Устройство для моделирования бесконтактного двигателя постоянного тока

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСГ1УБЛИН

У О G 06 G 7/48

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАН ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (25) 2910345/18-24 (21) 2910005/18-24 (22) 15,04.80 (46) 15.08.83. Бюл. N 30 (72) В.Е.Агеев, Г,Ф.Федорова и В,С.Михайлов (53) 681.333(088.8) (56) 1. .Дунаевский С.Я. и др. Моделирование элементов электромеханических систем. M. "Энергия", 1971 с. 171

2, Овчинников И.Е. Лебедев Н.И. . Бесконтактные двигатели постоянного тока автоматических устройств. M., "Наука"., 1966, с. 25-29 (прототип). (5Ч (57) 1 ° УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ БЕСКОНТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащее источник питания, блок формирования фаэных моментов вращения, блок Формирования фаэных ЭДС вращения, блок. Формирования момента нагрузки, блок Формирования угла поворота ротора, блок формирования фаэных функций распределения магнитной индукции, сумматор и интегратор, причем выход блока Формирования Фазных моментов вращения соединен с первым входом сумматора, выход которого соединен с входом интегратора, выход которого является выходом устройства, и соединен с входом блока Формирования момента нагрузки выход которого соединен с вторым входом сумматора, а выход интегратора соединен с входом блока формирования фазных ЭДС вращения и через блок формирования угла поворота ротора соединен с входом блока формирования Фазных Функций распределения магнитной индукции, "выходы

„.SUÄÄ 1 35618 А которого соответственно соединены с

l группой входов блока формирования фаэных ЭДС вращения и с первой группой входов блока формирования фазных моментов вращения, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повыщения точности моделирования, в него дополнительно введены блок. Формирования фаэных напряжений, блок формирования Фаэных управляющих функций, состоящий из каналов по числу фаэ моделируемого напряжения, каждый из которых содержит узел выделения мо" дуля, усилитель и пороговое реле, блок учета взаимного влияния фазных

ЭДС вращения, содержащий три сумма" тора, усилитель, замыкающие и одни Я размыкающие контакты пороговых реле блока Формирования управляющих функций, блок Формирования Фазных токов, содержащий сумматоры по числу фаз моделируемого тока, другие размыкающие а контакты пороговых реле блока Форми« рования фазных управляющих Функций и инерционные звенья, причем выход источника питания соединен с первым входом блока формирования Фазных напряжений, второй вход которого подключен к выходу блока формирования © угла поворота ротора, а каждый из ОЪ выходов блока Формирования фаэных напряжений соединен через соответ- 00 ствующий узел выделения модуля блока формирования Фазных управляющих Функций и усилитель — с управляющим входом соответствующего порогового реле, и каждый из выходов блока формирова" ния Фаэных ЭДС вращения через один размыкающий контакт соответствующего порогового реле блока Формирования Фазных управляющих функций сое!

03 динен с соответствующим входом первого сумматора блока учета взаимного влияния фазных ЭДС вращения, выход которого через усилитель соединен с. первым входом второго сумматора и через замыкающие контакты пороговых реле блока формирования фазных управляющих функций соединен с входа" ми третьего сумматора, выход которого соединен с-вторым входом второго сумматора, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора, выхоД которого соединен с первыми входами сумматоров блока формирова" ния фаэных токов, вторые входы ко" торых подключены соответственно к выходам блока формирования фаэных

ЭДС вращения, а выходы блока форми. рования фазных напряжений соединены соответственно с третьими входами сумматоров блока формирования фазных токов, выход каждого из которых через другой размыкающий контакт со- ответствующего порогового реле блока формирования фазных управляющих функций и соответствующее инерционное

5618

t звено соединен с соответствующим входом блока формирования фаэных моментов вращения.

