SU944472A2 - Вентильный двигатель - Google Patents

Abstract

:1. ВЕНТИЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ по авт. св. № 828930, отличаю щ и и с   тем, что, с целью повыше ни  КПД и расширени  функциональных возможностей, в нем установлены пер вый счетчик импульсов, где старший разр д выполнен в многофазном коде по числу фаз двигател , второй рёверсивный счетчик, аналогичный пО числу разр дов и их выполнению первому , формирователь синусоидальных многофазных напр жений, первый и второй цифровые двухвходовые сумматоры с выходными шинами в старшем разр де , второй вычитающий блок в многофазном коде, датчики тока в фазах двигател , схема сравнени  многофазных сигналов, где перва  и втора  шины сигналов внешней частоты соединены с входными шинами первого и второго счетчиков, выходные цифровые шины первого счетчика соединены со входом формировател  синусоидальных многофазных напр жений и первыми входами цифровых сумматоров второй вход первого сумматора соединен с выходными цифровыми шинами второго счетчика, а второй вход второго сумматора - с внешними цифровыми шинами задани  знака электромагнитного момента , выходные шины старшего разр да первого сумматора соединены с пер вым входом первого Еычитаюш;его блока, а выходные шины ь торого формировател  пр моугольных многофазных сигналов и выходные шины старшего разр да второго цифрового сумматора - соответственно с первым и вторым входами второго вычитающего блока, выход которого соединен с первым входом схемы сравнени  многофазных сигналов, второй вход схемы сравнени  соединен с выходом первого формировател  пр моугольных многофазных сигналов,вход (О которого соединен с выходами датчиков тока, выходные шины схемы сравнени  многофазных сигналов соединены с входными шинами задани  режима работы второго реверсивного счетчика. :2. Двигатель по;п.1, о т л и - чаюш;ийс  тем, что схема срав4 нени  многофазных сигналов coдepжIiт 2т (т - число фаз двигател ) двух- ..J входовых логических элементов И,входные шины которых соединены с пр мыми Ю и инверсными выходными шинами второго вычитающего блока, выходные шины элементов И соединены с входными шинами RS-триггеров, выходные шины которых соединены с пр мыми и инверсными выходными шинами первого форми ровател  пр моугольных многофазных ю сигналов.

