Вентильный электродвигатель

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДВТИЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических республик е (61) Дополнительное к авт, сеид-ву (22) Заявлено 0702,80 (21) 2881567/21-07 (5))М. Кл. с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Н 02 К 29/02

Государственный «омнтет

СССР но делам нзобретеннй я открытий

Опубликовано 30.1081.бюллетень ЙВ 40 (5Ç} ЮК 621. з1з. 1з..014.2!621.

382(088 8) Дата опубликования описания 30.10.81 (72) Авторы изобретения

Е.И.Усышкин и В.A Äàíèëèí

Всесоюзный научно-исследовательский кино тоийстйФуг (71) Заявитель (54) ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ

Изобретение относится к вентильным электродвигателям (ВД) и может быть использовано в системах микропривода.

Известны (ВД), состоящие из электромеханического преобразователя с ротором в виде постоянного магнита и. фаз ным статором, датчика угловой координаты, широтно-импульсного

10 модулятора (или модуляторов) и коммутатора. Датчик угловой координаты вырабатывает фазные позиционные сигналы, которые через модулято-. ры формируют напряжения управления коммутатором., а следовательно, и пре- 15 образователем (1) и (2).

Недостаток таких ВД заключается в том, что при изменении загрузки (следовательно, и тока ) и частоты вращения изменяются составляющие па- 20 дения напряжений на обмотках, обусловленные их индуктивностьюрвследствие чего угол между результирующей (НС) и потоком ротора также изменяется, отклоняясь от оптимального равногот /2. Поэтому такие ВД имеют пониженную экономичность и быстродействие.

Этот недостаток частично устранен в-ВД с управлением формой тока по N сигналам от датчика угловой координаты, что стабилизирует взаимоориентацию потоков статора и ротора преобразователя.

В первоМ типе таКих ВД применены фазные регуляторы тока с обратной связью. В них токи от специаЛьных датчиков в выходных цепях коммутатора отслеживают сигналы от датчика угловой координаты, которые предпочтительно иметь синусоидальными (Э).

Недостаток таких ВД - их сложность обусловленная необходимостью применения датчиков фазных токов с изолированными выходными цепями и с линейной симметричной характеристикой, а также необходимостью получения сигналоэ специальной формы от датчика угло. вой координаты.

В другом типе токовых ВД предусмотрен один токовый контур с включением датчика тока в цепь питания. коммутатора (4 ).

Однако такое упрощение структуры

ВД по сравнению с первым типом достигается ценой отказа от регулирования формы тока, которая фиксируется как прямоугольная, что снижает экономичность ВД.

877726

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и решаемой задаче является ВД, содержащий ротор с источником однонаправленной намагЙйчивающей силы статойл с обмоткой, секции которой соединены с выходом коммутатора, управляющие цепи ключей которого соединены с выходом датчика положения ротора, выполненного в виде сельсина-фазовращателя, через функциональный преобразователь, содержащий стробопреобраэователь, первый вход которого соединеи с выходом генератора опорных сигналов, а второй вход — с выходом датчика частоты вращений,. и широтно-импульсный модулятор f 5 ).

Недостатком известного ВД является грубоприближенный характер регулирования, при котором изменения нагрузки и скорости раздельно не учиты-. ваются. Это снижает экономичность и быстродействие таких ВД, так как значение угла между током и ЭДС отличается от оптимального, Цель изобретения - повышение экономичности:и быстродействия ВД.

Для достижения указанной цели в

ВД дополнительно введены два регу лятора амплитуды сигналов переменного тока, два сумматора, фазосдвигающая íà 5/2 и инерционная цепочки и перемножитель сигналов, причем выход датчика подключен через .первый регулятор на первый вход первого сумматора и параллельно через фаэовращающую цепочку и второй регулятор — на второй вход первого сумматора, выход которого соединен со входом стробопреобразователя, а источник управляющего сигнала подключен к, управляющему входу первого регулятора и параллельно через второй сумматор, чнерционную цепочку и перемножитель сигналов — к управляющему входу второго регулятора, кроме того, ко второму входу второго сумматора и ко второму входу .перемножителя сигналов подключен источник аналогового сигнала скорости.

Такое усовершенствование обеспечивает.оптимизацию пространственного угла между взаимодействующими потоками преобразователя и обесПечивает тем самым повышение,его экономичности и быстродействия во всем диапазоне изменения нагрузки и скорости вращения. Причем оно не связано с выбором средств формирования, напряжения коммутатора.

На чертеже представлена структуРная схема ВД.

Устройство состоит иэ электромеханического преобразователя 1 с фаз ным статором и ротором из постоянного магнита, коммутатора 2, широтноимпульсоного модулятора 3, стробопреобразователя 4 (по числу фазных каналов управления),датчика 5 по

$0

d0

65 левой скорости. Во всех этих случаях вектор напряЖения должен совпадать. с потоком статора, поскольку влияние индуктивности обмоток не проявляется.