2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок формирования фазных напряжений содержит источник опорных напряжений, схемы сравнения, задатчик напряжений, коммутаторы по числу фаэ моделируемого напряжения и сумматоры, причем вход задатчика напряжений является первым входом блока, первый и второй выходы задатчика напряжений соединены соответственно с первыми и вторыми входами коммутатора, выходы которых соединены соответственно с входами сумматоров, выходы которых являются выходами блока,. а выходы источника опорных напряжений соединены соответственно с первыми входами схемы сравнения, вторые входы которых объединены и являются вторым входом блока, выходы схем сравнения соответственно соединены с управляющими входами коммутаторов.

1

Изобретение относится к аналоговой вычислительной .технике и может найти применение при разработке и исследовании на АВМ бесконтактных двигателей постоянного тока с различными схемами обмотки и типами коммутаторов, а также при проектировании и исследовании электроприводов, выполненных на базе подобных двигателей.

Известны устройства для моделирования бесконтактных двигателей постоянного тока, схемы которых обусловлены различным подходом к рассмотрению бесконтактного двигателя постоянного тока. Если бес" контактный двигатель рассматривается как конструктивное объединение синхронного двигателя с управляющим полупроводниковым коммутатором, то в качестве наиболее распространенного устройства для его моделирования используется схема моделирования, основанная на замене m-фазной обмотки двигателя эквивалентной од нофаэной обмоткой (1 ), Подобная схема моделирования не позволяет учесть основной особенности бесконтактного двигателя постоянного тока, заключающейся в том, что частота переключений „секций обмотки регулируется автоматически самой машиной благодаря наличию позиционной обратной связи ротора по отношению к статору.

Наиболее близким по технической сущности является устройство, сос" тоящее иэ источника постоянного питания, соединенного. с токовым блоком, блока формирования момента вращения двигателя, сумматора и интегратора, на выходе которого формиру-. ется скорость вращения двигателясв, поступающая на блок, формирую" щий момент нагрузки, на блок формирования ЭДС, вращения и блок формирования углового положения ротора, в котором скорость вращения

3 10356 двигателя превращается в угол пОворота ротора и преобразуется в пери одическую функцию угла с. с лериодом, равным отрезку угла между двумя со седними переключениями -реального 5 коммутатора бесконтактного двигателя постоянного тока блока формирования функции распределения магнитной индукции 52 3, Известное устройство не учитыва- fO ет.наличие пульсирующего магнитного поля в воздушном зазоре, создаваемого tA-фазной обмоткой двигателя, закон торможения, влияние друг на друга ЭДС вращения отдельных Фаз 15 и влияние ассимметрии фаэ обмотки, всегда имеющую место в реальных двигателях, т.е. в этом устройстве до- . вольно грубо и неполно отражаются процессы, протекающие в реальных дви- 0 гателях.

Цель изобретения - повышение точности моделирования, Для достижения цели в устройство для моделирования бесконтактного дви-. гателя постоянного тока, содержащее источник питания, блок формирования фазных моментов вращения, блок формирования фазных ЭДС вращения, блок формирования момента нагрузки, блок

30 формирования угла поворота ротора, блок формирования фазных функций распределения магнитной индукции, сум-; матор и интегратор, причем выход блока формирования фазных моментов вращения соединен с первым входом сумматора, выход которого соединен с входом интегратора, выход которого является выходом устройства и соединен со входом блока формирования мо- 40 мента нагрузки, выход которого соединен со вторым входом сумматора, а выход интегратора соединен со входом блока формирования Фазных ЭДС вращения и через блок Формирования угла поворота ротора соединен с входом блока формирования Фазных функций распределения магнитной индук" ции, выходы которого соответственно соединены с группой входов блока фор- 50 мирования Фазных ЭДС вращения и с первой группой входов блока формирования Фазных моментов вращения, дополнительно введены блок Формирования фазных напряжений, блок формирования Фазных управляющих функций, состоящий иэ каналов по числу фаз моделируемого напряжения, каждый из

l8 которых содержит узел выделения модуля, усилитель и пороговое реле, блок учета взаимнЬго влияния фазных

