УПРАВЛЯЕМЫЙ ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ

УПРАВЛЯЕМЫЙ ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ


RU (11) 2091978 (13) C1

(51) 6 H02P6/00 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 20.11.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 94015952/07 
(22) Дата подачи заявки: 1994.04.28 
(45) Опубликовано: 1997.09.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. Заявка Японии N 62-3673, кл. H 02 P 6/02, 1987. 2. Авторское свидетельство СССР N 1774455, кл. H 02 P 6/02, 1992. 
(71) Заявитель(и): Акционерное общество закрытого типа "Аванто" (RU) 
(72) Автор(ы): Иванов Александр Александрович[RU]; Пресняк Игорь Степанович[UA]; Родин Николай Викторович[UA]; Санталов Анатолий Михайлович[RU]; Стыцына Анатолий Кузмич[UA] 
(73) Патентообладатель(и): Акционерное общество закрытого типа "Аванто" (RU) 

(54) УПРАВЛЯЕМЫЙ ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ 

Использование: в электроприводах лентопротяжных механизмов звукозаписывающих устройств. Сущность изобретения: управляемый вентильный электродвигатель содержит электромеханический преобразователь частоты с индуктором на постоянных магнитах 2 и якорной обмоткой, секции которой подключены к выходу преобразователя частоты, выполненному в виде инвертора напряжений, логический блок управления, компараторы, две группы интегрирующих цепей и ограничители напряжений. Интегрирующие цепи и ограничители напряжений обеспечивают формирование на выходе компараторов симметричных относительно сигнала ЭДС вращения сигналов длительностью 180o и смещенных относительно друг друга на 120o. Под действием этих сигналов логический блок обеспечивает поочередную коммутацию ключей анодной и катодной групп преобразователя частоты, периодически подключающих секции якорной обмотки к источнику питания. Осуществляется пуск электродвигателя в синхронном режиме. При вращении двигателя в секции якорной обмотки наводится ЭДС вращения, ускоряющая процессы переключения компараторов. Двигатель переводится в режим коммутации по положению. В режиме стабилизации частоты вращения в зависимости от нагрузки изменяют сигнал управления, подаваемый на дополнительный вход преобразователя частоты. Включение интеграторов на входы компараторов позволяет сохранить симметричное срабатывание компараторов при разных токах управления относительно сигнала ЭДС вращения. В результате снижаются пульсации электромагнитного момента, детонация и повышается ресурс электродвигателя. 9 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах лентопротяжных механизмов звукозаписывающих устройств.

Известен вентильный электродвигатель, содержащий электромеханический преобразователь с индуктором на постоянном магните, первые выводы трех секций якорной обмотки которого объединены, двухполупериодный преобразователь частоты, выходами подключенный к вторым выводам секций якорной обмотки, логический блок управления, выходы которого подключены соответственно к управляющим входам двухполупериодного преобразователя частоты, три компаратора с двумя входами каждый, выходы которых соединены с входами логического блока управления [1]

Недостатком данного вентильного электродвигателя является уменьшение КПД при увеличении момента нагрузки, которое происходит вследствие изменения напряжения на двигателе, и нарушение в связи с этим симметричной работы компараторов. Происходит изменение угла опережения включения секций в режиме стабилизации частоты вращения при изменении нагрузки на двигатель, снижается ресурс двигателя.

Наиболее близким аналогом к изобретению является управляемый вентильный электродвигатель, содержащий электромеханический преобразователь с индуктором на постоянных магнитах, первые выводы трех секций якорной обмотки которого объединены и соединены с общей шиной вентильного электродвигателя, двухполупериодный преобразователь частоты, выходы которого соединены с вторыми выводами секций якорной обмотки, логический блок управления, выходами подключенный к управляющим входам двухполупериодного преобразователя частоты, три компаратора с двумя входами каждый, выходы которых подключены соответственно к входам логического блока управления. Вентильный электродвигатель содержит также три интегрирующие цепи. Первый вход i-го компаратора соединен с вторым выводом i-й секции якорной обмотки, а выход с входом (i-1)-й интегрирующей цепи. Выход i-й интегрирующей цепи подключен к второму входу i-го компаратора, причем указанное подключение компараторов и интегрирующих цепей образует кольцевое соединение [2]

