Вентильный электродвигатель

 

ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, содержащий ротор, статор с об^ моткой якоря, секции которой соединены с выходами инвертора, управляющие цепи ключей которого соединены через логическую.схему с вторичной обмоткой датчика положения ротора, выполненного в виде фазорегулятора с числом по'люсов,' равньм числу полюсов ротора,, трехфазная первичная обмотка датчика соединена с выходомтрехфазного источника повышенной частоты, отлич ающийс я тем, что, с целью повышения равномерности вращения, логическая схема содержит два формирователя прямо- . угольных трехфазных сигналов и вычитающий блок в трехфазном коде, вторичная обмотка фазорегулятора выполнена трехфазной, причем первичная обмотка фазорегулятора соединена с входом первого формирователя, вторичная обмотка соединена с входом второго формирователя, а выходные шины первого и второго формирователей соединены с входами вычитающего блока, выходные шины которого соединены с управляющими цепями ключей ин- - вертора.(Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) {51)5 Н 02 К 29/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К A ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21 ) 28 I 5577/24-07 (22), 07.09.79 (46) 15.04.90. Вюл. У 14 (72) В.И.Кочергин (53) 621.313.13.014.2:621 ° 382 (088.8) (54) (57) ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, содержащий ротор, статор с обмоткой якоря, секции которой соединены с выходами инвертора, управляющие цепи ключей которого соединены через логическую. схему с вторичной обмоткой датчика положения ротора, выполненного в виде фазорегулятора с числом полюсов, равным числу полюсов ротора,. трехфазная первичная обмотка датчика соединена с выходом

Изобретение относится к электротехнике, в частности к вентильным двигателям. включающим в себя трехфазную синхронную машину с датчиком положения ротора, сигналы которого управляют силовыми элементами мостового инвертора, питающего эту машину.

Предложение предназначается для использования в бесконтактных электроприводах различных объектов народного хозяйства (станки с ЧПУ, промышленные роботы, автоматические линии и т,д.).

Известны вентильные электродвигатели, содержащие многофазную син" хронную машину, на валу которой расположен датчик. положения ротора с вы" ходными шинами, число которых равно трехфазного источника повьппенной частоты, отличающийся тем, что, с целью повышения равномернос ти в ращения, логическая схема содержит два формирователя прямоугольных трехфазных сигналов и вычитающий блок в трехфазном коде, вторичная обмотка фазорегулятора выполнена трехфазной, причем первичная обмотка фазорегулятора соединена с входом первого формирователя, вторичная обмотка соединена с входом второго формирователя, а выходные шины первого и второго формирователей соединены с входами вычитающего блока, выходные шины которого соединены с управляющими цепями ключей ин-вертора. числу фаз машины, а также импульсный датчик с двумя выходными шинами, служащими для получения сдвинутых на и/2 по фазе сигналов; счетчик, вход которого соединен с выходом импульс- ного датчика, а шина установки в исходное состояние счетчика через блок дифференцирования соединена с выходными шинами датчика положения ротора; цифровые шины счетчика и датчика положения ротора соединены с цифровыми входными шинами инвертора, питающего вентильный двигатель. Прин ципп работы этого устройства заключается в том, что соединение счетчика . и выходных шин датчика положения ротора образуют вместе кодовый датчик, цифровые сигналы которого формируют на выходных шинах инвертора трехфаз828930 жения ротора.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство, содержащее ротор, статор с обмоткой якоря, секции которой соединены с выходом инвертора, управляющие цепи ключей которого соединены через логическую схему с вторичной обмоткой датчика положения ротора, выполненного в виде фаэорегулятора с числом полюсов, равным числу полюсов ротора, трехфазная первичная обмотка датчика соединена с выходом трехфазного источника повышенной частоты, Недостаток двигателя заключается в больших пульсациях скорости вращения его ротора. 25

