Вентильный электропривод

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в следящих системах. Целью изобретения является повышение КПД и линейности механических характеристик. Для достижения поставленной цели вентильный электропривод дополнительно содержит два датчика тока 16, 17, два блока изменения фазы 18, 19, вычислитель 20, функциональные преобразователи "Синус" 21 и "Косинус" 22, два апериодических звена 14, 15. Указанная цель достигается путем вычисления фаз сигнала на выходе датчика 2 положения ротора и токов якорной обмотки синхронной машины 1, сравнения этих фаз в вычислителе 20, преобразования полученного сигнала в функциональных преобразователях 21 и 22 и корректировки напряжения питания обмотки возбуждения и квадратурной обмотки датчика 2 положения ротора в функции измеренного фазового рассогласования. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (51) 4 H 02 К 29/06, 6/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К А BTOPCKQMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4336831/24-07 (22) 16.10.87 (46) 15.05.89. Бюл. М 18 (72) P.È.×àéêoâñêèé, Э.З.Тимощук, В.Е.Говенко и M.Å.Ïàí÷àê (53) 621.313.13.014.2.621.382(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 660159, кл. Н 02 К 26/06, 1979.

Авторское свидетельство СССР

Р 1418880, кл. Н 02 К 29/06, 1986. (54) ВЕНТИПЬНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в следящих системах. Целью изобретения является повышение КПД и линейности механических характеристик.

Для достижения поставленной цели венÄÄSUÄÄ 1480084 A 1 тильный электропривод дополнительно содержит два датчика тока 16, 17, два блока изменения фазы, вычислитель 20, функциональные преобразователи "Синус" 21 и "Косинус" 22, два апериодических звена 14, 15. Указанная цель достигается путем вычисления фаз сигнала на выходе датчика 2 положения ротора и токов якорной обмотки синхронной машины 1, сравнения этих фаз в вычислителе 20, преобразования полученного сигнала в функциональных преобразователях

21 и 22 и корректировки напряжения питания обмотки возбуждения и квадратурной обмотки датчика 2 положения ротора в функции измеренного фазового рассогласования. 2 ил.

1480084

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроприводу, и может быть использовано в следящих системах..

Целью изобретения является повышение КПД и линейности механических характеристик электропривода, На фиг. 1 изображена функциональная схема электропривода1 на фиг.2— функциональная схема вычислителя.

Вентильный электропривод соцержит двухфазную синхронную машину 1, механически связанную с датчиком 2 положения ротора, выполненным в виде вращающегося трансформатора с обмотками возбуждения 3,, квадратурной 4, синусной 5 и косинусной 6, Синусная обмотка 5 подключена через последовательно включенные первый фазочувствительный выпрямитель 7 и первый усилитель 8 к синусной якорной обмотке 9 синхронной машины 1. Косинусная обмотка 6 вращающегося транс— форматора 2 подключена через последовательно включенные второй фазочувствительный выпрямитель 10, второй усилитель ll,,к косинусной якорной обмотке 12 синхронной машины 1.

Электропривод содержит также источник 13 входного сигнала, подключенный к первым входам первого 14 и второго 15 умножителей, Кроме того, электроприьод содержит первый !6 и второй 17 цатчики тока, первый 18 и второй -9 блоки измерения фазы, вычислитель 20, цифроаналоговый функциональный преобразователь 21 "Синус", цифроаналоговый функциональный преобразователь 22

"Косинус", первое 23 и второе 24 апериодические звенья, Блоки 18, 19 измерения фазы выполнены каждый в виде последовательно соединенных делителя 25 напряжения, аналого-цифрового преобразователя 26 и цифрового функционального преобразователя

27 "Арктангенс".

Первый и второй входы делителя 25 напряжений представляют собой первый и второй входы блока 18 (19) измерения фазы, а выход цифрового функционального преобразователя 27 — выход блока 18(19) измерения фазы. Цифроаналоговый функциональный преобразователь 21 "Синус" выполнен в ниде последовательно соединенных цифрового функционального преобразователя

28 "Синус и цифроаналогового преоб5

1Î

I5

26

Щ

55 разователя ?9, Цифроаналоговый функциональный преобразователь 22 "Косинус" выполнен в виде последовательно соединенных цифрового функциональ— ного преобразователя 30 пКосинус" и цифроаналогового преобразователя 31.

