Управляемый вентильный электродвигатель

 

1. УПРАВЛЯЕМЫЙ ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, содержащий ротор, статор с обмоткой и усилители мощности фаз обмотки, выход каждого из которых соединен с первым вьшодом одной из фаз обмотки якоря, о т л .ичающийся тем, что, с целью улучшения массогабаритных показателей , в него введены операционные усилители по числу фаз обмотки, неинвертирующий вход каждого из которых соединен с первым выводом соответствующей фазы обмотки, инвертирующий вход подключен к второму вьшоду той же фазы, а выход - к входу соответствующего усилителя мощности. W с -т

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

ОВВЛМЙ

РЕСПУБЛИН

ЗШ Н 02 К 29/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ и

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3510720/24-07 (22) 12. 11.82 (46) 07.08.84. Бюл. }} 29 (72) В.Т.Грищенков (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт электромашиностроения (53) 621.313.13.014.2:721.382(088.8) (56) 1. Овчинников И.Е..- Лебедев Н.И.

Бесконтактные двигатели постоянного тока. Л., "Наука", 1979, с. 231.

2. Хрущев В.В. Электрические микромашины автоматических устройств.

Л., "Энергия", 1976, с. 323.

3. Патент США }} 3622831, кл. 318-138, 197! .

„SU, 1107225 А (54) (57) 1. УПРАВЛЯЕИЬ}И ВЕНТИЛЬНЫЙ

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, содержащий ротор, статор с обмоткой и усилители мощности фаз обмотки, выход каждого из которых соединен с первым выводом од ной из фаз обмотки якоря, о т л,ич а ю шийся тем, что, с целью улучшения массогабаритных показателей, в него введены операционные усилители по числу фаз обмотки, неинвертирующий вход каждого из которых eo"" единен с первым выводом соответствующей фазы обмотки, инвертирующий вход подключен к второму выводу той же фазы, а выход — к входу соответствующего усилителя мощности.

2. Электродвигатель по и. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения стабильности частоты вращения, каждый усилитель мощности!

07225 снабжен входом регулирования коэффициента усиления, к которому подключен выход соответствующего операционного усилителя.

Изобретение относится к электрическим машинам и может быть нспользовано, например, при создании низкоскоростных вентильных микродвигателей, для высококачественной аппаратуры магйитной записи и звуковоспроизведения.

Известны вентильные электродвигатели, содержащие m-фазную обмотку на стаr0pe, ротор с индуктором, датчик щ положения ротора дискретного типа, полупроводниковый коммутатор и тахогенератор 1 1.

Недостатком этих двигателей является. низкая равномерность BpBtgBHHH, Известны вентильные электродвигатели с аналоговыми датчиками положения ротора типа сельсин, вращающийся трансформатор или микросин, имеющие повышенную равномерность вращения $2 3.

Недостатком данных электродвигателей являются ухудшенные массогабаритные показатели и высокая стоимость механической части. 25

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является вентильный электродвигатель, содержащий на статоре

m-фазную якорную обмотку и m-фазную обмотку тахогенератора. При этом выводы фаз обмотки тахогенератора соединены с входами соответствующих усилителей, выходы которых подключены к соответствующим фазам якорной обмотки (3 J.

Недостатками известного двигателя являются низкие массогабаритные показатели и сложность электромеханичес. кой части.

Цель изобретения — улучшение массогабаритных показателей и упрощение.

Указанная цель достигается тем, что управляемый вентильный электродвигатель, содержащий ротор с нндукто-4 ром, статор с обмоткой и усилители

2 мощности по числу фаз обмотки, выход каждого из которых соединен с первым выводом соответствующей фазы, снабжен операционными усилителями по числу фаз обмотки, неинвертирующий вход каждого иэ которых соединен с первым выводом соответствующей фазы обмотки, инвертирующий вход подключен к второму выводу той же фазы, а выход— к входу соответствующего усилителя мощности.

Кроме того, для повышения стабильности частоты вращения двигателя, каждый усилитель мощности снабжен входом регулирования коэффициента усиления, к которому подключен выход соответс чвующего операционного усилителя.

На чертеже представлена принципиальная схема двигателя с двухфазной обмоткой на статоре.

Фазы 1 и 2 обмотки размещены в расточке двигателя таким образом, что их магнитные оси пересекаются под углом 90 эл.град. Индуктор выполнен в виде постоянного магнита 3.

