Способ управления электродвигателем с ротором из магнитотвердого материала и устройство для его осуществления

 

Союз Советск их

Социвлнстическик

Респубпик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<, 736327!

1 а ( (6 l ) Дополнительное к !ит. СЕ!и!1-В (22) Заявлено 24.12,7 3 (21) 2433224/24 07,2 (51) М. Кл.

11 02 Р 7/42 с присоединением заянки t%

Государственный ион нтет (23) Приоритет оо делак изобретений и открытий

Опубликояано 2 i,0.1,80, Ьн1ллстень ¹ 1.1 (53) УДК О21.313. .323.072.6 (088.8) Дата опубликования описания 28 0 80 (72) Аяторн изобретения

Б. Л. Делекторсют!1, В. Н. Тарасов и 10. И. Тарасов

1 !Оскокск!тй Орден» 1IО1цпт» энс11ге s i!i åñ1:,1!)! iiHc с " у" (71 ) Зая !!н тель

{54) СПОСОБ УПРАБЛБ11ИЯ ЭЛ1=1:ТЕ О!1Б11ГЛ 11.:ЛГ М С 1- О1 ОРОМ

ИЗ МЛГНИТОТВЕРДОГО МЛ Т1:.Р11Л. 1 1 1! ."С 1РО1 1СТВО

ДЛЯ ЕГО AC#. 1.С ПЗЛ1=.1-11 Я! о

Изобретение относится к электротехнике а именно к бесконтактному управляемому микроэлектроприводу, включаюшему синхронный электродвигатель с магпитотвердым ротором.

Известно, что для сохранения энергетических показателей электродвигателей при изменении их нагрузки необходимо регулировать магнитный поток возбуждения в достаточно широких пределах (1Т

Кроме того, регулирование возбуждения требуется при частотном регулировании скорости врашения электродвтггателя, а также при изменении напряжения питания.

Известен способ регулирования путем изменения сопротивления магнитному потоку (2j. Этот способ не получил широкого распространения из-за увеличения размеров и массы двигателя, усложнения конструкции и технологии изготовления машины.

11звестен способ стабнл1!зац1!и магнитного состояп!тя Врашаюшегося ротора

{.!амагниченности ротора), состояший в том, что на Основное напряже1вие пита1п!тт! двпга Геля накладыка10т периодичсские ОднО! О !ярн1:1е 1Гм11ульс11ые 11а11ря—

1к",.ièë с -тастотой, меньшей Основной (3) .

Устро1!ство для его реализации содержит электродвигагель с;.. аг1пттстке1 !!ым ротт1рзм, подключенный к преобразователю генератор импульсов (называемый в дальпейшем возбудителем), который подключен своим выходом к фазам двигателя, а входом через дслчтель частоты соединен с преобразователем. Для контроля магнитного состояния ротора может использоваться датчик магнитного потока.

Этот способ и устройство является

1!Гд!более близк1Ы к изобретению по технпческой сушности и достигаемому резу 1ьтату.

Недостатком известного способа н устро1!Ства является 1! зл1!ч1те 1!1тзкттх энергетических показателе!! бг скоптактного привода при изменении нагрузки, частоты и напряжения.

Бель изобретения — повышение энер-: гетических показателей электродвигателей при изменении нагрузки, частоты и напряжения питания.

Зто достигается тем, что регулируют намагниченность вращающегося ротора путем формирования из однополярных импульсов серии импульсов с 10 увеличающейся по заданной программе вольт-секундной площадью каждого последующего импульса в серии, в интервалах между импульсами измеряют уровень намагниченности ротора, прекращают пос- 15 ледующие импульсы в серии, если измеренный уровень намагниченности от предыдущего импульса попадает в установленные пределы, и изменяют на 180 эл.град фазу импульсов в последующей серии, N если в процессе предыдущей серии на.магниченность ротора цревысит установленные пределы. Отличие устройства, позволяющего реализовать новый способ, состоит в том, что в него введены двух=. 25 пори овы«й дискриминатор, программный формирователь серии ымпульсов и фазосдвигающее устройство, включенное между делителем частоты и программным формирователем серии импульсов, вьгход которого соединен с возбудителем, причем датчик магнитного потока подключен к двухпороговому дискриминатору, один выход которого соединен с программным формирователем серии импульсов, а 35 другой — с фазосдвигающим устройством

На фиг. 1 показан процесс изменения уровня намагниченности ротора; на фиг.2— устройство для осуществления способа.

