Вентильный электродвигатель

 

(72) Ааторы изобретения

В. А. Соловьев и А.- М. Ланген

Московский ордена Трудового Красйого Знаменй текстильный институт (7!) Заяаятель (54) ВЕНТИЛЬН61Й ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ

Йзобретение относится к электрическим машинам, а точнее к вентильным электрс двигателям постоянного тока и может быть использовано в аппаратях звуко- и видеозаписи.

Известны вентильные электродвигатели (ВД), содержащие статор, на котором расположены секции обмотки, ротор в виде постоянного магнита, обладающий синусоидальным распределением магнитной ин— ло дукции в рабочем воздушном зазоре, генераторы Холла, расположенные в рабочем воздушном зазоре, транзисторный коммутатор секций обмотки, подключенный к выводам напряжения генераторов Холла, и систему регулирования частоты вращения, к выходу которой подключены токовые выводы генераторов Холла, причем регулир т . вание частоты вращения осуществляется изменением, величины тока, проходящего по токовым выводам генераторов Холла (1)

Недостатком, известных двигателей является влияние на тск секций обмотки постоянного потенциала выводов напряжения генераторов Холла, обусловленного прохождением по их токовым выводам тока управлейия.

Наиб лее близким по технической сущности и достигаемому,результату к изобретению является вентильный электродвигатель (2)

Он содержит статор с секциями обмотки, ротор в виде постоянного магнита, обладающий синусоидальным распределением магнитной индукции в рабочем воздушном зазоре, генераторы Холла, расположенные в рабочем воздушном заз ре, токовые выводы которых предназначены для подключенйя к системе регулирования частоты вращения ротора, делитель напряжения и коммутатор секций обмотки, выполненный в виде отдельйых каналов с силовыми транзисторами, причем каждый канал коммутатора подсоединен к одному из выводов напряжения генераторов Холла, ь для снижения влияния на ток секций обмотки постоянного потенциала выводов

6t342t35 напряжения Холла в каждые два смежных канала коммутатора введена электрическая

" с хеМа, состоящая из транзистора, в коллекторную и эмиттерную цепи которого включены резисторы, а база соединена сс, средним выводом делителя напряжения, подкпюченного параллельно выводам напряжения генераторов Холла. К эмиттеру этого транзистора через резистор подключены соединенные между собой амиттеры входных транзисторов смежных.ttgtta- t плв коммутатора; базы к торых присоедй ..иены к выводам напряжения одного из ге-, нераторов Xnttmi, à коллекторы соединены с базами силовых транзисторов.

Нед статком иавестного двигателя яв» 1 ляется недостаточная равномерность вращения иа-за искажений полусинусоидальных ток в во включенных секциях обмотки, Эти искажения возникают в результате того, что в коммутаторе, двигателя к переходам 21 база«эмиттер входных транзисторов кана-. лов, коммутатора прикладывается изменяющееся по синусоидапьному закону напряжение выводов напряжения генераторов

Холла. Иа теории транзисторов известно, что входная характеристика транзистора, т.е, зависимость базы 16 от прямого нап ряжения Ц -, приложенного к перехооэ ду база-эмйттер, нелйнейна и носит экспо ненциальный характер, а коллекторный танк

° ЪФ транзистора определяется из выражения

I„= p1< (< p )y где P — коэффициент передачи тжа базьц

- обратный ток коппектора, т.е, ЭЗ

КО тж череа переход коллекторбаза при отключенном эмиттере.

Р

В результате этого токи баз входных транзйсторов каналов коммутатора атnt о

4tt двйгателя при подаче на их переходы бааа-амиттер синус оидальных напряжений с выводов напряжения генераторов Холла ие будут иметь попусинусоидальную ф рму.

Их кллекторные токи, которые одновременно являются токами баз силовых тран- зисторов, будут искажены и токи секций обмотки двигателя.; Это приводит к снижению равномерности вращения бесконтактного двигателя постоянногn тока, Кроме того, одновременно ttn всем сек- циям обмотки двигателя проходят постоянные т ки, обусловленные обратными токами коллекторов транаисторов коммутатора, Эти равные по величине из-за разбр са параметров транзист11ров токи соадают в двигателе неподвижное магнитное попе.

Оно дополнитепьно увеличивает неравномерн ость врашени я двигателя, а так же приводит к снижению его KI1fl за счет возрастания тепловых потерь в секциях обмотки и транзисторах коммутатора, аделью изобретения является повышение равномерности врашения двигателя данного типа.

Для атого в каждый канал коммутатора введена ключевая схема, а канал выйолнен в виде масштабного усилителя, включающего операционный усипитепь и двухтактный эмиттерный повторитель на двух транзисторах, один из которых имеет структу, - -.n, а другой -р- И-р, причем неинвертируюший вход операционного усилителя соединен с одним из выводов напряжения генераторов Холла, параллельно токовым выводам которых подключен делитель напряжения, а его средняя точка соединена с общим выводом операционного усилителя, выход которого соединен со входом двухтактного амиттерного повтори тепя, при этом коллектор его транзистора структуры И-р- fl соединен с базой силсгвого транзистора, а коллектор транзистора,структуры р-. И-р — с Одним иа входов ключевой схемы, второй вход которой предназначен для подключения к отрицательному попЮсу источника питания двигателя, один иа выходов ключевой схемы присоединен к базе силового транзистора, а вто-. рой предназначен для подключения к положительному полюсу источника напряжения смещения, отрицательный полюс которого соединен с положительным полюсом источника питания двигателя.

