Моментный вентильный электродвигатель

 

Изобретение относится к электротехнике , в частности к моментным вентильным электродвигателям (МВД) с неограниченным углом поворота, и может быть использовано в прецизионных электроприводах с жесткой стабилизацией положения оси ротора в проТреаиа странстве, от которых требуется повышенный ресурс работы. Целью изобретения является повышение надежности МВД и плавности хода при сохранении стабильности электромагнитного момента и жесткой стабилизации оси ротора в пространстве. Обе фазы А и В якорной обмотки делятся на четыре равных сектора в пространстве и образуют восемь фаз 2-9. Фазы якорной обмотки . вместе с датчиками тока 19-26, усилителями мощности 11-18 и сумматорами 31-38 образуют весемь каналов формирования якорных токов. Токи в каналах формируются при помощи связей с перемножителями напряжения 29, 30 и синусно-косинусным функциональным преобразователем 28 из условия создания стабильного электромагнитного момента и электромагнитного усилия, компенсирующего силу тяжести ротора при минимуме потерь в якорной обмотке . 3 ил. Л « СП с: В/порой 4ib 00 00 оа №р&й

СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (511 4 Н 02 К 29/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H A BTQPCHObhV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

8mapou

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4290234/24-07 (22) 27. 07. 87 (46) 30. 12. 88. Бюл. Ф 48 (71) Казанский авиационный институт им. А.Н. Туполева (72) А.Ю. Афанасьев, В.T. Герасименко и З.А. Насыров (53) 621. 313, 392(088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

11.- 748702, кл. Н 02 К 29/06, 1980.

Авторское свидетельство СССР

М - 964883, кл. Н 02 К 29/06, 1982.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1171916, кл. Н 02 К 29/06, 1985. (54) МОМЕНТНЬП1 ВЕНТИЛЬНЫИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к моментным вентильным электродвигателям (МВД) с неограниченным углом поворота, и может быть использовано в прецизионных электроприводах с жесткой стаби— лизацией положения оси ротора в пространстве, от которых требуется повышенный ресурс работы. Целью изобретения является повышение надежности

1(ВД и плавности хода при сохранении стабильности электромагнитного момента и жесткой стабилизации оси ротора в пространстве. Обе фазы А и В якорной обмотки делятся на четыре равных сектора в пространстве и образуют восемьь фаз 2-9 . Фазы я к орной обмотки .. вместе с датчиками тока 19-26, усилителями мощности 11 — 18 и сумматорами 31-38 образуют весемь каналов формирования якорных токов. Токи в каналах формируются при помощи связей с перемножителями напряжения 29, 30 и синусно-косинусным функциональным преобразователем 28 из условия создания стабильного электромагнитного момента и электромагнитного усилия, компенсирующего силу тяжести ротора при минимуме потерь в якорной обмотке. 3 ил.

14483 73

Изобретение относится к электротехнике, в частности к моментным электродвигателям с неограниченным углом поворота ротора, и может быть использовано в прецизионных электроприводах с жесткой стабилизацией положения оси ротора в пространстве, от которых требуется повышенный ресурс работы. 10

Целью изобретения является повышение надежности и плавности хода при сохранении жесткой стабилизации оси ротора в пространстве и минимуме потерь в обмотке якоря путем 15 создания электромагнитной силы, компенсирующей силу тяжести ротора и разгружающей подшипники.

На фиг. 1 схематически показан электромеханический преобразователь 20 (ЭМП), сечение; на фиг. 2 — функциональная схема моментного вентильного электродвигателя; на фиг. 3 - направления тангенциальных и радиальных сил, а также продольные и поперечные 25 составляющие токов четырех секторов обмотки якоря.

ЭМП 1 на фиг. 1 имеет на статоре двухфазную обмотку якоря, разделенную на четыре сектора с фазами 2, 3, 30

4, 5, 6, 7, 8, 9 соответственно и ротор-индуктор 10. Каждый сектор занимает 90 геометрических градусов. Первый и третий секторы — боковые, второй сектор — верхний, четвертый сектор — нижний. Нумерация секторов соответствует положительному направлению вращения.