В координатах потока Ф н намагннчивающей силы F представлены верхние половины симметричных цетель гистерезиса магнита ротора, характеризующих различные уровни его намагниченности: кривая 1 — предельный, 2 — мннимапьно

45 требуемый, 3 — промежуточный, который, например, требуется достичь в цропессе регулирования. Кривая 4 представляе« собой характеристкку магнитной цепи двигателя, отражая связь наглагничивающей силы воздупщого заазра и сердечника статора с магнитным потоком. Точки пересечения петель гистерезиса с кривой 4 определяют (без pMTA реакции якоря) поток магнита ротора.

Йля уменьшения магнитного потока например, от Ф„ „до требуемого уровня 4 по пепи статора начинают пода736327 вать импульсы, причем каждый последую ший импульс большей вольт-секунднойй площади, чегл предыдущий. Фаза этих импульсов относительно напряжения питания двигателя тихова, что их действие размагничиваюшее. Б результате лервого импульса ноток ротора угленьшается скачком по нисходящей ветви петли гистерезиса В паузе между импульсами поток самостоятельно: увеличивается по восходящей ветви частного цикла до пересечения с магнитной характеристикой двигателя. Последующие «жпульсы уже снижают поток по нисходящим ветвям частных циклов. Процесс уменьшения магнитного потока осуществляется по характерной спирали между нисходящей ветвью предельной петли гистерезиса { 1) и магнитной характеристикой (4) двигателя. После прохождения h-го импульса серии магнитное состояние ротора будет уже характеризоваться точкой 5, которая находится в поле установленного допуска ф„на требуемый уровень Ф„. Зтот мое- достижения требуемо о -отока Ф, фиксируют, и подачу импульсов по цепи статора прекращают.

При увеличении намагниченности ротора, например с уровня 2 до уровня 3, но цепи статора подают ту же серию импульсов, что и цри размагничивании, но теперь фазу каждого иглпудьса из серии сдвигают на 180 эл.град по отношению к фазе этого же импульса при уменьшении потока ротора. Процесс нарастания потока от,„до ф„+дФ характеризует теперь правая спираль. В паузах между импульсами магнитный поток уменьшается теперь по нисходжцим ветвям симметричных петель гистерезиса. После прохождения т го импульса ноток ротора попадает в установленную

eOàÓ +Дф, (НаПРИГЛеР, ТОЧКУ 6), ЭтОт момент. фиксируют. и подачу импульсов прекращают. Количество импульсов в серии различно при увеличении и уменьшении потока даже в том случае, когда требуемый уровень располагается посредине рабочей зоны изменения потока, а регулирование ведется от крайних зна4ау, ф«« «

Та как при уменьшении намагниченности ротора требуется меньшая чамагничивающая сила, то вольт-секундная площадь первого в серии импульса должна выбираться, исходя из этого режима ре улщю B BHHH . кундной площади, по второму синдроимпульсу образуется в соответствии с заданной программой импульс большей вольт-секундной плошадц и т.д. Эти импульсы поступают на возбудитель 10, в результате чего на фазы двигателя 7 подается серия импульсов напряжения, в которой каждый последукнций импульс имеет большую вольт-секундную площадь, чем предыдуший, причем каждый из них сфазирован относительно основного напряжения питания. Как только уровень потока ротора достигнет заданного зна- чения с учетом поля его допуска, так на выходе "стоп дискриминатора 15 появл"ется логический сигнал "О, который не только запрещает дальнейшую обработку программы в формирователе 1 1, но и переводит его в исходное состояние. Вследствие этого подача серии импульсов прекращается, а формирователь ее оказывается подготовленным к выработке следующей серии. На этом цикл регулирования потока ротора заканчивается.

