Устройство для управления бесконтактным электродвигателем постоянного тока

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ БЕСКОНТАКТНЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ ПОСТОЯННОЮ ТОКА, преимушествевно с беспааовой обмоткой якоря, содержащее импульсный регулятор, BI попйенный в виде параллельно соединенных Ы (УЮ1ОВЫХ. каналов с регулирующи-. мн ключами, управляющие входы которых через соотв тствукжоие каналов широт но-импульс ого модулятора-распределителя связаны с выходом уйла сравнения скорости, два входа которого соединены соответственно с задатчиком и датчикш скорости, отличающееся тем, что, с цепью повышения удельных энер)гетических показателей двигателя и регулятора и снижения тюмек в сети и радиопомех , в него введены N .первых сумматоров с суммирукиаими и вычитающими входами Н BTOIXJX сумматоров с двумя суммирующими входами, усилителей, каждый Н силовой канал импульсного ре гулятора выполнен в виде блокирукяцего диода и цепи из последовательно соединенных дросселя я датчика тока, подключенных к выходу регулирующего ключа, а каждый вход широтно-импульсного модулятора-распределителя связан с выход уала сравнения скорости через последовательно соединенные бторой суммато, усилитель и первый сумматор, вычитающий вход которого подключен к выходу соответствукяцего датчика тока, а суммирующие входы первых сумматоров и вторые входы вторых сумматоров объединены между собой. ьэ о со О1

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

ЮИЦ О

РЕСПУБЛИН .

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

Н А9ТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ "1, !!

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21 ) 3255885/24-07 (22) 02.03,81 (46) 30.05.83. Бкд. М 20 (72) И. И. Конев, О.-С. Овсянников, Ю. Н. Розно и А. И. Юрченко (71) Московский ордена Ленина и ордена

Октябрьской .Революции авиационный asститут им. Серго Орджоникидзе (53 ) 62-83:621,313.392(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ж 884000, кц. Н 01.Н 4Т/00, 1980. . 2. Авторское свидетельство СССР

М 892593, кл. Н 02 К 29/02, 1980. (54) (57) УСТРОЙСТВО,ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ БЕСКОНТАКТНЫМ ЭЛЕКТРОДВИГА

maEX ПОСТОЯННО1 О ТОКА, прущественно с беспазовой обмоткой якоря, содержащее имнульоный регулятор, выполненный в виде параллельно соединенных и склонах каналов с регулируихцн-. мн ключами, управлякццие входы которых через соответствующие Й каналов широт.,нс импульсного модулятора-распределителя связаны с тихоходом узла сравнения

„SU„„1020951 А скорости, два входа которого соединены соответственно с задатчиком и датчиком скорости, о т л и ч а ю щ е е с s тем, что, с целью повышения удельных знергетических показателей двигателя и регулятора и снижения помех в сети и радиопомех, в него введены 14 первых сумматоров с суммирукиццми и вычитающими входами, Й вторых сумматоров с двумя суммирующими входами, Я усилителей, каждый 1 силовой канал импульсного ре гулятора выполнен в виде блокирующего диода и пепи из последовательно соединен= ных дросселя и датчика тока, подключенных к выходу регулирующего ключа, а каждый вход широтно-импульсного моду- Е

Ф ля тора-распределителя связан с выходом узла сравнения скорости через последо- . вательно соединенные второй сумматор; С" усилитель и первый сумматор, вычитающий вход которого подключен к выходу соответствующего датчика тока, а суммирующие входы первых сумматоров и вторые входы вторых сумматоров объединены между собой.

1020951

Изобретение относится к эпектротехнике и может найти применение в бесконтактных эпектроприводах постоянного тока.

Известно устройство для управпения 5 бесконтактным двигатепем постоянного тока, содержащее МИ -фаэный коммутатор и совмещенный с ним регулятор, причем регулятор выпопнен многоканальным, а регулирующие элементы коммутируются под совместным воздействием управцения от датчиков положения ротора и от широтноо-импульсного модулятора-распредели тепя pl).

