Моментный вентильный электродвигатель

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в прецизионных электроприводах с неограниченным углом поворота. Целью изобретения является повышение точности стабилизации момента. Для достижения цели моментный вентильный электродвигатель дополнительно содержит генератор 44 импульсов, два счетчика 12, 13, второе постоянное запоминающее устройство 22, инвертор 23, дешифратор 24, RS - триггер 25, логические схемы 2ИЛИ 26 и 2И 27 и каналы управления, регистры 14 - 21, перемножители 28 - 34, четырехвходовые сумматоры 36, 37, пятивходовые сумматоры 38, 39, трехвходовые сумматоры 40, 41 и двухвходовые сумматоры 42, 43. В блоке 10 разделения сигнала на целую и дробную части значения угла поворота ротора разделяются на целую и дробную составляющие. Значение целой части кодируется и поступает на первое 11 и второе 22 постоянные запоминающие устройства, сигналы с выхода которых поступают на вычислитель, где определяется значение токов для получения стабильного момента, при условии минимизации потерь в обмотке якоря. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 02 К 29/06, H 02 Р 6/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4267401/24-07 . (22) 25.06,87 (46) 30,03.90. Бюл. Р 12 (71) Казанский авиационный институт им, А.Н.Туполева (72) А.1С.Афанасьев (53) 621.313,13.614,2:621,382(088 ° 8) (56) Авторское свидетельство СССР

1363413, кл. Н 02 К 29/06, 1986, Авторское свидетельство СССР

N - 1427540, кл. Н 02 Н 29/06, 1986. (54) РОИЕНТНЫЙ ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬЬ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в прецизионных электроприводах с неограниченным углом поворота. Целью изобретения является повышение точности стабилизации момента. Для до— стижения цели моментный вентильный электродвигатель дополнительно со„„SU „„1554084 А 1

2 держит генератор 44 импульсов, два счетчика 12, 13, второе постоянное запоминающее устройство 22, инвертор 23, дешифратор 24, RS-триггер 25, логические схемы 2ИЛИ 26 и 2И 27 и каналы управления, регистры 14-21, перемножители 28-34, четырехвходовые сумматоры 36, 37, пятивходовые сумматоры 38, 39, трехвходовые сумматоры 40, 41 и двухвходовые сумматоры 42, 43. В блоке 10 разделения сигнала на целую и дробную части значения угла поворота ротора разделяются на .целую и дробную составляюшие.

Значение целой части кодируется и поступает на первое 11 и второе 22

Ж постоянные запоминающие устройства, сигналы с выхода которых поступают на вычислитель, где определяется значение токов для получения стабильного момента, при условии минимизации потерь в обмотке якоря. 2 ил.

1554084

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроприводу, и может быть использовано в прецизионных электроприводах с неогра;ниченным . углом поворота.

ГЦель изобретения — повышение стабильности момента вентильного элек° тродвигателя.

На фиг. 1 изображена функциональ10 ная схема моментного вентильного электродвигателя; на фиг, 2 — диаграммы сигналов на выходах функциональных блоков.

Моментный вентильный электродвигатель содержит синхронную машину 1 с двумя фазами 2 и 3 обмотки якоря, датчик 4 положения ротора, механически связанный с ротором-индуктором 5 синхронной машины 1, Двигатель со- 20 держит также два усилителя 6 и 7, выход каждого из которых подключен к соответствующей фазе 2 и 3 якорной обмотки через один из датчиков 8 и 9 тока, Выход каждого из датчиков 8 и 25

9 подключен к входу обратной связи усилителей 6 и 7 соответственно, Выход датчика 4 положения ротора подключен к входу блока 10 разделения .сигнала на целую о4и дробную ос части. 30

Двигатель содержит также первое постоянное запоминающее .устройство 11.

