Характеристики имеют одинаковую форму в силу однотипности построения каналов формирования, но смещены одна относительно другой на

360 эл.град., н соответствии с раси р положением чувствительных элементов ДПР.

С помощью логического устройства осуществляется выбор требуемой характеристики из условий исходного положения ротора электрической машины, а также заданного направления вращения и подключение выбранного

60 выхода к .Управляющим цепям устройств ввода первого комплекта. Исходное положение логическому устройству задано вторьм комплектом устройств ввода, а требуемое направление враного положенйя н направлении Вперед . В этом случае на вход у синхронного триггера 22 подается единичный уровень напряжения, а на вход К— нулевой. Данное состояние уровней напряжения появится на выходах триггера, соответственно, прямом и инверсном в момент прихода на вход С командного импульса на совершение шага в заданном направлении и оно сохранится до выполнения двух условий изменения состояния Э,. К входов триггера (подачи команды на. реверс) и прихода очередного командного импульса на совершение очередного шага, в обратном направлении. Выходными сигналами триггера координируется работа ренерсора 21 и второго комплекта устройств 14 ввода. Согласно выбранному направлению Вперед второй комплект устройств ввода передает выходные сигналы формирователей импульсов первого комилекта на информационные З входы устройства 17 запоминания, Так, единичный уровень напряжения с выхода формирователя 4 передается на первый вход З устройства запоминания а на остальные входы передается нулевой уровень напряжения. С приходом командного импульса на входы .С состояние 11 входов передается на выходы устройства запоминания н хранится там до прихода очередного командного импульса.

Выходньыи сигналами устройства запоминания осуществляется согласованный с угловым положением ротора- выбор выхода устройств ввода третьего комплекта. Единичный уровень напряжения с выхода первого ф-триггера устройства запоминания прикладывается к первому входу первого элемента совпадения логичес-! кого устройства 20. Подаваемые навторые входы схем совпадения импульсы с выходов третьего комплекта устройств ввода передаются на их выходы только первым элементом совпадения, так как на первых входах остальных элементов присутствует нулевой уровень напряжения.

Наибольшую функциональную нагрузку несет третий комплект устройст ввода, поэтому более подробно рас; смотрим его работу.

На каждую пару входов устройств ввода третьего комплекта подаются модулируемые по длительности импульсы с выхода каждой пары формирователей импульсов (c выхода тран"зисторов 5), образованной одним формирователем импульсов первого комплекта и формирователем им" ольсон второго комплекта, связь:,ныл с чувствительными элементами, смещенными на .геом.=nap,. друг относительно

Зб0

P щения реверсом. Так, импульсы с

13

1030929

l4 перво о выхода устройств ввода третьего комплекта через первый элемент совпадения поступают на первые входы двух элементов совпадения (m+1) и (m+2). На вторые входы этих элементов передаются реверсором положительные полуволны напряжения преобразователя напряжения ° Для заданного направления Вперед импульсы на втором входе элемента совпадения (н1+1) синфазны с положительной полуволной синхронизнрующего напряжения, а на втором входе элемента совпадения ()И+2) — с отрицательной полуволной. В принятом исходном положении импульсы на первом !5 выходе устройств ввода третьего Ком-, плекта синфазны с положительной полуволной синхронизирующего напряжения и поэтому передаются с входа элемента совпадения (>+1) на управ- 2О ляющую цепь Ь устройств ввода первого комплекта. В такт с этими импульсами устройства ввода первого комплекта передают сигналы с выхода формирователей импульсов комплекта Вперед на входы коммутатора.

Единичный уровень С выхода формирователя 4 передается на вход коммутатора, который подключает секцию

Т к источнику постоянного напряжения.

Среднее значение пульсирующего на ЗО пряже ния, прикладываемого к секции, прямо пропорционально относительной длительности 4>/Т импульсов на соответствующем выходе третьего комплекта устройств ввода. 35

За счет взаимодействия протекающего в секции якорной обмотки тока с полем индуктора ротор электрической машины начинает поворачиваться в направление Вперед . При пово- 40

360 роте ротора на угол

2рю геометрических градусов происходит переключение одиничных уровней напряжения на выходах формирователей импульсов и соответствующее переключение секций якорной обмотки. Секция I отключается, а секция !( развивающая большой вращающий момент, включается в работу. Если в этот момент не будет подан командный импульс на совершение очередного шага, то состояние устройства запоминания не изменяется и к управляющей цепи Вперед остается подключенным первый выход устройств ввода. третьего комплекта (фиг,6). Дальнейшее движение ротора уже происходит при уменьшении длительности импульсов на управляющей цепи устройств ввода первого комплекта и, следовательно, 60 с пропорциональным длительности снижением среднего значения напряжения, прикладываемого к секции якорной обмотки. Скорость поворота ротора электрической машины замедляется.

При повороте ротора на — эл.град.

2р и от исходного положения среднее значение прикладываемого к секции ll напряжения становится равным нулю.

Если в этом положении скорость поворота ротора не снизилась до нулевого значения, то за счет инерционности ротора происходит дальнейший поворот ротора, но уже при воздействии на ротор тормозного вращающего момента.При смещении ротора

360 на угол, больший геом,град. на

2р первом выходе устройств ввода третьего комплекта появляются расширяющиеся по длительности импульсы, в такт с отрицательной полуволной синхронизирующего напряжения, и поэтому они передаются элементом совпадения (m+2) на управляющую цепь Назад устройств ввода первого комплекта.