Description

Изобретение относитс  к области электротехники, в частности к вентильным двигател м, включающем много фазнук) машину с датчиком положени  ротора5 сигналы которого управл ют силовыми элементами мостового инвер тора, питающего эту машинуj к пред назначено дл  использовани  в контактных электроприводах различных объектов народного хоз йства (станки с ЧГБ% промышленные роботы, автома ™ тические линии H:TiA«,), По основному авт св., № 828930 известен вентильный двигатель, содер жащий ротор, статор с обмоткой  кор  секции которой соединены с выходом инвертора; управл ющие цепи ключей которого соединены через логическую схему с вторичной обмоткой датчика положени  ротора, выполненного в ви да фазорегул тора с числом пар полюсов5 равным числу пар полюсов ротора трехфазна  первична  обмотка датчика соединена с выходом трехфазного ис точника повьш1енной , где ло гическа  схема содержит два формиро вател  пр моугольных .трехфазных сиг налов и вычитающий блок в трехфазном коде, вторична  обмотка фазорегул то ра выполнена трехфазной, причем пер вична  обмотка фазорегул тора соеди - нена с входом первого формировател , вторична  обмотка сое,о,инена с входом второго формировател , а выходные ши ны первого и второго формирователей с входами вычитающего блока, ажодные шины которого соединены с управл ющи . ми цеп ми ключей инвертора В этом двигателе достигаетс  высока  плавность движени , когда среднее значение угла между вектором по тока ротора и напр жением статора и поддерживаетс  неизменным, а форма выходного напр жени  инвертора соот ветствует широтно-т мпульсной моду л ции (ШИМ) ПС- трапецеидальному за кону, близкому к синусоидальной ШИМ По данному принципу возможно по« строение вентильного двигател  любой фазности Недостатком известного двигател   вл етс  изменение угла между векто рами потока ротора и тока ста:тора I при изменении частоты вращени s Это изменение угла приводит к сийже нию на высоких частотах вращени  КПД двигател  и не повзол ет ис пользовать в нем синхронно реактив иую машину из-за сложности осуществ лепн  управл емого реверсаа Цель изобретени  повьппение КПД и расширение функциональных возмож ностей Поставленна  цель достигаетс  тем, что в двигателе установлены первый счетчик импульсов, где стар ший разр д выполнен в многофазном коде по числу фаз двигател , второй реверсивный счетчик, аналогичный по числу разр дов и их выполнению с первьм , формирователь синусоидальных многофазных напр жений, первый и второй цифровые двухвходовые сумма торы с выходными шинами в старшем разр де, второй вычитающий блок в многофазном коде, датчики тока в ф  sax двигател ; схема сравнени  многофазных сигналов, где перва  и втора  шины сигналов внешней частоты соеди нены с выходными шинами первого и второго счетчиков, выходные цифровые шины первого счетчика соединены с входом формировател  синусоидальных многофазных напр жений и первыми входами цифровых сумматоров, второй вход первого сумматора соединен с выходными цифровыми шинами второго счетчика, а второй вход второго сум матора с внешними цифровыми шина ми задани  знака электромагнитного момента; выходные шины старшего раз р да первого сумматора соединены с первым входом первого вычитаюш:его блока, а выходные шины второго формировател  многофазных сигналов и вы ходные шины старшего разр да второго цифрового сумматора соединены соот ветственно с первым и вторым входами второго вычитающего блока, выход ко торого соединен с первым входом схе мы сравнени  многофазных сигналов; второй вход устройства сравнени  со единен с выходом первого формировател  пр моугольных многофазных сигна лов, вход которого соединен с выхода ми датчиков тока; выходные кщны схе мы сравнени  многофазных сигналов соединены с входными шинами- задани  режима работы второго реверсивного счетчика Устройство сравнени  много фазных сигналов содержит 2т (т чис о фаз двигател ) двухвходовых логи ческих схем И, входные шины которых соединены с и инверс1-1Ь ми выодными шинами второго вычитающего блока; выходньш шины схем И соедине ны с входными шинами КЗ-триггеров выходные шины которых соединены с первым входом логической схемы, второй вход которой соединен с пр мыми и инверсными выходными шинами перво го формировател  пр моугольных много фазных сигналов На фиг,1 представлена блок-схема устройства; на - цифровые сиг налы Е на выходных шинах первого счетчика и C, С на выходных шинах второго цифрового сумматора дл  двух знаков электромагнитного момента; на эквивалентные многофазному (трехфазному) коду цифровые сигналы обычного цифрового кода на выходных шинах второго цифрового сумматора С и на выходных шинах второго формиро вател  В; на - когда угол меж ду трехфазными сигналами С и В мень ше 2и/3; угол между- трех фазными - сигналами, больше Т/З и мень ше 2п/3; угол между трех фазными сигналами больше 2ii/3 и мень ше IT; угол между трехфазными сигналами больше к меньше 4ii/3; угол между трехфазными сиг налами больше Ап/З и меньше Зп/З; угол между трехфазными сигналами больше и меньше (Слева от этих цифровых сигналов при ведены значени  разности между сигналами С и:В Аналогичным образом изображаютс  цифровые сигналы разнос ти между сигналами Аи В) ; на приведены эквивалентные многофазному (трехфазному) кодз цифровые сигналы обычного цифрового кода-на выходных шинах второго вычитающего блока Q за оборот двигател  и соответствующие им многофазные (трехфазные) сигналы L ; на - многофазные (трехфазные ) сигналы на выходных шинах второго вычитающего блока Q(q;( ,Ч2.