Вентильный электродвигатель

 

Изобретение относится к электротехнике , в частности к вентильным электродвигателям. Цель изобретения улучшение энергетических характеристик . Вентильный электродвигатель содержит синхронную машину 1, трех7К . ../Ю фазный мостовой преобразователь 2 частоты, датчик 3 положения ротора, распределитель 5 импульсов, два логических блока 8, 10 из логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, шифратор 12. Шифратор 12 Формирует шесть последовательностей импульсов по определенным логическимвыражениям, которые поступают на входы управления преобразователем 2 частоты, В результате годограб вектора поля статора вентильного электродвигателя формируется по форме шестиугольника игш двенадцатиугольника. Таким образом при сохранении высокой равномерности вращения улучшаются энергетические характеристики за счет снижения динамических потерь. 7 ил. С О СЛ 4 со СП

СОЮЗ СОЕЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИX

РЕСПУБЛИН

А1 (щ) fI 02 К 29/06

ОПИОАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСИОМУ СВИДЯТЕЛЫ:ТВУ

Фиг, 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4639388/07 (22) 17.01.89 (46) 07.06,91. Бюл. Г 21 (?2} В.Е.Агеев, С.И.Григорьев, С.И.Пушкин и В.11.Шалагин (53) 621.313.382(080.8). (56) Авторское свидетельство СССР

9 817896, кл. И 02 К 29/06, 1981.

Авторское свидетельство СССР

Р 1522353, кл. Н 02 K 29/06, 1989. (54) BEHТИЛЬШЛИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к вентильным электродвигателям. Цель изобретения— улучшение энергетических характеристик. Вентильный электродвигатель содержит синхронную машину 1, трех„. ЯЦ„„1654915

2 фаэный мостовой преобразователь 2 частоты, датчик 3 положеция ротора, распределитель 5 импульсов, два логических блока 8, 10 из логических элементов ИСКЛО И01 1ГЕ ИЛИ, шифратор

12. шифратор 12 формирует шесть последовательностей импульсов по определенным логическим. выражениям, которые поступают на входы управления преобразователем 2 частоты. В результате годограф вектора поля статора вентильного электродвигателя формируется по форме шестиугольника или двенадцатиугольника. Таким образом при сохранении высокой равномерности вращения улучшаются энергетические характеристики за счет снижения динамических потерь. 7 ил.

1654915

Изобретение относится к электротехнике, в частности к вентильным электродвигателям, и может быть использовано в различных системах

5 автоматизированного электропривода, Целью изобретения является улучшение энергетических характеристик.

На фиг.1 представлена структурно ункциональная схема вентильного

10 электродвигателя; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняюшие работу отдельных блоков, эпюры наиряхсений на фазах электродвигателя и годограф вектора поля статора для случая формирования его по форме "шестиугольника"; на фиг.5-7 — соответственно

Структурно-функциональная схема вентильного электродвигателя, временные иаграммьс, поясняюцие работу отдельных блоков, эпюры напря>сений на фазах электродвигателя и годограф вектора

Поля статора для случая формирования

Его по форме "двенадцатиугольника".

Вентильньпс электродвигатель (фиг. 1,25

5) содержит трехфазную синхронную машину 1, секции обмотки которой под ;чюче ы к выходам основного трехфазного мостового преобразователя 2 частоты, механически соединенньш с рото- ром синхронной машины датчик 3 полохсения ротора фазоврашательного типа с трехфазной первичной обмоткой, подт(люченной к внходам дополнительного

Трехфазного преобразователя 4 часто35 ты, входы которого подключены к вы- ходам распределителя 5 импульсов, вход которого подключен к выходу гес1ератора 6 тактовых импульсов, формирователь 7 прямоугольных импуль40 с ов, вход которого подключен к выходйой обмотке датчика 3 положения ротора а выход соединен с объединенНыми входами из трех логических элеМентов ИСКЛЮЧАВЦЕЕ ИЛИ первой группы 8, другие входы которых подключены к выходам распределителя 5 импульсов, одноканальньпс делитель 9 частоты, вход которого подключен к выходу формирователя 7 прямоугольных им50 пульсов, а к выходу подключены объединенные входы трех логических элементов ИСКЛ?ЗЧА101!ЕЕ ИЛИ второй группы 10, другие входы которых подключены через трехканальный делитель 11

55 частоты к выходам распределителя 5 импульсов. Кроме того, введен ыифратор 12, первые три входа которого подключены к выходам первой группы

8 логических элементов ИСКЛЮЧАЮГ!ЕЕ

ИЛИ, вторие три входа шифратора 12 подключены к выходам логических элементов ИСКЛЮЧ)ЧАИГ ЕГ. ИЛИ второй группы 10, а шесть выходов шифратора 12 соединены с входами управления трехфазного мостового преобразователя 2 частоты.

Вентильньй электродвигатель работает следулцим образом.