В такт с импульсами на управляющей цепи выходы формирователей импульсов второго. комплекта подключаются к входам коммутатора> обеспечивая периодическое отпирание транзисторного ключа. Через открытый ключ к соответствующей секции якорной обмотки прикладывается пульсирующее напряжение постоянного тока. Протекающий в секции ток, взаимодействующий с полем индуктора, создает электромагнитный момент, действующий на ротор электрической машины в направлении Назад . Ротор эффективно тормозится, а затем начинает повора-; чиваться в направление Назад .

При достижении углового положения

2р геометрических градусов среднее зна-. чение напряжения на.. секции якорной обмотки вновь снижается до нулевого значения. Если и в этом случае скорость поворота будет отлична от нулевого значения, то вновь произойдет переключение цепей управления первого комплекта устройств ввода. Так как данная структура принципиально устойчива, то через несколько (2-3) колебаний ротор успокоится в устойчивом состоянии. Электрическая машина может находиться в занимаемом устойчивом положении неограниченное время с минимальным энергопитанием, определяемым моментом трения, Если на ротор будут воздействовать активные возмущающие моменты, то он будет отклоняться от занимаемого положения на

360 некоторый угол (меньший геом.

2р Ю град). Возникающий при смещении ротора вращающий момент будет полностью компенсировать возмущающие воздействия. Подавая командные импульсы, можно совершать неограниченное количество шагов в заданном направле15

1030929 нни. При необходимости реверса направле ия перемещения достаточно . сменить уровни напряжения на J

K-входах синхронного триггера и подать командный импульс на входы G синхронного триггера и устройства запоминания для совершения шага в обратном направлении, Работа устройства происходит аналогично описанному, с той лишь разницей, что второй комплект уствойств ввода передает выходные сигналы .второго комплекта формирователей импульсов на информационные входы устройства запоминания, а реверсор реверсирует синхроиизирукщие импульсы на вторьвс входах элементов совпадения (в+1) и (vn+2) .

Графическая интерпретация реверса РВД после совершения трех шагов Вперед представлена на фиг.б.

Длина первого шага зависит от исходного положения ротора и может при.нимать значения в пределах

90(Е-2) 9О(вне) ф (ю ей а последукщих шагов неизменна и равна геом.град. Изменением числа.

360 ,mP секций якорной обмотки и числа пар полюсов индуктора можно создавать электродвигатели с требуемой ценой совершаемого шага.

Для совершенкя ускоренных перемещений объекта, например для возврата в исходное положение, РВД может быть переведен в режим работы обычного реверсивного вентильного двигателя. Реализация указанного режима..достигается подачей высокочастотных импульсов иа объединенные входы 6 синхронного триггера и уст- ройства запоминания. B этом случае будет происходить вращение ротора электрической машины без фиксации шагов. В принципе реализация ускоренных перемещений наиболее удобно достигается за счет непосредственного воздействия на управляющие цепи первого комплекта устройств ввода.

Максимальный вращающий момент

РВД зависит от величины прикладываемого к секции напряжения постоянного тока. Пульсирующий характер последнего несколько снижает эффективность коэффициента использования электрической машины. Ппи создании,быстроходных систем регулирования это ограничение легко устраняется за счет включения расширителей импульсов между выходами элементов совпадения (в+1) и (а+2) и управляющими цепями первого комплекта устройств ввода.

Предлагаемый РВД, органично сочетая свойства электродвигателя постоянного тока с шаговым, обладает ши10 рокой универсальностью; может применяться для построения высоконадежных бесконтактных a экономичных систем электропривода, как с аналоговыми, так и с числовыми системами

15 обработки информации. Достигнуто минимальное энергопотребление электродвигателя в шаговом режиме работы за счет фиксации шага синхронизирунх4им моментом, вырабаты2О ваемьае по линейно изменяющимся сигналам ДПР.

Предлагаемый двигатель позволяет разрабатывать быстродейотвие сис темы электроприводов высокой точности, обеспечивая максимальную производительность рабочего механизма.

Высокая точность достигается шаговой отработкой финишных отрезков перемещения объекта, а высокая произЗО водительность.- ускоренньваи перемещениями в режиме обычного вентильного двигателя. Кроме того, с целью повьиаения надежности и срока службы рабочего механизма можно сформироЗэ вать оптимальные траектории ускорений и замедлений ротора РВД при шаговой отработке перемещений объекта за счет введения расширителей импульсов и корректирующих элементов.

40 Экономически целесообразно использовать РВД в автоматизированных системах с числовой обработкой информации-, например, s устройствах числового программного управления

4g металлорежущими станками вместо применяемых щаговых двигателей типа РШД.

За счет повышения производительности станков ожидается существенный экономический эффект. Наиболее целесообразно применять данные РВД в кос-монавтике, где решающими факторами выбора являютея надежность, максимальный КПД, минимальный вес и широкие функциональные воэможности, как наиболее Полно удовлетворякщие as» известных всем этим. требованиям.

1030929

1030929

Фиг.E

1030929

103092Я

Составитель A.Ñàíòàëîâ

Техред Т.йаточка . Корректор Л.вокшан

Редактор T.Êèñåëåâà

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, Ул. Проектная, 4

Заказ 5230/55 Тираж 687 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5