Управляемый вентильный электродвигатель

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в высокоточных электроприводах промышленных роботов. Целью изобретения является улучшение качества регулирования и повышение равномерности вращения путем исключения момента зубцовых пульсаций. Для исключения момента зубцовых пульсаций с помощью датчика 32 Холла корректора 33 формируется сигнал, повторяющий форму зубцового момента. Этот сигнал поступает на второй вход суммирующего усилителя 30 и суммируется с задающим сигналом. Суммарный сигнал через узел 29 выделения модуля поступает на вход релейного регулятора 26 тока. Регулятор тока пропорционально добавочному сигналу корректора 33 изменяет ток электродвигателя и соответственно его вращающий момент и тем самым осуществляет компенсацию возмущающего зубцового момента. Корректор 33 выполнен конструктивно таким образом, что позволяет сформировать сигнал на выходе датчика 32 Холла, полностью совпадающий с формой кривой момента зубцовых пульсаций, зависящих от конфигурации зубцов статора электрической машины 1. Регулировка корректора осуществляется путем углового перемещения обоймы 35 и изменения тока управления датчика Холла. 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ся) 4 Н 02 К 29/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АBTOPGHÎMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

flPH П.(НТ СССР

1 (61) 1259463 (21) 4428880/24-07 (22) 11.04.88 (46) 15. 12.89. Бюл. Р 46 (71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт релестроения (72) В.M. Пименов и К.Г. Лакирович (53) 621.316.7 18(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1259463, кл. H 02 Р 6/02, Н 02 К 29/06, 1986. (54) УПРАВЛЯЕМЫЙ ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРО ДВИГАТЕЛЬ

„.SU»152 3 А2

2 (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в высокоточных электроприводах промьппленных роботов. Целью изобретения является улучшение качества регулирования и повышение равномерности враще-. ния путем исключения момента зубцовых пульсаций, Для исключения момента зубцовых пульсаций с помощью датчика

Холла 32 корректора 33 формируется сигнал, повторяющий форму зубцового момента. Этот сигнал поступает на второй вход суммирующего усилителя 30 и суммируется с задающим сигналом.

1529363

Суммарный сигнал через узел 29 выделения модуля поступает на вход релейного регулятора 26 тока. Регулятор тока пропорционально добавочному сиг5 ,налу корректора 33 изменяет ток электродвигателя и соответственно его вращающий момент и тем самым осуществля ет компенсацию возмущающего зубцового момента. Корректор 33 выполнен конструктивно таким образом, что позволяИзобретение относится к электротехнике, в частности к вентильным электродвигателям, может быть использовано в высокоточных электроприводах промьппленных роботов и является усовершенствованием изобретения по авт.св. Р 1259463.

Цель изобретения — улучшение качества регулирования и расширение области применения за счет повьппения равномерности вращения путем исключения момента зубцовых пульсаций.

На фиг. 1 представлена структурно,функциональная схема управляемого вентильного электродвигателя (УВД)3 ,4а фиг. 2 — принципиальная схема де шифрирующего устройства; на фиг.3 - принципиальная электрическая схема релейного регулятора тока; на фиг.4угловые диаграммы сигналов на элемен35, тах управляемого вентильного электро1 двигателя на фиг. 5 — угловые диаЭ ! граммы сигналов датчика Холла коррек" тора.

УВД содержит (фиг. 1) трехфазную синхронную электрическую машину 1, с валом которой соединен шестиканальный датчик 2 положения ротора (ДПР), а якорная обмотка подключена к выходам транзисторного мостового коммута" тора 3, выполненного на шести транзисторах 4-9, зашунтированных обратными диодами, в эмиттерные цепи нижних транзисторов которых вкгпочены резистивные датчики 10-12 тока.

Выходы шестиканального датчика 2 положения ротора подключены к входам формирователя 13 сигналов управления, состоящего из логического инвертора

14, трехканального реверсора из трех однотипных каналов 15-17, управля35 емых по входу 18, и шести логических элементов 2И 19-24, выходы которых образуют шесть выходов формирователя ет сформировать сигнал на выходе даФчика Холла 32, полностью совпадающий с формой кривой момента зубцовых пульсаций, зависящих от конфигурации зубцов статора электрической машины 1.