Однако известное устройство имеет тот недостаток, что состоит иэ гй-регупяторов, каждый иэ которых явпяется многоканальным. При работе устройства одновременно коммутируются регупируюшие элементы только одного регулятора, в 20 то время как (yn-1) регуляторов ждут своей очереди (до момента поступпения соответствующего сигнала от датчика по, л ожения ротора ), Все это приводит к тому, что суммарные габариты регуляторов велики. При управлении высокоэффективной. базпазовой электрической машиной с индуктором на основе постоянных магнитов из редкоземельных элементов (например, на основе 30 сппава самарий-кобальт) s отдепьных случаях весь выигрыш по критерию - удельные энергетические показатепи, достигаемый применением способа многоканальНОГО УПРФВПЕЦИЯ (S ОТЛИЧИЕ ОТ ОДНОКаиаПЬа ного управпения),- сводится на нет, в àeHoì коммутаторе за счет допоцнительных комппектов регуляторов, работающих каждый

Наиболее бпиэким по своей технической сущности к предпагаемому и реапизу» юшим известный способ уцравпения бесконтактным эпектродвигатепем постоянно50

ro тока явпяется устройство дпя управления бесконтактным зпектродвигателем постоянного тока, содержащее импупьс-. ный регулятор, выпопненный в виде параллельно соединенных Й сиповых каналов с регулирующими ключами, управпя55 юшие входы которых через соответству- ющие Й каналов широтно-импульсного модулятора-распределитепя связаны с выходом узла сравнения скорости, два входа которого соединены соответственио о ааоатчиком и датчиком окорооти(2), В известном устройстве регулятор позвопяет осуществить регулирование скорости и момента электрической машины. Однако, цоскопьку регулятор выпапнен многоканальным, он обеспечивает регулирование с пониженными помехами в сеть и радиоизпучениями в окружающее пространство при достаточно высоких удельных энергетических показателях.

Необходимость применения многоканального принципа построения силового широтно-импульсного регулятора диктуется потребностью повышения удельных показателей за счет повышения эквивалентной частоты переключения и, следоватепьно, снижения пульсации тока на частоте переключений, в связи с тем, что современная элементная база полупроводниковых перекпючатепей не может обеспечить потребную частоту переключений с. приемлемой собственной энергетикой.

Устройство, реализующее известный способ, позволяет обеспечить высокие энергетические показатели в ограниченном диапазоне регупирования скорости вращения, B следящем приводе диапазон регулирования опредепяется как диапазоном изменения потребной, скорости вращения, так и диапазоном изменения момента нагрузки и потребного динамического момента. Резкое увеличение динамического диапазона регулирования приводит к тому, что в устройстве, реализующем известный способ, при определенных соотношениях скорости и нагрузки существенно ухудшается энергетика как электрической машины, TBK u эпектронного регупятора. Особенно это проявпяется дпя беспазовых эпектрических машин с редкоземельными магнитами> у которых существенно мала эпектрическая постоянная времени и низкое сопротивпение обмотки.

Цепь изобретения - повышение удепьных энергетических показателей двигатепя и регупятора и снижение помех в сети и радиопомех.

Поставленная цепь достигается тем, что в устройство дця управпения бесконтактным эпектродвигатепем постоянного тока, преимущественно с беспазовой обмоткой якоря, содержащее импульсный регупятор, выполненный в виде параппепьно соединенных Я сиповых каналов с регупирующими кцючами, управпяющими ключами, управляющие входы которых через соI

3 1020 ответствующие Й каналов широтно-импульсного модулятора-распределителя связаны с выходом узла сравнения скорости, два входа которого соединены соответственно с эадатчиком и датчиком cKopocTHр вве 5 дены Й первых сумматоров с суммйруюшими и вычи тающими входами, < вторых сумматоров с двумя. суммирующими входами, М усилителей, каждый Я силовой канал импульсного регулятора вы- 10 полнен в виде блокирующего диода и цепи из последовательно соединенных дросселя и датчика тока, подкпюченных к выходу регулирующего ключа, а каждый вход широтно-импульсного модулятора-распредели- 15 теля связан с выходом узла сравнения скорости через последовательно соединенные второй сумматор, усилитель и первый сумматор, вычитающий вход которого подключен к выходу соответствующего датчи- 20 ка тока, а суммирующие входы первых сумматоров и вторые входы вторых сумматоров объединены между собой.