Если теперь потребуется увеличить поток до максимального значения, то серия импульсов начинается вновь с импульса наименьшей вольт-секундной площади, но число импульсов в секачи будет больше, чем в первом случае.

Процесс регулирования потока роторе на уменьшение осуществляется аналогично, Отличие лишь в том, что на выходе "регулирование" дчскриминатора

15 появляется логический сигнал О", который, поступая на инвертируюший вход 14 фазосдвигающего устройства 13, изменяет фазу синхроимпульсов на

180 эл.град. по отношению к той фазе, которая была установлена при увеличении потока ротора.

Схемная реализация блоков устройства может быть различной. Например, программный формирователь 1 1 серий импульсов, вольт-секундная площадь которых изменяется лишь эа счет изменения их длительности, можно выполнить следукнпим обрезом.

Ждущий мультивибратор и сдвигающий регистр (распределитель) объединены

cecum входами запускающим и тактирующимм соответственно. На эти входы подается синхроимпульс с фезосдвигаюшегс устройства 13. Каждый разряд регистре, кроме одного, изменяет величину сопротивления во времязадеюшей RC -цепи ждущего мультивибреторе. С поступлением каждого очередного синхроимнульса

5 736327 6

Устройство для реализации предлагаемого способа состоит из двигателя 7 с магнитотвердым ротором, подключенным к преобразователю налряжения 8, который соединен с делителем 9 частоты, возбудителя 10, включенного на фазы двигателя 7, который управляется от формирователя 11 серий импульсов. Между синхронизируюшим входом 12 формирователя 11 и выходом делителя 9 частоты включено фазосдвигающее устройство

13, инвертируюший вход 14 которого соединен с логическим выходом "регулирование двухпорогового дискриминатора 15. Второй выход стоп" дискриминатора 15 связан с командным входом 16 формирователя 11. По одному из входов дискриминатор 15 управляется от датчика 17 магнитного потока, а два других его входа используются для задания уставок потока Ф„и поля его допуска Ьф.

Э ж уставил могут программироваться.

Устройство для реализации предлагаемого способа работает следующим об2S разом. При подаче питания к элементам устройства двигатель начинает вращаться. Пусть требуется увеличить намагниченность вращающегося ротора, например, от фп ;,,, до Ф» (cw ô . 1 ) . Исходныи зо уровень потока ротора измеряется датчиком 17, выполненным, например, на базе элемента Холла. Выходное напряжение датчика 17 поступает на двухпоро. говый дискриминатор 15, где сравнивается с напряжением, пропорциональным требуемому потоку ф» . Если исходный уровень потока оказался меньше, чем требуемый, то на выходах "регулирование и "стоп с дискриминатора 15

Ф И

4О появляются логические сигналы 1 „которые поступают на инвертирующий вход 14 фазосдвигающего устройства 13 и на командный вход 16 формирователя

11 соответственно. В результате этого в формирователе 11 разрешается

45 отработка программы по формированию серии импульсов, а фаза этих импульсов устанавливается устройством 13 такой, гпобы они были нам агничиваюшими.

Выходные импульсы делителя 9 частоты, частота которых кратка частоте напряжения питания, проходят через фаэосдвигающее устройство 13 и поступанл на синхронизирующий вход 12 формиро55 вателя 11. С поступлением синхроимпульса, первого после подачи на вход 16 разрешающей команды, формирователь 1 1 выдает импульс наименьшей вольт-се7363 запускается ждутций мультивибратор, включается следующий разряд регистра, в результате чего изменяется величина сопротивления в BC -цепи, и, следова—

ТОЛЬКО| ДПИТельносТЪ ВЫХОДНОГО ИМПуЛЬ- 5 са мультивибратора, Один из разрядов регистра используется как установочный, оН характеризует исходное со "тояние формирователя 11. Разряд регистра,, след;Эчотций по порядку за установочным, IQ включает сопротивление наименьшей везпГчины, поэтому каждая последующая серия импульсов начинается с импульса наименьшей вольт — секундной плошади.