Первый и второй входы первого блока 18 измерения фазы подключены соответственно к синусной 5 и косинусной 6 обмоткам вращающегося трансформатора (датчика 2), а первый и второй входы второго блока 19 измерения фазь| — к первому 16 и второму 17 датчикам тока соответственно, подключенным последовательно к синусной 9 и косинусной 12 якорным обмоткам синхронной машины 1. Выходы первого 18 и второго 19 блоков измерения фазы подключены соответственно к первому и второму входам вычислителя 20, выход 32 которого подключен к входам цифроаналоговых функциональных преобразователей 21 "Синус" и 22 "Косинус". Входы преобразователей 21 и

22 пбдключены соответственно к обмотке 3 возбуждения и квадратурной обмотке 4 вращающегося трансформатора через последовательно соединенные апериодическое звено 23 и умножитель 14 и последовательно соединенные апериодическое звено 24 и умножитель 15.

Причем вычислитель реализует функцию у — у1 у2 при у,7 О, У О; у,) О, у,а О, у, (О, или у= 7 — (у,-у ) при у, О, у О, где у, и у — коды чисел на первом и втором входах вычислителя 20 соответственно, =3,14.

Вычислитель 20 может быть выполнен, например, в виде первого 33 и второго 34 сумматоров (фиг.2), коммутатора 35, логических элементов НЕ

36 и И 37, причем первый вход первого сумматора 33 подключен к выходу первого блока 18 измерения фазы, а

его второй вход — к выходу второго блока 19 измерения фазы, на первый вход второго сумматора 34 подается код числа Г, а второй его вход соединен с выходом первого сумматора 33, выходы первого 33 и второго 34 сумматоров соединены соответственно с первым и вторым входами коммутатора

35, управляющий вход которого соединен с выходом логического элемента

И 37, первый вход которого соединен со старшим разрядом выхода первого блока 18 измерения фазы, а второй

1480084

P =q ((1, М) 1

1 1 к (р) Т следующие переменные напряжения. — передаточная функция первого 23 и второго 24 апериодических звеньев, 20 Т„ — постоянная времегде К=К К ° К вЂ” суммарный коэффии y ч ни апериодических циент передачи; звеньев 23 и 24.

К„ — коэффициент передачи источника 13 При этом на выходах синусной 5 и входного сигнала; 25 косинусной 6 обмоток вращающегося

К„ — коэффициент пере- трансформатора возникают напряжения, дачи умножителя; описываемые уравнениями:

Ф

О =К.K„Uy sin 2)1 ft ° W„(>) sin(t+p+6);

U, =К.К, ° Uy sin 2ггft ° W„(, cos(mat+)+ ), (2) U, =K . U„sin 2НЕt ° W „<„. з пя, U =K . U y sin 271 f t . V „(), cos г, (1) Напряжения U и U<, усиленные первым 8 и вторым 11 усйлителями, вызывают токи в синусной 9 и косинусной

12 обмотках электродвигателя 1 . д -К К К К ° U> W «p) sin (m(et+@+8 ((1) (4) =К К, Кг К Uy W 1(p) cos (m(t+p+8-4-((), Если допустить, что первый 8 и второй 11 усилители являются безынерционными звеньями, то ((= arctg mvT<, (5) где Т.) — .электромагнитная постоянная времени якорной обмотки синхронной машины 1. вход через логический элемент НЕ 36— со старшим разрядом выхода второго блока 19 измерения фазы, выход коммутатора 35 соединен с входами цифроаналогового функционального пре5 образователя 21 Синус" и цифроаналогового функционального преобразователя 22 "Косинус".

Вычислительный электропривод работает следующим образом.

При подаче напряжения управления

Uy на источник входного сигнала, выполняющего роль модулятора, на обмотку 4 датчика 2 положения поступают где К, — коэффициент передачи вращающегося трансформатора; ш — число пар полюсов синхронной машины 1 и датчика 2;

8 — угол взаимного расположения статора датчика 2 и статора синхронной машины 1.

Пройдя через первый 7 и второй 10 фазочувствительные выпрямители, эти 49 напряжения преобразуются в напряжения:

U7,=К К К2 U„W„(,р .si.n (m>t+8+13 (()

U„(, =K К, К Uy W „(p) cos (ш(t+6+р-Ч) э 45 (3) где К вЂ” коэффициент передачи между

9 напряжением на входе усилителя 8(11) и током i,(i<) . на выходе усилителя 8(11); суммарный фазовый сдвиг между напряжением U > (U го) и током якоря ).,(). ) синхроннои машины I.

К„ — коэффициент передачи цифроаналогового преобразователя 29 (31); опорная частота модуляции, сигнал, полученный на выходе вычислителя 20, зависящий от скорости вращения ы ротора синхронной машины 1 и момента нагрузки М, где К вЂ” коэффициент передачи фазочувствительного выпрямителя 7 (10) 1

V=arctg шыТ, — сдвиг по фазе между выходным и входным напряжениями фаз очув ствит ельного выпрямителя 7(10);

Т вЂ” постоянная времени фазо1 чувствительного выпрямителя 7(10).

