RU2088041C1 - Controlled gate electric motor - Google Patents
Controlled gate electric motor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2088041C1 RU2088041C1 RU94015950A RU94015950A RU2088041C1 RU 2088041 C1 RU2088041 C1 RU 2088041C1 RU 94015950 A RU94015950 A RU 94015950A RU 94015950 A RU94015950 A RU 94015950A RU 2088041 C1 RU2088041 C1 RU 2088041C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frequency converter
- electric motor
- input
- sections
- outputs
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах лентопротяжных механизмов звукозаписывающей аппаратуры. The invention relates to electrical engineering and can be used in electric drives of tape drives of sound recording equipment.
Известен управляемый вентильный электродвигатель, содержащий электромеханический преобразователь с индуктором на постоянных магнитах, первые выводы секций якорной обмотки которого объединены и подключены к общему выводу, однополупериодный преобразователь частоты, управляющие входы которого соединены с выходами системы управления, построенной на элементах датчика положения ротора, к выходам преобразователя частоты подключены вторые выводы секций якорной обмотки. Электродвигатель содержит также регулятор частоты вращения, сумматор напряжения, входы которого подключены ко вторым выводам секций якорной обмотки, а выход к первому входу регулятора частоты вращения, ко второму входу которого подключены выход задатчика частоты вращения, а выход регулятора частоты вращения подключен к управляющим входам преобразователя частоты (патент США N 4070606, кл. H 02 K 29/02, 1978). Known controlled electric motor containing an electromechanical converter with a permanent magnet inductor, the first conclusions of the sections of the armature winding of which are combined and connected to a common terminal, a half-wave frequency converter, the control inputs of which are connected to the outputs of the control system, built on the elements of the rotor position sensor, to the outputs of the converter the frequencies are connected to the second conclusions of the sections of the armature winding. The electric motor also contains a speed controller, a voltage adder, the inputs of which are connected to the second outputs of the sections of the anchor winding, and an output to the first input of the speed controller, to the second input of which the output of the speed controller is connected, and the output of the speed controller is connected to the control inputs of the frequency converter (U.S. Patent No. 4,070,606, CL H 02 K 29/02, 1978).
В известном электроприводе обеспечивается регулирование частоты вращения с использованием в качестве сигнала обратной связи амплитудного значения ЭДС вращения. Такое регулирование возможно только при однополупериодном преобразователе частоты. В этом случае электродвигатель имеет низкие к.п.д. и коэффициент использования активных материалов (меди и магнита), а также большие массы и габариты. In the known electric drive, the speed is controlled using the amplitude value of the emf of rotation as a feedback signal. Such regulation is only possible with a half-wave frequency converter. In this case, the electric motor has low efficiency and the utilization of active materials (copper and magnet), as well as large masses and dimensions.
Наиболее близким аналогом к изобретению является управляемый вентильный электродвигатель, содержащий электромеханический преобразователь с индуктором на постоянных магнитах, первых выводы секций якорной обмотки которого объединены и подключены к общему выводу, преобразователь частоты, выходы которого подключены ко вторым выводам секций якорной обмотки соответственно, систему управления, выполненную с возможностью поочередной коммутации ключей преобразователя частоты, многоканальный выход которой соединен с многоканальным управляющим входом преобразователя частоты, регулятор частоты вращения, задатчик частоты вращения, сумматор напряжения, входы которого подключены ко вторым выводам секций якорной обмотки соответственно, а выход - к первому входу регулятора частоты вращения, ко второму входу которого подключен выход задатчика частоты вращения, а выход регулятора частоты вращения соединен с дополнительным управляющим входом преобразователя частоты (см. Патент США N 3924166, кл. H 02 K 29/02, 1975). The closest analogue to the invention is a controllable valve motor containing an electromechanical converter with a permanent magnet inductor, the first conclusions of the sections of the armature winding of which are combined and connected to a common terminal, the frequency converter, the outputs of which are connected to the second conclusions of the sections of the armature winding, respectively, a control system made with the ability to alternately switch the keys of the frequency converter, the multi-channel output of which is connected to a multi-channel control the input of the frequency converter, the speed controller, the speed controller, the voltage adder, the inputs of which are connected to the second outputs of the sections of the armature winding, respectively, and the output to the first input of the speed controller, the second input of which is connected to the output of the speed controller, and the controller output the rotational speed is connected to an additional control input of the frequency converter (see US Patent N 3924166, CL H 02 K 29/02, 1975).
