Устройство для управления @ -фазным вентильным электродвигателем

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электрических машинах с бесконтактной коммутацией секций якорной обмотки. Целью изобретения является повышение равномерности частоты вращения и точности позиционирования. Для достижения цели устройство для управления M-фазным вентильным электродвигателем дополнительно содержит третий и четвертый блоки НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ, второй и третий блоки логических сумматоров, а фазорасщепитель снабжен дополнительными двумя группами по M-выходов каждая. Повышение равномерности вращения достигается увеличением числа фиксированных положений вектора н.с. обмотки якоря. 1 з.п. ф-лы, 26 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

М АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

llO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (61) 1410210 (21) 4227853/24-07 (22) 13.04.87 (46) 15.11.89. Бюл. Р 42 (72) В.Е.Агеев, С.И.Пушкин, Л.И.Агеева и О.В.Пушкина (53) 621.313.13.014.2,621.382(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1410210, кл. Н 02 К 29/00, 1986. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ш-ФАЗНЫМ ВЕНТИЛЬНЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электрических машинах с бесконтактной коммутацией секций якорной об. Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электрических машинах с бесконтактной коммутацией секций якорной обмотки, а также при создании многофазных статических преобразователей.

Цель изобретения — повышение равномерности частоты вращения и точности позиционирования.

На фиг.l и 2 изображены электри- ческие схемы устройства для управле- . ния 3-х фазным вентильным электродвигателем, формирующее соответственно

24 и 12 фиксированных положений вектора н.с. обмотки якоря; на фиг.3-6диаграммы напряжений на выходах элементов устройства, изображенного на фиг.1; на фиг.7 - 9 — соответственно эпюры напряжений на фазах двигателя, схема, трехфазного мостового инвертора и фиксированные положения вектора н.с. обмотки якоря, для устройства, .

„„SU„„.1522354 А 2 (51)4 Н 02 К 29/00 Н 02 Р 6/00

2 мотки. Целью изобретения является повышение равномерности частоты вращения и точности позиционирования.

Для достижения цели устройство для управления ш-фазным вентильным электродвигателем дополнительно содержит третий и четвертый блоки НЕРАВНОЗНАЧ-1

НОСТЬ, второй н третий блоки логических сумматоров, а фазорасщепитель снабжен дополнительными двумя группами но ш выходов каждая. Повышение равномерности вращения достигается увеличением числа фиксированных положений вектора н.с. обмотки якоря, 1 з.п; ф-лы. 27 ил. изображенного на фиг. 1; на фиг. 10электрическая схема варианта устройства, изображенного на фиг.l; на фиг.ll — 13 — диаграммы напряжений на выходах элементов устройства, изображенногб на фиг.2; на фиг.14 и

15 - эпюры напряжений на фазах двига« теля, фиксированные положения вектора н.с. обмотки якоря для устройства, изображенного на фиг.2; на фиг ° 16 и 17 - варианты электрических схем устройства управления трехфазным вентильным электродвигателем, формирующие 12 фиксированных положений вектора н.с. обмотки якоря; на фиг.1820 — диаграммы напряжений на выходах элементов, эпюры напряжений на фазах двигателя и фиксированные положения вектора н.с. обмотки якоря для устройства, изображенного на фиг.16; на фиг.21 - электрическая схема устройства. управления двухфазным вен1522354 тильным электродвигателем; на фиг.22 ., 24 — диаграммы напряжений на выходах элементов устройства, изображенного на фиг.21; на фиг.25 — 27 — схема инвертора, эпюры напряжений на фазах двигателя и фиксированные положения вектора н.с. обмотки якоря для устройства, изображенного на фиг.21.

Устройство для управления содержит 10 фазорасщепитель 1 с двумя группами основных и двумя группами дополнительных выходов, преобразователь 2 однофазного напряжения, первый 3 второй 4, третий 5 и четвертый 6 блоки

НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ, первый 7, второй 8 и третий 9 блоки логических сумматоров и инвертор 10, выход которого подключен к вентильному двигателю

11 Блоки 7 — 9 логических сумма- 20 торов включают в себя соответствующие первую 12 — 14 и вторую 15 — 17 группы логических элементов. Одноименные выходы первой 18 и второй 19 группы выходов фазорасщепителя 1 под- 25 ключены к первым входам одноименных элементов соответственно первого 3 и второго 4 блока НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ.