Импульсы напряжений прямоугольной формы (фиг.2) со сдвигом друг относительно друга на 120 эл.град и о сква ностью рав ой 2 — X„9 Ху Х снимаемые с распределителя 5 импульсов, подаютсп па первые раздельные входы трех логических элементов ИСКЛЮЧЛЮЦЕГ ИЛИ первой группы 8 и одновременно на входы дополнительного трехфазного преобразователя 4 частоты, к выходам которого подключена первичная трехфазная обмотка датчика 3 полохсения ротора. Наводимое в выходной обмотке датчика 3 высокочастотное переменное напряжение поступает на формирователь 7 прямоугольных импульсов, фаза (частота) прямоугольных импульсов Х которого меняется относительно фазы (частоты) импульсов распределителя 5 в строгой зависимости от положения ротора датчика. При повороте вала машины в логических элементах ИСКЛЮЧАЮГ(ЕЕ

ИЛИ первой группы 8 формируются широтно-модулированные три последовательности импульсов типа "неравнознач ность: Хс1 Р лс Xg ф Хс ХС XJ c периодическим законом модуляции и частотой модуляции, равной частоте врацения ротора машины. При этом длительность меняется от 0 до 1 и от 1 до 0 за каждое мехсполюсное перемещение ротора датчика 3, а фазовый сдвиг в 120 эл.град. определяется.наличием фаэового сдвига на

120 эл.град. между напряжениями:

0 ь с

Одновременно на выходе трех логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ второй группы 10 формируются вторые три последовательности широтно-модулированных импульсов типа "неравночность : Y< g Ч; также с периодическим законом модуляции, но частотой в два раза меньшей основной частоты. Их длительность также меняется от 0 до 1 и от 1 до 0 и фазовьпс сдвиг определя"

f 654915 (ь xä) (-Ь 8 д); (2) 20 ется фазоным сдвигом между импульсами напряжений уп, Y, Y0, который равен 120 зл. град.

Данные дне последовательности ши5 ротно-модулированных импульсов с выходов логических элементов ИСКЛОЧАИЦЕЕ ИЛИ первой и второй групп подаются на соответствующие входы шифрато- 10 ра 12, выполненного, например, на элементах ИЛИ-HE (фиг.1). При этом шесть последонательностей, Ьормируемых шиЬратором f2, описываются следующими логическими выражениями: 15

+л = (х, Ф х + (v „< т„(; )

-A = (Хд Ф X)(+ (1 а Ф 1;

В = (ХЬ М (уь уд1 @= Рв )()+(V„+ + ;

+С

Эти шесть последовательностей непосредственно используются для управления ыестью ключами трехфазного мостового преобразователя 2, Для упрощения описания логических и графических выражений эти последовательности

35 обозначены большими буквами латинского алфавита, а знаки "+" и "-" перед ними указывают на то, к какой из шин питания относятся ключи коммутатора, на которые подается эта последователь-. 40 ность. Результирующие линейные напряжения Л, В и С, подаваемые на фазы электродвигателя, показаны на фиг.3 а. сплошной линией здесь выделена огибаюг(ая линейного напряжения по среднему значению.

Принцип работы схемы по фиг.5 аналогичен схеме на фиг.1. Она нключает в себя те же составные части (блоки) 50 и только один из пих, шифратор 12, содержит ыесть дополнительных логических элементов И-НЕ.

В результате выходные сигналы шиф55 ратора для данного случая формируются согласно следующих логических выражений:

+А = (х Ф:(>. (Yä Ф Yg) (Ха 6 Хd) (уа 4 Yd) +

+" = (xe, > xd) ("ь Yd)

+ (Хс Ф Хд) (ус Ф уд)

- = (x .-,) (-, 4 -д) Ь

+ (Хс " "g) ((. Уд)

-c=(СФХд) (усФд)+

+ (х,Фх„) (7,77 );

-С = (Хс Ф Хд) (ус Ф d) +

+ (Х Ф Х ) (у Ф Yd), Эти шесть последовательностей непосредственно используются для управления шестью ключами трехфазного мостового коммутатора 2. Результируюшие напряжения на фазах Л, В и

С двигателя приведены на фиг.б.

Сплошной лшшей здесь выделена огибающая линейного напряжения пс сред-, нему значению.

Как видно из эпюр, приведенных на фиг.6, полученные в результате изменения логических Ьункций шифратора 12 (фиг.5) линейные напряжения по среднему значению имеют форму трапеции, а гсдограф вектора поля статора описывает двенадцатиугольник. Эта схема (фиг,5) нентильного электродвигателя обеспечивает, по сравнению по схемой а Ьиг.1, повышение качества линейного напряжения и резкое снижение пульсации момента, а также повышение ранномер ости вращения вала двигателя.

Для наглядного описания процесса разгона и рассмотрения работы электродвигателя воспользуемся эпюрами, изображенными на фиг.2 и 3, годографом лектора поля статора (фиг.5) и электрйческой схемой (фиг.1). Для режима пуска периоды повторения широтно-импульсных напряжений более длительйые по времени, чем при работе электродвигателя н стационарном режи7

1654915 ме. Это объясняется равенством между частотой импульсов У о = f t, =

f распределителя 5 и частотой импульсов f d и, соответственно, между

f a частотой импульсов f

Lj0 кь к

= с=

2 Ч 2 и частотой импульfx

10 ! ,сов Е р = —, так как частота враще-! ния поля ротора датчика 3 положения равна нулю. При пуске электродвигателя производятся все логические операции между выходными импульсами функциональных блоков 8, 4, 3, 5, 6, 10, 11, 7 в соответствии с эпюрами, представленными на фиг." и 3.