Ч зсоответствующие им сигналы обычного цифрового кода и сигна.пы К (-Kg; на - принципиальна  схема устройства сравнени  многофазных (трехфазных ) сигналов; на .- многофазные (трехфазные) сигналы на выходных шинах первого формировател  пр моугольных сигналов I(i( ,i.,i) и сигналы L(l,,l2.jl3) 5 - сигналы L опережают по фазе сигналы I; на - сигналы L отстают по фазе .от сигналов I; на приведена таблица разности в цифрах обычного кода сигналов I и L ; на век торна  диаграмма вентильного двигате л  с двухполюсной синхронной машиной когда на всех скорост х вращени  угол между векторами потока ротора Р и тока статора I поддерживаетс  равным 90 эл град; на - векторна  диаграмма вентильного двигател  с двухполюсной синхронно-реактивной машиной, когда угол между сектором тока статора I и продольной осью ротора поддерживаетс  равным 45 эл град Б качестве примера будем рассматривать трехфазный вариант вентильного двигател  Выходные шины трехфазного мостового инвертора 1 соединены с обмот ками статора трехфазной синхронной или синхронно-реактивной машины:2 В фазах двигател  установлены датчт ки тока 3, выходы которых соединены с входными шинами первого формировател  4 трехфазных пр моугольных сиг налов На валу двигател  установлен фазорегул тор 5, число пар полюсов которого равно числу пар полюсов двигател . 2 Первичные обмотки фазорегул тора 5 подключены к высокочастотному источнику трехфазного синусоидального напр жени , который состоит из последовательно соединенных первого Счетчика 6 и формировател  синусоидальных трехфазных напр й е-НИИ:7 Счетчик 6, счетный вход которого соединен; с шиной 8 внешней час тоты f , состоит из последовательно соединенных младших разр дов 6а и старшего разр да 66, который выполнен в трехфазном коде Цифровые выходы шины счетчика б соединены с входом формировател  7 и первыми входами первого 9 и второго 10 цифровых сумматоров, которые имеют выходные цифровые шины дл  старшего трехфазного разр да Второй вход первого сумматора 9 соединен с цифровыми выходными шинами второго ревер- сивного счетчика 11, емкость которого аналогична счетчику;6 Счетный вход счетчика 11 соединен с шиной 12 внешней частоты f. Второй вход второго сумматора 10 соединен с входными цифровыми шинами 13 задани  знака электромагнитного момента Вы ходные обмотки фазорегул тора 5 под- ключены к входным шинаы второго фор | мировател  14 пр моугольных трехфаз ных сигналов Выходные шины формиро вател  14 подключены к вторым входам первого 15 и второго 16 вычитающих 79 блоков Первый вход первого вычитаю щего блока 15 подключен к выходу сумматора 9, а первый вход второго блока 16 к выходу сумматора 10а Выходные шины блока 15 соединены с управл ющими входами силовых элемен тов мостового инвертора : 1 и Выходнь е шины формировател  4 и блока 16 под ключены к входу схемы сравнени  17 трехфазных сигналов Выходные шины схемь J7 соединены с входными шинами задани  режима работы реверсивного счетчика 11 Выполнение счетчика 6, 11 и сумматоров 9, 10 общеизвестное, Выполнение вычитающих блоков 15, 16 приведено в 1J Схема сравнени  трехфазных сигна лов () состоит из двухвходовых логических элементов И первые входы которых соединены с пр мыми и инверсными шинами сигналов второго вычитающего блока 16 На выходных шинах логических элементов фор мируютс  соответственно сигналы К, q.q2;Kg 0 V 5 5iq2. К1 qgq,; К, ,; Kj К 3 q ( фигс,5). Выходные шины логических элементов. 18, 19 соединены с входны ми пшнами К8 триггера 24, выходные шины логических элементов 20, 21 триггера 25. выходные шины логичес ких элементов 22, 23 триггера 26 б Выходные ишны триггеров трех фазных сигналов L соединены с первым входом логического элемента 27, вто .рой вход которого соединен с выход ными шинами формировател  4 трехфаз ных сигналов: Логический элемент формирует два сигнала m и т по еле дующему логиЧгескому зако21у т, Т, IjiiijVl, 121 Д2.2-з -г Э к Vl,l3i,ijVl,i2riij.Vl2l3 -2.4 m2 l iljii lai i2.Vl2l3- z 3 к VliLjiiljVl l iJ Vl l izis Схема устройства работает следую щим образом При рассмотрении работы устройст ва первоначально примем, что в нем установлена двухполюсна  синхронна  машина с возбуждением от посто нных магнитов Примем выполнение счетчи ков 6, П емкостью от О до 599 цифровых сигналов (младшие разр ды от О до 99, старший разр д от О до. 5). Сигналы высокой частоты fj, поступа  на входную шину 8 счетчика 6, вызывают периодическое по вление на его выходных щинах цифровых сигналов Е от О до 599 (). Сигналы, например, старшего разр да, которые соответствуют трехфазным пр моуголь ным напр жени м, формируют в блоке 7 (фильтру выделени  первой гармоничес кой составл ющей) синусоидальные трехфазные напр жени  U, питающие первичные обмотки фазорегул тора:5. Такое же синусоидальное напр жение наводитс  на выходных обмотках фазо регул тора 5, которое в формировате ле 14 преобразуетс  в трехфазные пр  моугольные сигналы Фаза выходного напр жени  фазорегул тора 5 измен ет с  относительно первичного напр же ни  питани  от нул  до 2ii в зависи мости