Вентильный электродвигатель
Патент 1734171
Авторы
Классы МПК
Вентильный электродвигатель
Иллюстрации
Реферат
Изобретение относится к электротехнике и используется в звукои видеозаписи, навигации, электрооборудовании самолетов и автомобилей. Включение каждого из резисторов 11, 12, 13 одним выводом к инвертирующему входу одного из интеграторов 4, 5, 6, принадлежащему одному из каналов, а другим выводом - к выходу интегратора , принадлежащему другому каналу функционального преобразователя, сдвинутому по фазе на угол 2 п /т, позволяет иметь те комбинации на выходе логического блока 10 управления, которые приводят к отключению фаз якорной обмотки двигателя от источника питания. Обеспечивается плавность пуска. 2 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)з К 02 К 29/00
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4802382/07 (22) 16,03.90 . (46) 15,05.92. Бюл, % 18 (71) Научно-производственное объединение
"Ротор" (72) А.Н.Корабельников и А,M.Mèòëèí (53) 62.83.621,313.13.014:621,382(088.8) (56) Воронин С,Г. и Корабельников А.Н, Исследование особенностей бесконтактного двигателя постоянного тока с коммутацией по ЭДС вращения. — Сборник трудов Челябинского политехнического института, 1981, № 257, Челябинск, с.30-39, Авторское свидетельство СССР
¹ 1210187, кл. Н 02 К 29/00, 1986. (54) ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ
„„ЫУ„„1734171 А1 (57) Изобретение относится к электротехнике и используется в звуко- и видеозаписи, .навигации, электрооборудовании самолетов и автомобилей, Включение каждого из резисторов 11, 12, 13 одним выводом к инвертирующему входу одного из интеграторов 4, 5, 6, принадлежащему одному из каналов, а другим выводом — к выходу интегратора, принадлежащему другому каналу функционального преобразователя, сдвинутому по фазе на угол 2 n/m, позволяет иметь те комбинации на выходе логического блока 10 управления, которые приводят к отключению фаз я кор н ой обмотки двигателя от источника питания. Обеспечивается плавность пуска. 2 ил.
1734171
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах с простыми циклограммами работы, в частности в звуко- и видеозаписи, в навигации, электрооборудовании самолетов и автомобилей и т.д, Известно устройство управления трехфазным вентильным электродвигателем по сигналам ЭДС вращения рабочих секций, в котором секции двигателя одновременно подключены к выходам реверсивного инвертора и через RC-фильтры к входам чувствительных компараторов напряжения, Компараторы формируют двоичные сигналы Х2, Х2, ХЗ знаков фазных напряжений, которые преобразуются в логическом блоке в сигналы управления инвертором, причем преобразование осуществляется по закону:
У1=Х1 Х2 Z> =Х1 Х2
Yz=X2 ХЗ Е2=Х2 ХЗ (1)
Y3=X1 ХЗ 2з=Х1 ХЗ где сигналы Yi и Zi, воздействуя на ключи инвертора, обеспечивают подключение i-й фазы соответственно к плюсу (положительное подключение) и минусу (отрицательное подключение) источника питания.
Недостатком устройства является то, что RC-фильтры создают энергетически оптимальную нейтральную коммутацию только на одной (расчетной) частоте вращения ротора, Наиболее близким к изобретению является вентильный двигатель, содержащий ротор с постоянными магнитами, статор с
m-фазной якорной обмоткой, снабженной заземленной средней точкой, фазные выводы которой подключены к выходам реверсивного инвертора, и одновременно фазным входом m-канального функционального преобразователя, образованным инвертирующими входами интеграторов напряжения, работающих в режиме насыщения каналов функционального преобразователя, выходы которых подключены к входам преобразователей уровней напряжения, выходы которых соединены с входами логического блока, управляющего работой инвертора. Функциональный преобразователь снабжен m резисторами, один вывод каждого из которых соединен с ин вертирующим входом соответствующего интегратора, а другой вывод — с соответствующим выходом преобразователя уровня напряжения.
Отличительной особенностью такого устройства является то, что вместо чувствительных компараторов в нем используются интеграторы напряжения, работающие с насыщением, и преобразователи уровня на5
55 пряжений, согласующие выходы интеграторов с выходами логического блока, Использование интеграторов при соответствующем подборе постоянной времени интегрирования позволяет обеспечить нейтральную коммутацию в широком диапазоне изменения частоты вращения ротора. В этом же устройстве для осуществления автономного пуска двигателя в каждой паре
"интегратор — преобразователь уровня",использован резистор, включенный между выходом преобразователя уровня и инвертирующим входом интегратора. При таком включении каждая пара "интегратор— преобразователь уровня" в отсутствии ЭДС вращения работает как низкочастотный мультивибратор и через логический блок и инвертор провоцирует некоторую серию начальных переключений обмотки двигателя, Если в результате такой серии переключений возникает вращение ротора, -.о появляющиеся при этом сигналы ЭДС вращения подавляют генерацию мультивибраторов и схема в целом переходит в режим самокоммутации.