ЭДС вращения, содержащий три сумматора, усилитель, замыкающие и одни размыкающие контакты пороговых реле блока Формирования фазных управляющих Функций, блок Формирования фаэных токов, содержащий сумматоры по числу Фаэ моделируемого тока, другие раэмыкающие контакты пороговых реле блока Формирования

Фаэных управляющих функций"и инерционные звенья, причем выход источника питания соединен с первым входом блока формирования Фазных напряжений, второй вход которого подключен к выходу блока формирования угла поворота ротора, а каждый из выходов блока формирования Фаэных напряжений соединен через соответствующий узел выделения модуля блока Формирования фазных управляющих функций и усилитель - с управляющим входом соответствующего порогового реле, и каждый из выходов блока формирования фазных

ЭДС вращения через один размыкающий контакт соответствующего порогового реле блока формирования фазных управляющих функций соединен с соответствующим входом первого сумматора блока учета взаимного влияния фазных ЭДС вращения, выход кото" рого через .усилитель соединен с первым входом второго сумматора и через замыкающие контакты пороговйх реле блока Формирования фазных управляющих функций. соединен с входами третьего сумматора, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора, выход которого соединен с первыми входами сум-. маторов блока формирования Фазных токов, вторые входы которых подключе" ны соответственно к выходам блока формирования фазных ЭДС вращения, а выходы блока формирования Фазных напряжений соединены соответственно с третьими входами сумматоров. блока формирования фаэных токов, выход каждого иэ которых через другой размыкающий контакт соответствующего по" рогового реле блока формирования фаз- ных управляющих функций и соответствующее .инерционное звено соединен с соответствующим входом блока формирования фазных моментов вращения, Причем блок формирования фазных напряжений содержит источник опорных

1035618

Устройство для моделирования бесконтактного двигателя постоянного тока содержит блок. Формирования

Фазных напряжений 1> источник пита" ния 2, блок Формирования угла поворота ротора 3, выполненный по схеме генератора пилообразного напряжения, блок формирования Фазных. токов 4, блок формирования Фазных управляющих Функций 5, блок учета взаимного влияния Фаэных ЭДС вращения б, блок формирования фазных моментов

50

55 напряжений, схемы сравнения, эадатчик напряжений, коммутаторы по числу фаэ моделируемого напряжения и сум" маторы, причем вход задатчика напряжений является первым входом блока, первый и второй выходы эадатчика на пряжений соединены соответственно с первыми и вторыми входами комму" таторов, выходы которых соединены соответственно с входами сумматоров, выходы которых являются выходами блока, а выходы источника опорных напряжений соединены соответственно с первыми входами схем сравнения, вторые входы которых объединены и 15 являются вторым входом блока, выводы схем сравнения соответственно соединены с управляющими входами коммутаторов.

На фиг. 1 представлена структур 20 ная схема устройства для моделирования бесконтактного двигателя постоянного тока; на Фиг. 2 - схема блока фаэных напряжений для трехФазного бесконтактного двигателя . постоянного тока (m - число Фаз обмотки равное трем) с лучевой обмоткой, мостовым коммутатором, углом коммутации, равным 5/6Т электрических радиан (j - число участков 30 переключения ступенчатой функции фаэного напряжения эа один оборот ротора» -=2Ж, равное двенадцати), синусоидальной Формой ЭДС вращения, торможением со свободным выбегом; на фиг, 3 - Фаэные напряжения двигателя, представляющие собой сдвинутые по Фазе ступенчатые зависимости напряжения от угла поворота ротора 0< f(4), И2 1{о0 И =1{ь(,), 40 фазные функции расйределения магнит" ной индукции 4 =1{с®,1 f(at),$>

f 4L) Фаэные управляющие функции, также являющиеся функциями угла повоРота РотоРа т4=т{с .-) Ч»р =f(4) ф - 45

