Вентильный электродвигатель (его варианты)

 

Изобретение позволяет упростить конструкцию электродвигателя (Э). Э содержит электрическую машину с двухфазной обмоткой якоря и вращающимся индуктором. Обмотка якоря сое- .динена с преобразователем частоты, управляющие входы которых связаны с выходами фазовращателя. Фазовращатель (Ф) содержит две роторные пластины и одну статорную. Роторные пластины укреплены на валу дни-, гателя со сдвигом на 90. Две съемные пластины Ф охватывают роторные пластины. Статорная пластина Ф разделена на четыре сектора, два противолежащих из которых электрически объединены и подключены к первому выходу источника двухфазиого высокочастотного напряжения, второй и дополнительный выходы которого подключены к двум другим секторам статорной пластины. Съемные пластины Ф подключены к управляющим входам преобразователя частоты. За счет такого выполнения Ф достигается поставленная задача, поскольку|йсдключаются сложные и дорогостоящие элементы - аналоговые запоминающие устройства и два аналоговых элемента умножения . 2 с.п. и 2 з.п. ф-лы,10 ип. (П

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК,,SU„, 1221699 A

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ц ":1.Ä /

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,"„ „;,„" . 8 (54) ВЕНТИЛЬНЫИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ . (ЕГО ВАРИАНТЫ) .(57) Изобретение позволяет упростить конструкцию электродвигателя (Э).

Э содержит электрическую машину с двухфазной обмоткой якоря и вращаю:щимся индуктором. Обмотка якоря сое динена с преобразователем частоты, управляющие входы которых связаны

M АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3778049/24-07 (22) 08.08.84 (46) 30.03.86. Бюл. Ф 12 (71) Белорусский ордена Трудового

Красного Знамени государственный университет им. В.И.Ленина (72) Д.Д.Димитрова, Д.Ц.Димитров (БС), Л.И.Матюхина и А.С.Михалев (53) 621.313.13.014.2:621. 382(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 464044, кл. Н 02 К.29/02, 1975.

Авторское свидетельство СССР

9 964882, кл. H 02 К 29/02, 1982. с выходами фазовращателя. Фазовращатель (Ф) содержит две роторные пластины и одну статориую. Роторные пластины укреплены на валу дви-, гателя со сдвигом на 90 . Две съемные пластины Ф охватывают роторные пластины. Статорная пластина Ф разделена на четыре сектора, два противолежащих из которых электрически объединены и подключены к первому выходу источника двухфазного высокочастотного напряжения, второй и дополнительный выходы которого подключены к двум другим секторам статорной пластины. Съемные пластины

Ф подключены к управляющим входам преобразователя частоты. 3а счет такого выполнения Ф достигается поставленная задача, поскольку исключаI ются сложные и дорогостоящие элемен- ты — аналоговые запоминающие устройства и два аналоговых элемента умножения. 2 с.п; и 2 з.п. ф-лы,!О ил.

1 1

- Изобретение относится к электротехнике, а именно к исполнительным электродвигателям систем автомати" ческога управления.

Цель изобретения — упрощение конструкции электродвигателя, На фиг. 1 изображена структурная схема вентильного электродвигателя в варианте для двухфазной машины, на фиг. 2 — питающая статорная пластина для машины с одной парой полюсов (условно показаны напряжения, питающие ее секторы); на фиг. 3— электрическая схема питания фазовращателя; на фиг. 4 — вариант реализации фазовращателя для двухфазной и двухполюсной машины; на фиг. 5 взаимное расположение пластин ротора и статора фазовращателя для трехфазного двигателя; на фиг. 6— пластины ротора фазовращателя, на фиг; 7 — выходные характеристики

Y (g) и (о() предлагаемого фазовращателя (лйнией (показана характеристика вход-выход известного фазовращателя); на фиг. 8 — принципиальная схема блока вьщеления фазового сдвига сигналов, на фиг. 9 — принципиальная схема блоков реверса знака; на фиг. 10 — зпюры напряжений (1, 7 з (1 0 Цц Ц) (113 соответствующих блоков.