Однако в силу того, что мультивибраторы работают независимо друг от друга, провоцируемая ими серия переключений хаотична, не задает требуемое направление, и это снижает надежность пуска двигателя. Кроме того, если начальные состояния мультивибраторов одинаковы (вообще говоря, они произвольны), то в процессе генерирования они могут синхронно изменяться от низкого уровня к высокому и обратно, т.е. например, для трехфазного двигателя на входах логического блока будут появляться чередующиеся комбинации сигналов (Х1 Х2
ХЗ) = (000) и (Х1 Х2 ХЗ) = (111).
Из выражения (1), видно, что такие комбинации не подключают обмотки двигателя к источнику питания и его ротор останется неподвижн ым, Рассмотренные случаи ненадежного пуска двигателя являются недостатком описанного устройства.
Цель изобретения — повышение надежности пуска.
Указанная цель достигается тем, что в
m-фазном вентильном электродвигателе, содержащем ротор с постоянными магнитами, статор с якорной обмоткой, снабженной заземленной средней точкой, фазные выводы которой подключены к выходам реверсивного инвертора, и одноименным фазным входом функционального преобразователя, образованным инвертирующими входами интеграторов соответствующих каналов функционального преобразователя, работающих в режиме насыщения, выход каждого
1734171
15 из которых соединен с входом преобразователя уровня напряжений данного канала, выход которого образует соответствующий
i-й выход функционального преобразователя, подключенный к. одноименному входу логического блока управления, выход которого подключен к управляющему входу инвертора и m резистора, один вывод резистора каждого канала соединен с инвертирующим входом интегратора этого же канала, второй вывод резистора упомянутого сигнала подключен к выходу интегратора другого канала функционального преобразователя, сдвинутого по отношению к упомянутому на угол, равный 2 zc /m.
Сущность изобретения заключается в том, что при указанном включении, при отсутствии сигналов ЭДС вращения интеграторы работают как m-фазный генератор импульсов, сдвинутых последовательно на —, и независимо от начальных состоя360 гп ний в схеме провоцируют начальное вращение ротора в заданном направлении после прохождения через логический блок управления реверсивным инвертором.
По мере появления сигналов ЭДС вращения генерация автоматически подавляется и устройство переходит в режим самокоммутации, На фиг.1 представлена блок-схема вентильного электродвигателя; на фиг,2 — диаграммы сигналов, поясняющие принцип работы вентильного двигателя.
Вентильный двигатель содержит ротор
1 с постоянными магнитами и статор 2 с
m-фазной (m = 3) якорной обмоткой, снабженной заземленной средней точкой, фазные выводы которой подключены к выходам реверсивного инвертора 3. Вентильный электродвигатель содержит также m-канальный функциональный преобразователь, каждый канал которого составлен из последовательно соединенных между собой одного из интеграторов 4, 5, 6 с насыщением и одного из преобразователей 7, 8, 9 уровня напряжения. Инвертирующий вход интегратора каждого канала образует один из m-фазных входов функционального преобразователя, подключенный к одноименному выводу m-фазной якорной обмотки.
Выход каждого из преобразователей 7, 8, 9, образующий соответствующий выход функционального преобразователя, подключен к одноименному входу логического блока 10 управления, выход которого соединен с управляющим входом реверсивного инвертора 3.
Каждый канал функционального преобразователя снабжен одним из резисторов 11, 20
12, 13, один выход каждого из которых соединен с инвертирующим входом интегратора с насыщением того же канала, а второй вывод резистора подключен к выходу интегратора с насыщением того канала, который сдвинут по отношению к упомянутому каналу функционального преобразователя. Так, один вывод первого резистора 11 соединен с инвертирующим входом интегратора 4 первого канала, а второй вывод — с выходом интегратора 5 второго канала; первый вывод второго резистора 12 — с инвертирующим входом интегратора 5 второго канала, а его второй вывод соединен с выходом интегратора 6 третьего канала; первый вывод третьего резистора 13 соединен с инвертирующим входом интегратора 6 третьего канала, а второй вывод резистора 13 — с выходом интегратора 4 первого канала.
Преобразователи 7, 8, 9 формируют двоичные сигналы Х1, Х2, ХЗ, которые преобразуются в логическом блоке 10 управления в сигналы У>, У, Уз подключения для якорной обмотки к плюсу и сигналы Zq, Zz, 2з подключения фаз якорной обмотки к минусу источника питания по закону (1). Эти сигналы поступают на входы реверсивного инвертора
3 и управляют коммутацией обмотки.
Постоянная времени rC = Т интеграторов выбирается из условия обеспечения нейтральной коммутации так, как это предложено в прототипе, Можно показать, что в
3-секционном двигателе для обеспечения запаздывания 30 град должно удовлетворяться условие
Ти =0,15 „ (2)
Ихх Он где вхх и Ехх — соответственно круговая частота и амплитуда ЭДС вращения на холостом ходе двигателя;
UH — напряжение насыщения интегратора, Порядок выбора номинала резисторов
11, 12, 13 предлагается далее, но всегда должно выполняться условие
R»r, (3)
Инвертирующие преобразователи 7, 8, 9 уровня напряжений могут быть реализованы по схеме транзисторного ключа с общим эмиттером или на базе инвертирующих компараторов напряжения.