=f(oi) в статике. вращения 7, выполненный по схеме умножения двух переменных на постоянной множитель, сумматор 8; интегратор 9, блок 1О формирования момента нагрузки, блок 11 формирования фаэных Функцйй распределения ма нитной индукции и блок 12 формирования Фаэных ЭДС вращения. Блок Формирования фаэных управляющих Функций

5 состоит иэ m-каналов. Каждый канал содержит узел выделения модуля 13, усилитель 14 и пороговое реле 15, имеющее размыкающие контакты 16, замыкающие 17 и размыкающие 18.

Блок учета взаимного влияния Фаэных ЭДС вращения 6 содержит первый и второй сумматоры 19, 20, третий сумматор 21 и усилитель 22, Блок Формирования фазных токов 4 реализован с помощью Ю стандартных сумматоров 23 и инерционных звеньев 24.

Блок формирования Фазных напряжений 1 содержит источник опорных напряжений 25, схемы сравнения 26, задатчик напряжений 27, коммутаторы

28 и сумматоры 29.

Устройство работает следующим

O6Pc»3aM °

Напряжение питания двигателя И, поступает от источника питания 2 на задатчик напряжений 27 блока

Формирования фазных мапряжений 1.

На выходе задатчика напряжений 27 формируются вольтдобавки 1/6 0 и

-1/6 U>, на основе которых происходит Формирование ступенчатых фаэных напряжений. При t=0,ф, =О,с(=0, Фаэные напряжения U =f(aL) Фаэные функции распределенйя магнитной индукции (»„ =т(с )l,,Фазные управляющие функции ф„„ =f(4.) соответствуют значениям этих Функций при с =0 (см. Фиг. 3). В начальные моменты времени, когда 40=0, .=0, устройство работает под действием сигналов с блока формирования Фазных напряжений 1, поступающих на блок Формирования Фазных токов 4. На выходе блока формирования Фаэных токов 4 под действием tl =f49 появляются

Фазные токи 1, которые, поступая на блок формирования фазных моментов вращения 7 совместно с фазными Функциями распределения магнитной индукции у» =f {+, создают вращающий мо. мент двигателя М@р ХС i q,,Сумматор 8 вырабатывает результирующий момент Н при суммировании враща1035618

М„чриигкр Ш О

О Ж О. ющего момента двигателя M с момен. том нагрузки M„, создаваемйм блоком формирования момента нагрузки 10 в зависимости от скорости двигателя иФ по уравнению

Результирующий момент 11<, поступая с сумматора 8 на интегратор 9, 10 преобразуется в скорость двигателя(O, которая, действуя на блок формирования угла. поворота ротора 3, превращается в угол поворота ротора g, квантованный на отрезки a(=2t; равные углу поворота. ротора двигателя за один его оборот„ На выходе блока 3 получается пилообразный сигнал, который, поступая на блок формирования фаэных функций распре" деления магнитной индукции 11 и на блок формирования фаэных напряжений

1, создает соответственно фазные функции распределения магнитной индукции „ =t(d.) типа представленных на фиг. 3, разные напряжения !

1 =1(с ) типа представленных на фиг.3 „„= (o0 поступая на блок формирования фазных ЗДС вращения 12, совместно с сигналом Ю формируют фазные

ЗДС вращения „, =CP y щд, которые затем поступают на блок формирования фазных токов 4 и на блок учета взаимного влияния фазных ЗДС вращения

6, сигналы с выхода которого также поступают на вход блока формирования фазных токов 4.

Как только ФФО и 4 0 сигналы и„ и F(1 „) начинают участвовать в формировании фазных токов

При работе двигателя с транзисторным коммутатором на разных участках коммутации бывает включено разное количество фаз обмотки, что проявляется в ступенчатой форме фазных

45 напряжений обмотки. При этом в от ключенных фазах (U =О) происходит

М процесс торможения. В устройстве эти режимы реализуется следующим образом.

