Вентильный электродвигатель

 

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в вентильных электроприводах авиационных механизмов. Целью изобретения является улучшение массогабаритных показателей. Вентильный электроm: ,j fctui fc (Л - :Й ч |« 1 I §1 чибстдитеА ны1} люп ФС-ферпирооопа/ь сигнат

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК !

„.SU,„, 125 461 (58 4 Н 02 Р 6/02, Н 02 К 29/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ /"

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ъ| ф Фа ф

Ъ ъЪ ф

1ф (21) 3738892/24-07 (22) 15.05.84 (46) 23.09.86. Бюл. В 35 (71) Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетический институт (72) А.А.Иванов, В.К.Лозенко и О.Н.Рублева (53) 621.313.292.83 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 547038, кл. Н 02 К 29/02, 1975.

Овчинников И.В., Лебедев Н.И. Бесконтактные двигатели постоянного тока. — Л.: Наука, 1979, с. 247-249 ° (54) ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в вентильных электроприводах авиационных механизмов. Целью изобретения является улучшение массогабаритных показателей. Вентильный электро1 2 59461

30 цвигатель содержит эл. машину 1 с числом пар полюсов р и ))« -секционной обмоткой. 2 якоря, получающей питание от двухполупериопного преобразователя час,таты (ПЧ) 3 с 2 m ключами и и) Диодами коммутацйонного тока, встречно шунтирующими каждый иэ )м ключей одной иэ групп, например анод- ной 4 ПЧ, управляемого по сигналам с датчика 5 положения ротора через блок б формирования сигналов управления, Сигналы на нечетных и четных . выходах последнего имеют фазовый сдвиг один относительно другого.на угол ))/ mp по кольцевой схеме и угловую длительность 2)) /Np q «/p, уп1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в вентильных электроприводах, например в вентильных электроприводах авиационных механизмов °

Цель изобретения — улучшение массогабаритных показателей.

На фиг. 1 изображена блок-схема вентильного электродвигателя; на фиг. 2 " функциональная схема вентильнога электродвигателя с трехсекционной обмоткой якоря и трехканальным датчиком положения ротора; на фиг. 3 — то же, с трехсекционной обмоткой якоря и шестиканальным датчиком положения ротора; на фиг. 4 — расположение чувствительных элементов шестиканального датчика положения ротора и датчика длительности коммутационного интервала; на фиг. 5 — функциональная схема датчика длительности коммутационного интервала; на фиг. 6 а,6,6 — диаграм— мы напряжений в узлах блок-схемы при. различных значениях угловой длительности задержки переднего фронта входного сигнала, на фиг. 7 — то же, в узлах функциональной схемы фиг.2; на фиг. 8 — то же, в узлах функциональных схем фиг. 3 и 5 °

Ве нт ильный электродвигат ель (фиг ° 1) содержит электрическую ма— шину 1 с числом пар полюсов р и m— равляющие входы 11 и 9 соответственна ))) -канального коммутатора 10 и

m-канального функционального преобразователя 8 объединены с выходом

12 датчика 7 длительности коммутационного интервала, а их выходы связаны соответственно с ключами катадной 19 и аноднай 4 групп.ПЧ..

Обеспечение rn -канальным функциональ ным преобразователем 8 определенной функциональной характеристики позволяет исключить одну иэ групп (анодную или катодную) вентилей обратного моста ПЧ, чем достигается уменьшение массогабаритных показателей.

8 ил.

2 секционной обмоткой 2 якоря, подключенной к выходу двухпалупериодного преобразователя 3 частоты с 2 а ключами и и диодами коммутационного тока, встречна шунтирующими каждый из

tn ключей одной группы, например анодной 4, преобразователя 3 частоты, датчик 5 положения ротора, и выходов которого связаны с входами 2 m клю1О чей преобразователя 3 частоты через блок б формирования сигналов управления, сигналы на нечетных и четных выходах которого имеют фазовый сдвиг один относительно другого на угол

15 «/)«)р по кольцевой схеме и угловую длительность 2«/t)) p ф ))/р, датчик 17 длительности коммутационного интервала,rn -канальный функциональный преобразователь 8 с управляющим входом

9 и выходной характеристикой в каждом i --м канале, „S где 1,(ж) — вхоцной сигнал;

Ы вЂ” угол поворота индуктора, () -1) 2))/rnp a () -1) 2))/)))p ; о, — угловая длительность сигнала с датчика 7 длительности коммутационного интервала;