Уровни выходных сигналов преобразователей должны соответствовать уровням входных сигналов логического блока 10, Вентильный электродвигатель работает следующим образом.
При неподвижном роторе отсутствуют сигналы ЭДС вращения и изменение состояний интеграторов задается по цепи резисторов 11, 12, 13 с учетом воздействия
1734171
10 общей обратной связи с выходов инвертора
3 на входы интеграторов 4, 5, 6, причем, как показано на фиг.2, в каждый момент времени два интегратора из трех находятся в противоположных состояниях насыщения, а один — в линейном режиме. Например, в позиции 14 (фиг.2) первый интегратор 4 находится в отрицательном насыщении и его выходной сигнал 0« = -UH, третий интегратор 6 находится в положительном насыщении и его выходной сигнал 0 3 = +0и, а второй интегратор 5, имея начальное состояние в позиции 14 0и2 = UH и получая на входе положительный сигнал 0иэ =+0и, входит в линейный режим и изменяет свое состояние в соответствии с выражением
0и2(с)= 0 и С f UH .б т ° (4) о
При этом на выходах преобразователей
7 — 9 уровня напряжения имеет место комбинация двоичных сигналов (Х1, Х2, ХЗ) = (1 О
О), которая в соответствии с законом (1) задает положительные подключение первой фазы (Y> = 1) и отрицательное подключение третьей секции (Ез = 1), причем эти подключения по цепям обратной связи с инвертора
3 на входы интеграторов поддерживают соответственно отрицательное насыщение первого интегратора 4 и положительное насыщение третьего интегратора 6, Вторая фаза обмотки временно отключена от источника(У2=22=0) и напряжение на ней равно нулю, что дает право использовать выражение (4) для описания напряжения выходного сигнала второго интегратора 5, Изменяясь в соответствии с выражением (4), сигнал Ои2(т) сменяет знак в позиции
15 (фиг.2) и на выходах преобразователей
7 — 9 уровня устанавливается новая комбинация двоичных сигналов (Х1, Х2, X3) = (1 1 О), которая обеспечивает отключение первой фазы (Y> = Z> = О), положительное подключение второй фазы (Yz = 1) и сохраняет отрицательное подключение третьей фазы (Ез =
1), положительное подключение второй фазы якорной обмотки, действуя по обратной связи с инвертора 3 на вход второго интегратора 5 с относительно малой постоянной времени Т,, введен этот интегратор в отрицательное насыщение. Далее процесс повторяется, с той разницей, что в линейном режиме будет работать первый интегратор 4.
Интервал времени Тп между позициями
14 и 15 в соответствии с выражением (4) равен
Тл = RC. (5)
Постоянный цикл Тп коммутации при пуске содержит шесть интервалов Тп, т,е.
Тк=6Тп, (6) 15
55 и при этом в двигателе действует дискретно вращающееся в заданном направлении поле статора. Постоянная времени Тп выбирается таким образом, чтобы начальная (пусковая) частота вращения этого поля была близка к частоте приемистости двигателя, и его ротор в этом случае начинает вращаться в синхронном режиме, а в отключенной обмотке появляется ЭДС вращения, Эта ЭДС вращения суммируется на инвертирующем входе соответствующего интегратора с сигналом пуска, но имеет значительно больший весовой эквивалент, так как R»l,. в связи с чем генерация в контуре интеграторов срывается и схема переходит в режим управления коммутацией по сигналам ЭДС вращения. Для перехода в этот режим необходимо„чтобы на частоте приемистости амплитуда ЭДС вращения
Епр удовлетворяла условию
Епр> U н. г (7)
Устройство обеспечивает бессбойный пуск вентильного электродвигателя и повышает надежность его автономного пуска по сравнению с прототипом.
Формула изобретения
Вентильный электродвигатель, содержащий статор с многофазной якорной обмоткой, снабженной заземленной средней точкой, ротор с постоянными магнитами, реверсивный инвертор, управляющие входы которого подключены к выходам логического блока управления, а выходы — к соответствующим фазным выводам m-фазной якорной обмотки, m-канальный функциональный преобразователь, каждый канал которого составлен из последовательно соединенных между собой интегратора с насыщением и преобразователя уровня напряжения и снабжен резистором, один вывод которого соединен с инвертирующим входом интегратора с насыщением данного канала, образующим один из m-фазных входов функционального преобразователя, соединенного с одноименным фазным выводом якорной обмотки, выход преобразователя уровня напряжения каждого канала образует соответствующий выход функционального преобразователя, соединенный с одноименным входом логического блока управления, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности пуска, второй вывод резистора каждого канала функционального преобразователя соединен с выходом интегратора с насыщением другого канала, сдвинутого по фазе по отношению к упомянутому на угол, равный
2 л/m;
1734171
-Ин
Lla
Би
xI
К2
0 !
Х5
М 1о
Составитель А,Митлин
Редактор М.Келемеш Техред М.Моргентал Корректор Н.Ревская
Заказ 1674 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101
I . з