В общем случае на первый вход перемножителя 13 поступает еигнал разности между выходными сигналами источников 14 и 15. Этот сигнал разности -пропорционален току преобразователя 1. Перемножитель 13 вырабатывает сигнал, пропорциональный произведению тока на скорость, т.е. индуктивному падению напряжения на обмотках преобразователя 1, а регулятор 8 добавляет в сумматор 9 сигнал переменного тока с амплитудой, пропорциональной упомянутому падению напряжения, и с фазой, опережающей типу сельсина-фазовращателя и источника б опорных сигналов. Кроме того, ВД имеет два регулятора 7 и 8 амплитуды сигнала датчика 5, два сумматора 9 и 10, фаэосмещающую цепочку 11 и инерционную цепочку 12, а также перемножитель 13 сигналов. В схеме предусмотрены источник 14. управляющего сигнала и источник 15 аналогового сигнала скорости. Преобразователь i, как обычно, включен на вход коммутатора 2, ко входу которого через модулятор 3 подключен стробопреобразователь 4. Датчик 5 укреплен на валу преобразователя 2, а источник б подключен к стробопреобразователю

t5 4 и к обмоткам датчика 5. Выход датчика 5 через регулятор 7 амплитуды подключен на первый вход сумматора 9 и параллельно через фазосдвигающую на 7Г/2 цепочку 11 и регулятор 8 — ко щ второму входу сумматора 9, а источник 14 управляющего сигнала подклю-. чен к управляющему входу регулятора 7 и параллельно через сумматор 10, инерционную цепочку 12 и перемножитель 13 — к управляющему входу регулятора 8 ° Кроме того, ко второму входу сумматора 10 и ко второму входу перемножителя 13 подключен источник

15 сигнала скорости. Вьнсод сумматора

9 соединен со входом стробопреобразователя 4.

При холостом ходе двигателя или нулевой скорости вращения выходной сигнал перемножителя 13 равен нулю, и сумматор 9 вырабатывает сигнал, M амплитуда которого пропорциональна выходному сигналу источника 15, а фаза совпадает с фазой сигнала датчика 5, который установлен так, что вектор. напряжения и поток ататора

40 опережают поток ротора на Ф/2, что соответствует отпимальному электромеханическому преобразованию энергии.

При увеличении скорости (но отсутствии отгрузки) это условие сохраняется, так как выходной сигнал перемно жителя 13 равен нулю. То же самое имеет место при нагрузке и при ну877726 на Т/2 сигнал регулятора 7. В результате выходной сигнал сумматора 9 увеличивается и изменяет фазу в сторону опережения в той мере, которая обеспечивает точную компенсацию действия индуктивности обмоток при данной скорости и нагрузке преобразователя 1.

Механическая характеристика ВД при

Оп,- 0 „аналогична характеристике коллекторного двигателя, т.е. линей- )p на, а ток двигателя зависит только от нагрузки, причем строго линейно, что способствует повышению быстродействия. Испытания макета ВД подтвердили эти выводы, при этом КПД преобразователя увеличился на 2-10% в зависимости от диапазона изменения скорости и нагрузки.

Все узлы управления ВД реализуются на типовых микросхемах, логических элементах, операционных усилителях.и аналоговых ключах, что обеспечивает малое потребление энергии и малую массу устройства.

Формула и з о брет ения 25

Вентильный электродвигатель, содержащий ротор с источником однонаправленной намагничивающей силы, статор с обмоткой, секции которой соеди- Зр иены с выходом коммутатора, управляющие цепи ключей которого соединены с выходом датчика положения ротора, выполненного в виде сельсина-фазовращателя, через функциональный преобразователь, содержащий стробопреобразователь, первый вход которого соединен с выходом генератора опорных сигналов, а второй вход -. с выходом датчика частоты вращения, и широтно-импульсный модулятор, о т - 40 л и ч а ю шийся.тем, что, с целью повышения экономичности и быстродействия, в него дополнительно введены два регулятора амплитуды сигналов переменного тока, два сум-,. матора фазовращающая Hà K/2 и инерционная цепочки и перемножитель сигналов, причем выход датчика подклю, чен через первый регулятор на первый вход первого сумматора и параллельно через фазовращающую цепочку и второй регулятор, — на второй вход первого сумматора, выход которого соеди-. нен со входом стробопреобразователя, а источник управляющего сигнала подключен к управляющему входу первого регулятора и.параллельно через второй сумматор, инерционную цепочку и перемножитель сигналов - к управляющему входу второго регулятора, кроме того, ко второму входу второго .сумматора и ко второму входу перемножителя сигналов подключен источник аналогового сигнала скорости.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 224653, кл. Н 02 Р 5/16, 12.06.68.

2. Головицкий В.А.,Кулачев Б.А., Ровно Ю.Н. Устройство управления бесколлекторным двигателем постоянного тока на силовых интегральных схемах.

Электронная техника в автоматике.

Под ред. Ю.И. Конева Вып. 4,М., "Советское радио", 1973, с. 34.

3. Бродовский В.Н., Иванов В.С.

Приводы с частотно-токовым управлением. М., "Энергия", 1974.

4. Леоненко Л.Н., Овсянников О.О.

О допустимых ограничениях выходного тока усилителей в электроприводах.

Электронная техника в автоматике, Под ред. Ю,И.Конева, Вып. 7, М., "Советское радио", 1975, с. 89.

5. Авторское свидетельство СССР

379031, . H 02 P 5/16, 27,05.70.

877726

Составитель A Ñàíòîëîâ

Редактор Л.Филь Техред T.éàòî÷êà КоРректор Г. На эарова

° и

° р4* м в юе а

Заказ 9636/82 Тираж 733 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета CCCP по делам изобретений и открытий

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

° Ю ВФ% ° ФВ ВФЮ ф ФВЮЮ

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