Этот электродвигатель обеспечивает регулирование или стабилизацию частоты вращения с использованием амплитудного значения ЭДС вращения, что возможно при использовании только однополупериодного преобразователя частоты. Преобразование электромеханической энергии у такого двигателя имеет не оптимальный характер, что приводит к худшим показателям по к.п.д. массе, габаритам, неоправданному увеличению стоимости электродвигателя из-за низкого использования активных материалов и большим пульсациям мгновенной частоты вращения. This electric motor provides regulation or stabilization of the rotational speed using the amplitude value of the EMF of rotation, which is possible when using only a half-wave frequency converter. The conversion of electromechanical energy in such an engine is not optimal, which leads to worse efficiency indicators. weight, dimensions, unjustified increase in the cost of the electric motor due to the low use of active materials and large pulsations of the instantaneous speed.
Кроме того, этот электродвигатель построен на явно выраженном в конструктивном отношении датчике положения ротора, входящего в систему управления преобразователя частоты, что дополнительно увеличивает стоимость электродвигателя. In addition, this electric motor is built on a rotor position sensor that is explicitly constructively included in the control system of the frequency converter, which further increases the cost of the electric motor.
Технический результат данного изобретения заключается в снижении стоимости электродвигателя путем эффективного использования активных материалов, повышение равномерности частоты вращения и снижение детонации. The technical result of this invention is to reduce the cost of the electric motor by efficiently using active materials, increasing the uniformity of the rotational speed and reducing the detonation.
Указанный технический результат достигается тем, что в управляемый вентильный электродвигатель, содержащий электромеханический преобразователь с индуктором на постоянном магните, первые выводы секций якорной обмотки которого объединены и соединены с общим выводом, преобразователь частоты, выходы которого подключены ко вторым выводам секций якорной обмотки соответственно, систему управления, выполненную с возможностью поочередной коммутации ключей преобразователя частоты, многоканальный выход которой соединен с многоканальным управляющим входом преобразователя частоты, регулятор частоты вращения, задатчик частоты вращения, сумматор напряжений, входы которого подключены ко вторым выводам секций якорной обмотки соответственно, а выход к первому входу регулятора частоты вращения, ко второму входу которого подключен выход задатчика частоты вращения, а выход регулятора частоты вращения подключен к дополнительному управляющему входу преобразователя частоты, преобразователь частоты выполнен двухполупериодным и введены три датчика тока, каждый из которых включен в цепь соответствующей секции якорной обмотки, а регулятор частоты вращения снабжен третьим входом, подключенным к объединенным выходам датчика тока. The specified technical result is achieved by the fact that in a controlled valve electric motor containing an electromechanical converter with a permanent magnet inductor, the first conclusions of the sections of the armature winding of which are combined and connected to a common output, the frequency converter, the outputs of which are connected to the second conclusions of the sections of the armature winding, respectively, the control system made with the possibility of alternately switching the keys of the frequency converter, the multi-channel output of which is connected to a multi-channel control the input of the frequency converter, speed controller, speed controller, voltage combiner, the inputs of which are connected to the second outputs of the sections of the armature winding, respectively, and the output to the first input of the speed controller, to the second input of which the output of the speed controller is connected, and the output of the frequency controller rotation is connected to an additional control input of the frequency converter, the frequency converter is made half-wave and three current sensors are introduced, each of which is turned on in the circuit of the corresponding section of the anchor winding, and the speed controller is equipped with a third input connected to the combined outputs of the current sensor.
Указанное выполнение вентильного электродвигателя позволило обеспечить получение информации о частоте вращения при двухполупериодном выполнении преобразователя частоты путем вычисления ЭДС вращения в регуляторе частоты. Это привело к снижению стоимости, лучшему использованию активных материалов, а также к уменьшению пульсаций мгновенной частоты вращения и снижению детонаций. The specified execution of the valve electric motor made it possible to obtain information about the rotational speed during the half-wave execution of the frequency converter by calculating the emf of rotation in the frequency controller. This led to lower costs, better use of active materials, as well as a reduction in ripple instantaneous speed and a decrease in detonation.
Таким образом, данное изобретение удовлетворяет одному из условий патентоспособности новизне. Thus, this invention satisfies one of the conditions of patentability of novelty.
Из уровня техники не были обнаружены другие источники информации, в которых бы решалась аналогичная задача аналогичными средствами. Следовательно, данное изобретение удовлетворяет и другому условию патентоспособности - изобретательскому уровню. No other sources of information have been found in the prior art that would solve a similar problem by similar means. Therefore, this invention satisfies another condition of patentability - inventive step.