Кроме того, вентильный электродви гатель содержит дополнительно два счетчика 12 и 13, восемь регистров

14-21, второе постоянное запоминающее устройство 22, инвертор 23, дешифратор 24, RS-триггер 25,,логические схемы 2ИЛИ 26 и 2И 27, восемь перемножителей 28-35, четырехвходо- 40 вые сумматоры 36 и 37 с коэффициентами суммирования -0,5; 1,5; -1,5; 0,5 соответственно по первому, .второму, третьему и четвертому входам, пятивходовые сумматоры 38 и 39 с коэф- 45 фициентами суммирования 1; -2,5; 1;

2; -0,5 соответственно по первому, второму, третьему, четвертому и пятому входам, трехвходовые сумматоры

40 и 41 с коэффициентами суммирования 50

-0,5; 1; 0,5 соответственно по первому, второму и третьему входам, двухвходовые сумматоры 42 и 43 и генератор 44 импульсов.

Выход генератора 44 подключен ко

55 входам инвертора 23, первого счетчика

12 и второму входу логического элемента 2И 27, вход которого и первый вход логического элемента 2ИЛИ 26 подключены к выходу RS-триггера 25.

Выход логического элемента 2ИЛИ 26 подключен к синхронизирующим входам блока 10 разделения сигнала и второro счетчика 13. Вход уставки начального значения счетчика 13 подключен к выходу целой части оС блока 10 разделения сигнала, а суммирующий вход счетчика 13 подключен к выходу логического элемента 2И 27, Выход инвертора 23 подключен к второму входу логического элемента 2ИЛИ 26 и синхронизирующему входу дешифратора 24, вход данных которого подключен к выходу первого счетчика 12.

Регистры 14-17, сумматоры 36, 38, 40, 42 и перемножители 28, 29, 30, 34 образуют канал управления, выход которого образован выходом перемно- жителя 34 и подключен ко входу усилителя 6 фазы 2 обмотки якоря синхронной машины.

Регистры 18-21, сумматоры 37, 39, 41, 43, перемножители 31, 32, 33 H

35 образуют канал управления, выходом которого является выход перемножителя

35, подключенный к входу усилителя 7 фазы 3 обмотки якоря синхронной машины.

В каналах управления выходы сум-маторов 36 и 37 подключены к первым . входам первых перемножителей 28 и 31, выходы которых соединены с третьими входами сумматоров 38 и 39, выходы которых подключены к первым входам вторых перемножителей 29 и 32, выходами соединенных со вторыми входами сумматоров 40 и 41 выходы которых подключены к первым входам третьих перемножителей 30 и 33, выходами соединенных со вторыми входами сумматоров 42 и 43, выходы которых соединены с первыми входами четвертых перемножителей 34 и 35 соответственно. Вторые входы перемножителей 34 и

35 объединены и образуют первый вход по заданию момента для каждого канала управления электродвигателя. Вторые входы перемножителей 28-33 объединены, образуя второй вход каждого канала управления, поц слюченный к выходу дробной части о4 блока 10 разделения сигнала на дробную и целую части. В канале управления усилителем 6 выход первого регистра 14, подключен к первым входам сумматоров

36, 38, 40, выход второго регистра .

5 15

15 — ко вторым входам с-умматоров 36 и 38 и к первому входу сумматора 42, выход третьего регистра 16 — к третьим входам сумматоров 36 и 40 и четвертому входу сумматора 38, а выход четвертого регистра 17 соединен с четвертым и пятым входами сумматоров

36 и 38.

В канале управления усилителем 7 выход первого регистра 18 соединен с первыми входами сумматоров 37, 39, 41; выход второго регистра 19 — с вторыми входами сумматоров 37, 39 и первым входом сумматора 43, выход третьего регистра 20 — с третьими входами сумматоров 37 и 41 и четвертым входом сумматора 39, а выход четвертого регистра 21 этого канала подключен к четвертому и пятому входам сумматоров 37 и 39.

Первые входы регистров 14-17 объединены, образуя третий вход канала управления усилителем б, подключенный к выходу постоянного запоминающего устройства 11.

Первые входы регистров 18-21 также объединены, образуя третий вход канала управления усилителем 7, подключенный к выходу второго постоянного запоминающего устройства 22.

