Бесконтактный электродвигатель постоянного тока

 

О П

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 08.12.72 (21) 1854473/24-07 (51) М. Кл.-"

Н 02К 29(02 с присоединением заявки № дела м и за б рета ни и О п у б л и ко в а н о 3 0 . 0 8 . 9 . Б ю л л е е н ь № 3 2 (53) УДК 621.316.718. .5 (088.8) и открытий

Дата опубликования описания 30.08.79 (72) Авторы изобретения

В. М. Довгалеиок и В. К. Лозенко

Московский ордена Ленина энергетический институт (71) Заявитель (54) БЕСКОНТАКТНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЪ

ПОСТОЯHНОГО ТОКА

Государственный комитет (23) Приоритет

Изобретение относится к электроприводам с бесконтактными электродвигателями постоянного тока.

Известны бесконтактные электродвигатели постоянного тока, содержащие синхронную машину, секции якорной обмотки которой подключены к источнику постоянного тока через силовые полупроводниковые ключи коммутатора, управляемого датчиком положения ротора (1).

Ближайшим к изобретению является бесконтактный электродвигатель постоянного тока, содержащий синхронную машину, секции якорной обмотки которой подключены к источнику постоянного тока через силовые полупроводниковые ключи коммутатора, датчик положения ротора, выявитель рассогласования, первой и второй входы которого соединены соответственно с датчиком скорости и задатчиком скорости, а выход — с входом многоканального реле, нормально замкнутые цепи которого включены между выходом датчика положения ротора и входом силового полупроводникового ключа (2).

Система стабилизации основана на регулировании среднего напряжения питания двигателя за период коммутации. Недостатком таких систем стабилизации скорости является то, что приводы с различными моментами инерции по разному реагируют на выключение напряжения питания. Например, приводу с большим моментом инерции, кроме выключения напряжения для снижения скорости, необходимо еще активное торможение, иначе время переходного процесса будет значительным, и наоборот привод с малым моментом инерции очень чувствителен к выключению напряжения, 10 вследствие чего возникает большая величина перерегулирования, и нередко в системе возникают долгозатухающие качания.

Чтобы избежать этих недостатков приходится вводить многочисленные дополнитель15 ные устройства, что сильно усложняет схему и тем самым снижает надежность коммутатора и привода в целом.

Целью изобретения является улучшение переходного процесса стабилизации.

2О Поставленная цель достигается тем, что регулирование скорости ведется не по напряжению, а изменением внутренней структуры синхронной машины, для чего последняя снабжена дополнительными секциями якорной обмотки, каждая из которых включена параллельно силовому полупроводниковому. ключу через последовательно соединенный с ней дополнительный ключ, вход которого соединен с одноименным выходом

30 датчика положения ротора через нормаль3

682985

OO !

>О ()5

:|о разомкнутые цепи многокана I! Hoi o р "Ic.

На ф;|г. 1 изображена cTp jKT) pH35i схема управления одной из фаз синхронной машины при одпополупериодной коммутации; на фиг. 2 — график зависимости E= f (n) для синхронной машины с различными обмогками; HQ фиг. 3- схема включения фазы электродвигателя для случая, когда

U — E)0; на фиг. 4 — схема включения фазы электродвигателя для случая, когда

U -E(0; на фиг. 5 — схема включения секции синхронной машины для двухполупсриодной коммутации.

Бесконтактный электродвигатель постоянного тока состоит из синхронной машины, секции основной якорной обмотки 1 которой через силовые полупроводниковые ключи 2 коммутатора подключены к источнику постоянного тока 3 (для упрощения на фиг.

1 показано устройство для одной секции), а дополнительные секции 4 подключены параллельно силовому полупроводниковому ключу 2 через дополнительные полупроводниковые ключи 5, датчика положения ротора 6, датчика скорости 7 и задатчика скорости 8, которые соединены соответственно с первым 9 и вторым 10 входами выявителя рассогласования 11 сигналов датчика и задатчика скорости, и многоканалы|ого реле

12, размыка|ощие цепи 13 которого включены между выходами датчика положения ротора и входами полупроводниковых ключей

2, а замыкающие цепи 14 — между одноименными выходамп датчика положения и входами дополнительных ключей 5.

Система стабилизации может быть статической, если сигналами датчика 7 и задатчика 8 скорости являются напряжения, а вычвитель рассогласования 11 представляет собой сумматор, и астатической, если с||пиалы сравниваются по частоте на полупроводниковом компараторе, работающем в режиме выявителя рассогласования двух сигналов по частоте и фазе.