Такое выполнение двигателя позволяет повысить равномерность его вращения и

КПД за счет уменьшения искажений токов попусинусоидапьной формы во включеннЫх секциях обмотки и снижения величин постоянных токов, проходящих по выключенным секциям.

На чертеже представлен предлагаемый двигатель, принципиальная электрическая схема. Двигатель содержит статор с четырьмя секциями обмотки 1, ротор в виде постоянного магнита, обладающий си» нусоидальным распределением магнитной индукции в рабочем воздушном зааоре, генераторы Холла 2,3, расположенные в рабочем воздушном çàànðå. Параллельно ихтоковым выводам, предназначенным дпя подключения к системе регулирования частоты вращения, присоединен делитепь напряжения, состояший из двух последовательно включенйых резисторов 4,5. Управление.

f 6 .12il5 токами секций обмотки осушествляется коммутатором, выполненным в виде rvrдельных каналов, Каждый канал коммутатсь- ров содержит ключевую схему 6, силовой транзистор 7, в коллекторную цепь которого включена секция обмотки 1, и масштабный усилитель, состояшнй из опера- . ционного усилителя 8 и двухтактного эмиттерного повторителя на двух транзисторах 9, 10 разных структур. Тран- 10 зистор 9 имеет структуру и -р- tl, а транзистор 10 - р-И-р. Неинвертирующий вход операционного усилителя 8 соединен с одним из выводов (nn чертежу с левым) напряжения генератора Холла 2. другой его вывод напряжения подключен к неинвертируюшему входу операционного усилителя смежного канала коммутатора, а выводы напряжения генератора Холла 3 таким же способ"м подключень к двум-другим 20 смежным каналам. Общий вывод операци- онного усилителя 8 соединен с обшей точкой резисторов 4,5, представляющую ссг. бой среднюю точку делителя напряжения.

К выходу операционного усилителя 8 под« соединены базы транзисторов 9,10 двухтактного эмиттерного повторителя. Нагру« экой этих. транзисторов является резистор

11, включенный между соединенными вмес-, те их эмиттерами и обшим выводом операционного усилителя 8. Переменный резистор 12, включенный между обшей точь кой эмиттеров транзисторов 9, 10- и ин-. вертируюшим входом операционного усилителя 8, и резистор 13, включенный между обшим выводом и инвертнруюшим вхо-дом операцнонйого усилителя 8, обеспечивают работу этого операционного усилителя и двухтактного эмиттерного повторите.ля на транзисторах 9, 10 в качестве ма--4О сштабного усилителя. Коллектор транзистора 9 соединен с базой силового транзистора 7, эмнттер которого присоединен б к положительному полюсу источника питания двигателя. В целях обеспечения температурной стабилизации режима работы силового транзистора 7 параллельно его переходу база-эмиттер включен терморезистор 14. Коллектор траизис гора 10 соединен с одним из входов ключевой схемы 6, второй вход которой подключен к отрицательному полюсу источника питания двигателя. Один из выходов ключевой схемы 6 присоединен к базе оптового транзистора

7, а второй к положительному полюсу источника напряжения смешения, отрицательный полюс которого соединен с положительн,ымм полюсом источника питания двигателя.

Прн прохождении по тгжовым выводам генераторсв Х лла 2,3 т ка управления напряжение на их выводах прн вращении ротора двигателя вследствие синусоидального распределения магнитной индукции в раб чем эаз ре будет изменяться по синусоидальному закону, Потенциал эквипетенциальных точек генераторов Холла 2, 3, в результате того, что общий вывод операционного усилителя 8 соединен со средней точкой делителя напряжения на резисторах 4,5, подключенного параллельно токовым выводам генераторов Холла

2,3, будет равен ",потенциалу общего выI вода операционного усилителя 8 и не будет изменяться при изменении тока уп-равления. Поэтому при врашении ротора двигателя. в зависимости от егп положения иа неинвертирующий вход операционного усилителя 8 относительно его с бЫеговывода будет. подаваться или положительная, или отрицательная попуволны синусоидального напряжения вывода напряжения генератора Хплла 2. Амплитуда этого синусоидального напряжения зависит от величины тока управления.

При положении ротора двигателя, при котором на неиивертирующий вход опера- . ционного усилится 8 будет подано относительно его обшего вывода с вывода напряжения генератора Холла 2 напряжение положительной полярности, закрывает ся транзистор 10 и открывается транзистор 9 двухтактного- эмиттерного повторителя, Возникающее при прохождении эмиттерного тока I>< транзистора 9 по резистору 11 падение напряжения на нем будет равно 1 „= 1 1% - T g1 (1+ Pi ) R К 1,.„, где R — величина сопротивления резистора 11; — ток базы транзистора 9; — коэффициент передачи тока ба9

1 зы транзистора 9;

К вЂ” коэффициент усиления масштабного усилителя, равный отношению величины сопротивления переменного резистора 12 к величине резистора 13; — напряжение на выводе напря1Õ жения генератора Холла 2 относительно общего вывода операционного усилителя 8..