К = 1 К, — угловая длительность задержки переднего фронта входного сигнала 1; (М), 1 259461

40

0 < " s 1 дробное число « (< « — символ операции логического сложения, и m -канальный коммутатор 10, управляющий вход 11 которого объединен с управляющим входом 9 функционального преобразователя 8 и подключен к выходу 12 датчика 7 длительности коммутационного интервала. Каждый четный i -и 13 и нечетный k -й 14 выходы блока 6 формирования сигналов управления подключены соответственно к i -му входу 15 функционального преобразователя 8 и к k -му входу 16 коммутатора 10; k -й выход

17 которого подключен к входу k --го ключа 18 катодной группы 19 преобразователя 3 частоты, -й выход 20 функционального преобразователя 8 подключен к входу -го ключа 21 анод ной группы 4 преобразователя 3.

Вентильный электродвигатель (фиг. 2) содержит электрическую машину с числом пар полюсов р = 1 и трехсекционной обмоткой якоря и трехканальный датчик 5 положения ротора.

Обмотка якоря состоит из трех секций 22-24, собранных в звезду и подключенных к выходу преобразователя 3 частоты. Последний выполнен с тремя ключами (транзисторами) 25

27 катодной группы 19 и тремя ключами 28 — 30 анодной группы 4, каждый из которых шунтирован встречным диодом 31-33 соответственно.

Блок 6 формирования сигналов управления выполнен по известной конструкции. Сигналы на шести его выходах сдвинуты один относительно другого на угол ь /op= 60 по кольцевой схеме и имеют угловую длительность

Я = 2 /ep= 120

Датчик 7 длительности коммутационного интервала содержит измеритель ный резистор 34, нуль-орган 35, логический элемент "Мажоритарность" 36 логический элемент И 37 с прямым и инвертирующим входами, формирова- тель 38 импульсов, тактируемый Втриггер 39, трехвходовой логический элемент ИЛИ 40, реле 41 напряжения с замыкающим контактом 42. Входы логических элементов "Мажоритарность" 36 элементов ИЛИ 40 объеди- нены, являются входами датчика 7 длительности коммутационного интерl0

4 вала и подключены к выходам 43-45 . датчика 5 положения ротора. Измерительный резистор 34 включен между общей точкой шунтирующих диодов и общей точкой транзисторов анодной группы 4, его входы являются входами датчика 7. Выход D-триггера 39 подключен к одной из клемм замыкающего контакта 4, вторая клемма которого является выходом l2 датчика

7 длительности коммутационного интервала. Выход логического элемента ИЛИ 40 через реле 41 напряжения связан с клеммой постоянного потенциала Логический нуль". Выход логического элемента "Мажоритарно Tb

36 подключен к входу формирователя

38 импульсов, выход которого подключен к инвертирующему входу логического элемента И 37 и к тактируемому входу D-триггера 39, вход "Установка нуля" которого подключен к выходу логического элемента И 37. Выход измерительного резистора 34 подключен через нуль-орган 35 к прямому входу логического элемента И 37. На информационный вход D-триггера 39 подает— ся постоянный сигнал "Логическая единица".

Трехканальный функциональный преобразователь 8 имеет выходную характеристику в каждом i -м канале, где, («) ="1", при (i -1) 60 - с((-1)»

60 + 120, (x =k«„k = 1.

Учитывая, что « = в, а следовательно ; (о - a,) = 1,(ol- « ), выражение для выходной характеристики можно записать

Трехканальный функциональный преобразователь 8 (фиг. 2) содержит счетверенный D-триггер 46 и инвертор

47, вход которого является управляющим входом 9 функционального преобразователя 8, информационными входами 48 — 50 и выходами 51 — 53 которого являются соответственно три вхо да и соответствующие им три выхода счетверенного Э-триггера 46. Выход инвертора 47 подключен к тактируемому входу D-триггера 46. Трехканальный коммутатор 10 выполнен на трех управляемых ключах 54-56, управляю5

Q f1(I J f ("С 2) 45

q; = 1;(с -м,) 9f;(aJ

S 12 щне входы которых объединены и являются управляющим входом 11 коммутатора 10. Входами 57 — 59 и выходами 60-62 коммутатора 10 являются соответственно входы H выходы управляемых ключей 54-56.

Вентильный электродвигатель (фиг.

3-5) содержит электрическую машину 1 с числом пар полюсов р и трехсекционной обмоткой 2 якоря и шестиканальный датчик 5 положения ротора. Преобразователь 3 частоты и трехсекционная обмотка 2 якоря (фиг. 3) выполнены аналогично представленным на фиг. 2.