В соответствии с первым вариантом электродвигатель содержит генератор 1 импульсов высокой частоты, который через счетчик 2, выполняющий роль делителя частоты, подключен на вход формирователя 3 синусоидальных напряжений. С выхода фор,мирователя 3 напряжения поступают на секторы статорной питающей пластины фазовращателя 4, укрепленного на валу синхронной машины.

221699 2!

Выходы фазовращателя, на которых образуются напряжения U „,„, Us „ (фиг. 10), подключены к управляющим входам преобразователя частоты через детекторы 5-7 пересечения сигналом нулевого уровня (выходные сигналы детекторов формируются в соответствии с уровнями дискретной логики) и блоки 8 и 9 выделения фазовых сдвигов выходных напряжений фазовращателя относительно опорного. Каждый из блоков 8 и 9 (фиг. 8)состоит из двух схем, первая из которых (Р„ ) выделяет временной интервал, пропорциональный фазовому сдвигу, а вторая

55 (D ) определяет, какая из двух входных последовательностей импульсов является опережающей, Таким образом, выходной сигнал схемы D можно интерпретировать как знак фазового расстояния, вьщеленного схемой Э,1.

К выходам схем 10 и 11 реверса знака фазового сдвига, которые работают в соответствии с логическим уравнением. вупи если U > О ""ю(н) Qs ignis (t) если U а 0

М подключены входы преобразователей

12 и 13 частоты. Реле 14 реверса служит для выделения знака управляющего сигнала. Вторые входы схем 10 и 11 связаны с выходом реле 14 реверса и— могут быть выполнены, как показано на фиг. 9. Секции 15 и 16 обмотки якоря синхронной машины 17 подключены к выходам преобразователей 12 и 13 частоты.

В соответствии с вторым вариантом (для трехфазного двигателя) схема содержит еще один выход фаэовращателя, на котором формируется напряжение U,, и дополнительный канал, Ьыхз состоящий из блоков, аналогичных блокам двухфазного электродвигателя (детектора блока выделения фазового сдвига и схем реверса знака фаэового сдвига), и формирующий сигналы

)р 1 и sign У в соответствии с описанными для двухфазной машины законами. Напряжение Uz„ с третьего выхода фазовращателя через укаэанный канал выделения сигналов 1 ) и зх п Ч связан с управляющими входами третьего преобразователя частоты, к выходу которого подключена третья секция статора.

Вентильный электродвигатель работает следующим образом.

Счетчик 2 выполняет функции делителя частоты импульсов. Формирователь 3 синусоидальных напряжений вырабатывает. опорное напряжение U» которое подключено к двум противолежащим секторам питающей пластины фазовращателя 4 (фиг. 2), и два противофазных напряжения U„ и U, квадратурных относительно напряжения и питающих два других противолежащих сектора.

Роторные пластины находятся на минимальном расстоянии от пластин питающего статора, параллельны им, 1221699 4 перекрывают их поочередно в зависимости от угла поворота ротора и выполнены иэ материала с высокой диэлектрической проницаемостью.

Для двухфазной машины с одной парой полюсов на роторе можно выполнить фазовращатель, как показано ,,на фиг. 4, .где обозначены питающая статорная пластина 18, по обе стороны которой расположены два ротора !

9 и 20, оси симметрии которых сдвинуты в пространстве на 90 . Выходные напряжения снимаются с двух неподвижным съемных пластин 21 и 22, которые охватывают роторные.

Формирователь 3 синусоидальных напряжений (фиг. 3)содержит фильтр

23 первой гармоники, интегратор 24 и инвертор 25, выполненные, например, на операционных усилителях.