от углового положени  ротора двигател  6 Такие же угловые соотно шени  сохран ютс  между трехфазными пр моугольными сигналами на выходе формировател  14 и сигналами старшего разр да счетчика:6 Дл  создани  положительного знака электромагнит ного момента (против часовой стрел ки), когда угол между вектором маг нита ротора ф и вектором тока ста тора I равен 90 элоград, на входные цифровые ш:ины 13 подаютс  цифровые сигналы Hgi, соответствующие цифре 350 (обратные цифре 149), а дл  создани  электромагнитного момента другого знака сигналыs соответст вующие цифре 149 . Этим самым обес печиваетс  сдвиг цифровых сигналов Е на выходных шинах сумматора 10 от носительно цифровых сигналов Е на его входных шинах на Т/4 и +Т/2, где Т период частоты напр жени  пи тани :5 При частотах вращени  дви гател  около нулевого значени , ког да вектор, тока статора I и напр же ни  и совпадают по фазе, такие же цифровые значени  устанавливаютс  в реверсивном счетчике 11 Следова тельно, цифровые сигналы А на выход ных шинах сумматора 9 сдвинуты отно сительно сигналов Е в полном .соот ветствни с сигналами С на выходных шинах сумматора 10 Рассмотрим ра боту дл  положительного знака элект ромагнитного момента При угловом положении ротора, когда трехфаз:ные напр жени  на выходных шинах суммато, ра 9 и формировател  14 совпадают и, следовательно, изменение цифровых сигналов происходит синхронно, их разность на выходных шинах блока 15 соответствует цифре О Этому зна чению соответствует включение сило вых элементов мостового инвертора, когда вектор напр жени  располагает с  под углом IT/Z к вектору. При вращении ротора от О дои/З происхо дит периодическое по вление на вы ходных шинах блока 15 цифровых сиг налов О, 1 ()о Причем, при приближении ротора к угловому положению IT/S врем  по влени  на выходе блока 15 цифры 1 увеличиваетс , а дифры О уменьшаетс  При угловом положении ротора (Г/3 разность между цифровыми сигналами А и В соответст вует цифре Этому положению со ответствует вектор напр жени , кото рый расположен к вектору потока рото ра под углом И/2 При дальнейшем вращении ротора двигател  от значени  до 2ii/3 (фиг.36) происходит периодическое по вление на выходных шинах .блока 15 цифровых сигналов, 1, 2. Причем при приближении ротора к угловому положению 2iV/3 врем  по вление цифры 2 увеличиваетс , а цифры уменьшаетс  При угловом положении ротора 2и/3 (фиг.Зв) разность между цифровыми сигналами А и В соответствует цифре 2 Этому по ложению также соответствует вектор напр жени , который расположен к вектору потока ротора под углом Таким образом, при частоте вращени  около нулевого значени  работа устройства полностью совпадает с известным по основному ., когда среднее значение между векторами потока ротора ф и напр жени  U, а следовательно, и тока I поддерживает с  неизменным и равным -7/2. При этих частотах цифровые сигналы Q на выходных шинах блока 16 полиостью совпадают с цифровыми сигналами D . на. вьЕходных шинах блока 15 (фиг«4). При этом цифровые сигналы К;,-Kg () с выходных шин логических элементов И 18-23 формируют на выходных шинах RS-триггеров.24-26 трехфазные пр моугольные сигналы L(i,r,I,), частота которых совпадает с частотой выходного напр жени  мостового инвертора 1,,а фаза совпадает с аналогичными трехфазными пр 9 моутольными сигналами на выходных шипах формировател -4. Следовательно, на выходных шинах mj, m схемы 17 не будет сигналов и счетчик 1I сохран ет цифровое значение 350 При увеличении частоты вращени , когда вектор тока статора начинает отставать от вектора напр жени  на угол ( О, происходит сдвиг между трехфазными сигналами 1(1,12,1 ) на выходных щинах блока 4 и сигналами L(l,l2,i), (фиг.7а), Цифровое значение разности этих сигналов в экви- валентных цифрах обычного кода может выражатьс  значени ми 1, 2. В соответствии с таблицей разности цифровых сигналов L, I () множест во значений дл  цифр I, 2 определ етс  лoгичecки выражением дл  когда счетчик 1 1 включа-сигнала m етс  дл  режима.суммировани  посту пающих на его вход 5 мпyльcoв внешней частоты. Увеличение цифровых си.тна лов на выходных ипшах счетчика 1 приводит к развороту вектора напр - женин (фиг.9) и по наиравлению вращени  .роторг двигател  до тех пор, пока вектор тока I не займет иоложе- ни  под углом -7/2 к вектору потока ротора (р и сигналы L, I не будут совпадать по фазе. В это врем  счетчик 11 будет остановлень Если произойдет уменьшение частоты вращени , то сдвиг между трехфазными сигналами I, L будет определ тьс  фиг.76, когда цифровое значение разности этих сигналов в эквивалентных цифрах обычного кода может выражатьс  значени - ми 5, 4. В соответствии с таблицей разности цифровых сигналов L, I () множество цифровых значений дл  цифр 5, 4 определ етс  логическим выражением дл  сигнала m когда реверсивный счетчик 11 включаетс  дл  режима вычитани  поступающих на его вход импульсов частоты f. Уменьшение цифровых С1 гналов на выходных шинах счетчика 11 приводит к развороту вектора напр жени  U., против вращени  ротора двигател  до тех пор, пока вектор тока I не займет положение под углом -и/2 к вектору потока ротора (Р и сигналы L, I не будут совпадать по фазе и:т.д. Работ, устройства при отрицатель ном знаке электромагнитного момента аналогична рассмотренной выше.