Датчик 5 положения ротора содержит шесть чувствительных элементов

63-68, а сигнальный сектор 69 управляющего элемента (фиг. 4) имеет о угловой размер 125 . Расположение чувствительных элементов 63-68 датчика 5 положения ротора показано на фиг. 4. Управляющий элемент показан в виде затемненного сектора центрального круга (фиг. 4) связанного с индуктором, а чувствительные элементы 63-68 расположены со сдвигом один относительно другого на кольце, установленном на якоре вентильного электродвигателя .

Датчик 5 положения ротора подключен к источнику 70 питания через контактор 71 и реле 72 времени с размыкающим контактом 73 (фиг. 5).

Блок б формирования сигналов управления (фиг. 3) выполнен на логи1t ческом элементе "Повторитель . Сигналы на шести его выходах сдвинуты один относительно другого на угол

»/%p= 60 по кольцевой схеме и имеа ют угловую цлительность (= 125

Датчик 7 длительности коммутационного интервала (фиг. 5) содержит три чувствительных элемента 74

76, три инвертора 77-79, три трехвходовых логических элемента И 80—

82, логический элемент И 83 с прямым и инвертирующим входами, выход которого является выходом 12 датчика 1, l двухвходовой логический элемент И 84 и тактируемый фронтом D-триггер 85.

Чувствительные элементы 74-76 (фиг.4) сдвинуты относительно чувствительных элементов 64-68 датчика 5 положения ротора на угол Ф,, Выходы логических элементов 80-82, каждый через диоды подключены к прямому входу

5 элемента И 83, первому входу элемен59461 б та И 84 и к инвертируюшему входу

"Установка нуля" D-триггера 85, выход которого подключен к инвертнрующему входу логического элемента И

83„ Информационный Bxop D TpHrrepa

85 непосредственно, а второй вход элемента И 84 через размыкающий контакт 73 реле 72 времени подключены к постоянному потенциалу уровня (Логическая единица". Выход логического элемента И 84 подключен к тактируемому входу D-триггера 85.

Первые входы логических элементов

И 80-82 подключены к выходам чувст вительных элементов 74-76 ° Вторые входы логических элементов И 80—

82 объединены соответственно с входами инверторов 78-77, являются входами датчика 7 длительности коммутационного интервала и подключены соответственно к выходам чувствительных элементов 66 — 64 датчика

5 положения ротора, Выходы инверторов 77 — 79 подключены к третьим входам логических элементов И 80—

82 соответственно. Чувствительные элементы 74 — 76 могут быть выполнены аналогично чувствительным эле-. ментам 63 — 68 датчика 5 положения ротора.

Трехканальный функциональный пре-, образователь 8 имеет выходную характеристику в каждом -м канале, где 1; (cc) ="1", при (i 1) 60 +»1 < (; 1)к 60 +125 1 г = ", "

Учитывая, что az = О, а следовательно f;(cc,-M )= k,(oC), выражение для выходной характеристики можно записать

Трехканальный функциональный преобразователь 8 содержит (фиг. 3) три управляемых ключа 86 — 88, три R Sтриггера 89 — 91, формирователь 92 импульсов по заднему фронту, три двухвходовых логических элемента ИЛИ

93 — 95„ выходы которых служат соответственно выходами 51 — 53 функционального преобразователя 8.Информационные входы управляемых ключей

86, 87 и 88 подключены к управляющим входам ключей 88, 86 и 87 соответст7 венно, к первым входам логических элементов HJIH 93-95 соответственно и служат входами 48-50 функционального преобразователя 8. Выходы управляемых ключей 86 — 88 подключены соответственно к входам "Установка еди. ницы" R, S-триггеров 89 — 91, входы

"Установка нуля" которых объединены и подключены к выходу формирователя

92 импульсов по заднему фронту, вход 10 которого является управляющим входом

9 функционального преобразователя 8.

Выходы R S-триггеров 89 — 91 подключены к вторым входам логических эле3 ментов ИЛИ 93-95 соответственно. Формирователь 92 импульсов по заднему фронту может быть выполнен на основе тактируемого задним фронтом триггера.

Трехканальный коммутатор 10 выполнен на трех логических элементах И 20

96 — 98 с прямым и инвертирующим входами каждый. Выходы и прямые входы логических элементов И 96 — 98 являются соответственно выходами

60 — 62 и входами 57 — 59 коммутатора 10. Инвертирующие входы логических элементов И 96 — 98 объединены и являются управляющим входом коммутатора 10.

