Способ настройки моментного вентильного электродвигателя

 

СПОСОБ НАСТРОЙКИ МОМЕНТНОГО ВЕНТИЛЬНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ, сот держащего ротор, статор с обмоткой якоря и синусно-косинусный датчик положения ротора, выходы которого прдключены через соответствующие усилители к синусной и косинусной фазам обмотки якоря, включающий операции установки настраиваемого электродвигателя с объектом управления ;в стенд/ подачи на двигатель питающего и управляющего напряжений, разворота статора датчика относительно статора двигателя и фиксации углового положения статора датчика, соответствующего максимуму вращающего момента, отличаю щийс.я тем, что, с целью-повышения точности настройки при одновременном упрощении настроечного стенда, после подачи на двигатель напряжений инвертируют сигнал с синусного выхода датчика и подают его на вход у си лителя косинусной фазы электродвигателя , а сигнал с косинусного выхода I датчика подают на вГОд усилителя : синусной фазы обмотки электродвига- . V) теля, причем фиксацию углового положения статора датчика, соответствуюи;ую максимуму вращающего момента, осуществляют по угловому положению, § ; соответствующему полной остановке электродвигателя. , ,

СО(ОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (111

d.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

{2.1 ) 3363453/24-07 (22) 10. 12. 81 (46) 30.03.83. Бюл. 11 12 (72) А. Г.Микеров

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

: (53) 621. 313. 13. 014. 2: 621. 382(088. 8) (56) 1. Столов Л.И., Зыков Б.Н, Моментные двигатели с постоянными . магнитаии. М., "Энергия", 1977, с. 98-100.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке V 2877862/24-07, кл. G 01 L 3/22, 1980. (54) (57) СИОСОБ НАСТРОЙКИ МОМЕНТНОГО ВЕНТИЛЬНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ, со-. держащего ротор, статор .с обмоткой якоря и синусно-косинусный датчик положения ротора, выходы которого подключены через соответствующие усилители к синусной и косинусной фазам обмотки якоря, включающий операции установки настраиваемого электродвигателя с объектом управления

З(5в H. 02 К 29/02 Н 02 К 26/00 в стенд; подачи на двигатель питакице. го и управляющего напряжений, разворота статора датчика относительно статора двигателя и фиксации углового положения статора датчика, соответствующего максимуму вращающего момента, отличающийся тем, что, с целью повышения точности настройки при одновременном упрощении настроечного стенда,.после подачи на двигатель напряжений инвертируют сигнал с синусного выхода датчика и подают его на вход усили"-. теля косинусной фазы электродвигателя, а сигнал с косинусного выхода датчика подают на вход усилителя

: синусной фазы обмотки электродвига", теля, причем фиксацию углового поло.. жения статора датчика, соответствующую максимуму вращающего момента-, осуществляют по угловому положению,, соответствующему полной остановке электродвигателя.

1 10088

Изобретение от носит ся к эл ектри, ческим машинам, а именно к электрическим двигателям постоянного тока с бесконтактной коммутацией, осуще-. ствляемой с помощью полупроводниковых приборов, т.е. к вентильным электродвига.елям, и предназначено для настройки в процессе изготовления

1 и эксплуатации электрических машин, работ ающих в качест ве и с полнител ь- 1р ных моментных двигателей приводов следящих систем и систем стабилизации различного назначения., Настройка моментного вентильного электродвигателя (ИВД), содержа- 5 щего синхронную машину, усилители и датчик положения ротора (ДПР) заключается в получении в воздушном зазоре угла между магнитными потоками или магнитодвижущими силами ста.ч- 20 тора и ротора (угла коммутации), равного 90 эл. град,, что аналогично получению угла сдвига щеток с гео- . метрической нейтрали обычного коллекторного двигателя постоянного то" 25 ка.

Известен способ настройки ИВД, заключающийся в развороте статора

ДПР работающего двигателя относительно с"àòîðà синхронной машины до до- 5р стин<ения максимума вращающего момента настраиваемого двигателя, измеряемого специальным пружинным моментомером. Способ основан на том, что мак. симум вращающего момента соответству- 35 ет углу коммутации в 90 эл. град (1).

Недостатком данного способа является необходимость обязательного демонтажа моментного двигателя кз объекта управления для установки его на каком-либо внешнем приборе-моментомере, что усложняет настройку и снижает ее точность, особенно, когда синхронный двигатель и ДПР поотавляются в виде отдельных встраиваемых

45 узлов;

Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности способ настройки ИВД, содержащего ротор, статор с обмоткой якоря, синусно-косинусный датчик положения ротора, выходы которого подключены через усилители к соответствующим синусной и косинусной фазам обмотки якоря, включающий операции установки настраиваемого двигателя с объектом управления в стенд, подачи на двигатель питающего и управляющего напряжений, разворота статора датчи57 2 ка относительно статора двигателя

I и фиксации положения статора датчика, соответствующего максимуму вращающего момента 2 j.