На чертеже представлена электрическая схема управляемого вентильного электродвигателя. The drawing shows an electrical diagram of a controlled valve motor.
Вентильный электродвигатель содержит электромеханический преобразователь 1 с индуктором 2 на постоянном магните, первые выходы секций 3, 4, 5 якорной обмотки которого объединены и соединены с общим выводом, преобразователь частоты 6, выходы которого подключены ко вторым выводам секций 3, 4, 5 якорной обмотки, систему 7 управления, выполненную с возможностью поочередной коммутации ключей преобразователя частоты, многоканальный выход которого подключен к многоканальному управляющему входу преобразователя частоты. Система управления включает в себя три компаратора 8, 9, 10, вход каждого из которых соединен со вторым выводом одной из секций 3, 4, 5 якорной обмотки, логический блок 11 формирования команд переключения ключей преобразователя частоты, к входам которого подключены выходы компараторов 8, 9, 10 соответственно, а выходы образуют многоканальный выход системы управления 7. Логический блок 11 выполнен на логических элементах ИЛИ 12. Ко вторым выводам секций 3, 4, 5 якорной обмотки подключены соответственно три входа сумматора 13 напряжений, выход которого соединен с первым входом регулятора 14 частоты вращения. Ко второму входу регулятора 14 частоты вращения подключен выход задатчика 15 частоты вращения, а выход регулятора 14 частоты вращения к дополнительному управляющему входу 16 преобразователя частоты, выполненному двухполупериодным. The valve electric motor contains an electromechanical converter 1 with an inductor 2 on a permanent magnet, the first outputs of sections 3, 4, 5 of the anchor winding of which are combined and connected to a common terminal, a frequency converter 6, the outputs of which are connected to the second conclusions of sections 3, 4, 5 of the anchor winding, a control system 7, configured to alternately switch the keys of the frequency converter, the multi-channel output of which is connected to a multi-channel control input of the frequency converter. The control system includes three comparators 8, 9, 10, the input of each of which is connected to the second output of one of the sections 3, 4, 5 of the anchor winding, a logic block 11 for generating commands for switching the keys of the frequency converter, to the inputs of which the outputs of the comparators 8 are connected, 9, 10, respectively, and the outputs form a multi-channel output of the control system 7. Logic block 11 is made on logical elements OR 12. Three inputs of the voltage adder 13 are connected to the second conclusions of the armature winding sections 3, 4, 5, the output of which is single with the first input of the speed controller 14. The output of the speed adjuster 15 is connected to the second input of the speed controller 14, and the output of the speed controller 14 is connected to the additional control input 16 of the frequency converter, which is made half-wave.
Преобразователь частоты 14 составлен из управляемых ключей, например, транзисторов 17, 18, анодной и катодной групп, соединенных по мостовой двухполупериодной схеме. Дополнительный вход преобразователя частоты может быть образован, например, введением в одну из групп ключей, например, катодную, транзистора 19, шунтирующего базо-эмиттерным переходом базо-эмиттерный переход транзистора 18. Коллектор введенного транзистора 19 образует дополнительный управляющий вход преобразователя частоты. The frequency converter 14 is made up of controlled keys, for example, transistors 17, 18, anode and cathode groups connected by a half-wave bridge circuit. An additional input of the frequency converter can be formed, for example, by introducing into one of the key groups, for example, the cathode, a transistor 19, which shunts the base-emitter junction of the transistor 18. The collector of the introduced transistor 19 forms an additional control input of the frequency converter.
Вентильный электродвигатель снабжен тремя датчиками тока 20, 21, 22, каждый из которых включен в цепь одной из секций якорной обмотки. Регулятор частоты вращения снабжен третьим входом, к которому подключены объединенные выходы указанных датчиков тока. The valve electric motor is equipped with three current sensors 20, 21, 22, each of which is included in the circuit of one of the sections of the anchor winding. The speed controller is equipped with a third input, to which the combined outputs of these current sensors are connected.
Вентильный электродвигатель работает следующим образом. Valve motor operates as follows.