Датчик 5 положения ротора, имеющий h каналов, служит для определения углового положения относительного расположения осей магнита индуктора и осей якорных обмоток электродвигателя и управления работой ключей 35 преобразователя частоты. В его и каналах формируются сигналы о положении ротора (индуктора) электрической машины, сдвинутые один относительно другого на угол 27 /n р. Датчик 5 40 положения ротора может быть любого типа, например индуктивный с подмагничиванием или емкостной.

Блок 6 формирования сигналов управления на основании логической 45 комбинации сигналов на и входах формирует на нечетных и четных выходах сигналы постоянного логического уровня с угловой длительностью

2йву у /р, сдвинутые один относи- 50 тельно другого на уголь„= ю /mp no кольцевой схеме, где М„ — угловая длительность естественного такта. коммутации. Напряжения, снимаемые с

2 m выходов блока 6 формирования 55 сигналов управления, представляет собой сигналы 2m êàíàëîâ управления, т.е, являются ключами для случая, 1259461

8. когда преобразователь 3 частоты содержит 2 rn шунтирующих диода. Диаграммы выходных сигналов на четном

i-м и нечетном k -м, где k = +1, выходах показаны на фиг. 6. По сигналам с нечетных выходов осуществляется коммутация ключей одной из групп, например катодной 19. Сигналы с чет.— ных выходов управляют коммутацией ключей анодной группы 4 преобразователя 3 частоты.

Датчик 7 длительности коммутационного интервала в момент коммутации ключей той группы, которая шунтирована встречными диодами, например анодной 4, формирует на своем выходе сигнал, имеющий угловую длительность o(,, определяемую угловой длительностью Р коммутационного интервала. На коммутационном интервале происходит спадаыие тока отключаемой секции до нуля, его угловая длительность Р зависит от скорости и параметров индуктивности секций обмотки 2 якоря. Длительность Р коммутационного интервала возрастает с ростом индуктивности обмотки. В то же время увеличение частоты вращения двигателя до частоты вращения идеального холостого хода я, обращает величину угла Р в .нуль, так как в этом режиме коммутируемый ток секций равен нулю и процесс коммутации происходит мгновенно. Угловая длительность коммутационного интервала, имеет максимальное значение в диапазоне рабочих частот вращения

Ч=(0,5-0,6)u . Величина угла Р для магнитоэлектрических машин не.превьппает (0,2-0,4)a

Таким образом, контролировать угловую длительность 8 коммутационного интервала можно различными спо собамн. Например, можно непосредственно контролировать длительность протекания коммутационного тока через шунтирующие диоды. В этом случае угловая длительность Ж, сигнала на выходе датчика 7 длительности коммутационного "йнтервала в любой момент времени равна действительной угловой длительности Р коммутационного интервала ключей анодной группы 4 преобразователя 3 частоты. Датчик 7 длительности коммутационного интервала, использует в качестве контролируемой величины коммутационный ток (фиг. 2). Кроме того, контроль дли59461

l5

35

45

9 12 тельности протекания коммутационного тока можно осуществлять косвенным об разом, контролируя прохождение индуктором (ротором) углового интервала а< с момента очередной коммутации ключей анодной группы 4. Величина углового интервала М, определяется.как максимально возможная для данного типа электродвигателей угловая HTBJIbHOCTL Рта„коммутационного интервала. Поэтому угловая длительность o(сигнала на выходе датчика

7 длительности коммутационного интервала в любой момент времени постоянна и равна f3 „« . Датчик 7 длительности коммутационного интервала, реализующий данный принцип, показан на фиг. 5.

Если вентильный электродвигатель снабжен датчиком частоты вращения, можно изменять угловую длительность Ф; сигнала на выходе датчика 7 длительности коммутационного интервала в функции частоты вращения. В простейшем случае это может быть линейная зависимость, Функциональный преобразователь 8 преобразует сигнал ; (к), поступающий на его -й вход при прохождении индуктором электрической машины 1 углового интервала ((> -1) 2й/ N D (f-1)2>/Tn) + g) в аналогичный по форме и амплитуде сигнал с задержанными по углу передним и задним фронтами. Задний фронт выходного сигнала всегда задержан на время прохож-* дения индуктором углового интервала, определяемого угловой длительностью а сигнала датчика 7 длительности коммутационного интервала (фиг. 6 й,, 6 ), Передний фронт выходного сигнала „ задержан на время прохождения индуктором интервала с угловым размером a = kC Величина коэффициента k может быть любым дробным числом, лежащим в интервале (О; при .котором выполняется соотношение

a >g < М, - н. Выбор конкретного значения Ф не является принципиально важным, в частности значение м мож. но выбирать исходя из получения наи- меньших схемотехнических затрат при построении функционального преобразотеля 8. На фиг. 6 о, b 5 показанй выходные сигналы 1 ; при различных значениях ot.>

1;(М) с угловым размером 1 .