Входы постоянных запоминающих устройств 11 и 22 подключены к выходу второго счетчика 13.

Вторые входы регистров 14-17 и

18-19 образуют соответственно четвертый, пятый, шестой и седьмой входы соответствующих каналов управления.

Четвертые входы каналов управления усилителями и S-вход RS-триггера

25 подключены к первому выходу дешифратора 24, второй и третий выходы которого соединены соответственно с пятыми и шестыми входами упомянутых каналов управления. Седьмые входы каналов управления и R-вход RS-триг" гера 25 подключены к четвертому выходу дешифратора 24.

В первом 11 и втором 22 постоянных запоминающих устройствах записаны соответственно значения функций (2) И iA ° 84()+ о в(М) (3) Блок 10 разделения сигнала на дробную и целую части может быть выполнен на регистре для хранения целой части сигнала и устройства вычитания, По сигналу на синхронизирующем входе происходит запись информации с датчика 4 в регистр для хранения целой части.

Моментный вентильный электродвигатель работает следующим образом.

С выхода датчика 4 положения рото20 ра поступает сигнал, пропорциональный углу о поворота ротора-индуктора 4,на блок 10 разделения сигнала на целую оС и дробную Ы,части. Дробная часть о7,поступает на входы пере25 множителей 28-33, а целая часть— на информационный вход установки начального значения второго двоичного счетчика 13. Генератор 44 импульсов

Bb рабатывает на выходе прямоугольные

30 импульсы высокой частоты (фиг ° 2,а), поступающие на вход первого двухразрядного счетчика 12, На его выходе получается последовательность двоичных кодов чисел 0-1-2-3-0-1 -2-3- ° ., (фиг. 2,б). Через логический элемент

2И 27 импульсы поступают на вход сложения второго счетчика 13, на вы.ходе которого вырабатываются двоичные коды чисел о,< +I,oL +2,oL +3 о,оС +1, 40 el+2, R +3,...,где о — начальное значение счета (фиг, 2,в). Эти коды подаются на адресные входы постоянных запоминающих устройств 11 и 22.

С выхода генератора 44 импульсы

45 поступают на инвертор 23, с выхода которого инвертированные импульсы подаются на логический элемент 2ИЛИ 26 и на синхронизирующий вход дешифратора 24, На выходах дешифратора 24

50 формируются поочередно импульсы (фиг. 2,г-ж). С первого и четвертого выходов дешифратора 24 импульсы подаются соответственно на S- u R-входы

RS-триггера 25, устанавливая его в

55 состояние "1" и "0" (фиг. 2,з). !

Когда RS-триггер 25 находится в состоянии "0", а генератор 44 вырабатывает импульс, на оба входа логи54084 6 где о — угол поворота ротора-индуктора 4; а функции (д(д-) и Сро(оС) связывают электромагнитный момент И синхронной

5 машины с токами i> и ig обмотки якоря

1554084 ческого элемента 2ИЛИ 26 подается сигнал "0" на его выходе также вырабатывается сигнал "О", поступающий на инверсные синхронизирующие входы

5 блока 10 разделения сигнала и вход записи начального значения счетчика

13 (фиг. 2,и). В нем устанавливается значение Ы,, а в блоке 1О запомина/ ется значение с4, необходимое для вычисления дробной части о =о -сС.

Когда RS-триггер 25 находится в состоянии "1", с его выхода поступает сигнал "1" на логический элемент

2И 27, пропускающий импульсы генератора 44 на суммирующий вход счетчика 13, Импульсы с выходов дешифратора 24 поступают на синхронизирующие входы соответственно регистров 14 и 18, 15 и 19, 16 и 20, 17 и. 21 в периоды времени, когда на адресные входы постоянных запоминающих устройств поданы соответственно коды ., < +I < +2