Число р пар полюсов ротора-индуктора 10 делится на четыре (на

40 фиг. 1 р = 8) . Фазы 3, 5, 7, 9, име" нуемые фазами В, сдвинуты .относительно фаз 2, 4, 6, 8, именуемых фазами А, на 90 эл. град. в положи-. тельном направлении. Один сектор об- 45 мотки якоря образует р/2 полюсов (на фиг.,1 показано четыре полюса).

Крестиками и точками показаны положительные направления токов фаз. Фазы А, В, расположенные на различных секторах, имеют автономное питание, поэтому можно считать, что обмотка якоря имеет восемь фаз.

Момен тный вен тил ьный эл ектр одвигатель (фиг. 2) содержит также восемь усилителей мощности 11 — 18, восемь датчиков тока 19 — 26, датчик угла 27, синусно — косинусный функциональный преобразователь 28, два перемножителя 29 и 30, восемь сумматоров 31-38.

Ротор-индуктор 10 механически связан с ротором датчика угла 27, выход которого подключен ко входу синуснокосинусного функционального преобразователя 28 и образует вместе с ним синусно-косинусный преобразователь угла. Его синусный выход подключен ко входам сумматоров 31, 34, 35, 38 и входу перемножителя 28, а косинусный выход подключен ко входам сумматоров 32, 33, 36, 37 и перемножителя 30. Вторые входы перемножителей

29, 30 являются входами электродвигателя, а их выходы подключены ко вторым входам соответственно сумматоров

31, 33, 35, 37 и 32, 34, 36, 38. Выходы сумматоров 31-38 подключены ко входам усилителей мощности 11-18, выходы которых соединены с фазами 2-9 обмотки якоря через датчики тока 1926, выходы которых подключены ко вторым инвертирующим входам усилителей мощности 11-18 соответственно и образуют восемь каналов формирования якорных токов.

На фиг. 3 показаны горизонтальная

Х и вертикальная Y оси, сила тяжести

С, действующая на ротор-индуктор, тангенциальные силы F * FZ Г, К . и радиальные силы Г 1-, F»

F>>., F „., Представлены эквивалентные токи возбуждения ротора-индуктора а также продольные 1,, ized, и поперечные составляющие систем токов секторов с первого по четвертый обмотки якоря. Токи возбуждения и продольные составляющие токов якоря изображены совпадающими по направлению с радиальными силами, а поперечные составляющие токов якоря — с тангенциальными силами, которые они создают.

Электродвигатель работает следующим образом.

Датчик угла 27 вырабатывает сигнал, соответствующий текущему углу поворота ротора-индуктора 10. Этот сигнал поступает на вход функционального преобразователя 28, вырабатывающего сигналы sin 2 и cos 2 . .Они поступают на входы сумматоров 31-38, а также соответственно на входы перемножителей 29 и 30. На их вторые входы .поступает сигнал, пропорциональный требуемому электромагнитному моменту М, а выходные сигналы

483 73

4 связью с помощью датчиков тока 1926, обеспечивают протекание по фазам 2-9 обмотки якоря токов i „A, 5 1Д4 s 1 д 1 A 1ЗВ, 144, 14В 1 близких к оптимальным.

Токи (1) обеспечивают создание тангенциальных и радиальных сил, действующих на ротор, сумма моментов которых относительно оси вращения равна требуемому моменту М при минимальных потерях в обмотке якоря. Сумма проекций сил на ось Х близка к нулю, а сумма проекций сил на ось Х равна силе тяжести G ротора-индуктора, благодаря чему подшипники разгружаются от этой силы, повышается надежность электродвигателя и плавность хода эа счет снижения момента трения в подшипниках.

Равенства (1) получаются в результате решения задачи на условный экстремум с тремя ограниченйями типа равенства методом множителей Лангран25 жа: найти токи 11,, 1,Ф, 12д, 4, ° 19,4, 1, 14,, 1 удовлетворяющие . соотношениям:

144 = (С,Мо + С )соМ, its = С sink + С„М соз (, ° 1„= (С, — С М )sing, (С, ̄— С, ) сов,,о

° 144 С сов СрМ sinp

° 14З = С sin 4 + C Ì coss(» где С, С, С» Сз - постоянные коэффициенты. Усилители мощности 11-18, охваченные глубокой отрицательной

Ч =12 +12 +12 +12 +12 +12 +i2 + j2 >, 3(+. + 4 ) Оз 5Чо Чм Чх 3 Чз откуда получаем:

2а, 4 14

И 1-2а,Я

«дЧ а,„

1 — 2а Х (1 + 11() = О

Ч 1 2

2а1Яз(1 + igg) = О

1З, — а (1ю + 1з, 55

2а Яз1с

А А

И 1-2а,Яд

ЗФ 1+2а Яг

М,sink M cosd поступают на вторые входы сумматоров 31-38.