Таким образом> на 1 -м выходе функционального преобразователя 8 формируются сигналы, с задержанным на время, определяемое длительностью сигнала датчика длительности коммутационного интервала, задним фронтом, имеющие угловой размер Ц - Ч, ад+ О(По сигналам и -канального функционального преобразователя 8 периодически коммутируются ключи анодной группы 4 преобразователя 3 частоты.

Коммутатор !О, имеющий rn каналов, при поступлении на управляющий вход

11 сигнала логической .единицы с выхода 12 датчика 7 длительности коммутационного интервала запрещает прохождение на выход сигналов, поступающих на его входы с щ нечетных выходов блока 6 формирования сигналов управления. На всех выходах коммутатора 10 при наличии сигнала "логическая единица" на управляющем входе появляется сигнал "логический нуль". По сигналам ю †канально коммутатора 10 периодически коммутируются ключи катодной группы 19 преобразователя 3 частоты. Диаграмма напряжений L-го канала коммутатора 10 показана на фиг. 6. Примеры выполнения 1п -канального коммутатора 10 представлены на фиг. 2 и 3, Работу вентильного электродвигателя (фиг. 2) с трехсекционной обмоткой якоря и преобразователем 3 частоты, в котором каждый ключ анодной группы шунтирован встречным диодом, поясняют диаграммы напряжений (фиг. 7).

При подключении вентильного электродвигателя к источнику питания (не показан) логическая комбинация сигналов с выходов 43 — 45 датчика

5 положения ротора поступает на входы датчика 7 длительности коммутационного интервала и на входы блока б формирования сигналов управления.

Индуктор электрической машины может занимать положение, при котором в

5О конце первого такта по сигналам с датчика 5 положения ротора отключен ключ либо анодной либо катодной групп, Если на первом коммутационном ин55, тервале отключается ключ анодной группы 19, логической комбинации сигналов на входе элемента Мажоритарность" 36 соответствует сигнал

ll 12

"Логический нуль на его выходе.

Этот сигнал через формирователь 38 импульсов поступает на тактовый вход

D-триггера 39.Ток через измерительный резистор 34 при пуске отсутствует, поэтому на выходе нуль-органа 35 присутствует сигнал "Логическая единица", который через элемент И 37 поступает на вход Установка нуля"

D-триггера 39. На его выходе при этом сформирован сигнал "Логический нуль". Появление логической комбинации сигналов, отличной от нулевой, на выходе датчика 5 положения ротора приводит также к появлению постоянного сигнала "Логическая единица" на выходе элемента ИЛИ 40. Срабатывает реле 41 напряжения, замыкается его контакт 42. Сигнал "Логический нуль" с выхода 12 датчика 7 длительности коммутационного интервала поступает на управляющие входы 11 и 9 соответственно коммутатора 10 и функционального преобразователя 8. На выходе инвертора 47 появляется сигнал "Логическая единица". По переднему фронту этого сигнала информация с входа функционального преобразователя 8 переписывается на его выход.

Сигналы с входов коммутатора 10 проходят без изменения на его выход.

Сигналы с выходов коммутатора 10 и функционального преобразователя 8 поступают на входы соответствующих ключей. К источнику питания преобразователя 3 частоты подключается комбинация секций обмотки 2 якоря и двигатель запускается .

Если на первом коммутационном интервале отключается ключ катодной группы l9 логической комбинации сигналов на входе элемента "Мажоритарность" 36 соответствует сигнал

"Логическая единица" на его выходе.

Пусть в момент пуска (момент времени фиг. 7) индуктор электрической машины находится в положении, при котором по сигналам с датчика 5 положения ротора сформированы сигналы

"Логическая единица" на выходах 48 и 59 блока 6 формирования сигналов и на входе логического элемента "Мажоритарность" 36. По переднему фронту сигнала с выхода логического элемен-, та "Мажоритарность" 36 на выходе формирователя 38 формируется импульс, по переднему фронту которого на вы-. ходе D-триггера 39 устанавливается

5946!