- 944472

Работа усГтройсгва при использова НИИ в нем гСинхронно реактивиого дви гател  () будет отличатьс  от рассмотренной выше только значени ми цифровых еигналов на входных шинах блока 10, что определ ет расположв кие оси стабилизации направлени  век тора тока статора под углом |3 ; 45 эл градв к продольной оси ротора д

Таким образом, устройство позвол ет использовать не только синхрон ную машину, но и синхронно реактив

ную, когда во всех режимах работы обеспечиваетс  --поддержание неизмен ным оптимального угла между вектором тока статора и продольной осью рото ра двигател  что ведет к. повышению КПД двигател  на высоких частотах При этом форма выходного напр жени  инвертора.также, как в ОСНОВНОМ- изобретении, .соответствует 1шротно импульсной модул ции (ЫИМ) по трапецеидальному закону, близкому к синусоидальной ШИМ

Фиг.г

1г I g I Г I 2 I J I 101 12 Г J

10 D1 2 f 0 .1 1 I g 2,f g I M g 2 5 I g Г / ЗЛi 50/

2 I J I I I I .3 I J I I I

if 1 2 I r I I 5- . I z 5; I g I 3 I I 5 15 0,5 If I 2 I 3 I

J a

/ фи1.5 4 I C/ I 4 I I В I J I I I J I J I 2J I / 2 2 I 0 1 G I r

f

г

к

Csi

JCVI

l

.b 1

I ii

Ь I

I

- I

Фиг.5

фиг, 6

Ч

I

3 V 5

8 1

П I I

12 I

.ti

1 i I

it,

i2

I 11 tf I I I I

i I

фиг. 7

Ji.

it

3.

fl

HiMZ f

фыт.8

pj

Claims (2)

1. : 1. ВЕНТИЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ по авт. св. № 828930, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и расширения функциональных возможностей, в нем установлены первый счетчик импульсов, где старший разряд выполнен в многофазном коде по числу фаз двигателя, второй реверсивный счетчик, аналогичный по· числу разрядов и их выполнению первому, формирователь синусоидальных многофазных напряжений, первый и второй цифровые двухвходовые сумматоры

   с. выходными шинами в старшем разряде, второй вычитающий блок в многофазном коде, датчики тока в фазах двигателя, схема сравнения многофазных сигналов, где первая и вторая шины сигналов внешней частоты соединены с входными шинами первого и второго счетчиков, выходные цифровые шины первого счетчика соединены со входом формирователя синусоидальных многофазных напряжений и первыми входами цифровых сумматоров* второй вход первого сумматора соединен с выходными цифровыми шинами второго счетчика, а второй вход второго сум— матора — с внешними цифровыми шинами задания знака электромагнитного момента, выходные шины старшего разряда первого сумматора соединены с первым входом первого вычитающего блока, а выходные шины второго формирователя прямоугольных многофазных сигналов и выходные шины старшего разряда второго цифрового сумматора — соответственно с первым и вторым входами второго вычитающего блока, выход которого соединен с первым входом схемы сравнения многофазных сигналов, второй вход схемы сравнения соединен с выходом первого формирователя прямоугольных многофазных сигналов,вход' которого соединен с выходами датчиков тока, выходные шины схемы сравнения многофазных сигналов соединены с входными шинами задания режима работы второго реверсивного счетчика.
2. :2. Двигатель по:п.1, отличающийся тем, что схема сравнения многофазных сигналов содержит 2ш (ш — число фаз двигателя) двухвходовых логических элементов И,входные шины которых соединены с прямыми и инверсными выходными шинами второго вычитающего блока, выходные шины элементов И соединены с входными шинами RS-триггеров, выходные шины которых соединены с прямыми и инверсными выходными шинами первого формирователя прямоугольных многофазных сигналов.