Недостаток указанного вентильного электродвигателя заключается в наличии смещения на выходах интегрирующих цепей относительно общего вывода, когда двигатель работает в режиме стабилизации частоты вращения, что приводит к разному порогу срабатывания компараторов от ЭДС вращения и, как следствие, к разным углам опережения включения секций при положительном и отрицательном участках ЭДС вращения. Несимметричная форма напряжения на секциях обмотки якоря приводит к появлению дополнительных пульсаций вращающего момента, увеличению детонации и, как следствие, к снижению эксплуатационных качеств вентильного электродвигателя.

Целью изобретения является повышение эксплуатационных качеств двигателя, в частности увеличение его ресурса за счет снижения пульсаций вращающего момента.

Цель достигается тем, что в вентильный электродвигатель, содержащий электромеханический преобразователь с индуктором на постоянных магнитах, одни выводы секций якорной обмотки которого объединены и соединены с общей шиной вентильного электродвигателя, двухполупериодный преобразователь частоты, выходами соединенный с вторыми выводами секций якорной обмотки, логический блок управления, выходы которого подключены к управляющим входам двухполупериодного преобразователя частоты, три компаратора, первый вход i-го компаратора связан с вторым выводом i-й секции якорной обмотки, второй вход - с выходом i-й интегрирующей цепи первой группы, а выход i-го компаратора подключен к соответствующему входу логического блока управления, преобразователь частоты выполнен в виде инвертора напряжения и снабжен дополнительным управляющим входом для подключения к источнику сигнала управления и введены три ограничителя напряжения и три интегрирующие цепи второй группы, причем выход i-го компаратора подключен к входу (i-1)-го ограничителя напряжения, выход которого соединен с входом (i-1)-й интегрирующей цепи первой группы, вход i-й интегрирующей цепи второй группы соединен с вторым выводом i-й секции якорной обмотки, выход с первым входом i-го компаратора, а силовые выводы интегрирующих цепей второй группы соединены с общей шиной вентильного электродвигателя.

Введение ограничителя напряжения, второй группы интегрирующих цепей, выполнение преобразователя частоты в виде инвертора напряжения с дополнительным управляющим входом для подключения к источнику сигнала управления позволит повысить эксплуатационные качества двигателя за счет увеличения ресурса, снижения пульсаций вращающего момента и детонации. Таким образом, данное изобретение отвечает одному из условий патентоспособности - новизне.

Из уровня техники не были обнаружены источники информации, в которых бы использовались признаки отличительной части формулы изобретения с обеспечением того же технического результата, то есть выполнено и другое условие патентоспособности изобретательский уровень.

На фиг. 1 представлена функциональная схема вентильного электродвигателя; на фиг. 2 9 диаграммы напряжений на выходах функциональных узлов, поясняющих работу вентильного электродвигателя.

Вентильный электродвигатель содержит электромеханический преобразователь 1 с индуктором на постоянных магнитах 2 (фиг. 1). Первые выводы трех секций 3, 4, 5 якорной обмотки электромеханического преобразователя объединены и соединены с общей шиной вентильного электродвигателя. Вторые выводы указанных секций подключены к выходу двухполупериодного преобразователя 6 частоты, выполненного в виде инвертора напряжения и снабженного дополнительным управляющим входом для подключения к источнику сигнала управления. Кроме того, второй вывод каждой из секций 3, 4, 5 якорной обмотки соединен с первым входом одноименного компаратора 7 (8, 9). Вентильный электродвигатель снабжен интегрирующими цепями 10, 11, 12 первой группы. Силовые выводы интегрирующих цепей соединены с общей шиной вентильного электродвигателя, а выход i-й интегрирующей цепи 11 (12, 10) соединен с вторым входом i-го компаратора 8 (9, 7), выход которого соединен с соответствующим входом логического блока управления 13, выходами подключенного к основным управляющим входам двухполупериодного преобразователя частоты. Логический блок управления выполнен на логических элементах ИЛИ и И.