55

l5

50 состояние "Логическая единица" Появление логической комбинации сигналов, отличной от нулевой, на выходе датчика 5 положения ротора приводит к появлению постоянного сигна— ла "Логическая единица на выходе элемента ИЛИ 40, к подключению напряжения питания к катушке реле 41 на1 пряжения и замыканию его контакта 42.

Сигнал 1 Логическая единица" с выхода

D — триггера 39 поступает на управляющие входы 11 и 9 соответственно коммутатора 10 и функционального преобразователя 8 и запрещает прохождение информационных сигналов на их выходы. В момент времени 1 на выходе формирователя 38 появляется сигнал "Логический нуль". Так как коммутационный ток отсутствует, на вход

"Установка нуля" D-триггера 39 посту пает сигнал Логическая единица" с выхода нуль-органа 35. На выходе

D-триггера 39 устанавливается состояние Логический нуль". На выходе датчика 7 длительности коммутационного интервала появляется сигнал

"Логический нуль . Сигналы с входов

57 — 59 коммутатора 10 проходят на его выходы 60-62. Единичный сигнал с выхода 62 открывает ключ 27 катодной группы 19 ° По переднему фронту сигнала с выхода инвертора 47 (момент времени 1 ) информация с входов 48 — 50 функционального преобразователя 8 переписывается на его выходы 51 — 53. Единичный сигнал с выхода 51 открывает ключ 29 анодной группы. К источнику питания преобразователя 3 частоты оказываются подключенными секции 24 и 23 обмотки якоря, и двигатель запускается. В конце первого такта коммутации (момент времени 1, ) изменяется логичес9 кая комбинация сигналов на выходе датчика 5 положения ротора. Появляется сигнал "Логический нуль" на выходе логического элемента "Мажоритарность" 36 и сигналы "Логическая единица" на входах 48 и 57 соответственно коммутатора 10 и функционального преобразователя 8.

Таким образом, в момент времени при неизменной информации на

1 выходе функционального преобразователя 8 меняется логическая комбинация сигналов на выходе коммутато-, ра 10: появляется сигнал "Логическая единица" на выходе 60 и сигнал

13

1259461

"Логический нуль" — на выходе 62.

Это обеспечивает коммутацию ключей катодной группы 19: ключ 27 закрывается и открывается ключ 25 при открытом ключе 29 анодной группы.

Ток, обусловленный ЭДС самоиндукции отключаемой секции, спадает по замкнутому контуру: 24-23-29-34-3334, поэтому перенапряжение на ключах не возникает.

В момент времени 1 происходит очередная смена информации на выходе датчика 5 положения ротора. Изменяется логическая комбинация сиг- налов на входах. элемента Мажоритарность" 36 и на входах функционального преобразователя 8. При этом сигналы на входах, а следовательно, и выходах коммутатора 10 не изменяются. Логические комбинации сигналов на выходах 51-53 преобразователя

8 также остаются неизменными, так как их перезапись происходит по заднему фронту сигнала, поступающего с затчика 7 длительности коммутационного интервала. По переднему фронту сигнала с выхода элемента "Мажоритарность" 36 формируется импульс, который, блокируя сигнал с выхода нуль-органа 35, устанавливает Dтриггер 39 в состояние "Логическая единица". Длительность импульсов на выходе формирователя 38 определяется временем, в течение которого можно изменить алгоритм работы ключей преобразователя 3 частоты по сигналам с выхода коммутатора 10. На выходе 12 датчика 7 длительности коммутационного интервала появляется сигнал нЛогическая единица". Этот сигнал поступает на .управляющий вход коммутатора 10 и запрещает прохождение на выход логической комбинации сигналов, поступающей на его входы.

На всех выходах 60-62 коммутатора 10 устанавливается состояние "Логический нуль". Секции обмотки якоря элек.трической машины оказываются отключены от источника питания . Поскольку ключ 29 остается включенным, то ток отключенной ветви 22-23 спадает по замкнутому контуру: 22-23-29-23-31-22

Появление коммутационного тока через резистор 34 фиксирует нуль-орган 35, на выходе которого появляет— ся состояние Логический нуль". До момента окончания процесса спадания тока, обусловленного энергией, запасечной н индуктивности отключаемой секции, на выходе D-триггера 39 сохраняется состояние Логическая единица".