На чертеже представлена функциональная схема устройства для управления.бес-25 контактным двигателем постоянного тока.

Устройство содержит полупроводниковый коммутатор 1, соединенный с й-канальным импульсным регулятором 2, Й -канальный блок 3 сравнения тока, каж- Зр дый канал которого выполнен в виде последовательно соединенных первого сумматора 4, согласующего усилителя 5 и второго сумматора 6, выход которого через соответствующий канал M-канального З5 широтно-импульсного модулятора-распределителя 7 подключен к входу одного из каналов импульсного регулятора 2, выход каждого из которых через соответствую. щий датчик 8 тока подключен к первому, 4р входу соответствукицего первого суммато- ра 4, вторые входы сумматоров 4 и 6 соединены с выходом блока 9 сравнения скорости, одключенного к датчику 10 и задатчику 11 скорости вращения ротора 45

12 двигатепя.

Коммутатор 1 состоит из полупроводниковых ключей 13 и демпфирующего конденсатора 14. Выходы 15 коммутатора

1 соединены с секциями 16 обмоток яко-5Р ря двигателя; чувствительные элементы датчика 17 попожения - ротора соединены с управляющими входами ключей 13.

Каждый канал импульсного регулятора 2 содержит управляемый ключ 18, 55 дроссель 19 и блокирующий диод 20.

Бпок 9 сравнения скорости состоит из сумматора 21 и усилителя 22.

951 4

Коммутатор 1 может быть построен по любой схеме, как однопопупериодным, так и двухпопупериодным (мостовым), с любым числом фаэ (секций обмотки электродвигателя). Для бопее конкретного по яснения сущности изобретения на чертеже изображен трехфазный мостовой коммутатор. Его полупроводниковые ключи показаны условно как транзисторы и шунтирующие их -коллектор-эмиттерные nepel ходы обратные диоды. То же самое относится к изображению управляемых ключей

18 регулятора 2, которые условно показаны как транзисторы, Модулятор-распределитель 7. выпопняет функцию-расцреде пения по каналам импульсов управления сдвинутых apyr от друга на временной интервал, кратныйТ/М, где Т - период повторения импульсов, а М вЂ” число каналов, и широтно-импульсно модулированных в соответствии с аналоговыми сигналами, поступающими íà его входы.

Устройство работает следующим образом.

Коммутатор 1 посредством ключей 13 обеспечивает переключение секций 16 обмотки якоря двигателя в соответствии с угловым положением ротора 12 по сигналам, поступающим с датчика 17 положения ротора на управляющие входы ключей 13. При этом алгоритм коммутации может быть любым иэ известных и применяемых в бесконтактных двигателях.

Например, можно дпя данного случаятрехфазной обмотки, соединенной в звездочку" — угол коммутации каждой секции устанавливать в 120 эл. град., а интервал коммутации - в 60 эл. град. Конденсатор 14 необходим для демпфирования переходных процессов при коммутации ключей 13.

B широтно-импульсном модуляторе-распределителе 7 в каждом иэ Й каналов входной аналоговый сигнал сравнивается с линеаризованным сигналом, в результате чего формируется импульс управления с коэффициентом запопиения, равным Q Т, где Ь „-. длительность сформированного импульса, Т вЂ” период повторении линеаризованного сигнала. Сформированный импульс поступает на вход соответствующего канала регулятора 2 и обеспечивает включение кпюча 18 на время длительности импульса управления. Поскольку в модуляторе 7 линеариэованные сигналы сдвинуты относительно друг друга на интервалы времениТ N> то коммутация ключей происходит с соответствующим сдвигом

1020951

so времени с коэффициентом заполнения, определяемым входным аналоговым сигналом данного канала, Коэффициент заполнения может, в зависимости от управляющего воздействия, поступающего с за- 5 датчика 11 скорости меняться от 0 до 1.