В вентильный электродвигатель введены три ограничителя напряжения 14, 15, 16 и три интегрирующие цепи 17, 18, 19 второй группы, силовые выводы которых соединены с общей шиной вентильного электродвигателя. Выход i-й интегрирующей цепи 18 (19, 17) соединен с первым входом i-го компаратора 8 (9, 7). Выход i-го компаратора 8 (9, 7) соединен с входом (i-1)-го ограничителя напряжений 14 (15, 16), выходом подключенного к входу (i-1)-й интегрирующей цепи 10 (11, 12) первой группы.

Преобразователь частоты выполнен в виде трехфазного моста на транзисторах 20, 21. Цепи управления базовыми токами одной из групп транзисторов, например, катодной группы, объединены и образуют дополнительный управляющий вход преобразователя частоты для подачи сигнала управления.

Вентильный электродвигатель работает следующим образом.

При подаче напряжения на выходах компараторов 7, 8, 9 устанавливаются произвольные значения выходного сигнала. Допустим, установилось напряжение, соответствующее моменту t1 (фиг. 2). Под действием этого напряжения происходит изменение выходного напряжения на интегрирующих цепочках 10, 11, 12 (фиг. 3). После того как на выходе интегрирующей цепи 12 изменится полярность напряжения (момент t2) компаратор 9 переключится. Это вызовет перезаряд интегратора 11. В момент времени t3 переключится компаратор 8. Далее произойдет перезаряд интегрирующей цепи 10 и переключится компаратор 7. Этот процесс будет происходить периодически.

Допустим при включении на выходах всех компараторов устанавливаются одинаковые напряжения (момент t1, фиг. 4). Интегрирующие цепи 10, 11, 12 начнут перезаряжаться в одном направлении. Допустим, на выходе интегратора 10 напряжение изменит знак (момент t2) в первую очередь. Компаратор 7 переключится. Изменится знак заряда интегрирующей цепи 12. С момента t2 (фиг. 4) процессы будут проходить аналогично, показанным на фиг. 2, 3 с момента t4.

Таким образом, на выходах компараторов будут формироваться сигналы длительностью 180o, смещенные относительно друг друга на 120o независимо от их начального состояния. В соответствии с логикой работы устройства 13 на его выходе формируются сигналы управления ключами 20, 21 преобразователя частоты. Под действием этих сигналов будут происходить поочередные переключения ключей преобразователя частоты 6, что приведет к периодическому подключению секций 3, 4, 5 якорной обмотки к источнику питания.

В электромеханическом преобразователе наведется вращающееся электромагнитное поле. Под действием этого поля ротор двигателя начнет вращаться. Осуществится пуск электродвигателя в синхронном режиме.

В процессе вращения ротора в секциях 3, 4, 5 якорной обмотки будут наводится ЭДС вращения. Воздействуя по первому входу компараторов 7, 8, 9, ЭДС вращения будут ускорять моменты переключения компараторов и тем самым переводить двигатель на коммутацию по положению ротора, так как амплитуда перезаряда интегрирующих цепей 10, 11, 12 будет уменьшатся. На номинальной частоте напряжения U10, U11, U12 на выходе интегрирующих цепей станут равны потенциалу первого вывода секций 3, 4, 5 якорной обмотки, так как интегрирующие цепи не будут успевать реагировать на частые изменения напряжений U14, U15, U16 симметричных относительно общего вывода. Очередность взаимного переключения компараторов сохранится аналогичной показанной на фиг. 2, и будет определяться моментами перехода через "ноль" сигнала ЭДС вращения. Момент перехода на коммутацию по положению определяется соотношением чувствительности входов компараторов 7, 8, 9 и может происходить после первых дискретных изменений пространственного положения вектора поля. Угол опережения включения секций якорной обмотки может регулироваться с помощью временной задержки сигналов в прямом канале компараторов.