Регулировка корректора осуществляется путем углового перемещения обоймы

35 и изменения тока управления датчика Холла. 5 ил.

13 сигналов управления и подключены непосредственно или через промежуточные усилители к управляющим цепям транзисторов 4-9.

Дешифрирующее у: тройство 25 включено между выходами резистивных датчиков 10-12 тока и первым входом релейного регулятора 26 тока, два выхода 27 и 28 которого подключены соответственно к двум управляющим цепям, образованным соединением между собой вторых входов логических элементов 2И 19, 21 и 23 и вторых входов логических элементов 2И 20, 22 и 24, первые входы которых подключены к выходам трех однотипных каналов 15-17 реверсора, одноименные управляющие входы которых объединены в две цепи, одна из которых соединена с другой через логический инвертор 14, и образуют вместе общий управляющий вход

18 трехканального реверсора.

Второй вход релейного регулятора

26 тока соединен с выходом узла 29 выделения модуля, вход которого соединен с выходом .аналогового сумматора 30, к первому входу которого подключено задающее устройство 31, а к второму входу — выход датчика

Холла 32 корректора 33, состоящего из многополюсного индуктора 34 и обоймы 35.

Управляющие входы датчика Холла

32, размещенного в обойме 35, подключены к регулируемому источнику 36 тока.

Управляющий вход 18 трехканально го реверсора подключен к выходу аналогового сумматора 30 через индикатор

37 полярности, выполненный в виде компаратора напряжения.

Выходы резистивных датчиков 10-12 тока подключены к трем входам суммирующего усилителя 38 дешифрирующего

5 15293 устройства 25 (фиг. 2) через быстродействующие ключи 39-41, а к входам усилителя 42 и логического элемента

ЗИЛИ-НЕ 43 — непосредственно.

Четвертый вход суммирующего усилителя 38 подключен к выходу усилителя

42 через четвертый ключ 44, управляющий вход которого подключен к выходу логического элемента ЗИЛИ-НЕ. 1Р

Регулятор 26 (фиг. 3) выполнен по схеме двойного токового коридора и состоит из двух однотипных операционных усилителей 45 и 46, охваченных обратной положительной связью через одинаковые по величине резисторы 47 и 48. На вход каждого иэ усилителей подключены по два одинаковых по величине резистора 49-52, объединенных 20 попарно и образующих первый и второй входы регулятора 26 тока. Выход усилителя 45 подключен к управляющей цепи 28, а выход усилителя 46 — к уп равляющей цепи 27 формирователя 13 сигналов управления. Дополнительно на выход усилителя 47 через резистор 53 подается напряжение смещения.

УВД работает следующим образом.

Предположим, что исходное состояние30

УВД характеризуется установкой задающего напряжения U положительной полярности (фиг, 4) и устойчивым угловым положением ротора, при котором

ДПР 2 формирует единичные выходные

35 сигналы а, с, а корректор 33 вырабатывает сигнал нулевого уровня. Допустим, что на управляющую и силовую части УВД подано питающее напряжение.

Задающее напряжение подается на вто4 рой вход сумматора 30, а с его выхода поступает на входы узла 29 выделения модуля и индикатора 37 полярности напряжения. Согласно положительной полярности задающего сигнала индика- 4 тор полярности формирует на выходе сигнал нулевого уровня, который поступает на управляющий вход 18 трехканального реверсора. Одновременно задающий сигнал проходит через узел 29 вы-50 деления модуля без изменений величины и знака и поступает на вход релейного регулятора 26 тока. Под действием этого сигнала регулятор 26 тока формирует единичные сигналы на обоих выходах, которые поступают на управляющие цепи

