Вентильный электродвигатель

 

О П И С А Н И Е (и) 556542

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 22.03.74 (21) 2008659/07 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 30.04.77. Бюллетень № 16

Дата опубликования описания 23.05.77 (51) М. Кл. Н 02К 29/02

Гааударственный комитет

Совета Министров СССР па делам изобретений и открытий (53) УДК 621.313.13.014. . (2):621.382 (088.8) (72) Автор изобретения

В. К. Цаценкин (71) Заявитель (54) ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ

Изобретение относится к области электродвигателей для системы автоматизированного электропривода и может быть использовано в различных приборах, станках и установках.

Известны вентильные электродвигатели (бесконтактные двигатели постоянного тока), в которых для получения информации о положении вала двигателя и соответствующей ей коммутации его фаз используются специально разрабатываемые для этой цели датчикиколлекторы (1). Датчики имеют число чувствительных элементов, равное числу фаз двигателя. На фазах двигателя производится при помощи усилителей мощности, подключенных к выходам чувствительных элементов, формирование прямоугольного напряжения, так как состояния чувствительных элементов датчика (например, ферромагнитных сердечников с прямоугольной петлей гистерезиса) изменяются скачкообразно, и число таких изменений в цикле коммутаций равно числу фаз двигателя.

К недостаткам таких вентильных двигателей относится то, что при ограниченном числе фаз и питании их прямоугольным напряжением ухудшаются энергетические показатели и качество движения вентильного двигателя из-за пульсаций электромагнитного момента.

Кроме того, необ>ходимость установки отдельного датчика с относительно высокой разрешающей способностью (аналогового или цифрового) для получения сигнала обратной связи по положению при использовании их в системах автоматического регулирования, например слсдяших системах, приводит к усложнению двигателя.

Наиболе- близким по технической сущности к изобретению является вентильный электродвигатель (2), в котором на валу установлен датчик положения с циклической характеристикой, в цикл которой укладывается целое число пространственных периодов магнитного поля статора двигателя, а выходной сигнал в пределах цикла линейно изменяется в функБ ции положения, выход датчика соединен с входом схемы коммутации, содержащей функциональный преобразователь и усилители мощности.

Однако в тлям двигателе состояния усили20 телей мощности изменяются скачком, т, е. фазы двигателя питаются прямоугольным напряжением, что приводит к ухудшению его энергетических показателей и качества движения из-за пульсаций электромагнитного мо25 мента.

Цель изобретения — улучшение качества движения и повышение энергетических показателей двигателя.

Поставленная цель достигается тем, что

30 функциональный преобразователь состоит из

556542 преобразователей линейно изменяющегося сигнала в ступенчатый и в сигналы, близкие к синусоидальным, и трехвходового сумматора с управляющим первым входом, второй вход которого связан с выходом датчика положения и входом преобразователя линейно изменяющегося сигнала в ступенчатый. Выход этого преобразователя подключен к третьему входу сумматора, выход которого соединен с входами преобразователей линейно изменяющегося сигнала в сигналы, близкие к синусоидальным. Эти преобразователи своими выходами подключены к входам усилителей мощности, вырабатывающих напряжения на фазах двигателя.

Такое выполнение устройства позволяет за счет регулирования угла сдвига магнитных осей статора и ротора (угла момента) изменять значение электромагнитного момента двигателя плавно и в широких пределах при одновременном обеспечении требуемой формы токов в фазах двигателя, близкой к синусоидальной, что позволяет получить высокие энергетические показатели и улучшить качество движения.

На фиг. 1 показана функциональная схема устройства применительно к двухфазному вентильному электродвигателю; на фиг. 2 приведен график выходного сигнала датчика в функции положения; на фиг. 3 — график выходного сигнала преобразователя линейно изменяющегося сигнала в ступенчатый; на фиг. 4 — график сигнала на выходе сумматора при отсутствии управляющего сигнала.

Устройство (фиг. 1) содержит двухфазный электродвигатель 1, вал которого связан через передаточный механизм 2 с датчиком положения 3. Выход датчика подключен к входам преобразователя 4 линейно изменяющегося сигнала в ступенчатый и сумматора 5 с управляющим входом. К третьему входу сумматора 5 подсоединен выход преобразователя

4. Выход сумматора соединен с входами двух преобразователей 6 и 7 линейного сигнала в синусоидальный, к выходам которых подключены через усилители мощности 8 и 9 фазы

10 и 11 двигателя 1.

Устройство работает следующим образом.

Предположим, что в исходном состоянии ротор двигателя 1 неподвижен, в фазах 10 и

11 по сигналу датчика У ат через сумматор 5, преобразователи 4, 6, 7 и усилители мощности

8 и 9 установлены такие значения токов, что вектор магнитного поля статора совпадает с магнитной осью ротора двигателя, а сигнал

Уущ>, поступающий на управляющий вход сумматора 5, равен нулю. При этом электромагнитный момент двигателя также равен нулю.

