Вентильный двигатель
Иллюстрации
Реферат
пй ., !i, i! " т с х:, .". е с! (ът1
О П
Союз Советския
Социалистических
Республик
< 692013
ИЗОБРЕТЕНИЯ (51) М„Кл.2 (61) Дополнительное к *вт. сеид-ву (22) Заявлено 030475 t21) 2120786/24-07 с присоединением заявки М— (23) Приоритет.
Опубликоваио 1510.79 Бюллетень Йо 38
Н 02 К 29/02
Государственный комитет
СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621. 313. 13. .014.2:621.302 (Oue.б) Дата опубликования описания 15.1079 (72) Авторы изобретению
В.П.Лянзбург, A Н.Бутаков и В.Н.Булдаков (71) Заявитель (54 ) ВЕНТИЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Изобретение относится к электро" технике и может быть использовано при разработке электрических машин постоянного тока с бесконтактной .коммутацией для систем электропровода.
Известны вентильные электродвигатели (ВД), у которых чувствительные элементы датчика положения ротора соединены с управляющими цепями ключей коммутатора через функциональ ный преобраэ ов атель (логическую схе му), преобразующими трехфазную после довательность однополярных импульсов .длительностью 180 эл.град. в две тр ехф аз ные последов ат ель ности импульсов длительностью 120 эл.град. (1) .
Недостаток известного двигателя состоит в невозможности сохранения опережающего включения секций (опережающей коммутации) при раверсе двигателя.
Известен также реверсивный вентильнчй двигатель, который содержит nmканальный функциональный преобразователь, служащий для преобразования последовательностей выходных импульсов датчика положения ротора и выполненный в виде и групп логических
I блоков по m в каждой группе, каждый из которых состойт из узлов, содержащих две трехвходовые схемы Й, причем одноименные схеМЫ И, принадлежащие к разным узлам, образуют комплект правого и левогь вращения, два управляющих входа схем И соединены с соответствующими выходами формирователей ДПР, а одноименные, третьи входы схем комплектов правого и левого вра щения соответственно объединены (2).
В известном устройстве информация на третьи входы схемы И с управляющего устройства поступает одновременно с командой реверса двигателя, т.е. опережающая коммутацию секции, устанавливается как- при правом, так и при- левом направлении вращения.
Однако в переходных режимах, т.е. при подаче команды на реверс, когда скорость двигателя уменьшается по величине, но еще не изменила своего знака (режим 1тротивовключения), ВЛ работает с отстающей коммутацией, и, следовательно, имеет плохие механические и энергетические характеристики. Происходит это потому, что командой реверса одновременно пере6 20>3 ключаются цепи управления углом сдвига коммутации и производится перевод двигателя н режим противовключения.
При этом угол сднига коммутации является опережающим по отношению к новому направлению вращения, а по 5 отношению к прежнему направлению, сохраняющемуся в режиме торможения до нулевого значения скорости, он является отстающим, Отмеченный недостаток особенно проянляется, если 10 режим противонключения встречается часто, а инерция нагрузки двигателя велика.
Кроме того, при использовании ВД в системе пропорционального регулирования (когда скорость или момент вращения регулируются ппопопционально величине сигнала управления) не-. обходимы пороговые элементы, реагирующие на амплитуду и полярность сигнала управления. Так как эти элементы срабатывают и отпускают при конечных величинах сигнала управления, то неизбежно появление зоны нечувствительности и гистерезиса в регулироночной характеристике ВД. 25
Таким образом, второй недостаток известного ВД заключается н невозможности обеспечения приемлемых регулировочных характеристик ВД. .1
Целью изобретения является улуч- 30 шение энергетических и регулироночных характеристик вентильного двигателя в переходных режимах.
Для этого вентильный двигатель снабжен определителем направления 35 вращения (ОНВ), информация с которого о направлении вращения непрерывно выдается на упраВляющие входы функционального преобразователя. Введение такого блока в ВД обеспечивает опережающую коммутацию секций СМ независимо от направления вращения и режима работы ВД.
На фиг.1 приведен вентильный двигатель, принципиальная схема; на фиг.2 и 3 — диаграммы напряжений при 45 правом и левом направлениях вращения двигателя, Рассматривается вентильный двигатель с трехсекционной синхронной машиной, при этом приведенные здесь соотношения справедливы для m-секционной машины, где m = 2,3,4,5 и т.д.
-,В состан ВД входит также датчик положения ротора (ДПР), конструкция 55 и принцип действия которого могут быть любого типа, поэтому на фиг.1
ДПР показан условно применительно к наиболее простому двухполюсному двигателю. 60
Вентильный двигатель содержит
ДПР 1, имеющий сигнальный элемент 2 и два комплекта чувствительных элементов, образованных чувствительными элементами 3-5 и 6-8 соответственно,: каждый комплект формирует последонательность импульсов длительностью
180 эл. град. Количество комплектон в общем случае определяется числом групп преобразователя частоты (ПЧ) (коммутатора) . Поскольку наиболее выгодна днухполярная коммутация секций с углом 360/m эл.град., где
m - число секций, то в данном частном случае ПЧ должен содержать m=3 ветвей и n=2 групп.