Вторые входы блоков 3 и 4 НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ подключены соответственно к первому и второму выходу преобразователя 2 однофазного напряжения.

Первый и второй входы каждого логического элемента первой группы

12 первого блока 7 логических сумматоров подключены соответственно к выходам одноименных элементов первого

3 и второго 4 блоков НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ а первый и второй входы каждого логического элемента второй группы 15 первого блока 7 логических сумматоров связаны соответственно с выходом одноименных элементов первого 3 и второго 4 блоков НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ.

Одноименные выходы первой 20 и второй 21 групп дополнительных выходов фазорасщепителя 1 подключены к первым входам одноименных элементов соответственно третьего 5 и четвертого

6 блоков НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ. Вторые входы каждого элемента блоков 4 и 5

НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ подключены к вторым входам элементов соответственно первого 3 и второго 4 блоков НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ, Первый и второй входы каж55 дого элемента первой группы 13 элементов второго блока 8 логических сумматоров подключены соответственно к выходам одноименных элементов третьего 5 и четвертого 6 блоков НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ, а первый и второй входы каждого элемента второй группы

16 элементов блока 8 логических сумматоров связаны соответственно с выходами одноименных элементов третьего 5 и четвертого 6 блоков НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ. Выход каждого элемента блока 8 логических сумматоров подкпючен к второму входу соответствующего элемента третьего блока 9 логических сумматоров. Каждый элемент первой группы 14 и второй группы 17 элементов третьего блока 9 логических сумматоров включен по первому входу и выходу между соответствующим выходом первого блока 7 логических сумматоров и соответствующим входом инвертора 10. Дополнительно первый и второй входы каждого элемента второй группы 16 элементов второго блока 8 логических сумматоров связаны с выходами одноименных элементов соответственно третьего 5 и четвертого

6 блоков НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ через инверторы 22 (фиг.2). Формирователь

2 вырабатывает на втором выходе напряжение, сдвинутое на 90 эл.градусов по отношению к напряжению на первом выходе. Фазорасщепитель может быть снабжен инверсными выходами, связанными с входами соответствующих элементов вторых групп 15 и 16 первого

7 и второго 8 блоков логического суммирования (фиг.10).

Устройство работает следующим образом.

При воздействии управляющей частоты F на вход фазорасщепителя 1 (фиг.1) на его выходах формируются импульсные последовательности со скважностью по каждому из выходов равной двум и с определенным взаимным фазовым сдвигом. На первой группе основных выходов 18-импульсное напряжение имеет индексы Ч ; О,,, 0, . Индексы указывают на фазовый сдвиг в электрических. градусах относительно последовательности с индексом О. На второй группе основных выходов 19 напряжения сдвинуты по фазе относительно напряжений на первой группе выходов 18 на 90 эл.град и имеет индексы (1 з„О о ° о 1 0 2 о в °

На первой дополнительной группе выходов 20 напряжения сдвинуты по фазе относительно напряжений на первой группе выходов 18 на 45 эл.град и

x< y» x ус °

+yы+ Zû+ g ы+ А ь ь

З5 хс Ус 2с Кс

5 1522 обозначены индексами Q4 Q

1гю 49 (1г, „. На второй дополнительной группе выходов 21 напряжения сдвинуты по фазе относительно напряжений первой дополнительной группе выходов

20 на 90 эл.град и обозначены соотЧ 9 о + 49 э Q 1г + 9 с + 4с 9- 1 ющей частоты F на вход преобразова- 10 теля 2 однофазного напряжения на его выходах формируются две последовательности импульсов Q и Q сдвио 9о нутые одна относительно другой на

90 эл.град. Между полученными после- 15

Дователь"ост"ми о1 го i 0 г4о " " следовательностью Q, в блоке 4 НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ производится логическая операция ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. Графически эти операции иллюстрируются на фиг.3 20 и 4. В результате на выходах блока 3

НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ появляются три на,пряжения:

Qo = Qo хы1 О сго = Чд хаю

Одновременно в блоке 4 НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ производится операция ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ между напряжениями на второй группе выходов 19 фазорасщепителя 1 сдвинутых на 90 эл.град и напряжением на втором выходе формирователя 2. В результате на выходах ,блока 4 НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ формируются ,три напряжения (фиг.3 и 4): с с

О 9о 09о уы1 О сго+ 9о Q9î УЬ г4О+ 9O — С9сс 1 С

В блоке 5 НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ производится операция ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ между напряжениями С <51 Q «, o Q г4 49

40 и напряжением Я . В реэ уль тате на выходах блока 5 НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ формируются три напряжения (фиг,4 и 5). и -Z О с

=йс eZ ° о а> ч г 9 = с@ Ь а„..„ C .= Z, В блоке 6 НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ производится операция ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ между напряжениями Q зс с-4<в 0 <«+9o>45 ч г4,,9,,9и напРЯжением Q9o В Результате на выходе блока 4 НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ формируются три напряжения (фиг.4 и 5):

Я 9о+45= 9ф ga> Ч 2o+ 90+49 Ч9o Еь ° .

f 2Фо+ 9о i%5 9а ы с

Результирующие напряжения на выходах блоков 3 и 4 НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ

354 6 попарно поступают на входы блока 7 логических сумматоров. После логичес; ких операций в сумматоре на его выходах формируются шесть импульсных напряжен И (фиг.3 и 4):

+ y; x ь+ уь, x + y; x

Результирующие напряжения с выхо дов блоков 5 и 6 НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ попарно поступают на входы блока 8 логических сумматоров. На его выходах также формируются шесть импульсных напряжений (фиг. 3 — 5):

Za + Кы» Z b+ gb t Zc+ god Za gasý

Zb 8 1 Zc gc °

Импульсные напряжения, сформированные на выходах блоков 7 и 8(фиг.l) попарно поступайт на входы блока 9 логических сумматоров. На его выходах формируются шесть импульсных напряжений, имеющих вид показанный на фиг,8 и следующую алгебраическую запись: х„у Z g„* — А

xÜ+ yb+ Zb+ gb + В к +у,+Z +g +C

Эти шесть напряжений непосредственно используются для управления шестью ключами трехфазного мостового инвертора 10 (фиг.8). Для упрощения дальнейших математических и графических выражений эти напряжения обозначены большими буквами латинского алфавита, а знаки + и перед ними указывают на то, к какой из шии питания относятся ключи инвертора 10 на которые подаются эти напряжения. Результирующие напряжения на фазах двигателя А, В и С показаны на фиг.7,жирной линией здесь выделена огибающая фазного напряжения по среднему значению. На фиг.9 приведена векторная диаграмма, построенная на основе средних значений линейного напряжения. Из диаграммы видно, что

1522354

30

40

50 естественный коммутационный интервал при таком способе управления двигателем дробится на более мелкие промежутки, а годографом вектора поля статора является 24-угольник, чем и достигается высокая точность позиционирования и равномерность вращения вала двигателя.

Устройство работает на принципе сравнения двух управляющих частот

F, и F, а частота вращения двигателя является результатом биений этих частот. При равенстве частот F„ = F результирующий вектор поля статора занимает фиксированное положение в одной из точек многоугольника, являющегося годографом вектора поля статора {фиг.9)» и это положение строго зависит от относительного фазового сдвига между управляющими частотами

F1 и Р< При F > o F 2 вращение про исходит в одну сторону, а при F, (F происходит реверсирование. На схеме фиг.l в скобках и на фиг.2 указаны фазовые сдвиги импульсных напряжений, смещенных относительно группы напряzceHHH Qî,» ;Q1, о; Qт О,Hà угол 30 эл. град. Форма и фазовый сдвиг сигналов на выходах блоков 5 и 6 НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ, а также на выходе блока 8 логических сумматоров приведены на эпюрах фиг.ll и 12. На эпюрах фиг.13 приведены форма и фазовый сдвиг сигналов, формируемых на выходах блока