Если на управляющем входе сумматора 5 появится сигнал Уур, то под его действием сигнал на выходе сумматора изменит свое значение. При этом в фазах 10 и 11 двигателя установятся такие значения токов, что поле статора переместится в пространстве и воз5

25 зо

5О

65 никнет движущий электромагнитный момент.

Ротор двигателя придет в движение.

Если поддерживать Uynp неизменным, то рассогласование между магнитными осями статора и ротора будет постоянным, и двигатель будет развивать неизменный момент. Подача сигнала U,.„ð на управляющий вход сумматора 5 эквивалентна по своему действию сдвигу щеток у двигателя с контактным коллектором. Преобразователи 6 и 7 вырабатывают на выходах сигналы, которые при равномерном вращении ротора двигателя близки по форме к синусоиде (например, сигнал от преобразователя 6) и косинусоиде (соответственно сигнал от преобразователя 7). Это эквивалентно резкому увеличению коллекторных пластин у двигателя с контактным коллектором и приводит к значительному уменьшению пульсаций электромагнитного момента вентильного электродвигателя. Периодизация ВходнОГО сиГнала Uz — — с ф дат упр производится путем формирования ступенчатого сигнала с ф на выходе преобразователя 4.

Сигнал от датчика U»T в пределах цикла характеристики изменяется линейно в функции перемещения х ротора двигателя (фиг.2).

При этом нужно учитывать, что в период цикла датчика должно. укладываться целое число пространственных периодов магнитного поля статора двигателя. Это позволяет согласовать периодичнос;ь изменения токов в фазах двигателя и магнитного поля двигателя. Для соблюдения этого условия возможна связь вала двигателя с датчиком через передаточный механизм 2 (например, редуктор) с соответствующим персдаточным числом.

Форма выходного сигнала преобразователя линейного сигнала в ступенчатый Уф в функции U»y представлена на фиг. 3. Если предположить, что U ð — — О, то сигнал U> ——

=с ф — У ат на выходе сумматора 5 будет иметь вид, показанный на фиг. 4. Графики сигналов на фиг. 2, 3 и 4 изображены для случая аналоговой формы представления сигналов. Их можно использовать и для представления сигналов в цифровой форме, если приписать цифровым разрядам определенный вес и пренебречь эффектами квантования.

Размах сигнала U> прямо пропорционален пространственному периоду магнитного поля статор а, т. е. 2л р ад.

При U pÔÎ пилообразная кривая U> будет смещаться вверх или вниз относительно оси абсцисс. Это вызовет рассогласование между магнитными осями статора и ротора и возникновение электромагнитного момента, отличного от нуля. Изменяя величину и знак

U,- р (с помощью внешнего управляющего устройства, не показанного на чертеже), можно изменять величину и знак электромагнитного момента двигателя.

Используемый двигатель может иметь другое число фаз, а также расщепленные фазы.

В этом случае нужно соответственно изменить

556542

Фиг. 1 число преобразователей линейного сигнала в синусоидальный и число усилителей мощности.

Описанная выше структура позволяет при помощи введенных преобразователей и сумматора получить синусоидальную или близкую к ней форму напряжений на фазах двигателя или токов r них, обеспечить регулирование угла момента по внешнему сигналу, уменьшить колебания электромагнитного момента двигателя, благодаря чему повышаются энергеические показатели и качество движения. !(!.оме того, датчик положения, имеющий относительно высокую разрешающую способность, используется одновременно для получения сигнала обратной связи при работе двигателя в системе автоматического регулирования, например следящей системе.

Формула изобретения

Вентильный электродвигатель с датчиком положения ротора, имеющим циклическую характеристику вход — выход, линейную в пределах цикла, причем в цикл укладывается целое число пространственных периодов магнитного поля статора двигателя, соединенным с усилителями мощности через функциональный преобразователь, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества движения и повышения энергетических показателей, функ5 циональный преобразователь содержит преобразователи линейно изменяющегося сигнала в ступенчатый и в сигналы, близкие к синусоидальным, и трехвходовый сумматор с управляющим первым входом, вторым входом, сое10 диненным с выходом датчика положения ротора и входом преобразователя линейно изменяющегося сигнала в ступенчатый, подключенного своим выходом к третьему входу сумматора, связанного выходом с входами преоб15 разователей линейно изменяющегося сигнала в сигналы, близкие к синусоидальным, соединенных своими выходами с входамп усилителей мощности.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Вольдек A. И. Электрические машины.

Л., «Энергия», 1974, с, 235 — 238.

2. Двигатели постоянного тока с полупро25 водниковыми коммутаторами. Сборник статей под ред. Овчинникова И. Е., Л., «Наука», 1972, с. 154 — 159.

556542

/Ът

Щуа ф

Составитель А. Санталов

Техред И. Позняковская

Редактор С. Заика

Корректоры: Л. Котова и И. Позняковская

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 1103/12 Изд. № 399 Тираж 914 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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