Сдвиг между соседними импульсами чувстнительных элементов одного комплекта составляет 360/m эл.град., сдвиг между последовательностями импульсов, образованными соседними комплектами, составляет 360/и эл.град.
Предполагается, что каждый датчик формирует прямоугольные импульсы с крутыми фронтами для обеспечения нормального режима работы схем функционального преобразователя.
Функциональный преобразователь 9 содержит шестиканальное логическое устройстно, преобразователь 10 последовательностей импульсов датчика положения ротора и определитель 11 направления вращения (ОНВ).
Ыестиканальное логическое устройстно выполнено в виде двух групп логических блоков по три н каждой группе, а каждый блок включает дне трехвходовые схемы И, выходы которых объединены по ИЛИ.
В первую группу входят логические схемы И 12-17, во вторую группу логические схемы И 18-23.
Первый блок образ ов ан схемами
12 и 13, нторой — схемами 14 и 15 и т.д.
Одноименные логические схемы, при надлежащие к разным блокам, образуют комплекты правого и левого вращения.
Так, н данном примере комплект левого вращения образуют схемы И 12-22 (четные), а комплект правого вращения — схемы 13-23 (нечетные).
Выходы логических блокОв местиканального устройства соединены с управляющими цепями ключей соответствующих групп и ветвей преобразователя "частоты.
Рассмотрим работу функционального преобразователя по принципиальной схеме (фиг,2) и диаграммам напряжений (фиг.3-4).
Определитель направления вращения вала двигателя служит для того,, чтобы выдавать сигналы, соответствующие правому и левому направлениям вращения, и состоит из триггера 24, дифференцирующих цепей 25 и 26 и схем
27-28 совпадения. Выход чувствительного элемента 4 через дифференцирующие цепи 25 и 26 соединен со входами схем 27-28 совпадения. Эти схемы имеют по два входа. На вторые входы схем 27 и 28 поступают соответствен69?013 но сигналы с чувствительных элементов
8 и 6. Преобразователь 29 частоты состоит из ключей 30-32 и 33-35, образующих соответственно первуЮ и вторую группы. Обмотка якоря трехсекционная, ее секции А,B,С соединены в звезду.
На выходах датчика положения ротора формируются напряжения с крутыми фронтами (фнг.2-3) и обозначены s соответствии с обозначением датчиКон Ug y U+i Ug и U, 07., ПВ.
Рассмотрим, например, йравое направление вращения двигателя, которому соответствуют диаграммы напряжений фиг.2.
Напряжения, нырабатын аемые чувствительными элементами 3-5 и 6-8, образуют две трехфазные последовательности импульсов со следующим чередо= ванием фаз: U3- Б4 05и U6 U7 Ue 2
При этом напряжение U отстает от U
Я 1
U< отстает от U4 на 360/3 эл.грац.
Аналогично соотношение фаз напряжений U и U7,,U7 и U . Сдвиг между напряжениями "з " ()ь U4 и П Н составляет 180 эл.град.
На выходах цепочек 25 и 26 формируются короткие импульсы U<< которые поступают на один из двух входов схем 27 и 28 совпадений. Из фиг.3 видно, что импульсы U совпадают 30 во времени. с импульсами напряжения
О, поступающими на второй вход схемы 27 совпадения, поэтому импульсы UAцпоянляются на выходе схемы 27.
Так как импульсы U*< не совпадают 35 но времени с импульсами U> при данном направлении вращения двигателя, то на выходе схемы 28 напряжения нет. Выходными импульсами схемы 27 триггер 24 устанавливается в положе- gp ние, при котором на прямом выходе имеется напряжение U 1, а на инверс ном выходе напряжение У отсутствует.
Пусть произведен ревЕрс двигателя любым из способов, например пеРе- 45 ключение секций СМ, переключение датчиков и т.д. Для упрощения рисунка на фиг.2 цепи, осуществляющие реверс, не показаны. Важно лишь то, что при реверсе изменяется порядок чередования фаз (фиг. 3) и напряжения, вырабатываемые дПР, чередуются в обратном порядке 05- U4- 09 и Бе- U7 U6. В этом случае импульсы UA совпадают
Но времени с импульсамй U поэтому с выхода схемы 28 импульсй поступают на вход триггера 24 и устанавливают его в положение, при котором появляется напряжение U на инверсном выходе.
Определитель направления враще- Я ния в соответствии с чередованием фаэ напряжений ДПР формирует постояннье напряжение либо на прямом . выходе (правое вращение), либо на инверсном (левое вращение). 65
Выход ОНВ 11 соединен с входными .цепями шестиканального логического устройства. Прямой выход ОНВ 11 соедииен с объединенными входами схем
13, 15, 17, 19, 21, 23 совпадений, образующих комплект правого вращения, инверсный выход ОНВ 11 соединен с объединенными входами схем 12, 14, 16, 18, 20, 22 . совпадений, образующих комплект левого вращения, Напряжения U7< и Uzzi постУпая на входы логических схЕм создают предпосылки для их срабатывания. Схемы совпадения комплекта правого вращения при наличии на их выходе напряжения U „ выдают сигналы при одновременном поступлении на другие их входы сигналов с ДПР,осуществляя тем самым операцию логического умножения (конъюкции).