При включении питания относитель- 20 ный сдвиг фаз между импульсами распределителя 5 импульсов и выходным сигналом датчика 3 положения ротора обусловлен пространственным положением ротора датчика 3 и последова- 2S тельностями импульсов самого распределителя 5 импульсов, которые непрерывно при пуске следуют (повторяются) на выходах каждого функционального блока. В результате на фазе А (фиг.3} повторяется единичный положительный импульс наибольшей длительности, на фазах В и С следуют единичные отрицательные импульсы меньшей длительности, что соответствует результирующему вектору статора электродвигателя согласно, изображенному на фиг.5, В результате фазы импульсов Х,1 и У, относяциеся к датчику 3 поло- 4(1 жения, начинают перемег аться относительно импульсов распределителя 5 импульсов: Х, Х1,, Х и соответственно импульсов Y, Yg, Y блока 11, что приводит к уменьшению относитель- 45 но начального длительности положительного единичного импульса на фазе А, уменьшению длительности отрицательного единичного импульса на фазе В и увеличению длительности отрицательного единичного импульса на фазе С, что соответствует некоторому смещению результирующего векто ра статора электродвигателя против часовой стрелки в сторону точки g в соответствии с фиг.4. Это ведет к перемещению роторов двигателя 1 и датчика 3 положения, осуществляющего, в свою очередь, фазовое смещение импУльсов Х,1 и Уг1 относительно импУльсов соответственно Х, Х, Х и

Y» Y 1„Y, смещая результирующий век. тор статора электродвигателя в сторону точки g в соответствии с фиг.4.

Далее процесс повторяется непрерывно и результирующий вектор статора проходит точки q, r, s, t и далее точку e, Таким образом, электродвигатель разогнался, образуемая на выходе датчика 3 положения частота вращения суммируется с частотой выходных импульсов распределителя 5. В результате импульсы Х„1 и Yg имеют более высокую частоту (фиг.2), что соответствует выходу электродвигателя на режим работы, соответствующий его естественной механической характеристике.

Таким образом„в вентильном электродвигателе улучшаются энергетические характеристики по сравнению с формированием синусоидального поля статора за счет снижения динамических потерь при сохранении высокой равномерности вращения и точности позиционирования путем формирования годографа вектора поля статора в виде многоугольников.

Формула изобретения

Вентильный электродвигатель, содержащий трехфазную синхронную машину, секции обмотки которой подключены к выходам основного трехфазного мостового преобразователя частоты, механически соединенный с ротором синхронной машины датчик положения ротора фазовращательного типа с трехфазной первичной обмоткой, подключенной к выходам дополнительного трехфазного преобразователя частоты, входы которого подключены к выходам распределителя импульсов, вход ко" торого подключен к выходу генератора тактовых импульсов, формирователь прямоугольных импульсов, вход которого подключен к. выходн обмотке датчика положения ротора, а выход соединен с объединенными входами трех логических. элементов ИСКЛЮЧАВЦЕК

ИЛИ первой группы, другие входы которых подключены к выходам распределителя импульсов, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью улучшения энергетических характеристик, в него

1654915 дополнительно введены трехканальный делитель частоты, одноканальный делитель частоты, вторая группа из трех логических элементов ИСКЛ10ЧЛВУ(ЕЕ ИЛИ и шифратор с ыестью входами и шестью выходами, при этом вход одноканального делителя частоты подключен к выходу формирователя прямоугольных импульсов, а выход соединен с объединенными входами из трех логических элементов ИСКЛВЧЛЮЦЕЕ ИЛИ второй груп пы, другие входы которых подключены через трехканальный делитель частоты к выходам распределителя импульсов, первые три входа шифратора подключены к выходам трех логических элементов ИСКЛЮЧЛЛЦЕГ ИХП1 первой группы, вторые три входа шифратора подключены к выходам трех логических элементов ИСКЛ10ЧЛЮ1(EF ИЛИ второй группы, а шесть выходов шифратора соединены с входами управления трехфазного мостового преобразователя частоты, 165491 5

1654915

3654915

А(х «ы Иааф.

-A=(Xa4Xd) Яа ИВ)+ )в и) )я И) ,9:ЯЯФ ы)7ЮУа)+ @с МХА (Чс РЧф. (аи4Ис М

-б=Яс4х4 (Ус49ф фазой) (УаФ У)).

Корректор С.Шекмар

Редактор A.Èàíäîð

Заказ 1956 Тираж 336 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при Г1(НТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, Ул. Гагарина, 101 )(УсФ Уб) (Ч 4 Ц ).

-8=()i8 ÔÈ).(ßÔÓÔj

Составитель М. Сон

Техред М.Дидык