Управляемый вентильный электродвигатель

 

< >920973

Союз Советских

Соцналнстнчесинх

Республик (61) Дополнительное к авт. саид-ву (5l)M. Кл. (22) Заквлеио04.04.80 (23 ) 2904455/24-07 с присоединеийеее заявки М

Н 02 К 29/00

Гоеудерстееииый квинтет

СССР (23) Приоритет (áÇ) УЙК621.313. .1 3.014.2:621. .382 (088.8) по делан изебретеиий и аткрытий

Опубликовано 15.04.82. Бюллетень М 14

Дата. опубликования описания 1 5.04.82

А.К. Зенков и А.И. Лоскутников (72) Авторы изобретения (7!) Заявитель (54) УПРАВЛЯЕМЫЙ ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в вентильном электроприводе с широким диапазоном регулирования момента скорости, а также в преобразовательной технике.

Известно, что в вентильном электроприводе формируемый момент пропорционален току фазы двигателя, и расширение диапазона регулирования момента и скорости зависит от диапазона регулирования тока фазы.

Известны вентильные электродвигатели с регулятором, содержащие шаротноимпульсный инвертор, охваченный обратной связью по току. Ток нагрузки такого регулятора имеет помимо гладкой составляющей пульсирующую составляющую

pj.

Диапазон регулирования тока таких устройств ограничен в области малых значений тока областью, где,полезная . гладкая составляющая тока становится соизмеримой с амплитудой пульсации Ларе в области максимальных выходных сиг- налов orðàèè÷åí предельными возможностями источника питания и параметрами нагрузки.

В относительных единицах механичеоS кие характеристики совпадают с токовыми. Диапазон регулирования тока фазы вентильного двигателя ограничен свер.ху кривой, определяемой параметром К, зависящим от отношения индуктивности

io, и активным сопротивлением R npu выбранном напряжении питания инвертора, законе управления и скорости холостого хода двигателя Я, где К= Яхк.

1.

15 причем, чем выше постоянная цель (-/R) нагрузки инвертора, тем сильнеее ограничена область предельных значений тока и момента при максимальных сигналах управления.

В области малых значений сигнала . управления возможно расширение диапазона регулирования тока путем. уменьшения пульсаций тока d 3 . Сделать это можно несколькими путями при постоянс выходом датчика тока фазы, а выход соединен со входом широтно-импульсного усилителя мощности, выход каждого усилителя мощности соединен с фазой обмотки якоря через дроссель с магнито пр оводом 2

Недостатками такого двигателя являются большие масса и габариты и,низкий КПД, обусловленный необходимостью выбора дросселя .с большой индуктивностью.

Цель изобретения - повышение КПД и снижение массы устройства.

Указанная цель достигается тем, что в цепь каждой фазы двигателя включен дроссель, магнитопровод которого выполнен с немагщитным зазором, величина которого плавно изменяется от одного края магнитопровода к другому.

Применение дросселя с указанным магнитопроводом, обеспечивает автоматическое изменение постоянной времени цепи фазы двигателя в зависимости от тока фазы без усложнения устройства и увеличения массы и габаритов. Изменение постоянной цепи фазы двигателя позволяет расширить диапазон управления формируемого электромагнитного момента и скорости вращения электропривода.

На -фиг. 1 изображена функциональная схема предлагаемого устройства с двух.фазным вентильным двигателем; на фиг. 2 - возможные варианты выполнения магнитопровода дросселя; а - дрос,сель в asyx проекциях у которого зазор изменяется от одной боковой поверх« ности к другой, б - то же, цри изменении .зазора от одной цилиндрической поверхности к другой, на фнг. 3 — формы

H пульсации тока в нагрузке широтноимпульсных. преобразователей: а - при двухполярной форме выходных импульсов напряжения, б - при однополярной1 на фиг. 4а - характер изменений индукти ности дросселя в функции тока при немагнитном зазоре, плавно изменяющимся от .одного края магнитопровода к другому; на фнг. 4б - предельные механические характеристики вентильного электропривода при различных значениях постоянной времени цепи фазы.

На фиг. 1 обозначено: устройства сравнения 1 и 2, широтно-импульсные усилители 3 и 4 напряжения, датчики фазных токов 5 и 6 двигателя, дросселя 7 и 8 с немагнитным зазором, ппавно изменяю- щимся от одного края магнитопровода

3 МОО73 ном напряжении питания: выбором соответствующего закона управления инвертором, повышением частоты коммутацииеиловых ключей инвертора, увеличением постоянной цепи нагрузки. Выбор закона ,,управления инвертором, например, с одно-, полярной формой импульсов напряжения позволяет значительно снизить пульсации тока в области малых значений тока.

Однако в регуляторе тока из-еа неидеаль- щ ности элементов его составляющих всегда присутствует несимметричность, поэтому даже при малых значениях выходного тока (глубины модуляции импульсов напряжения иивертора) набл1одаются эначительные15 пульсации, ограничивающие диапазон регулирования тока.