Входы схем совпадения комплекта правого вращения должны соединяться с выходом чувствительного элемента своего канала и с выходом чувстви тельного элемента предыдущего канала, а также с прямым выходом определителя направления вращения.
На выходах логических блоков И-ИЛИ формируются сигналы (фиг.2) Бзо — U „ которые при поступлений на входы силовых ключей преобразователя частоты открывают их.
Силовые ключи 30-35 могут быть любого типа: транзисторные,.тиристорные и т.д., необходимо чтобы эти ключи были полностью управляемие.
Предполагается также, что каждый ключ имеет двухстороннуюю проводимость; если это, например, транзистор, то он должен быть шунтиронан диодом в обратном напранлении.
При. правом направлении вращения на секциях обмоток СМ формируются напряжения с прямым порядком чере" дования фаз (фиг.З): UA- U — U ; при этом напряжение U> отстает от
UA, Пс от Пнна угол 360/3 эл.град.
Наводимая на обмотках ЭДС, например, EA отстает по фазе от напряжения UA на угол Ч, т.е. обеспечивается опережающая коммутация секций .
При изменении направления вращения на обратное (леное) ОНВ формирует напряжение U на инверсном выходе и создает предпосылку для срабатывания схем совпадения комплекса левого нращения, на которых происходит логическое умножение.
Выход схем совпадения комплекта левого вращения должны соединяться с выходом чувствительного, элемента своего канала и с выХодом чувствительного элемента последующего канала, а-также с инверсным выходом определителя направления вращения (фиг.1) .
692013
Диаграммы напряжений при левом вращении ВД показаны на секциях с обратным (по сравнению с предыдущим случаем) порядком чередования фаэ! Uc- Ua- UA, и со сдвигом
360/3 эл.град.
Наводимая в секции ЭДС, например, Ед как и в предыдущем случае, отстает от напряжения UA íà тот же самый угол „, т.е. и в этом случае обеспечивается опережающая коммутация секций.
В йереходных режимах, когда подана команда на реверс и напрайпение момента двигателя изменилось на противоположное, а направление вращения еще остается прежним, OHB воздействует на логические уст- ройства в соответствии с порядком чередования фаэ напряжений (ПР, т.е. независимо от режима (разгон, торможение) работы двигателя введенный в ФП определитель направления вращения обеспечивает опережающую Коммута- цию секций.
Формула изобретения
Вентильный двигатель, содержащий
-т= декционную синхронную машину, секции обмоток якоря которой соединены с выходом преобразователя частоты с m ветвями и и группами, управляющие цепи ключей которого соединены с соответствующими выходами датчика положения ротора, формирующего n mфазных последовательностей импульсов, через n m- êàíàëüíûé функциональный ,преобразователь, служащий для преобразования последовательностей импульсов датчика положения ротора в последовательности импульсов длительностью в радиан,и сдвигом между
"21l
Tll импульсами внутри каждой иэ и-после1 довательностей на †радиан и сдвигом
tB между и-последовательностями на—
2С радиан и выполненный в виде и групп логических блоков по m в каждой группе, каждый из которых состоит из объединенных по ИЛИ двух трехвходовых схем И, одноименные схемы И, принадлежащие к разным блокам, образуют комплект правого и левого вращения, один из входов схемы И, каждого кайала соединен с выходом своего канала датчика положения ротора, вторые входы схем И, принадлежащие к коплекту правого вращения, соединены с предыдущим каналом датчика положения ротора, вторые входы схем
И, относящихся к комплекту левого вращения, соединены с выходом после20 „ющего-канала „ тчика положения ротора, отличающийся тем, что, с целью улучшения энергетических характеристик в переходных режимах и повышения линеййости регулировочной характеристики, в функциональный преобразователь введен определитель направления вращения, входы которого соединЕны с датчиком положения ротора„ прямой его выход соединен
30 с третьими входами схем И комплекта правого вращения, а инверсный выход соединен с третьими входами схем И комплекта левого вращения.
35 Источники информации, прин ятые в о в н иман ие при эк сперти з е
1. Патент CIiQ 93531702,кл. 318-188, 1968.
2, Патент РДР 9110393, кл. 21 d 41.
6920 13
Составитель A.Ñàíòàëoâ
Техред .М.Петко корректор Г. Реыетник
Редактор Ю.Челюканов
Эаказ 6234/48 Тираж 857 Подписное
ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и Открытий
113035, Москва, 8-35ð Раушская наб., д.4/5
Филиал ППП Патент, г,ужгород, ул. Проектная, 4