27 и 28, объединяющие вторые входы логических элементов 2И 19-24 формирова теля 13 импульсов. В соответствии с уп63 6 равляющими сигналами формирователь 13 импульсов передает единичные сигналы

g, г. ДПР без изменений на входы силовых транзисторов 9 и 4 транзисторного мостового коммутатора 3 ° Одновременно единичный сигнал 0 ДПР поступает на вход дешифрирующего устройства 25. Транзисторы 9 и 4 открываются, и под действием питающего напряжения (+U ) в фазах А, С электрической машины 1 начинает протекать ток. Ток в фазах электрической машины выделяется в виде напряжения на резистивном датчике 12 тока и поступает на один из аналоговых входов дешифрирующего устройства 25. Дешифрирующее устройство обеспечивает по сигналам q, t, С ДПР и датчиков 12, 11 и 1О тока выделение модуля тока электрической машины отрицательной полярности независимо от очередности протекания тока в фазах обмотки и режима работы электрической машины (двигательный или генераторный). Модуль тока в рассматриваемом режиме работы электродвигателя подается на вход регулятора тока. Регулятор тока сравнивает по величине модуль тока электродвигателя с модулем сигнала задания и при превышении первого над вторым формирует нулевые сигналы на выходах — управляющих цепях 27 и 28. Нулевой сигнал на управляющей шине 28 приводит к запиранию транзисторов верхней группы коммутатора, а именно открытого ранее транзистора 4. Нулевые сигналы на обоих управляющих цепях 27 и 28 приводит к запиранию всех транзисторов коммутатора. Первому состоянию управляющей цепи соответствует режим динамического торможения электродвигателя, а второму — режим противовключения.

Посредством чередования указанных режимов (состояний управляющих цепей) релейный регулятор тока обеспечивает ограничение тока электродвигателя на уровне задающего сигнала. 3а счет взаимодействия тока в фазах обмотки электродвигателя с полем индуктора возникает вращающий момент М 8, под действием которого ротор электродвигателя (индуктор) начинает вращаться.

В процессе поворота вала электродвигателя на угол Ср от принятого исходного положения ротор начинает воспринимать возмущающий момент зубцовых пульсаций М „ (фиг. 4), который для приведенного случая снижает результи1529363 ующий момент на валу. Одновременно атчик Холла 32 корректора 33 формиует аналоговый сигнал, повторяющий рму зубцового момента. Этот сигнал

5 оступает на второй вход суммирующего усилителя 30 и суммируется с задающим сигналом. Суммарный сигнал через узел

29 выделения модуля поступает на вход регулятора тока. Регулятор тока пропорционально добавочному сигналу корректора увеличивает ток электродвигао теля и соответственно его вращающий момент, осуществляя компенсацию возмущающего зубцового момента. В результа-15 ск те момента М на выходном валу электродвигателя сохраняет свое постоянство в процессе поворота. Через

360 поворота ротора (n — число пар П

20 полюсов индуктора корректора, равное числу зубцов статора ЭМ1) направление воздействия возмущающего зубцового момента изменяется на противоположное, но при этом изменяется и поляр- 25 ность корректирующего сигнала, так как датчик Холла корректора перемещается в зону второго полюса противоположной полярности. Поэтому возникающее увеЛичение момента электродвига- -0 теля за счет зубцового момента компенсируется корректирующим сигналом отрицательной полярности посредством, уменьшения тока электродвигателя. Да,ëåå работа УВД с корректорам происхо35 дит аналогично описанному. Через угол

Cf поворота ротора УВД, не превышающий 60 эл.град. происходит переклю1 чение единичных сигналов @, b ДПР."

Единичный сигнал на выходе 0 стано 40

,вится нулевым, а нулевой на выходе b. единичным. Этим переключениям соответствует переключение силовых транзисторов 9 и 7. Первый закрывается, а второй открывается. Происходит ком- „ мутация тока в фазах А, В якорной обмотки. Ток электродвигателя выделяется на датчике 11 тока„ Дейифрирующее устройство по единичному сигналу о обеспечивает съем сигнала с дат50 чика 11 тока, формирование его отрицательной полярности. При этом коррекция зубцовых моментов происходит аналогично описанному, и не зависит от очередности подключения фаз под нагрузку. В случае задания задающего сигнала отрицательной полярности работа УВД происходит аналогично описанному, за исключением того, что индикатор полярности устанавливается в единичное состояние по выходу, трехканальный реверсор реверсирует три пары входных сигналов (0,0); (Ь,b); (с,с). В результате единичные входные сигналы а с появляются на выходах а С формирователя сигналов.