При максимальном управляющем сигнале ключи 20 катодной группы преобразователя частоты полностью открыты, как и ключи (транзистора) 21 анодной группы. На секции якорной обмотки передается все напряжение источника питания (фиг. 5). В момент, когда (i-1)-я секция 3 не подключена к источнику питания, на ней наведется ЭДС вращения. Если ротор неподвижен, ЭДС равна нулю и на указанной секции находится потенциал 1/2Uпит, так как она соединена с первыми выводами всех секций. На вход (i+1)-й интегрирующей цепи 12 подается напряжение с выхода (i-1)-го компаратора 7, ограниченное (i+1)-м ограничителем напряжения 16 (фиг. 6). Среднее значение напряжения на выходе (i+1)-й интегрирующей цепи 16 будет находиться на уровне потенциала первых выводов секций якорной обмотки, так как (i+1)-й ограничитель 16 симметрично ограничивает напряжение относительно этого потенциала.

Если двигатель работает в режиме стабилизации частоты вращения, то при уменьшении момента нагрузки уменьшается величина управляющего сигнала. Транзисторы 20 катодной группы частично закрываются и на секции якорной обмотки подается часть напряжения питания (фиг. 7). В этом случае потенциал первых выводов секций якорной обмотки не равен 1/2Uпит, а составляет Uпит-1/2Uоя. Ограничители напряжения обеспечивают симметрирование напряжения на входе интегральных цепей первой группы (фиг. 8). На выходе интегрирующих цепей среднее напряжение составит Uпит-1/2Uоя. При этом сохранится симметричное срабатывание компараторов относительно сигнала ЭДС вращения и при разных значениях тока управления сохранится одинаковый угол опережения включения секций якорной обмотки (фиг. 9).

Таким образом, наличие ограничителей напряжения и второй группы интегрирующих цепей, а также выполнение преобразователя частоты в виде инвертора напряжения с подключением его дополнительного управляющего входа к источнику сигнала управления позволит в режиме управления частотой вращения снизить пульсации электромагнитного момента, уменьшить детонацию, повысить ресурс электродвигателя. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Вентильный электродвигатель, содержащий электромеханический преобразователь с индуктором на постоянных магнитах, одни выводы секций якорной обмотки которого объединены и соединены с общей шиной вентильного электродвигателя, двухполупериодный преобразователь частоты, выходами соединенный с вторыми выводами секций якорной обмотки, логический блок управления, выходы которого подключены к управляющим входам двухполупериодного преобразователя частоты, три компаратора, первый вход i-го компаратора связан с вторым выводом i-й секции якорной обмотки, второй вход с выходом i-й интегрирующей цепи первой группы, а выход i-го компаратора подключен к соответствующему входу логического блока управления, отличающийся тем, что преобразователь частоты выполнен в виде инвертора напряжения и снабжен дополнительным управляющим входом для подключения к источнику сигнала управления и введены три ограничителя напряжения и три интегрирующие цепи второй группы, причем выход i-го компаратора подключен к входу (i 1)-го ограничителя напряжения, выход которого соединен с входом (i 1)-й интегрирующей цепи первой группы, вход i-й интегрирующей цепи второй группы соединен с вторым выводом i-й секции якорной обмотки, выход с первым входом i-го компаратора, а силовые выводы интегрирующих цепей второй группы с общей шиной вентильного электродвигателя.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Электроника и электротехника




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+автомобильная -сигнализация".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "датчик" будут найдены слова "датчик", "датчики" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("датчик!").


Металлоискатели и металлодетекторы | Электронные устройства охраны и сигнализации | Электронные устройства систем связи | Приемные и передающие антенны | Электротехнические и радиотехнические контрольно-измерительные приборы и способы электроизмерений | Электронные устройства пуска, управления и защиты электродвигателей постоянного и переменного тока | Электродвигатели постоянного и переменного тока | Магниты и электромагниты | Кабельно-проводниковые и сверхпроводниковые изделия


Рейтинг@Mail.ru