Вентильный электродвигатель
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Республик
Г) а 1 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 16.05.79 (21) 2766419/24-07 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М.К . Н 02 К29/02 Государственный кемите1 СССР Опубликовано 30.03.81. Бюллетень № 12 Дата опубликования описания 31.,03.81 аа делам изобретений и открытий (53) УДК 62 1.313. .13.014.2:621. .382 (088.8) (72) Авторы изобретения В. А. Данилин и Е. И. Усышкин (71) Заявитель Всесоюзный научно-исследовательский кинофотоинститут (54) ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ Изобретение относится к бесконтактным двигателям постоянного тока для систем, автоматики и может быть использовано прежде всего для создания бесконтактных двигателей с точным управлением угловым положением ротора и мгновенной скоростью движения. Известны вентильные электродвигатели (ВД) общего типа, содержащие электромеханический преобразователь, коммутатор с модуляторами импульсов на его входе и датчик угловой координаты (1). В них 1о электромеханический преобразователь выполнен на основе фазного статора и ротора из постоянного магнита. Датчик вырабатывает фазовые сигналы, имеющие дискретную форму, которые управляют коммутатором. Однако такие ВД имеют значительные пульсации электромагнитного момента в функции угловой координаты, вследствие чего характеризуются низкой точностью управления углом и скоростью. Известны ВД с синусоидальными выходными токами, что повышает точность управления собственно двигателем (2). Датчик углового положения выполнен по типу сельсина и снабжен однофазным источником питания. Выходные сигналы на фазных выходных обмотках сельсина, амплитудномодулируемые в функции его угловой координаты, поступают на демодуляторы и фильт ры, где преобразуются в гладкие составляющие, которые, в свою очередь, используются как опорные в узлах подчиненного формирования тока со специальными токовыми датчиками. Величина тока регулируется путем регулировки напряжения источника питания сельсина. Недостатки таких двигателей заключаются в искажениях и запаздывании сигналов в демодуляторах и фильтрах, нелинейной зависимости тока от входного сигнала, большом количестве соединений между электронной частью и двигателем, сложности датчиков тока и искажениях в них, что в конечном счете не обеспечивает точности управления двигателем. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является ВД, содержащий собственно многофазную синхронную машину, коммутатор со входами управления, сельсин-фазовращатель на валу двигателя, 817896 многофазный, источник питания сельсина и преобразователи «Фаза-длительность импульсов» на входах коммутатора (3). Каждый.из преобразователей выполнен по типу двухтактного потенциального узла совпадения сигналов однофазного датчика и одного из напряжений питания сельсина. Поскольку информация об угловом положении датчика поступает для всех фаз по одному каналу и узлы его преобразования являются чисто логическими, обеспечивается отсутствие искажений и запаздывание сигналов при преобразовании сигнала датчика. Недостаток известных ВД обусловлен трапецеидальным законом модуляции широтно-импульсных сигналов управления коммутатором, что снижает точность управления двигателем. Возможное улучшение закона модуляции за счет узлов геометрического суммирования двух трапецеидальных сигналов также не обеспечивает высокой точности формирования синусоидальной модуляции длительности импульсов управления. Цель изобретения — повышение точности управления двигателем. Указанная цель достигается тем, что ВД, содержащий многофазную синхронную машину, многофазный коммутатор со входами управления, сельсин-фазовращатель в качестве датчика положения двигателя, многофазный источник питания сельсина и преобразователи «Фаза-длительность импульсов» на входах управления коммутатора, дополнительно введены измерительные усилители и интеграторы с обнуляющими ключами на входах, число дополнительных элементов равно числу фаз двигателя, а также общий формирователь симметричного сигнала несущей частоты, каждый из преобразователей «Фаза-длительность импульсов» выполнен из последовательно соединенных усилителя, динамического запоминающего узла и широтно-импульсного модулятора, причем каждый из усилителей по неинвертирующему. входу подсоединен к выходу сельсина, а по инвертирующему входу к выходу соответствующего интегратора, управляющий вход каждого обнуляющего ключа и тактовый вход каждого динамического запоминающего узла соединены с одним из выходов источника питания сельсина, вход каждого из измерительных усилителей подключен к выходу коммутатора, выход— к входу интегратора, а к входам всех измерительных усилителей подключен общий формирователь симметричного сигнала несущей частоты. На фиг. 1 дана структурная схема вентильного электродвигателя; на фиг. 2 диаграммы его работы. ВД содержит синхронную машину 1, коммутатор 2 с фазными входами управления, сельсин-фазовращатель 3 в качестве датчика положения двигателя 1 и много5 1О 25 зо 55 фазный источник 4 питания .