При использовании транзистора 9 со значением Р> 730-50 ток его коллектстра ..I 1 будет мало отличаться от токs эмиттера

К1 51 i 61 31

664265

8 поле, которое приводит во вращение рс Иа этого следует, что иаменения колФормула лекторного тра транзистора 9 будут тор. прямо пропорциональны изменениям напря. Таким образ м, уменьшение искажений жения вывода напряжения генератора Хол- токов полусинусоидальной формы so вклю. ла.2 относительно общего вывода опера- ченных секциях обмотки и снижение на ционйого усицителя 8 положительной йо 5 1-2 порядка величин постсянных токов, ляриости, В этот момент, в связи с тем, проходящих по выключенным секциям, что транзистор 10 аакрыт, ключевая схе- существенно повышает равномерность ма 7 будет закрыта. Сопротивление тер- вращения и КПД-вентильного алектрс мореаистора 14, шунтирующего переход двигателя данного типа. Это позволяет исбааа-амиттер силового транзистора 7, йо 10 йользов®ть et о в электроприводах пересравнению с сопротивлением-постоянному. ноСных и передвижных аппаратов звукотбку этого перехода велико поэтому кол- и видеозаписи с батарейным питанием. е лекторный ток полусинусоидальной формы транзистора 9 будет током базы силового транзистора 7. По секции обмотки 1 15 иаобретения двигателя в этот момент проходит коллек--, торный ток Х gg силового транзистора 1. Вентильный электродвигатель, со7 равный держащий ротор с системой возбуждения, Э

/ обеспечивающей синусоидальное распреде=Ь 1 + (1+ Ъ

К2 2 К1 2; КО2 20 ление индукции в воздушном аазоре, и где p - коаффициент передачи то- статор с якорной обмоткой, каждая секция ка базы силового транзис..-: которой соединена с выходом одного из тора 71,.,, каналов усиления, состоящего иа силово- обратный ток коллектора го транзистора, база которого соединена

Ко2 силового транзистора 7. 5 с выходом линейного усилителя, вход коУстановка необходимой амплитуды то- торого соединен с выходом расположеннока секции обмотки 1 осушествляатся ne- ro в воздушном зазоре генератора Холла, ременным резистором 12. и с одним из выходов цепи запирания, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью. В момент, когда ротор двигателя на- повышения равномерности вращения, каж30 ходится в положении, когда на неинверти- дый канал усиления снабжен дополнительрующий вхса операционного усилителя 8 но ключом, расположенным s цепи эапирабудет подано относительно его общего ния, управляющие цепи которого соединень. вывода с вывода напряжения генератора с выход м линейного усилителя.

Хсала 2 напряжение отрицательной по35

2. Вентильный электродвигатель по лярности, закрывается транзистор 9 и и. 1, отличаюшийсятем,что открывает =я транзистор 10 двухтакт- усилитель выполнен в виде последовательного эмиттерного повторителя. По вход- --- =.--но соединенных операционного усилителя, ной цепи ключевой схемы прохсаит ток, общая точка которого соедииена со сред40 и она открывается. Вааа силового трап- . - ней точкой делителя, подключенного пазистора 7 через открытую ключевую схе- .. раллельно генераторам Холла, и двухтактму 6 подключается к положительному по ного амиттерного повторителя, выполненлюсу источника напряжения смещения. Си- ного на двух транзисторах различного тиловой транзистор 7 запирается. По сек- - -- —.BB проводимости, причем коллекторная цепь

45 ции обмотки 1 в этом случае проходит транзистора, тип проводимости которого ток братан типу проводимости силового тран2 КО2 зистора, соединена с базой Чилового транК2 КО 2 аистора, а коллекторная цепь второго

Аналогичные процессы происходят so транзистора -амиттерного повторителя сое50 всех каналах коммутатора. При атом од- динена с управляющим входом ключа в це. новременно, в связи с тем, что генера пи запирания. торы Холла 2,3 в рабочем воздушном за- Источники информации, принятые so зоре двигателя расположены под углом внимание при экспертизе

90, будут включены две и выключены 1. Агс11ч fii1 1ссМ1ЯсФюн Ме9 две секции обмотки Х . В результате это Р 1 i< <8 э 79-.82, го в статоре двигателя создается равно- 2. Патент ФРГ N 2309380, мерно вращающееся круговое магнитное,кл, 21 д Л9, 1976.

К сист рсгу и Ррщ, Л Йодап коммутатора

Составитель А Санталов

Редактор Ю. Челюканов Техред.;М. Петко Корректор О. Билак

Заказ 3012/51 Тираж S56 Подписное

ЦНИИПИ Гвсударственного комитета СССР и делам из обретений и открытий

113035, Москва, Ж35, Раушская наб., д. 4/5 ! филиал ППП Патент, г. Ужгорода„ул. Проектная, 4