Максимальное число импульсов в Ц серии равно числу разрядов регистра за

В1.2четом одного, à порядок изменения длительности импульсов можно установить лзобым.

Импульсный возбудитель 19 можно 2О

ВЫПОЛЭП1ТЬ, НОЩППМер, В ВИДе IlogBQpHжаемой до постоянной величины нащэяжепия емкости„ включенной последовательно с управляемым ключом — транзистором. Б Гаком Виде Возбудитель удобно 25 сочлепять с программным формирова. -. телем 1 1„описанным вьпце.

Предлагасмое иэобрете-,гие позволяет устра1п%те ОснОВной недостаток дв22" Q I e-"Ie11 с: магнитотверд, Ihf ЭэотopoM .-- He .ю:.Ф

Возможность регулнрованля в нем потока возбуждения, Так ка; астота кмпуз"х-,— сов npJ." :fepno HQ порядок ниже основной

Част>ГЫ ГП21 ся ня, 0 Чс СТОта СЕ ЭЛ2 ЛМПУЛЬ.соВ щже еше HQ ткэрядок, то быст одей- з ствие регулирования Ог2Э анич оно . 1 1оэ тому данное 2нредлс жение предпочтительно для и- ..рционного привода. Оно может найти применение в синхронном мих 2О1пэиводез „в -частности в»,п2ГкроскoKfчесэ<2эк1 O приводе.

Формула изобретения

1. Способ управления электродвигателем с ротором из магнятотвердого материала, заключающийся в наложении

HQ основное напряжение питания ста".Ора одчопол2ярных импульсов с частотой мень1пей оснсвной- частоты питания элект- д

27 8 родвигателя, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью повышения энергетических показателей при изменении нагрузки, частоты и напряжения питания, регулируют намагниченность вращающегося ротора путем формирования из указанных однополярных импульсов серии импульсов с увеличивающейся по заданной программе вольт-секундной площадью каждого последующего импульса в серии, в интервалах между Импульсами измерязот уровень намэгниченности ротора, прекраша1ОТ последующие импульсы в ссрии > если изме эенный уровень намагни ченности от предыдущего импульса Iloпадает в установленные пределы, и изменяют на 18С эл. град. фазу нмпульсоВ в последующей серии, если в процессе предыдущей серии намагниченность ротора превысит уст ановленные пределы.

2. Устройство 1пя peaëèçQIoæ способа по и. 1, содержащее электродвигатель с ротором из магнзГГотве2эдого MGтериала, датчик его магнитного потока, возбудитель... включенный на фазы двигателя, преобреж2ватель, подключенный к двигателю, и делитель частот2", О т л ич а ю ш е е с я тем ю что. В него ВВеде17ы дв,2хпоро вьуй д -2 р р ци атор программный,"эормиззователь серии;дд.

ПУЛЬСОВ И фаЗОСДВИГ 21 ЗЩЕЕ i, СТРОЙН ТВО, включенное ...:жду д,элителе-.1 ч стоты и программным формирователем серии импу;;ьсов, вь т"эд которого соединен с возбудителем, П1з..-чем датчик магняГГного потока Г1одключен к Д2зухпороговому дискриминатору, один выход которого сое. динен - прог ам lnblM форми1зователем серии импульсов, а друз2ой —; фазосдви1 аюшиев 2 ус Гройс лжм

14СТ2" ники Гэ,,,.2рмац. и, причя „"э.!e BO BJMMp;Iff2 III2V э21 -2Г р2 1,ИЭЕ

1 .: ажнов Д. 1 "1рлектр,2ческз„., шин я. " 1. Энергия 1969 с 131 j 3 балагуров -D-- -A. и др. Электрические ма1икны с постоянными магнитами.

М.,„Энергия, 1964,i с. 85-86.

2. Авторское cBHдетельство СССР по заявке М. 2 818295107 кл. Н О2 Р 1110, 1972.

736327

Д иа f

Составитель Е. Перечыслова

Редактор В. Фельдман Техред М. Петко Корректор М. Пожо

Заказ 2444/46 . Тираж 783 Подписное

БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113U35, Москва,: Ж-35, Раушскаи наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4