Фазовые сдвиги р и выходных напряжений фазовращателя относительно опорного напряжения U являются периодическими функциями угла поворота a(ротора двигателя. Конкретный вид этих периодических функций P„(N) и г (о1,) выбирается в зависимости от формы и размеров роторных и статорных пластин фазовращателя °

Поскольку принцип действия.датчика не отличается от принципа действия емкостного фазовращателя, основанного на изменении емкостей между ротором и каждой из пластин питающего статора вследствие изменения площади перекрытия пластин статора . ротором, то для получения нужных форм статорных и роторных пластин, обеспечивающих желаемый вид функций (Ы), следует использовать известные соотношения, адаптировав их к числу фаз питающего напряжения и числу секторов на питающем статоре.

На фиг. 7 вид функций V„(a) и у (о() выбран гармоническим, а необходимый сдвиг между ними обеспечивается благодаря пространственному сдвигу роторных пластин.

Число пластин на питающем статоре подчиняется общим закономерностям, определяющим число сигнальных секторов датчика положения ротора в зависимости от числа пар полюсов ротора двигателя.

Для трехфазной машины (второй вариант) нужны три функции типа Р1,о ) на фиг. 7, сдвинутые между собой на

120 эл.град. Их можно получить, используя взаимодействие трех роторных

15 пластин, сдвинутых между собой в пространстве на !20 с пластинами питающего статора, запитанного так, как показано на фиг. 2.

Одно из возможных технических решений этой задачи представлено на фиг. 5, где показано взаимное расположение питающего статора 18 и ротора 19, жестко закрепленного на валу двигателя. Ротор 19 представляет собой три пластины, изолированные друг от друга и расположенные со сдвигом в пространстве на !20 (крепление ро1 тора к валу не показано). Форма этих пластин выбирается в соответствии с видом выходной характеристики фазовращателя.

С целью уменьшения наводок и бесконтактного снятия выходного сигнала фазовращателя он снабжен еще одним ротором !20), расположенным на том же валу на небольшом расстоянии от ротора 19, и съемным статором 21.

Пластины ротора 20 (фиг. 6), представляют собой концентрические круговые кольца одинаковой площади, каждое из которых электрически соединено с одной из пластин ротора 19.

Конструкция статора 21 аналогична конструкции ротора 20. Статор 21 и ротор 20 расположены соосно.

Выходные сигналы фазовращателя снимаются с колец статора 21 и измеряются относительносхемной ".земли".

Фаэовые сдвиги „,, выход-,. а з ных напряжений фазовращателя относи4 тельно опорного напряжения О, являются периодическими функциями угла поворота о вала двигателя.

Временные интервалы, соотвЕтст40 вующие фаэовым сдвигам P P Ч

1% %Э 3 Э выделяются одним из описанных способов и через преобразователи часто ты осуществляют широтно-импульсную модуляцию напряжений на статорных

45 обмотках синхронной машины по гармоническим законам, необходимым для получения плавно вращающегося магнитного поля.

Реверс электродвигателя осуще50 ствляется по сигналам реле 14 реверса, которое выделяет знак signU управляющего напряжения U При срабатывании реле инвертирует знаки! ,широтно-модулированных импульсов

55 1,1 р,! и 1Ч,1, поступающих на входы преобразователей частоты, ы тем саум осуществляется инвер1ирование напряжения на обмотках

1221699 двигателя, т.е. последний реверсируется.

Модуль У„ используется для управления абсолютной величиной скорости вращения по одному из извест ных способов, например по способу двойной широтно-импульсной модуляции фазных напряжений.

Таким образом, описанное выполнение фазовращателя (добавление одной роторной и одной статорной пластин) позволяет упростить электродвигатель путем исключения сложных и дорогостоящих элементов — двух аналоговых запоминающих устройств и двух аналоговых элементов умножения. Кроме того, вместо двух сложных в реализации реверсивных широтно-импульсных модуляторов, можно использовать более простые нереверсивные модуляторы. Вместе с тем датчик дает возможность легко построить схему управления трехфазным двигателем, изменяя только форму роторной пластины фазовращателя.

Характеристики предлагаемого вентильного электродвигателя по сравнению с известным более стабильны, так как в нем.использованы лишь дискретные элементы.