Недо ст ат ком и з вест ного способа является малая точность настройки дви гателя.

Вращающий момент МВД, как известно, определяется выражением

Я ) 1 91ПД Я р1Ф16 ()

В с р где И „- максимальный вращающий момент ;

Г - магнитодвижущая сила МДС ,в воздушном зазоре, создаваемая ротором синхронного дви гателя c - ИДС в воздушном зазоре, создаваемая обмотками стато ра синхронного двигателя;

0 - угол коммутации;

К - коэффициент пропорциональности, определяемый конструкцией и обмоточными данными синхронной машины.

При угле коммутации 6 =90, как следует из (1}, вращающий момент дви гателя достигает максимума Мв„„. Однако при углах коммутации, близких к

90, функция sl0 8 меняется незначительно, т.е. максимум момента выражается неявно, что приводит к низкой угловой точности настройки ИВД.

Кроме того, недостатком известного способа является сложность настроечного стенда, содержащего дистанционную передачу, источник напряжения, предварительный усилитель с потенциометром на входе и нагрузочное устройство. Особенно большие трудности воз.никают при настройке МВД, встроенного в объект управления. Это усложняет конструкцию нагрузочного устройства и требует, как правило, применения дополнительных корректирующих устрой ст в.

Цель изобретения — повышение точности настройки двигателя при одно временном упрощении настроечного стен да.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу настройки МВД, содержащего ротор, ст атор с обмот кой якоря, синусно-косинусный ДПР, выходы которого подключены через соответствующие усилители к синусной и косинусной фазам обмотки якоря, включающий операции установки настраиваемого двигателя с объектом управления в

3 1008857 стенд, подачи на двигатель питающе- Для изменения з н я знака (фазы) управго и управляющего напряжений, разво- ляющего напряжения источник управлярота статора датчика относительно ющего сигнала 15 выполня а выполняют в аиде . статора синхронного двигателя и фикса- генератора прямоу о а прямоугольных колебаний ции максимума вращающего момента, s (фиг. 3). В этом случае при исполь" после подачи на двигатель напряжений . зовании в качестве ДПР 10 СКВТ (г.4) инвертируют сигнал с синусного выхода . источник 15 управляющего сигнала модатчика и подают его на вход усили- жет быть выполне и лнен, например, в виде ного теля косинусной фазы обмотки синхран- генератора 21 стандартных прямо r двигателя, а сигнал с косинусно- >о ных колебаний на выхо моу гольй, на выходе которого го выхода датчика подают на вход уси- установлен модулятор 22, построенлителя синусной фаеы обмотки синхрон- ный например н

Э мер, на поляризованном реной машмны, при этом фиксацию статора ле 23 и трансформаторе 24 со среддатчика, соответствующую максимуму ней точкой. вращающего момента, осуществляют по 1 Способ настройки эакл ойки заключается в угловому положению, соответствующему полной остановке ,а овке двигателя Настраиваемый МВД 1 с объектомНа фиг. 1 представлена функционапь- управления 11 уст а устанавливают в стенд ная схема МВД и стенда, с помощью ко- . 12 (фиг. 1) со е жа ий

), содержащий источник торого реализуется способ; на фиг. 2- 20 15 управляющего сигнала и переклю" зазоре .синхронного двигателя, на бота) Н .(" ). .Н фиг. 3 - возможный вид управляющего. тель подают напряжения путем по клю" сигнала на вхо е ДПР и и д Д при изменении чения напряжения питания на силинапряжения путем подклю" его знака ° на фиг. 4 - ва и фи . - вариант стен- И тели 6 и 7 и управляющего напряже" на усилида в случае применения синусно-коси- ния на входе ДПР 10 от от источника 15 нусного вращающегося трансформатора управляющего напряжения. Стат ДПР татор

Д, фи . 5 - 10 разворачивают относительно стания. источник с переменной фазой напряже тора синхронной машины 2 фи и фмксиру3Q ют максимум вращающего момента 1 ВД 1.

Настраиваемый МВД 1

Д содержит синх- После подачи на двигатель нап яронную машин 2 ото у, ротор 3 которои вы- жений питания сигнал 8 напряполнен в виде постоянного магнита а 9 ДПР 10 об ещ с гналы с выходов и обмотка якоря с фазами 4 и 5 подклю- разом. пре разуют слещ им об- едчцщ чена через усилитель 6 и 7 к выходам Сиги