При включении питания срабатывают компараторы 7, 8, 9. Это приводит к появлению на выходе преобразователя частоты напряжения, под действием которого в секциях 3, 4, 5 якорной обмотки потечет ток. Взаимодействие электромагнитного поля и поля магнита индуктора 2 приведет к движению индуктора 2. При необходимости начальное движение индуктора можно программировать, задавая очередность первого срабатывания компараторов. При движении индуктора относительно секций 3, 4, 5 якорной обмотки в них наводится ЭДС вращения. Под действием этих ЭДС происходит очередное срабатывание компараторов. Задержка срабатывания компараторов может задаваться величиной угла опережения на заданной частоте вращения и реализуется путем введения RC-цепей по входу компараторов или любыми другими средствами, реализующими временную задержку электрического сигнала. Под действием сигналов компараторов происходит срабатывание логических элементов ИЛИ 12, сигналы которых поступают на многоканальный управляющий вход преобразователя частоты. Поочередное подключение ключей анодной и ключей катодной групп преобразователя частоты обеспечивает подключение секций якорной обмотки к источнику питания. Таким образом обеспечивается положительная обратная связь по положению, и двигатель работает в режиме вентильного электродвигателя. When the power is turned on, comparators 7, 8, 9 are triggered. This leads to the appearance of a voltage at the output of the frequency converter, under the influence of which current will flow in sections 3, 4, 5 of the armature winding. The interaction of the electromagnetic field and the magnet field of the inductor 2 will lead to the movement of the inductor 2. If necessary, the initial movement of the inductor can be programmed by setting the sequence of the first operation of the comparators. When the inductor moves relative to sections 3, 4, 5 of the anchor winding, the EMF of rotation is induced in them. Under the influence of these EMFs, the next operation of the comparators occurs. The delay in the operation of the comparators can be set by the value of the lead angle at a given speed and is implemented by introducing RC circuits at the input of the comparators or by any other means that realize the time delay of the electrical signal. Under the action of the signals of the comparators, the logic elements OR 12 are triggered, the signals of which are fed to the multi-channel control input of the frequency converter. The alternate connection of the keys of the anode and the keys of the cathode groups of the frequency converter ensures the connection of the sections of the armature winding to the power source. In this way, positive position feedback is provided, and the motor operates in a valve motor mode.
Для управления электродвигателем используются обратная связь по ЭДС вращения. Величина ЭДС вращения определяется из формулы
где ε ЭДС вращения;
I ток в секциях якорной обмотки электродвигателя;
U напряжение, подаваемое на секции якорной обмотки электродвигателя;
R сопротивление секций якорной обмотки электродвигателя.To control the electric motor, feedback on the emf of rotation is used. The magnitude of the emf of rotation is determined from the formula
where ε is the emf of rotation;
I current in sections of the anchor winding of the electric motor;
U voltage supplied to the section of the anchor winding of the electric motor;
R the resistance of the sections of the anchor winding of the motor.
Из приведенной формулы следует, что:
e = U-IR
Пренебрегая падением напряжения на электронных ключах (у некоторых из них оно составляет 0,01 В) и токами, протекающими в базовых цепях транзисторов, можно при помощи реальных датчиков измерить напряжение и ток в секциях обмотки якоря электродвигателя и путем вычислений определить ЭДС вращения.From the above formula it follows that:
e = U-IR
Neglecting the voltage drop on the electronic keys (for some of them it is 0.01 V) and the currents flowing in the base circuits of the transistors, you can use real sensors to measure the voltage and current in the sections of the armature of the motor armature and determine the emf of rotation by calculation.
Датчики тока 29, 21, 22 включены по схеме токового зеркала. Ток на выходе каждого датчика пропорционален току в соответствующей секции 3, 4, 5 якорной обмотки. Напряжение на указанных секциях контролируется с помощью сумматора 13. Информация по напряжению и току поступает на первый и третий входы регулятора 14 частоты вращения. Вычисление сигнала управления на выходе регулятора происходит, например, на дифференциальном мосте, куда подается и сигнал задания частоты вращения, являющийся сигналом разбалансировки дифференциального моста. На выходе регулятора 14 частоты вращения формируется сигнал управления:
Iупр= f(Uз; ε)
Iупр=Uз-(U-IR)
Таким образом, если происходит увеличение момента нагрузки и частота вращения начинает снижаться, то возрастает ток электродвигателя и увеличивается ток управления. Это приведет к большому открытию ключей катодной группы преобразователя частоты и увеличению напряжения на двигателе, компенсирующего снижение частоты вращения. Дифференциальный мост регулятора 14 частоты вращения перейдет в новое динамическое состояние, соответствующее нагрузке. Аналогичным образом произойдет отработка уменьшения нагрузки на двигатель.Current sensors 29, 21, 22 are included in the current mirror circuit. The current at the output of each sensor is proportional to the current in the corresponding sections 3, 4, 5 of the armature winding. The voltage at these sections is controlled using the adder 13. Information on voltage and current is supplied to the first and third inputs of the speed controller 14. The calculation of the control signal at the output of the controller occurs, for example, on a differential bridge, where a speed reference signal is supplied, which is a signal for unbalancing the differential bridge. At the output of the speed controller 14, a control signal is generated:
I control = f (U s ; ε)
I control = U s - (U-IR)
Thus, if there is an increase in the load moment and the rotation speed begins to decrease, then the motor current increases and the control current increases. This will lead to a large opening of the keys of the cathode group of the frequency converter and an increase in the voltage on the motor, which compensates for the decrease in the speed. The differential bridge of the speed controller 14 will enter a new dynamic state corresponding to the load. Likewise, the reduction of engine load will be practiced.