Целью изобретения является повышение равномерности вращения, Поставленная цель достигается тем, что логическая схема содержит два формирователя прямоугольных

30 трехфаэных сигналов и вычитающий блок в трехфазном коде, вторичная обмотка фазорегулятора выполнена трехфазной, причем первичная обмотка фазорегулятора соединена с входом

35 первого формирователя, вторичная обмотка соединена с входом второго формирователя, а выходные шины первого и второго формирователей соединены с входами вычитающего блока, 46 выходные шины которого соединены с управляющими цепями ключей инвертора ° ные напряжения по синусоидальному закону ИИМ9 что обеспечивает равномерное вращение вектора напряжения статора и высокую плавность движения.

Недостатком двигателя является сложность конструкции датчика полоНа фиг. ) представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 — положения векторов напряжения статора и потока возбуждения для пяти случаев; на фиг. 3 — принципиальная схема вторичного блока; на фиг. 4 — эквивалентные многофазному (трехфаэному) коду цифровые сигналы обычного цифрового кода на выходных шинах первого формирователя трехфазных сигналов А и на выходных шинах второго формирователя В: а, когда угол между первичными обмотками фазорегулятора и выходными обмотками равен нулю и меньше Т/3; б, когда угол между этими обмотками tt/3 и меньше 2tt/39 в когда угол между этими обмотками

2) /3 и меньше ; г, когда угол между этими обмотками и и меньше 4 If/3 д когда угол между этими обмотками

4It/3 и меньше 5tt/3; е, когда угол между этими обмотками 5tt/3 и меньше 2я °

Слева от этих цифровых сигналов приведены значения разности между сигналами А и В; на фиг, 5 — угловые (временные) значения ныходных напряжений П, U U трехфазного мостового инвертора.

Выходные шины трехфазного мостового инвертора j соединены с обмотками статора трехфазной синхронной машины 2. На валу двигателя установлен регулятор 3, число пар полюсон которогA равно числу пар полюсов двигателя 2, Первичные обмотки 3 подключены к высокочастотному источнику трехфазного синусоидального напряжения-13 и к входным шинам первого

19 формирователя прямоугольных трехфаз" ных сигналов 4. Выходные обмотки 3 подключены к входным шинам второго формирователя прямоугольных трехфазньгх сигналов 5. Выходные шины 4 и 5 подключены к входу вычитающего блока 6, выходные шины которого соедицены с управляющими входами силовых элементов мостового инвертора.

Схема вычитающего блока (фиг, 3) состоит из квадратной матрицы 7 размерами 39 39 н узлах которой установ- лены дв ухв ходов ые элементы И, Пе рные входы элементов И квадратной матрицы соединены с выходными шинами первого формирователя трехфазных прямоугольных сигналов А = At А 9

А . Вторые входы элементов И соединены через блок 8 логического дейифрования с выходными шинами второго формирователя трехфазных прямоуголь5 ных сигналов В = В1, В 9 В, Выходные шины элементов И каждого столбца матрицы соединены с входными шинами трехвходовых элементов ИЛИ. Выходные шины матрицы 7 соединены с выходом вычитающего блока через инвертирующий блок 8, управляющий вход которого, соединен с входной шиной

В, логического дешифратора, Логический дешифратор 9 формирует на выходных шинах сигналы по следующему ло5 гическому закону

U 4" = ВВ +

g. 9

U "3" = ВВ +ВВ

5 8

Вычитающий блок выполняет арифметическую операцию вычитание двух чисел А и В, заданных в многофазном (трехфазном) коде.

При положении потока ротора Р, (фиг. 2) включаются силовые элементы инвертора, обеспечивающие расположение вектора напряжения 11 под углом 90 град.эл. к вектору потока

, При положении ротора и его пото" ка, когда угол между положениями

Р, и 7 составляет время t включения вектора в положение U к времени

t< включения в положение U относити/3 -о ся соответственно: t,/t, о <, (Т = tо + t, — период частоты переключения). При положении ротора Рэ

7/3 — 2о6 это соотношение t /С, =

1 2 pt» и т.д. В положении P, когда угол между вектором потока ротора @ и вектором U составляет 90 град. эл., а п Ф- = и /3 = н/3 время включения — О.