Зи9ДПР 10 С игнал инвертируют (т.е. изменяС ротором 2 соединен ют его знак или ф ) объект 11 управления (иЛи его имита- 8 выхода ЛПР l0. ли азу с синусного тор) . вход усилителя 7 косинусной обмотки состоит из инвертора 13, соединенно- 5 синхронного двигатзля и т ключателя 14. пеРе- реключения переключателя 14 в полое жение ), а затем сигнал с косинусно" та, левое -. настрой- го выхода 9 ДПР 10 подают на вхо ка), и источника 15 управляющего сиг- 6, " 4 нала, соединенного с цепь 16 усилителя, син сн ": 4

ДЛР 10. епью питания ронного двигат ля 2 епь е

В случае, если в качестве ДПР 10 в, фи с цию максимума

СКВТ (фиг. 4)

r. ), содержащий обмотку 17 .ют и и отс вращающего момента МВД 1 осуществлявозбуждения и син сн ю 18 т при отсутотвии вращающего момента ную 19 обмотки, расположенные, напри- . Отсутствие в а мер, на ротс е ДПР t0 р, инвертор 13 может быть выполнен в виде переклю"ки ма симуму вращающе" . чателя, коммутирующего в положении го момента двигателя в режиме но рмаль.

Н выводы синусной обмотки 18 ° П и с ои о мотки . При преобразования сигналов с выхо ов этом в качестве источника управляю-, ДПР 10.

А щего сигнала 15 может быть использо- На ве а векторной диаграмме (фиг. 2) ван потенциометр 20, подключенный углы ЧР и Ч< векторов МДС ротора F к сети переменного тока с напряжев ротора нием U и статора -F< в воздушном зазоре синх. ронного двигателя отсчитываются от

Э 100885 » .. в

ИДС ста- Откуда угол ИДС статора

co5 (V +90 ) 0„ чс=е %0 " Ь%

2 м

5in (lFF+90 ) где U< и Q - напряжения на синуснои ф

4 и косинусной 5 обмотках синхронного двигателя 2 соответственно, К . " коэффициет пропорциональности между МДС 190 статора синхронного двигателя и напряжением, приложенным к его обмоткам.

При р аботе ИВД 1 (пере кп юч атель 1Ф

14 на фиг. 1 в положении Р)

0 -К30 02-К О где Ue и U - напряжение на синусном

8 и косинусном 9 выхо- 2О дах ДПР 10, Ку - коэффициент усиления усилителей 6 и 7.

При этом в правильно настроенном

МВД.ротор ДПР 10 должен быть раэвер- 25 нут относительно ротора 3 синхронного двигателя 2 на 90 эл. град, т.е.

Ч =Ч б90

А P где Ч - угловое положение ротора в(1

ДПР 10.

Напряжения на синусном 8 и косинусном 9 выходах ДПР 10 связаны с управ" ляющим напряжением 0 „на входе 16 ДПР

1О эависистью .. 35 . U0ÉÊ U5551ll9 =К U 555(Ч +90 ); и =К U

Д *ВХ р где К - коэффициент трансформации (передачи) ДПР 10, Тогда с учетом (3 ) и (4 ) выражение 2 при ни мает вид

F0=K05K5K5ц5, (505 (Ч +90 )+ф5(90+90 ),(9) откуда угол МДС статора 43 д t Nl соба М =М „,Ь (В4п(% -оС))=И „@/cosa 7,. ув где Ь - ошибка измерения величины соответствующей функции .

Считая g,О малой величиной .и раскладывая функцию. cosaLo в ряд, получают Ы0 откуда

И О 2 7

CosM .1- 0 ) оси абсцисс. При этом вектор тора равен с "ст((2 (?

sin (VF+90 )

Ч =0 СМ", — с(гсЬ

Ор Cns(V +90 )

Ч +90 р I а у гол коммут аци и

В=чс-Ур =90

При настройке МВД 1 (переключатель 14 на фиг. 2 в положении H) (=) )„; (--К,,О,, тогда иэ (2)находят

1с KñÒ K ()Вх -sin g +90 +j cos Ч,+90

= 55ГОЬ (-nay @0+905)) . (5!

Так как сйд(р+ Ю )е- цфис, то из (6) следует 9С- С -С 5Ь (Я р)= 5 р .

Следов ател ьно, для пр а вил ьно настроенного ИВД в режиме настройки угол коммутации

Ч Ч и вращающий момент в соответствии с выражением (1 ) равен нулю.

Таким образом, если в режиме настройки разворотом статора ДПР 10 добиваются отсутствия вращения двигателя, то для этого положения статора ДПР 10 в режиме работы (переключатель 14 возвращают в положе ние Р) вращающий момент МВД 1 бу1 дет автоматически достигать максимального значения, так как угол ком-. мутации В станет равным 90 эл. град.

Аналогичные результаты могут быть получены при замене операции инвертирования сигнала с синусного выхода

8 ДПР 10 э кви валент ной опер аци ей инвертирования сигнала с косинусного выхода 9 ДПР 10.