1480084

Токи i и i,,протекая по синусной 9 и косинусной 12 обмоткам синхронной машины 1,создают магнитодвижущую силу статора, которая, взаимодействуя с магнитодвижущей силой ротора, приводит его во вращение с частотой, пропорциональной напряжению управления (6) 10

К в К К Кэ К У где К„ — коэффициент, определяемый

48 конструк тивными параметрами синхронной машины 1.

Анализ уравнения (6) показывает, что вентильный электропривод поддерживает частоту вращения пропорциональной амплитуде напряжения управления. Регулировочная характеристика электропривода при этом имеет вид прямой линии.

Вращающий момент электродвигателя равен

20

М ?«ф (7) где I — вектор тока статора синхрон- 25 ной машины 1;

Ф вЂ” вектор магнитного потока ротора синхронной машины.

«

На основании выражения (7), уравнений (4) и учитывая, что Ф = Ф «30

»sin t, найдем значение вращающего момента двигателя:

М-К К „К,.К, U »2 Ф. sin (p+e- - ) (8)

Анализ выражения (8) показывает, что двигатель будет развивать максимальный момент, если р+Е-q-+-- 90 (9)

Так как углы р, ц и у являют- 40 ся функцией частоты вращения ротора электродвигателя, то при и=0 необходимо осуществить настройку дви гателя таким образом, чтобы угол 8

= 90 . При скорости двигателя, от- 45 личной от нуля (tv 4 0), для выполнения условия (9) необходимо, чтобы

Ц+ цу (10)

Для реализации этого условия в схему электропривода введены первый 50

18 и второй 19 блоки измерения фазы, вычислитель 20, цифроаналоговый функциональный преобразователь "Синус" и цифроаналоговый функциональный преобразователь "Косинус

5t

На первый и второй входы первого блока 18 измерения фазы поступают напряженйя, снимаемые соответственно с синусной 5 и косинусной 6 обмоток вращающегося трансформатора, С помощью делителя 25 напряжений блока

18 определяется отношение этих напряжений, Us К К, U » sin 2vft sin (m

U К К, Ug sin 2ййt cos (шыС+р+6)

К tg (m t+q+e) где К - коэффициент передачи делителя 25.

Это напряжение с помощью аналогоцифрового преобразователя 26 преобразуется в цифровой код, который затем поступает на вход цифрового функционального преобразователя 27 "Арктангенс", который реализует функцию

"Арктангенс". Код числа у на выходе

1 цифрового функционального преобразователя 27 "Арктангенс" характеризует фазу напряжений И и U „. у, arctg К К (tg(rmt+p+8)) =

=К (ты +р+8 ), (12) где К вЂ” коэффициент передачи аналого-цифрового преобразователя 26;

К =К К вЂ” коэффициент передачи блока измерения фазы.

На первый и второй входы второго блока 19 измерения фазы поступают напряжения, снимаемые с выхода первого 16 и второго 17 датчиков тока;

11Я К@ 1 Кдт К К1 К2 Къ У

sin (m>t+p+e-<- );

U$7 Кдт l Кдт К К1 К 2 КЗ У

«сов (met+p+e- v), (13) где К 4 — коэффициент передачи датчика тока.

Второй блок 19 измерения фазы осуществляет преобразование этих напряжений аналогично преобразованию напряжений первым блоком 18 измерения фазы и реализует на выходе код числа у,,который пропорционален фазе вектора тока якоря синхронной машины 1. у. К (шыЕ+р+Е-y-y) (14)

Вычислитель 20 формирует на выходе код числа у, связанный с кодами чисел у, и у, поступающими на его входы с первого 18 и второго 19 блоков измерения фазы по следующему алгоритму:

1480084

У7

У7 О

v,-О

О, у,-о

У1 У7»V У, у, > О, у О, > -(у, -у„)»ри у, (! 5) у = K ((+v) б если

Р = К (((+(») (18) Старший разряд (с ) кодов чисел . у и у несет информацию об их зна1 7

tl u ке, причем наличие 1 в старшем разряде числа соответствует его положи" и и тельному значению, а наличие О отрицательному

В случаях, если. у, ) О, у z ) О; у, ) О, у (О и у О, у7 (О(фиг.2) с выхода логического элемента И 37 15 снимается сигнал, равный "О", и коммутатор 35 находится в таком состоянии, при котором его выход соединен с первым входом. Таким образом, с выхода коммутатора 35 снимается код 20 числа, вычисленного первым сумматором 33.

Если же у„(О, а у > О, то на выходе логического элемента И 37 возникает "1" и коммутатор 35 переключается в таксе состояние, при котором его выход соединяется с вторым входом

Следовательно, с выхода коммутатора 35 будет сниматься код числа, 30 вычисленного вторым сумматором 34.