Таким образом, при любом положении ротора двигателя среднее значение угла между векторами потока ротора и напряжения статора сохраняется постоянным и равным 90 град. эл., что обеспечивает высокую плавность вращения ротора.

Схема ус тройс тв а раб о тает следующим образом.

При угловом положении ротора двигателя, когда обмотки статора и ротора фазорегулятора совпадают, изменение цифровых сигналов на выходе формирователей 4 и 5 (фиг. 1) происходит синхронно и разность этих сигналов соответствует цифре "0" на выходных шинах блока 6, Этому значению соответствует включение силовых элемейтов мостового инвертора (U о

= + 1, Ub = -1 U = О), когда вектор напряжения 11 располагается под углом a/2 к вектору потока ротора двигателя. При вращении ротора двигателя от 0 до значения ti /3 происходит периодическое появление на выходных шинах блока 6 цифровых сигналов "О", "1". Причем,при приближении ротора к углов ому и оложению

28930

S l0

7/3 время появления на выходе 6 цифры "1" увеличивается, а цифры "О" уменьшается (фиг. 5) . При угловом положении ротора я/3 (фиг. 4) разность между цифровыми сигналами А и

В соответствует цифре "1" (U = О, U1, = -1, U = +1 ). Этому положению соответствует вектор напряжения U<, который расположен к вектору потока ротора под углом и/2, При дальнейшем вращении ротора двигателя от значения ю/3 до 2n/3 происходит периодиI ческое появление на выходных шинах блока 6 цифровых сигналов "1", "2".

Причем, при приближении ротора к угловому положению 2 /3 время появления цифры "2" увеличивается, а цифры "1" уменьшается. При угловом положении ротора 2 a/3 (фиг. 4в ) разнос ть между циф ров ыми сиг налами А и

В соответствует цифре "2" (U = -1, U> — — О, У = + 1). Этому положению соответствует вектор напряжения U который расположен к вектору потока ротора под углом й/2 и т.д.

Выходные сигналы мостового трехфазного инвертора представляют собой при этом модулированные по трапецеидальному закону напряжения U, Ус, когда в каждой полуволне содержатся высокочастотные импульсы только одной полярности. При низких частотах вращения число этих импульсов большое, а при увеличении частоты вращения двигателя это число уменьшается, что соответствует оптимальному закону, обеспечивающему плавность движения и невысокие динамические потери в силовых элементах инвертора.

Таким образом, устройство позволяет получить высокую плавность движения двигателя, когда среднее значе. ние угла между векторами потока ротора 6 и напряжения статора U поддерживается неизменным. При этом форма выходного напряжения инвертора соответствует широтно импульсной модуляции (ШИИ) по трапецеидальному закону, близкому к синусоидальной IHHM.

Устройство отличается простотой дат.чика положения ротора и инвертора.

828930 п0 ° /",Р .,У .4 . 5 Л,о..r ..z* .ю" „с"

Ф.n* .r .z . . с"

° 5 .0 .1,z .Я" .С Р,,б.4,S .0 .1" .z .Я,Ф .к" .e...i..z,g у z

4* .У .d .1 .z,J с

1 2- 4

° Ю.z .s .s,ê .а" .r",ñ

° J .Ф,5 „о,г .К.4

« l z" «4 .К" с

° z" .у .ф .х

Фиг. 4

Фиг. 5

Ф

Техред М.Моргентал

Редактор Л, Письман

Корректор И. Муска

Заказ 1692 Тираж 438 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР .

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул. Гагарина, 101

° . . . . . 7. .1;1.2 ./ р ;Гг у у. у" - . -„" - - р. (4-EJ