Электродвигатель работает следующим образом (фиг. 2). При пуске включена обмотка 1, и электродвигатель разгоняется до определенной скорости ni — (Е1), при которой начинает поступать сигнал с выявителя

11 рассогласования на включение транзистора 5 и дополнительной обмотки 4 согласiIo с основной обмоткой 1 и отключение транзистора 2. При этом противо-э.д.с. увеличивается (прямая Е|+Е,), и, следоватсльно, ток и вращающий момент уменьшаются. Скорость снижается, сигнал с выявителя рассогласования пропадает. Электродвигатель переходит на характеристику с обмоткой 1 (прямая Е1), скорость вновь возрастает и т. д.

П а р а м е | p LI +o i i 0 JI kI H T c T H H о и о о м от!|и гут быть выбраны различными для каждого конкретного привода. При этом возможны три случая.

l. U — (Е,+Е,) )О. В этом случае ток цз> !

О !

-!0

50 мсн51стся нсзначитсльно, 1! 11змиIсн|!с ско происходит QocTHTo IHo 1! IHBHo, об с15ечивая незна !п|сльную величину неререгулирования, что и необходимо для малоэнсрционных приводов. Схема для такого случая приведена на фиг. 3, гд стабилитрон 15 и диоды 16 и 17 служат для замы«анпя токов ЗДС самоиндукцш|, вознпка|о|цей при коммутации.

2. U — (Е,+Е.;) (О. В этом случае обеспечивается режим генераторного торможения, который способствует быстрому протеканию переходного процесса, что и необходимо в приводах с большим моментом инерции. Полупроводниковый ключ 5 должен пропускать ток от синхронной машины к источнику. В качестве такого ключа может быть применен, например, транзистор с проводимостью, обратной силовому транзистору 2.

3. U — (Е|+Е,) =О. Этот случай равносилен отключению напряжения питания. Однако практически получить такой режим в данной системе невозможно, поскольку сохранить E=coi>st в течение периода коммутации достаточно сложно из-за зубцовых гармоник, действия знакопеременной реакции якоря и т. д. В этом случае дополнительный ключ должен обеспечивать пропускание тока в двух направлениях: к источнику и от него. Этому случаю соответствует схема, изобра>кенная на фиг. 4, где дополнительный ключ 5 выполнен в виде транзистора, включенного в диагональ выпрямительного моста 18. Диоды 16, 19 и стабилитроны 15, 20 служат для замыкания токов коммутационной ЭДС самоиндукции в двигательном и генераторном режимах. Такая схема является наиболее общей и обеспечивает работоспособность электродвигателя для трех рассмотренных случаев.

Дополнительная секция 4 (фиг. 5) подключена параллельно силовому полупроводниковому ключу 2 через дополнительный ключ 5.

Дополнительные ключи 5 имеют установленную мощность на один — два порядка ниже мощности силовых ключей 2, что позволяет существенно упростить схему управления в целом.

Ф ар м ул а из о бр етен ия

1. Бесконтактный электродвигатель постоянного тока, содержащий синхронную машину, секции якорной обмотки которой подключены к источнику через силовые ключи коммутатора, датчик положения ротора, выявитель рассогласования, первый и второй входы которого соединены соответственно с датчиком и задатчиком скорости, а выход — с входом многоканального реле, каждая из нормально замкнутых цепей которого включена между выходом датчика положения ротора и входом упомянутого реле, отличающийся тем, что, с целью 682985 улучшения переходного процесса стабилизации, синхронная машина снабжена дополнительными секциями якорной обмотки, каждая из которых включена параллельно силовому ключу через последовательно соединенный с ней дополнительный ключ, вход которого соединен с одноименным выходом датчика положения ротора через нормально разомкнутые цепи упомянутого реле.

2. Электродвигатель по п. 1, отл и ч а юшийся тем, что, с целью уменьшения времени переходного процесса, дополнительный ключ выполнен в виде транзистора, включенного в диагональ выпрямительного моста.

Источники информации, 5 принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США № 3693143, кл. 318 — 254, 15. 02.72.

2. Овчинникова И. Е., Лебедева Н. И., Беляева С. А. Вопросы разработки ряда д бесконтактных двигателей со стабилизацией скорости, Сб. Двигатели постоянного тока с полупроводниковыми коммутаторами.

Л., «Наука», 1972, 682985

Pug д

Puz +

Ри;

Составитель В. Кузнецова

Редактор В. Фельдман Техред А. Камышникова Корректор А. Галахова

Заказ 2522/1 Изд. М 629 Тираж 857 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 типография, пр. Сапунова, 2