В MQMpHT Времени kg коммутациок ный ток через резистор 34 становится равным нулю, на выходе нуль-органа

35 появляется сигнал "Логическая еди. ница", который обнуляет D òðèããåð

39. По заднему фронту этого импульса информация с выхода функционального преобразователя 8 переписывается на его вход, появляется сигнал "Логи-. ческая единица" на выходе 52 и сиг— нал "Логический нуль" на выходе 5 1.

На выходе коммутатора 10 восстанавливается логическая комбинация сигналов, поступающих на его вход. В момент времени закрывается ключ

29, открываются ключи 30 и 25, Так как в этом случае ток секций равен нулю, процесс коммутации происходит мгновенно.

Таким образом, коммутация ключей катодной группы происходит по сигналам датчика 5 положения ротора, аналогично вентильному электродвигателю, преобразователь частоты ко30 торого содержит шесть шунтирующих диодов. При коммутации ключей анодной группы в случае, если не будет изменен алгоритм работы ключей и коммутация произойдет сразу при изменении логической комбинации сигналов, на выходе датчика 5 положения ротора к отключенному ключу, например 29, в момент времени 1 через открытый ключ 25 приложено напряжение, равное сумме ЭДС самоиндукции отключенной секции 23 и напряжения питания преобразователя 3 частоты. В результате этого ключ

29 может быть пробит. Чтобы этого не произошло в вентильном электродвигателе с помощью датчика 7 длительности коммутационного интервала фиксируют моменты коммутации ключей анодной группы. В указанные моменты по сигналам с коммутатора

10 закрывают все ключи катодной группы и сохраняют предыдущую комбинацию сигналов на выходе функционального преобразователя, в результате чего образуется дополнительный

55 контур, по которому спадает ток, обусловленный ЭДС самоиндукции отключаемой секции. С помощью датчика

7 длительности коммутационного ин15! 259461

16 тервала фиксируют длительность укаэанного состояния, после чего восстанавливакт алгоритм работы вентиль ного электродвигателя по сигналам с датчика 5 голожения ротора до мо- 5 мента очередной коммутации ключей анодной группы.

Указанный алгоритм работы ключей преобразователя частоты не претерпевает изменения при выполнении кон- 10 структивных узлов вентильного электродвигателя на любых других элементах.

Предположим что управление вентильным электродвигателем осуществляется по слаботочным цепям датчика 5 положения ротора. В момент времени, замыкается контактор 71, датчик 5 положения ротора подключается к источнику 70 питания . На выходе датчика 5 появляется логическая комбинация сигналов, однозначно характеризующая положение индуктора электрической машины 1. Реле 72 времени оказывается йодключенным к источнику 70 питания, нри этом его размыкающий контакт 73 размыкается через заданное время .

Достаточно иметь выдержку времени, измеряемую долями секунд. Если индуктор электрической машины в момент пуска занимает положение, которое соответствует в рабочем режиме коммутационному интервалу ключей анодной группы, на выходе одного из логических элементов И 80-82 присутствует сигнал "Логическая единица", который не проходит на выход

i2 датчика 7 длительности коммутационного интервала. Это объясняется тем, что данный сигнал, поступая на первый вход логического элемента И °

84 в момент, когда на его второй вход через замкнутый еще контакт 73 также поступает сигнал "Логическая единица", проходит на тактируемый .вход 0-триггера 85. Передний фронт данного сигнала устанавливает на выходе D-триггера 85 состояние "Логическая единица". Данный сигнал, поступая на инвертирующий вход элемента И 83, запрещает прохождение

30

40

Вентильный электродвигатель

15 (фиг. 3. — 5) работает аналогичным образом. Диаграммы напряжений (фиг. 8) в узлах функциональных схем фиг. 4 и 5 поясняют его работу. на его выход сигнала, поступающего на его прямой вход.

Сигналы с выхода блока б формирования сигналов управления без изменения проходят на входы ключей преобразователя 3 частоты. Вентильный электродвигатель запускается.

Индуктор электрической машины проходит угловой интервал, .соответствующий в рабочем режиме коммутаци-, онному интервалу ключей анодной группы. Изменяется логическая комбинация сигналов на выходах чувствитель-! ных элеме нто в 64, б 6, 68, 74, 75 и 76. Появляется сигнал "Логический нуль" на инвертирующем входе "Установка нуля" D-триггера 85, который устанавливает логический нуль на его выходе и разрешает прохождение сигналов на выход логического элемента И 83, поступающих на его прямой вход. При этом состояние на выxvpe D-триггера 85 в процессе работы вентильного электродвигателя больше не изменится, так как на второй вход логического элемента И

84, а следовательно, и на тактируемый вход Р-триггера 85 подаются постоянные сигналы "Логический нуль".