Коммутация ключей 18 регулятора 2 происходит на существенно более высокой частоте, чем коммутация ключей 13 коммутатора 1. Эта частота определяешься в зависимости от постоянной времени, Гэ эквивалентной электрической цепи иэ условияТ /-а с 1 (порядка 0,1 и менее).

В беспазовых электрических машинах электрическая постоянная времени секций якоря очень мала, что может потребовать существенного увеличения частоты коммутации (1/Т), сдерживаемого частотными свойствами силовой элементной базы. Увеличению Г способствует включение дрос-$0 ! селей 19, при этом они не вызывают сдвиг тока якоря относительно фазного напряжения, так как включены во внешней цепи по отношению к коммутатору 1.

Едок 9 сравнения скорости формирует аналоговый сигнал в соответствии с разностным сигналом, сформированным из двух сигналов: от задатчика 11 скорости и датчика 10 скорости. Этот сигнал поступает на бцок 3 сравнения тока, со- 30 ответствующим образом (см. ниже) корректируется и далее поступает на соответствующие входы модулятора 7, с выхода которого поступают управляющие импульсы. 35

Если ток в омном иэ каналов в силу ряда причин (влияние формы магнитной индукции, отклонение выходной крутизны канала от среднего значения, внешнее воз-40 мущение в виде кратковременной просадки напряжения питания и т. д.) отклонился от среднего значения, это фиксируется датчиком тока, с выхода которого поступает сигнал, который вычитается иэ 45 сигнала, поступающего от баока сравнения, скорости; раэностный сигнал усиливается и суммируется с основным (от баока сравнения скорости ); далее суммарный сигнал поступает на соответствующий 50 вход модулятора 7. Отрицательная обратная связь по току является по существу условной, гак как работает только при условйи принципиального различия. в параметрах регулятора. Это позволяет проектировать ее с достаточно низким коэффициентом усиления усилителя 5 беэ снижения выходной крутизны каналов регулятора. При отрицательной традиционной обратной связи по току снижения выходной крутизны можно компенсировать увеличением коэффициента усиления усилителя

5 (для сохранения широкого диапазона оп тимальных энергетических режимов), что не всегда целесообразно, так как увеличение коэффициента в цепи обратной связи сдерживается соображениями не- обходимого запаса по устойчивости как к внутренним, так и внешним возмущающим воздействиям.

Схема с двумя сумматорами устанавливает эквивалентную среднюю крутизну в каждом канапе равной 9экв=1,где

R - измерительное сопротивление датчика тока, при условии К с)) 1 и

Rpc. Кос 51)) l, где ; - радиал ная выходная крутизна любого из hl каналов регулирования, Поскольку R>< =R =Ro = " осц., то это соответствует, тому, что все каналы имеют одинаковую крутизну, а сцедовательно, при одинаковом сигнале управления, поступающем от блока сравнения скорости, это соответствует условию выравнивания токов в каждом канале.

Такое выравнивание токов приводит к тому, что, во-первых, существенно уменьшается отклонение от среднего тока, что ведет к - существенному уменьшению итерь как в регуляторе, так и в машине, и способствует повышению удельных энергетических показателей всей системы, не сужая динамического диапазона регулирования во-вторых, .уменьшение пульсаций тока приводит к уменыиению помех в сети и радиопомех, что обеспечивает не только кондиционирование сети, но снижает габариты фильтра регулятора и, в копечном счете, также приводит к повышению удельных энергетических показателей.

Таким образом, введение допоанитепьных средств в многоканальное устройство управления бесконтактным эаектродвигателем постоянного тока позволяет бее су-.

1 жеиия заданного динамического диапазона регулирования повысить удельные энергетические показатели системы регулятор-двигатель a снизить уровень помех в сеть и радиопомех в окружающее пространство.

1020951 ВНИИПИ Заказ 391 3/48 ЧЪграж 687 Подписное

Фнлиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4