Уменьшить пульсации тока можно путем повышения частоты коммутации силовых

l ключей, что не всегда возможно из эа увеличения потерь на переключения, зна- чит снижения КПД и надежности, а также потому, что силовые ключи инвертора (транзисторы, тиристоры) имеют ограниченные частоты работы на уровне от единиц до десятков кицлогерц..Увеличение " постоянной .времени L / Р позволяет снизить пульсации тока, т. е. расширить диапазон регулирования тока в области малых значений тока. С другой стороны, Зо увеличение постоянной времени цепи ведет .к ограничению диапазона регулирования :тока фазы в области максимальных выходных токов, поэтому такой путь не всегда приемлем. Возможно также соэ35 дание регулятора тока с устройством регулирования частоты коммутации ключей инвертора в сторону ее увеличения в области малых значений глубины модуляции выходных импульсов напряжения инвертора по длительности так, чтобы уменьшить 63 и значит расширить диапазон регулирования тока, что повлечет за собой усложнение схемы управления,. повышение потерь и снижение надежности.

Наиболее близким по технической сущности и решаемой задаче к изобретению является управляемый вентильный электродвигатель, содержащий ротор, статор с обмоткой, датчик положения ротора, умножители, первый вход каждого из ка торых в каждом канале соединен к соответствующему выходу датчика положе ния ротора, вторые входы присоединены ко входу управления электроприводом, выходы умножителей в каждом канале . присоединены к первому входу схемы сравнения,. второй вход которой соедине

5. Огоо к другому, двухфазный синхронный дви-гатель 9 с возбуждением от постоянных магнитов множительные устройства 10 и 11, датчики положения ротора 12.

Выходные сигналы датчика положения ротора 12 поступают на первые входы множительных устройств 10 и 11, на вторые входы которых поступает сигнал: управления,. пропорциональный требуемо- 1а му моменту. Сигнал с выхода множительных устройств поступает íà соответ

Г ствующие входы регулятора фазных токов (РФТ) ..

РФТ состоит из двух регуляторов тока фазы двигателя по числу фаз, каждый иэ которых состоит из схемы сравнений 1 (2) широтно-импульсного инвертора 3 (4), датчика тока 5 (6) и дросселя 7 (8) с немагнитным зазором. РФТ формирует ток фазы двигателя в соответствии с с сигналом от множительного устройства. Выходной сигнал широтно-импульсного

:инвертора имеет прямоугольные импуль25

:сы напряжения, промодулированные по длительности в соответствии с выходным сигналом множительного устройства, по- . этому ток фазы помимо гладкой составляющей "сримеет пульсирующую составляющую A "3 (фиг. 3).

zo з 1

Наличие переменного немагнитного зазора, величина которого плавно изменяется от одного края магнитопровода к другому (фиг. 2 а, б), определяет не линейность изменения индуктивности дросселя (фиг. 4а) в функции от значения тока фазы, а значит и постоянной времени цепи нагрузки, которая также меняется в зависимости от значения тока фазы. При этом величина /R увеличивается.при малых величинах тока и с уменьшается при больших значениях тока. Причем в области "нулевых" . токов пульсации тока ь1 уменьшаются, и следо-15 вательно, увеличивается диапазон регу лирования тока. В области же максималь- ных, предельных токов уменьшение приводит к уменьшению К= L/R Я õ и к

50 расширению диапазона регулирования тока и момента вентильного двигателя (фнг. 4, кривая Кэ).

Включение в цепь фазы вентильного электропривода дросселя с немагнитным зазором, вейичина которого плавно иэменяется от одного края магнитопровода к другому, позволяет снизить массу и габариты, потребляемую мощность и повысить надежность устройства при регу« лнровании постоянной пепи фазы вентилыного двигателя с целью расширения .диапазона управления формируемого тока, электромагнитного момента и скорости.

Формула изобретения

Управляемый вентильный электродвигатель, содержащий статор с обмоткой, ротор, . многофазный датчик положения ротора, умножители, первые входы кото" рых в каждом канале присоединены к. соответствующему выходу датчика поло жения ротора, вторые входы присоединены ко входу управления электроприводом, BbIxogbl умножителей в каждом канале присоединены к первому входу .схемы сравнения, второй вход которой присоединен с выходом датчика тока фазы, а ,выход соединен со входом широтноимпульсного усилителя мощности,. выход каждого усилителя мощности соединен с фазой обмотки якоря через дроссель,с магнитопроводом, о т л н ч а ю m и йс я тем, что, с целью повышения КПД и снижения массы устройства, в цепь каждой .фазы двигателя включен дроссель, магнитопровод которого выполнен с не магнитным зазором, плавно изменяющимся от одного края магнитопровода к дру гому.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Электронная техника в автоматике, Под ред. Ю. И. Конева, М., "Советское рацио, вып. 9. 1977, с. 200-214.

2. Бродовский В. Н., Иванов E.Ñ.

Приводы с частотно-токовым управлением, М., "Энергия, 1974, с. 8-23.

92097,3

Составитель .А. Санталов

Редактор Л. Плисак ТехредМ.Гергель. КорректорА. Ференц

Заказ 2372/69 Тираж 719 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж 35, Раушскан наб., д. 4/5 филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4