сельсина 3; К каждому im фазных входов управления коммутатора 2 подключены преобразователи «Фаза-длительность импульсов», каждый из которых состоит из последовательно соединенных усилителя 5, динамического запоминающего узла 6 и широтно-импульсного модулятора 7, подключенного выходом непосредственно к соответствующему фазному входу коммутатора 2. Между каждым из фазных выходов коммутатора 2 и средней точкой питания его включены измерительные усилители 8, которые выходами через интеграторы 9 соединены с инвертирующими входами усилителей 5, тогда как неинвертирующие входы усилителей 5 подключены к общему для всех фаз сельсина 3. Интеграторы 9 снабжены обнуляющими ключами 10, управляющие входы которых совместно с соответствующими тактовыми входами динамических запоминающих узлов 6 соединены с соответствующими фазными выходами источника 4 питания сельсина 3. Формирователь 11 симметричного сигнала несущей частоты по выходу подключен ко всем одноименным входам измерительных усилителей 8 в противофазе к пульсациям широтно-модулированных напряжений коммутатораа 2. Для регулирования напряжений коммутатора 2, т. е. глубины их модуляции, может быть предусмотрен множитель 12 на выходе сельсина 3. Формирователь 11 симметричного сигнала несущей частоты подключен ко всем одноименным входам измерительных усилителей 8. Устройство работает следующим образом Сигнал 13 синусоидальной формы от датчика 3 имеет ту же несущую частоту, что и сигналы 14 от источника 4, отличаясь от них лишь фазой, которая изменяется адекватно с изменением угловой координаты ротора сельсина 3 и двигателя 1. Сигнал 13 поступает на усилитель 5 вместе с сигналом 15 отрицательной обратной связи по напряжению коммутатора 2, о котором будет сказано ниже. Разность 16 сигналов 13 и 15 после усиления поступает на динамический запоминающий узел (ДЗУ) 6, который фиксирует эту разность в моменты времени, определяемые передним фронтом сигнала 14 источника 4. В результате в каждом из ДЗУ получаются ступенчатые сигналы 16, сдвинутые относительно двух других аналогичных сигналов на 120 по угловой координате двигателя 1. Эти сигналы 16 преобразуются широтно-импульсными модуляторами (ШИМ) 7 в широтно-импульсные сигналы 17 управления коммутатором 2. Каждый из фазных сигналов 18 коммутатора 2, отличающийся от сигнала 17 управления искажениями из-за задержки в несиловых ключах, пульсациями напряжения питания, влиянием конечного сопротивления транзисторов и шунтирующих диодов (что показано в утрированном виде), поступает на измерительный усилитель 8 817896 5 вместе с симметричным, сигналом 19, благодаря чему гармоники несущей частоты в несколько раз или в несколько десятков раз ослабляются. Сигнал 20 усилителя поступает на интегратор 9, обнуляемый в начале каждого такта по несущей частоте, в результате чего сигнал 15 интегратора 9 к концу каждого такта имеет значение, пропорциональное гладкой составляющей 18 выходнбго напряжения коммутатора 2. Сигнал 15 интегратора 9 является сигналом обратной связи, поступающим на инвертирующий вход усилителя 5. Такое построение схемы ВД обеспечивает повышение точности управления главным образом за счет сочетания динамических запоминающих узлов б, фиксирующих сигналы лишь в дискретные моменты времени, и обнуляемых интеграторов в цепи обратной связи, обеспечивающих в заданные дискретные моменты времени точные, т. е. без запаздывания пульсаций, помех и т. д., значения сигналов обратной связи по гладкой 20 составляющей. Применение такого ВД позволяет повысить точность управления его угловым положением в десять и более раз, что подтверждается экспериментально. источник питания сельсина и преобразователи «Фаза-длительность импульсов» на входах управления коммутатора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности управления двигателем, в него дополнительно введены измерительные усилители и интеграторы с обнуляющими ключами на входах, число дополнительных элементов равно числу фаз двигателя, а также общий формирователь симметричного сигнала несущей частоты, каждый из преобразователей «Фаза-длительность импульсов» выполнен из последовательно соединенных усилителя, динамического запоминающего узла и широтно-импульсного модулятора, причем каждый из усилителей по неинвертирующему входу подсоединен к выходу сельсина, а по инвертирующему входу — к выходу соответствующего интегратора, управляющий вход каждого обнуляющего ключа и тактовый вход каждого динамического запоминающего узла соединены с одним из выходов источника питания сельсина, вход каждого из измерительных усилителей подключен к выходу коммутатора, Выход — к входу интегратора, а к входам всех измерительных усилителей подключен общий формирователь симметричного сигнала несущей частоты. Формула изобретения Вентильный электродвигатель, содержащий многофазную синхронную машину, многофазный коммутатор со входами управления, сельсин-фазовращатель в качестве датчика положения двигателя, многофазный Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Лодочников Э. А. и Юферов Ф. М. Микродвигатели для систем автоматики. М., зо «Энергия», 1969, с. 79 — 100. 2. Авторское свидетельство СССР № 186019, кл. Н 02 P 5/36, 1963. 3. Авторское свидетельство СССР № 216836, кл. Н 02 К 29/02, 1967. 817896 18 РИе. 2 Составитель А. Санталов Редактор А. Лежнина Техред А. Бойкас Корректор Н.Швыдкая Заказ 1461/74 Тираж 730 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, )К вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП «Патент», r. Ужгород, ул. Проектная, 4