Аа выходах сумматоров 31-38 формируются оптимальные значения токов фаэ обмотки якоря согласно равенствам:

i„ -(С М + С )sing, .. i „= Сз соз " С М sink (1) Условие (2) соответствует минимуму потерь в обмотке якоря, равенства (3), (4) соответствуют равновесию приложенных к ротору-индуктору сил, а равенство (5) соответствует получению требуемого электромагнитного момента М ; а4, а, аЗ вЂ” постоянные коэффициенты. В равенствах (3), (4) не учтены составляющие радиальных сил от поперечных составляющих систем токов якоря.

Функция Лангранжа и условия ее стационарности.по токам имеют вид: Н а (1 14 ) G = 0 (4) г

М=О (5) 1

+2аЯ(1 +i ) О

3V

}14 4с 1 Д 44

40 gV — аЯ вЂ” а 3=0

Р1 7 2 3

М Ч вЂ” -аЯ+а ЯО

Qi 29. 3 < 2 я

tq

45 3V

° -т — =i — а Я +а Я=О

З З 4 З= э

-Ф

3V

° i — аЯ вЂ” а Я-О

50 Л г

1448373 6 сумматоры могут быть выполнены на интегральных микросхемах из серийно выпускаемых микропроцессорных комп5 лектов, 2а Л i

4 В 1+2а„, х, =а,+агг1з

4 = а я, — аг4г

iraq а 4 аг 4

4 аЗ + аглая

Складывая последние четыре равенства, получаем .

=О, i =0 аи о Обозначая

С =а Я

4а — г з

2а,4> iu

1+2а, 7

2а,Лз ig

С

1-2а,., получаем равенства:

i4 = C M + C °

i 29 СОМО

С М С

3 =0, — С

i

= i

4а Я =И, а Я =-зИ

3 t > 9 < 4aг

Подставляя токи х,, в равенство (3), получаем:

Множитель Я от M не зависит. 4 — -Сз >4 Са Мо (6)

Сг з с помощью известных формул из равенства (6) получаем равенство (1) .

Синусно-косинусный преобразователь угла может быть выполнен в виде синусно-косинусного вращающегося трансформатора и двух фазочувствительных выпрямителей. Пер емножители и

Формула изобретения

Моментный вентильный электродвигатель, содержащий синхронную электрическую машину с обмоткой якоря на статоре и ротором-индуктором, механически связанным с валом синусно-косинусного преобразователя угла, синусный и косинусный выходы которого соединены с первыми входами первого и второго пер емножителей, и каналы формирования якорных токов, каждый из которых состоит из сумматора, выход которого подключен к неинвертирующему входу усилителя мощности, а к его инвертирующему входу подключен выход датчика тока, через вход которого к выходу усилителя мощности подключены фа,- за якорной обмотки и вход задания момента, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и плавности хОдa, якорная обмотка размещена на четырех равных секторах, каждый из которых занимает 90 геометрических градусов, на каждом секторе расположены две фазы обмотки якоря, образуя на всех секторах с первой по восьмую фазы фазы с четными номерами, сдвинутые в с тор ону оп ер ежения, по направлению вращения относительно фаз с нечетными номерами, на 90 зл. град. выход первого перемножителя подключен к первым входам сумматоров. первого, третьего и пятого и седьмого каналов, выход второго перемножителя подключен к первым входам сумматоров второго, четвертого, шестого и восьмого каналов, синусный выход синуснокосинусного преобразователя угла подключен к вторым входам сумматоров первого, четвертого, пятого и восьмого каналов, косинусный выход синусно-косинусного преобразователя угла подключен к вторым входам сумматоров второго, третьего, шестого и седьмого каналов, на ротор — индукторе число пар полюсов кратно четырем, вторые входы перемножителей соединены с входом задания момента.

1448373