Вывод 4 фазы 1 подключен к выходу усилителя 5 мощности и к неинвертирующему входу операционного усилителя 6. Аналогично вывод 7 фазы 2 подключен к выходу усилителя 8 мощности и к неинвертирующему входу операционного усилителя 9. Инвертирующие входы операционных усилителей 6 и 9 соединены соответственно с выводом 10 фазы и выводом 11 фазы 2. Выход операционного усилителя

6 подключен к входу 12 и входу 13 регулирования коэффициента усиления усилителя 5 мощности, а выход операционного усилителя 9 соединен с входом 14 и с входом 15 регулирования коэффициента усиления усилителя 8 мощности. Двигатель содержит также пуско-, вое устройство, выполненное в приведенном примере по типу известных дат1!07225

U= +iR

dt (2) где в левой части — разность величИн, первая из которых пропорциональна приложенному к фазе напряжению, а вторая пропорциональна току. Результат пропорционален ЭДС вращения двигателя.

Таким образом, на неинвертирующий вход каждого операционного усилителя поступает сигнал, пропорциональный приложенному к соответствующей фазе напряжению, а на инвертирующий — сигнал, пропорциональный току фазы. При этом с выхода операционного усилителя сигнал, пропорциональный ЭДС вращения фазы, поступает на вход соответВНИИПИ Заказ 5772/39 Тираж 667 Подписное

Филиал ППП "Паташт" ° г. Ужгород, ул.Проектная,4 чиков 16 положения ротора на фотон светодиодах н содержащее электронный ключ 17, вход которого соединен с выходом операционного усилителя 9.

Двигатель работает следующим образом.

Электромагнитные процессы в контуре с током, в данном случае в фазе обмотки, описываются дифференциальным уравнением где U, i — соответствующие мгновенные значения приложенного к фазе напряжения и протека" ющего по ней тока; !! — потокосцепление;

R — - активное сопротивление фазы.

В общем случае d4/dt представляет собой сумму трансформаторной ЭДС, обусловленной. наличием индуктивности, и ЭДС вращения, наводимой в фазе потоком индуктора. В низкоскоростных вентильных микродвигателях, особенно, с беспазовой конструкцией статора, трансформаторная ЭДС составляет лишь доли процента от ЭДС вращения. Тогда уравнение (!) можно переписать в виде где 6 — мгновенное значение ЭДС вращения.

Поделив выражение (2) íà R, имеем уравнение, удобное для описания работы двигателя

0 ° В р

R R ствующего усилителя мощности-, который усиливая и инвертируя входной сигнал, подает его на обмотку в противофазе с ЭДС, чем обеспечивается позиционная обратная связь по положению и возникновению однонаправленного электромагнитного момента на валу двигателя.

Коэффициенты усиления усилителей 5 и 8 мощности устанавливаются по входам !

О

13 и 1 5 соответственно. На входы 13 и 15 поступают сигналы с выходов соответствующих операционных усилителей

6 и 9 и сравниваются с напряжением управления U . Если, например, увели-!

5 чивается нагрузка на валу машины, то на инвертирующих .входах операционных усилителей 6 и 9 увеличиваются значения сигналов i. Тогда подают значения их выходных напряжений. Сигнал отрица20 тельной обратной связи на входах 13 и 15 уменьшается, что приводит к увеличению выходного напряжения усилителей . 5 и 8 мощности. Прн этом коэффициент передачи усилителей мощности устанав21 ливается таким, что они при любых условиях повторяют форму входного сигнала, т.е. выдают синусоидальную форму напряжения на фазы двигателя, благодаря чему ток фазы также синусоида30 „,„.

Автоматический пуск двигателя обеспечивается с помощью пускового устройства, представляющего собой известный фотодатчик 16 положения ротора и вклю3$ ченный последовательно с ним электронный ключ 7. При появлении ЭДС, т.е. напряжения на выходе операционного усилителя 9, электронный ключ 17 запирается, отключая датчик 16 поло40 жения от источника питания, что улучшает энергетику микродвигателя, поскольку, как правило, для машин мощностью в доли ватта потери в датчике положения составляют значительную

45 часть суммарных потерь в двигателе.

В предлагаемом электродвигателе на 5-1ОХ уменьшается масса за счет исключения тахогенератора, в 2-3 раза уменьшается коэффициент неравноSO мерности вращения за счет питания якорной обмотки синусоидальным током, на 10-207 увеличивается КПД за счет отключения цепи питания датчика положения ротора при вращении,