Реализация получения информации о частоте вращения вентильного электродвигателя путем вычисления ЭДС вращения позволяет использовать двухполупериодный преобразователь частоты, что дает возможность осуществить двухполупериодное преобразование электрической энергии, а, следовательно, позволяет уменьшить пульсации мгновенной частоты вращения, то есть повысить равномерность вращения и снизить детонацию. Кроме того, снижается объем активных материалов (меди и магнита), что приведет к снижению стоимости электродвигателя. The implementation of obtaining information about the frequency of rotation of a valve electric motor by calculating the emf of rotation allows you to use a half-wave frequency converter, which makes it possible to carry out a half-wave conversion of electrical energy, and, therefore, reduces the ripple of the instantaneous speed, that is, to increase the uniformity of rotation and to reduce detonation. In addition, the volume of active materials (copper and magnet) is reduced, which will reduce the cost of the electric motor.
Использование в качестве регулирующего элемента ключей одной из групп преобразователя частоты повышает к.п.д. позволит равномерно загрузить по току электронные элементы двигателя. Особенно это важно при микроминиатюризации электронных узлов управляемого вентильного электродвигателя. Using as a regulating element of the keys one of the groups of the frequency converter increases the efficiency will evenly load current electronic components of the engine. This is especially important when microminiaturization of electronic components of a controlled valve electric motor.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU94015950A RU2088041C1 (en) | 1994-04-28 | 1994-04-28 | Controlled gate electric motor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU94015950A RU2088041C1 (en) | 1994-04-28 | 1994-04-28 | Controlled gate electric motor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU94015950A RU94015950A (en) | 1996-06-10 |
| RU2088041C1 true RU2088041C1 (en) | 1997-08-20 |
Family
ID=20155450
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU94015950A RU2088041C1 (en) | 1994-04-28 | 1994-04-28 | Controlled gate electric motor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2088041C1 (en) |
-
1994
- 1994-04-28 RU RU94015950A patent/RU2088041C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Патент США N 4070606, кл. H 02 K 29/02, 1978. Патент США N 3924166, кл. H 02 K 29/02, 1975. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU94015950A (en) | 1996-06-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4825132A (en) | Current mode motor control | |
| EP0700594B1 (en) | Electric motor drive | |
| US4888533A (en) | Brushless DC motor | |
| US6693407B2 (en) | Controller and associated system and method for pulse-width-modulation switching noise reduction by voltage control | |
| US5896020A (en) | Driving circuit for a switched reluctance motor | |
| US4119895A (en) | Brushless d.c. motor with precise speed control | |
| JP2002218783A (en) | Motor driver | |
| US5793169A (en) | Method and apparatus for controlling static electronic components for phase switching in a three-phase brushless electric motor | |
| US5880950A (en) | Inverter driving circuit for brushless d.c. motor | |
| RU2088041C1 (en) | Controlled gate electric motor | |
| US6856107B2 (en) | Linear-motion engine controller and related method | |
| RU2088039C1 (en) | Controlled gate electric motor | |
| JPH08186995A (en) | Frequency convertor | |
| JPH0534916B2 (en) | ||
| DiRenzo et al. | Switched reluctance motor control techniques | |
| GB2579184A (en) | A method of controlling a brushless permanent magnet motor | |
| SU1495945A1 (en) | Thyratron generator | |
| JP4052063B2 (en) | SR motor control device | |
| JPH0557837B2 (en) | ||
| JPH11235078A (en) | Operating method for dc sensorless motor | |
| JP3505706B2 (en) | Automatic voltage regulator for synchronous generator | |
| JP2002369569A (en) | Brushless motor drive control unit | |
| JP2931164B2 (en) | Drive circuit for brushless motor | |
| SU1224943A1 (en) | Device for controlling a.c.drive | |
| JPS61135376A (en) | Dc electron commutator motor |