В блоке формирования фазных напряжений (см. фиг. 3) пилообразный сигнал с(, поступающий с блока формирования угла поворота ротора 3, с помощью 1--1 схем сравнения 26 ()количество участков переключения фазных напряжений) и источника опорных напряжений 25 квантуется на ) участков величиной 1/6t;

С помощью коммутаторов 28, постро енных на контактах схем сравнения

26 на выходе сумматора 29 по мере прохождения сигналом а значенийс, и срабатывания соответствующих схем 26, формируются фаэные напряжения иэ вольтдооавок 1./6 U и -1/6 0 вырабатываемых задатчиком напряженйй

27 по закону, определяемому диаграммой фаэных напряжений для рассматри" ваемого варианта двигателя (см. фиг,3)

Cxew сравнения управляют формированием j -1 участка переключения фазных напряжений. Конец последнего участка совпадает с периодом работы формирования угла поворота ротора 3.

Если на всех фазах обмотки двигателя напряжение отлично от нуля, значит все фазы включены и на выходе блока учета взаимного влияния фавных ЭДС вращения 6 формируется сигнал F (1„„) =1/3(11 +1 +1з ). Равенство нулю И =Г(х) на каком-либо участке коммутации означает отключение соответствующей фазы обмотки, причем на разных участках могут отключаться разные фазы, 8 устройстве эти режимы осуществляются с помощью бло" ка формирования фазных управляющих функций 5, основным назначением которого является выявление нулевых участков в соответствующих фазных напряжениях.

Эта операция осуществляется следующим образом. На пороговое реле

15 задается нулевое опорное напряжение, на второй его вход с выхода усилителя 14 поступает сигнал U

Так как (Ъ,„} является положительным сигналом при всех И ФО, то блок 5 срабатывает только при нулевом напряжении U

Работа порогового реле 15 условно изображается через фазные пере" ключающиеся функции y =f(g) (см. фиг. 3), где импульсы соответствуют отсутствию нулевых участков s фазных напряжениях, паузы - наличию нулевых участков, Если пороговое реле 15 сработало, своим размыкающим контактом 1о в блоке формирования фазных токов 4 оно отключает сумматор 23 от инерционного звзна 24, на выходе которого формируется ток соответствующей фазы, при этом в фазе осуществляется тормозной режим за счет отключения входного сигнала инерционного звена

1035618 10

1 по закону свободного выбега. Кроме того, в блоке учета взаимного влияния Фазных ЭДС вращения 6 размыкается соответствующий размыкающий контакт 16, при этом на выходе сумматора 19 образуется одна из сумм

f Д, ф (в зависимости от того, в какой фазе на рассматриваемом участке коммутации нулевое напряжение), поступающая на вход сумматора 20 с коэффициентом i/3.

Так как при отключении фазы Функция

F(1 ) формируется суммированием двух

ЭДС с коэффициентом 1/2, то для перехода от коэффициента 1/3 к 1/2 используется цепь с сумматором 21 °

При этом сигнал с выхода суммато ра 19 поступает через замкнуваий после срабатывания соответствующего порогового реле 15 замыкающий контакт 17 на вход сумматора 21. С добавкой к коэффициенту 1/3 сигнал с выхода сумматора 21 поступает иа сумматор 20. На выходе сумматора 20

Формируется, например, функция

10 ю

Г(Е„,) ОЬЪ(Е„+Р )+01 (Е„+Е.,)=,OS И„+e )

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет с высокой точностью моделировать процессы, про15 исходящие в бесконтактных двигателях постоянного тока.

1035618

М1 232 2 3 9 ©5 ©6 ©7 8+9©10 11 12

Фи .я

Составитель И.Лебедев

Редактор А.Долинич Техред К.Мыцьо

Корректор Ю,Макаренко

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

Заказ 5834/50 Тираж 706 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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