Вентильный электродвигатель может быть эффективно использован в качестве исполнительного элемента в автоматических системах самого различного назначения при высоких требованиях к пульсациям вращающего момента, массогабаритным характеристикам и надежности.

Формула изобретения

1. Вентильный электродвигатель, содержащий электрическую машину с двухфазной обмоткой якоря и вращающимся индуктором, преобразователи частоты, к выходам которых подключена двухфазная обмотка якоря, управляющие входы преобразователей частоты связаны с двумя выходами фазовращателя, установленного на валу электрической машины, и источник двухфазного высокочастотного напряжения, связанный первым и вторым выходами с входами фаэовращателя, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью упрощения двигателя, он дополнитель но снабжен первым и вторым измери5

55 телями временных интервалов, соответствующих фазовым сдвигам выходных сигналов фазовращателя относительно напряжения первого:выхода источника двухфазного высокочастотного напряжения, последний снабжен дополнительным выходом с напряжением той же частоты, противофазным напряжению первого выхода указанного источника, а фазовращатель содержит питающую статорную пластину, две роторные пластины, укрепленные на валу двигателя по обе сторонй от питающей пластины о со сдвигом в пространстве в 90 и две съемные неподвижные пластины, охватывающие роторные пластины, питающая статорная пластина разделена на четыре сектора, два противолежащих из которых электрически объединены и подключены к первому выходу источника двухфазного высокочастотного напряжения, второй и дополнительный выходы которого подключены соответственно к двум другим секторам питающей статорной пластины фазовращателя, съемные пластины которого подключены к управляющим входам преобразователя частоты через указанные измерители временных интервалов, 2. Электродвигатель по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен реле реверса и блоками реверса знака выделенного временного интервала, включенными между выходами измерителей временных интервалов и входами преобразователей частоты, вторые входы блоков реверса объедиНены и подключены к выходу реле реверса.

3. Вентильный электродвигатель, содержащий электрическую машину с обмоткой якоря и вращающимся индуктором, преобразователи частоты, к выходам которых подключены фазы обмотки якоря, управляющие входы преобразователей частоты связаны с выходами фазовращателя, установленного на валу электрической машины, и источник трехфазного высокочастотного напряжения, связанный выходами,с входами фазовращателя, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью упрощения электродвигателя, он снабжен дополнительно тремя измерителями временных интервалов, соответствующих фазовым сдвигам выходных сигналов фазовращателя относительно

12216

15

20 напряжения первого выхода источника высокочастотного напряжения, снабженного вторым выходом, напряжение с которого находится в противофазе с напряжением первого выхода, электрическая машина имеет трехфазную обмотку якоря, причем три преобразователя частоты, к выходам которых подключена трехфазная обмотка якоря, управляющими входами связаны с тремя выходами фазовращателя, установленного на валу электрической машины и снабженного питающей статорной пластиной, первым и вторым роторами, укрепленными на валу двигателя, первый ротор выполнен в виде трех ,одинаковых пластин,. расположенных о со сдвигом в пространстве на 120 и против питающей статорной пластины, а пластины второго ротора выполнены в виде трех концентрических круговых колец, каждое из которых

99 электрически объединено с одной из пластин первого ротора и съемным статором, конструкция которого аналогична конструкции второго ротора и располагается соосно с ним, а каждое из трех колец второго ротора электрически связано с одним из трех выходов фазовращателя, каждый из выходов фаэовращателя подключен к управляющему входу одного иэ преобразователей частоты через указанный измеритель временного интервала.

4. Электродвигатель по п. 3, отличающийся тем, что он снабжен реле реверса и блоками реверса знака выделенного временного интервала, включенными между выходами измерителей временных интервалов и входами преобразователей частоты, вторые входы блоков реверса объединены и подключены к выходу реле реверса.

122!699

Фиг. 3

1221699

Фиг. 3

1221699

Si fn

Составитель А.Санталов

Редактор А.Огар Техред О.Сопко КорректоР М.Демчик, Заказ 1618/57 Тираж .631 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал EHI "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4