9 логических сумматоров и поступающих на управление ключами трехфазного мостового инвертора 10. На эпюрах фиг.14 показаны результирующие напряжения на фазах двигателя А, В и С, толстой линией выделена огибаюшая фазного напряжения по среднему значению. На фиг.15 приведена векторная диаграмма, построенная на основе среднего значения линейного напряже" ния. Естественный коммутационный интервал при таком способе управления также дробится, а годографом вектора поля статора является двенадцатиуголь ник. Особенностью поля статора, формируемого этой схемой, является то, что максимальное значение вектора поля статора не совпадает с осями фаз двигателя.

На фиг.lб приведен вариант устройства, имеющего характеристики, сходные с устройством, изображенным на фиг.2. В этой схеме операции ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ производятся между двумя импульсными напряжениями, сдвинутыми на 60 эл.град . В связи с выбором такого значения угла фазового сдвига, минимизируется число логических элементов в схеме, что видно из сравнения схем фиг. 1 и 16. На фиг. 18 приведены эпюры напряжений на выходах логических элементов схемы. Сигналы

+А, -А, +В, +С, -С, как и в предыдущей схеме поступают на управление ключами трехфазного мостового инвертора. Вариант устройства с минимизированным числом элементов и с дополнительными выходами фазорасщепителя

1 показан на фиг.17. На фиг.19 показаны результирующие напряжения на фазах двигателя А, В и С, толстой линией показана огибающая фазного напряжения по среднему значению. На фиг.20 приведена векторная диаграмма, построенная по.среднему значению линейного напряжения. Годографом вектора поля статора, как и в предыдущей. схеме, является двенадцатиугольник, однако максимальное значение вектора поля статора совпадает с осями фаз двигателя, что может оказаться существенным при учете пульсаций момента вследствие влияния зубцовых гармоник.

Вариант выполнения устройства для управления двухфазным вентильным двигателем показан на фиг. 21. Сдвиг между двумя группами импульсных последовательностей составляет 45 эл. град, На фиг. 22 — 24 показаны эпюры напряжений на выходах каждого логического элемента схемы. Последовательности +А, -А, +В, -В подаются на управляющие входы инвертора (фиг.25).

На фиг.26 показаны результирующие напряжения на фазах двигателя А и В по мгновенному и среднему (толстая линия) значениям. На фиг.27 приведена векторная диаграмма, построенная на основе среднего значения линейного напряжения. Из диаграммы видно, что коммутационный интервал при таком способе управления двухфазным двигателем также дробится на более мелкие углы, а годографом вектора поля статора является восьмиугольник.

Таким образом, достижение высокой равномерности вращения и повышенной точности позиционирования достигается путем формирования вращающегося поля статора в виде квазиправильного многоугольника с различным числом

1522354

Fr граней в зависимости от требуемой величины равномерности, точности нли аппаратурных за рат. При этом использование секций обмотки якоря элек5 тродвигателя остается высоким, а потери в силовой части мостового инвертора незначительны. формула изобретения 10

1, Устройство для управления ш-фазным вентильным электродвигателем по авт,св . Ф 1410210, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повьппения равномерности частоты вращения и точности позиционирования, в него дополнительно введены третий и четвертый блоки НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ, включающие,по крайней мере, m элементов, каждый второй и третий блоки логических сумматоров, включающие две группы из m элементов каждый, а фазорасщепитель снабжен,по крайней мере,двумя группами по ш дополнитель- 25 ных выходов каждая, 1 е выходы первой и второй групп подключены к первым входам 1-х элементов соответственно третьего и четвертого блоков

НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ, вторые входы каж- 3Q дых элементов которых подключены к вторым входам элементов соответственно первого и второго блоков НЕРАВНО"

ЗНАЧНОСТЪ, первый и второй входы

1-го элемента первой группы элементов второго блока логических сумматоров подключены соответственно к выходам i-х элементов третьего и четвертого блоков НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ, а выход этого элемента подключен к второму входу i-го элемента первой группы элементов третьего блока логических сумматоров, первый и второй вхо-., ды i-ro элемента второй группы элементов второго блока логических сум- . маторов связаны соответственно с sM ходами,i-х элементов третьего и четвертого блоков НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ, а выход этого элемента подключен к второму входу i-го элемента второй .группы элементов третьего блока логических сумматоров, причем каждый элемент третьего блока логических сумматоров включен по первому входу и выходу между соответствующим выходом первого блока логических сумматоров и соответствующим входом инвертора.