Для формирования напряжения, поступающего на обмотку 3 возбуждения и квадратурную обмотку 4 вращающегося трансформатора, используются умно- 35 жители 14 и 15 напряжений, на первые входы которых подается напряжение управления, а на вторые входы - напряжения U „и U 74, сформированные соответственно цифроаналоговым функцио- 40 нальным преобразователем 21 "Синус" и цифроаналоговым функциональным преобразователем 22 "Косинус" совместно с апериодическими звеньями 23 и 24. 45

Напряжение Б 7 формируется путем преобразования кода числа у с помощью цифрового функционального преобразователя 28 "Синус" в код sin у, который преобразуется в аналоговое 50 напряжение с помощью первого цифроаналогового преобразователя 28, а затем проходит через апериодическое звено 23.

Аналогично формируется напряжение

74

П =К1 W ц(р(sin y=K„W ((q1" sin (q+v) К; (16) U74 — К1 W к („) со$ — Е 7™, со$ {((+y ) К

Таким образом, напряжения, поступающие на обмотку 3 возбуждения и квадратурную обмотку 4 вращающегося трансформатора, списываются уравнениями:

U1,4 К-U> sin 2((t 1 1 $1д (ц ч) К

"(5=К U> sin 2((f t W „1со$ ((+ч) К (17)

Сравнительный анализ уравнения (17) с уравнением (1) показывает,что эти уравнения будут тождественны, Если блок 18 (19) измерения фазы выполнен таким образом, что К =1, то сдвиг по фазе между напряжением на выходной обмотке вращающегося трансформатора 2 и током в соответствующей якорной обмотке синхронной машины 1 в установившемся режиме работы будет равным p= ((+ у и в схеме электропривода выполнится условие (9), т.е. угол между током статора и магнитным потоком ротора. двигате" ля будет равен ((/2 во всем диапазоне изменения частоты вращения синхронной машины 1.

Апериодические звенья 23 и 24 обеспечивают устойчивую работу злектропривода в переходных режимах, Таким образом, вентильный электропривод позволяет увеличи-.ь КПД электродвигателя и повысить линейность его механических характеристик путем поддержания угла между полем ротора и полем статора синхронной машины равным 9ОО.

Формула и з о б р е т е н и я

Вентильный электропривод, содержащий двухфазную синхронную машину, механически связанную с датчиком положения ротора, выполненным в виде вращающегося трансформатора с обмотками возбуждения квадратурнсй "синусной и косинусной", причем синусная обмотка подключена к синусной якорной обмотке синхронной машины че1480084

Составитель Л.Иванов

Техред M.Ходанич Корректор Н.Повидайчик

Редактор А.Маковская

Заказ 2556/54 Тираж.647 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101 рез последовательно включенные первый фазочувствительный выпрямитель и первый усилитель, а косинусная обмотка подключена к косинусной якор5 ной, обмотке синхронной машины через последовательно включенные второй фаэочувствительный выпрямитель и второй усилитель, источник входного сигнала, подключенный к первым входам первого и второго умножителей, о т— личающий ся тем, что, с целью повышения КПД и линейности механических характеристик, в него дополнительно введены первый и второй датчики тока, первый и второй блоки измерения фазы, вычислитель, цифроаналоговый функциональный преобразователь "синус", цифроаналоговый функциональный преобразователь "Косинус", 20 первые и вторые апериодические звенья причем блоки измерения фазы выполнены в виде последовательно соединенных делителя напряжения, аналого-цифрового преобразователя и цифрового у5, функционального преобразователя "Арктангенс", первый и второй входы делителя напряжений образуют первый и второй входы блока измерения фазы, а выход цифрового функционального пре- 30 образователя "Арктангенс" — выход блока измерения фазы, первый и второй входы первого блока измерения фазы подключены соответственно к синусной и косинусной обмоткам вращающегося трансформатора, первый и второй входы второго блока измерения фазы подключены соответственно к первому и,второму датчикам тока, включенным последовательно соответственно с синусной и косинусной якорными обмотками синхронной машины, выходы первого и второго блоков измерения фазы подключены соответственно к первому и второму входам вычислителя, выход которого подключен к входам цифроаналоговых функциональных преобразователей "Синус" и Косинус", выход каждого из которых подключен к входу одного из апериодических звеньев, выходами соединенных с вторыми входами первого и второго умножителей соответственно, выход первого умножителя соединен с обмоткой возбуждения, а выход второго умножителя — с квадратурной обмоткой вращающегося трансформатора, причем вы-. числитель реализует функцию у=у,-у, при у„) О, yq 0i, «0» v (Os у 0, у с О или y=(n (y y ), при у„(О, у О, где у„и у — коды числа на первом и втором входах вычислителя соответственно.