Этими сигналами открываются силовые транзисторы 8 и 5 коммутатора, ток электродвигателя фиксируется датчиком 10 тока, а дешифрирующее устройство по входному сигналу С осущест вляет обработку сигнала с датчика 10 ,тока. На фиг. 4 вращение ротора УВД при отрицательном задающем сигнале обозначено условным символом Н.

Корректор 33 имеет конструктивную особенность. Ось вращения обоймы 35 с датчиком Холла 32 на внутренней поверхности смещена относительно оси его индуктора, насаженного на вал электродвигателя 1. Такая конструктивная особенность корректора позволяет видоизменять форму выходного сигнала U>< при повороте обоймы с датчиком Холла в пределах 0-180 (фиг.5).

Видоизменение формы сигнала происходит по следующей причине. 3а счет смещения осей вращения обоймы и индуктора при повороте обоймы происходит радиальное перемещение датчика Холла стносительно расточки индуктора. При этом происходит также незначительный поворот чувствительной поверхности датчика Холла относительно оси его симметрии, Известно, что картина магнитного поля цилиндрического индуктора видоизменяется в зависимости отрасстояния от поверхности полюса вследствие разряжения и искривления магнитных силовых линий. Датчики Холла чувствительны только к нормальной составляющей индукции магнитного поля, поэтому прн повороте обоймы в пределах 0-180 происходит существенное изменение формы и амплитуды его выходного сигнала» Экспериментально проверено, что при равномерной намагниченности полюсов индуктора корректора. форма напряжения датчика Холла изменяется от трапецеидальной формы с переходом в синусоидальную искаженную и неискаженную формы (фиг. 5).

При повороте обоймы в пределах полюсного деления индуктора корректо360 ра (Π— ) датчик Холла практичес2п

9 15293 ки не испытывает радиального смещения, так как у электродвигателей число зубцов статора n = 12. Поэтому при таком повороте обоймы происходит смещение фазы выходного сигнала корректора в пределах 0-180 эл.град, без заметного изменения формы сигнала.

Известно также, что величина выходного сигнала датчика Холла определяется соотношением U = k В ° I где

 — величина индукции поля, пронизывающего датчик; I — ток в управляющей цепи датчика: Š— постоянный 15 коэффициент. Из данного соотношения видно, что изменением величины тока управления датчика Холла корректора можно регчлировать амплитчду выходно-. го сигнала. 20

Таким образом посредством трех последовательных регулировок, а имен.—

1 но формы, фазы и амплитуды, достигается полное соответствие сигнала кор- 25 ректора и, следовательно, компенсирующего момента УВД возмчщающему моменту зубповых пульсаций. В результате момент на выходном валу УВД не изменяется в процессе вращения его 30 ротора. Постоянство вращающего моментл УВЛ гарантирует высокую равномерность частоты вращения, что улучшает качество регулирования и расширяет область em применения.

63 10

Формула изобретения

Управляемый вентильный электродвигатель по авт.св ¹ 1259463,.о т л ич а ю шийся тем, что, с целью улучшения качества регулирования и повышения равномерности вращения путем исключения момента зубцовых пульсаций, дополнительно введены корректор, выполненный в виде индуктора с числом пар полюсов, равным числу зубцов статора электродвигателя, и поворотной обоймы с датчиком Холла, расположенной эксцентрично относительно индуктора и выполненной с возможностью поворота относительно своей оси в пределах 0-180, регулируемый источник тока, аналоговый сумматор, узел выделения модуля и компаратор напряжения, при этом индуктор корректора механически связан с валом, а обойма — с корпусом электродвигателя, вход управления датчика Холла подключен к выходу регулируемого источника тока, а выход— к одному входу аналогового сумматора, к другому входу которого подключен задающий блок, вход релейного регулятора тока соединен через узел выделения модуля с выходом сумматора и входом компаратора напряжения, выход которого подключен к управляющему входу формирователя сигналов управления о

1529363

1529363

Ь2

Составитель М. Сон

Техред М.Дндык Корректор И. Муска

Редактор А. Огар

Заказ 7755/51 Тираж 648 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