2, Устройство но п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что первый и второй входы i-го элемента второй группы элементов второго блока логических сумматооов связаны соответственно с выходами 1 х элементов третьего и четвер ого блоков НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ через дополнительно введенные инверторы.

1522354

2.2

1522354

<а

%=ааааа кь-а„а-аа

64а î д с аЯЯ о о

Zo4P4o

Фиг с

0а+Ф

Ag Yo

4щно

4v

<> йю4Ню

Аешь ñ

° ° 1 1 lilll И °

1522354

Zb 060+45 о

4rrz0 00 40

0к

%*0 20 оож 4

Zb 7ь

Zb ь

0240 40

0р с 024омо о

640+00+45 !

qc g24llttZ0 40 gu с " с

Чс

<Рог 5

«0+00

Z4 Po

«0 40 со Ча АК у 2 1

«о "о

Z0 Ку

-4-«о о 2.я, «ь ь ь 4

fd 4"ь Ь 0 «ь «ь ь rrb

«b b ь 1ь

0 «ь 3b Zb Уь

«с Ис

4 с

«с 0с 7,=.Д,

ZC 0C

-С.х,и,г, q, Фиг б

1522354

А Х УУ

+В= Jb+P>+gb+

/ Z 4 У 6 7 8 У <О НЫВ/4бe Пи(9ИУ2хБИ1 Л

Фиг:7

Фиг.8

1522354

1522354

g7g о

"о Ьо о 00+70

I аоа

I б 40 so 70

Иа+ а

° I ° °

"а 0

6 20+70 ао

h0

h rb

Фаг СС 240а70

ЛС-аМ,М00 240У70У70 ñ 024000Р c+ с с,4

40ага

+ =20 70 0 20

-Л-Уа Уа.баба

В=УЛ Уь ЛЬ .УЬ

-В=УЬ УЬ Лб УЬ

° У=У, g ЛУ.У, = ус hE c

40 17

1522354

3ИЮ ЧВвВ

; + Ха+4а+Ы

+Я Я +ф +Д +/

+с =Хс+1 Фс+Ф

/ Я У 4 f б 7 8 У Ю // )Г . 4Ъг4

l522354

6IIIIllll35ll l fl1616

1522354 åñ

4 a+7а å Уа к,ээ„

Ь Ь

"С УС

С С

Фиг./Ю

«4 Ха+Уа ГУС

Хс "с ,4-Ха+ а С "с

%Е.==Е=Е

С С 0 0

+НХ@ Уа Х +Уь

В Хь Уь Ха <а

+c-ê ú„ê+, и в

= < => ac Ь УЬ

alaI>h!

522354

Фиг.Z0

1522354

4- о- а ю

>и 4ю <е к "У о Й й

Ъ145 да 4 qygt45

Za+9o

Аг fa

Ыу

4ecs Ь 4 4Ю+45 и>, Ъ ю is=4

q,-а =-а, 2 ь ь

4. 9ь

Cg

<е

Д .4 дв ю

e+-®- e

y ag a@

7РУь ф У .

И ° If6513ETk И ° l I I

° 1ЮЙ!ИИ! а и ° ° 3 !

l522354

Xg 3u

Ха Уа

Ь Ь

2ь+ ь

Xq lb+Zb+gb внииа ы

+В ь ь ь 1ь

Zb b

4 %

-В -«ь ь ь Чь

)522354 юг Я7

Составитель P.Èâàíîâ

Редактор С.Лисина Техред Л.Сердюкова - КорректоР М.Самборская

Заказ 6976/53

Тираж 648

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101