Если при пуске ротор электрической машины находится в любом другом положении, отличном от указанного, на выходе логических элементов 80—

82, а следовательно, и на выходе

12 датчика 7 длительности коммутационного интервала присутствует сигнал "Логический нуль (момент времени 1, фиг. 7). К источнику питания преобразователя 3 частоты по сигналам с выхода датчика 5 положения ротора подключаются секции обмотки якоря, в данном случае 22

23. Коммутация ключей анодных и катодных групп преобразователя 3 частоты в процессе работы осуществляется аналогично описанному при работе вентильного электродвигателя, изображенного на фиг. 2.

В процессе коммутации ключей анодной группы вентильный электродвигатель отключен от источника .",итания, на этом интервале вращающий момент создается только за счет коммутационного тока. Это на 12-157 снижает полезную мощность при одном и том же уровне КПД по сравнению с вентильным электродвигателем, в котором преобразователь частоты имеет

17 12594

2 rn шунтирующих диода, а электрическая машина имеет зубчатый якорь.

Построение электрических машин с безпазовой конструкцией якоря, для которой значейия индуктивных параметров снижаются в несколько раз по сравнению с известными конструкциями, позволяет снизить полезную мощность предлагаемого вентильного электродвигателя на 3-4Х а также 10 улучшить массо-габаритные показатели за счет исключения ы силовых диодов, встречно шунтирующих каждый из а ключей одной из групп преобразователя частоты. Эффективность применения предлагаемого вентильного электродвигателя растет с ростом мощности электродвигателя, поскольку дополнительная управляющая . часть преобразователя частоты инвариантна мощности, а масса и габариты силовых диодов возрастают пропорционально мощности. Маломощные (информационно-логические) схемы управления могут быть реализованы в весьма малых массе и габаритах.!

25

Формула изобретения

Вентильный электродвигатель, содержащий электрическую машину с числом пар полюсов и щ -секционной обмоткой якоря, подключенной к выходу двухполупериодного преобразователя частоты с 2 щ ключами и в диода- З5 ми коммутационного тока, встречно шунтирующими каждый из m ключей од— ной группы, например анодной, преобразователя частоты, датчик положения ротора, и выходов которого свя- 40 заны с выходами 2 ц ключей преобразователя частоты через блок формирования сигналов управления, сигналы на нечетных и четных выходах которого имеют фазовый сдвиг один от- 45

61 носительно другого на угол 7 /вр по кольцевой схеме и угловую длительность 21(/%pc(/en/$> о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью улучшения массогабаритных показателей, он снабжен датчиком длительности коммутационного интервала, е --канальным функциональным преобразователем с управляющим входом и выходной характеристикой в каждом -м канале; где ; (M) — входной сигнал; — угол поворота индуктора, (s -1 ) 2 и / р «(с (1 — 1 ) 2 /In p+ р °

К, — угловая длительность сигнала с датчика длительности коммутационного интервала, — угловая длительность задержки переднего фронта сигнала, 0 1- 1 — дробное число > К ) ц Ф 0(, — li — символ операции логического сложения, и и -канальным коммутатором, управляющий вход которого объединен с управляющим входом функционального пре образователя и подключен к выходу датчика длительности коммутационного интервала, каждый четный -й и нечетный k -й выходы блока формирования сигналов управления подключены соответственно к -му входу функционального преобразователя и к k -му входу щ †канально коммутатора, k -й выход которого подключен к входу

k-ro ключа катодной группы преобразователя частоты,i --й "выход функционального преобразователя подключен к входу i -го ключа анодной группы преобразователя частоты.

1259461 н23паз

Фиг,5

73, 2Q, 17,7!

7, 18

79, 20.

17,7 (i -1, 2 /ãïð б

13. 7

1259467 (- 7)г77/р-<

125946 4

1259461

6З,S

65,56

d7, 59

66,50

66,Ю6

79

76

211,12

87

88

92

93

51

52

5З

Фиг.8

Составитель А.Бабак

Редактор Н.Рогулич Техред Л.Сердюкова Корректор В.Бутяга

Заказ 5136/56 Тираж 631 Под пи с н о е

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4