Повышение точности настройки имеет место вследствие уменьшения методической ошибки настройки. Абсолютная ошибка измерения вращающего момента при постоянном напряжении, как следует иэ формулы (1 ), равна

68 -88„дsine

Е В1щ

Согласно известному способу угол коммутации близок к 90о 5 т . е .. о е=ж-,;

5 где p - угловая ошибка настройки.

Сле овательно я известного cflo

Ы2 d.2

6(сова 1 - — р дц у

2 в0 ему "

7 10088

Согласно предлагаемому способу измерение вращающего момента в режиме настройки производится при угле коммутации, близком к нулю, т.е.

8"ля, где еббр" угловая ошибка настрой-у ки в предлагаемом способе.

Следовательно, ошибка измерения моиейта при предлагаемом способе настройки с учетом малой величины равна 1 10 ,фЯ ™ 43 (51Й О п) Ффффф Ып . ()

Считая, что гюгрешность измерения вращающего момента в обоих сгюсобах одинакова, т.е. ЛИВ =ЙИВП =ЬМВ, по- И лучают из 8 и 9 дЯ вЂ” — (-1О)

ВМ

Например, если принять погрешность измерения -момента равной 103 от максимального значения момента, — 3 развиваемого двигателем, т.е.—

,м„„

О, 1, тб у гловая по грешност ь настрой ки по предлагаемому способуЫп=0,1 (103), а по способу известному о о=

= f0,2 =0,445 (454) °

Исследованиями было установлено, что при постоянном знаке (фазе);управляющего напряжения, на входе ДПР гювышение точности настройки достига35 . ется при малом моменте-трения в опорах МВД и объекта управления. При большом моменте трения целесообразно изменять знак (фаэу) управляющего напряжения на входе ДПР с достаточно высокой частотой. Это объясняется тем, что ошибка настройки, как следует из (10), пропорциональна погрешности измерения момента ЬИВ, которая фактически определяется величиной момента сухого трения в опорах

МВД 1 и объекта 11 управления.

При изменении знака (фазы) управяяющего напряжения (фиг. 3) вращакщий момент ИВД меняет свой знак, .ФЕр» М что вызывает вибрацию ротора 3 синхвонного двигателя 2. Это.приводит к вибрационному уменьшению трения в опорах, а следовательно, и к умень. шению ошибки настройки. Дпя достижеИ

57 8 ния максимального эффекта, как показывают эксперименты, ИВД должен работать в режиме датчика момента, что может быть достигнуто, если разгон двигателя происходит за время не более одной постоянной времени ИВД (с учетом объекта управлений) Т .

Таким образом, реюментуемый период изменения управляющего сигнала т< гт„

Проводилась сравнительная экспериментальная настройка ИВД, содержащего шестнадцатиполюсный двухфазный синхронный двигатель типа ДМВ-2,5"2 с постоянными магнитами на роторе (пусковой момент 2,5 Н м, напряжение питания 27 В), ДПР.на базе бесконтактного СКВТ типа 2,5 6ВТ и два

:, транзисторных усилителя. ИВД соединялся с имитатором объекта управле" ния (.с "оментом инерции в 5,5 раз= превышающим момент инерции ротора двигателя), содержащим порошковую муфту, включение которой вводило до. бавочный момент сухого трения в

1 Нм. При настройке по прототипу, нагруэочное устройство. в виде шкива с грузом создавало постоянный ста. тический момент 0,56 Н и. Для реали-. зации предлагаемого способа приме" нялся настроечный стенд, схема которого изображена на фиг. 4 и 5.

Точность настройки оценивалась для. четырех настроек по асимметрии скорости вращения ИВД после настройки при его правом и левом вращениях.

Резул ьт аты испытаний сведены в таблицу. . Как видно иэ таблицы, предлагаемый сгюсоб настройки МВД снижает ошибку настройки в. 2,9 раза при малом моменте сухого трения и в 3,53,8 раза при большом моменте сухого . трения и при изменении управляющего си гнала.

Кроме того, значительно упроща, ется настроенное оборудование (на- .

: пример, стенд на фиг. 4 содержит все: го два переключателя и потенциометр), а сама настройка облегчается и ускоряется в результате отсутствия операций по настройке следящей систеии, необходимой при известном спосо. бе.

1008857

° »«

Способ с добавочным моментом трения

2 9

Известный

8,2

14,9

1,0

29

3,1

2,5

2,9

3 Гц

6 Гц

Предлагаемый (no фиг. 1 и 4) при постоянном управлякщем сигнале при изменении фазы несущей управляющего сигнала с часто" той

Асимметрия скорости вра" щения после настройки, без добавочного момента трения

1008857

1008857

1008857

1008857

hb &gg/®

Составитель А. Санталов

Редактор П.Пчелинская Техред И. Гайду

Корректор Ю Макаренко

Заказ 2355/65 Тираж 685 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, N-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4