<+3, При этом в регистры 14-17 за в 25 писываются величины

UP (о -1), U (Ы.), Бд(оС+1), UA (@+2), а в регистры 18-21 — величины и (й — 1), U (<), U,(К+1), и,(+2), С выходов регистров 14-17 и 18-21 коды поступают соответственно на сумматоры 36, 38, 40, 42 и 37, 39, 41, 43. Совместно с перемножителями 2830, 34 и 3!-33, 35 они вычисляют

° 0 ° о оптимальные значения ., i> токов фаз

2 и 3 обмотки якоря согласно формулам =N.F(U (oL 1) 11 (oC) U (c +I ) 40

UA (oL+2) Ы.), (4)

1 в =М У (Б О (са-1 ) э Ц е (0С) э U b (0 + I ) э

И, (е -+2), ос), (5) где функция F(o) определяется равенством

+0,5U<+î (U, -2эЮо+П< Оэ5U +М.(-Оз5U +

1,5,— I 5U<+0,5 126. (6) 5O ,0 ° о

Сигналы iA i поступают на входы усилителей 6 и 7, которые с помощью датчиков 8 и 9 тока поддерживают в фазах 2 и 3 обмотки якоря токи, близ55 кие к оптимальным, В результате электродвигатель развивает момент, равный требуемому значению N„ при минимальных потерях в обмотке якоря„

Выражения (4), (5), (6) определяют аппроксимацию функций: д 11 " (е ) "в 1 "е(") ° с помощью кубических сплайн-функций, Выражения,(1), (2), (7) получены в результате решения методом множителя Лагранжа задачи на условный экстремум: найти токи дд, i> создающие требуемый электромагнитный момент, Y. при минимальных потерях в обмотке якоря: .2

4+4 ì (8) абая (е )+1-е е(е ) 11

Функция Лагранжа и условия ее стационарности имеют вид:

7=1 д 1 h(izEpz (ed)+i qz(og-Ì), .2

2д+Ъц „(<) =0 (9) (10) 21. ь+Мв(о4) =0

Из равенств (8) - (1 0) получаем .. а Xq A(<) .О ЪЩ(Ы) д ь()+< х(1)

Формула изобретения

Моментный вентильный электродвигатель, содержащий синхронную машину с двухфазной обмоткой якоря, датчик положения ротора, механически соединенный с ротором синхронной машины, два усилителя, выход каждого из которых подключен к соответствующей фазе обмотки якоря через датчик тока, выходом подключенный к входу обратной связи усилителя, выход датчика положения соединен с входом блока разделения сигнала на целую и дробную части, постоянное запоминающее устройство, два канала управления, каждый из которых выходом подключен к входу одного из усилителей, о т л ич а ю щ и. и с я тем, что, с целью повышения точности стабилизации мо1 мента, введены два счетчика, второе

1554084

10 постоянное запоминающее устройство, RS-триггер, логические схемы 2ИЛИ

2И, инвертор, дешифратор и генератор импульсов, а каждый KBHGJI управ- 5 ления составлен из четырех регистров, четырехвходового, пятивходового, трехвходового и двухвходового сумматоров и четырех перемножителей, при этом в каждом канале управления четырехвходовый сумматор выполнен с коэффициентами суммирования по первому, второму, третьему и четвертому входам, равными соответственно -0,5;

1,5; -1,5; 0,5, и выходом подключен к первому входу первого перемножителя, выход которого соединен с третьим входом пятивходового сумматора, выполненного с коэффициентами суммирования по его входам, равными соответ" 20 ственно 1; -2,5; 1; 2; -0,5, а выходом подключенного к первому входу

,второго перемножителя, выход котороI ! го соединен с вторым входом трехвхоl

; дового сумматора, выполненного с ко- 25 эффициентами суммирования по указанным его входам, равными соответственно -0,5; 1; 0,5, и выходом подключенного к первому входу третьего, перемножителя, выход которого соеди:нен с вторым входом двухвходового сумматора, выходом подключенного к

1 первому входу четвертого перемножителя, выход которого образует выход канала управления, вторые входы чет . вертых перемножитепей каналов управления объединены и образуйт первый вход задания момента для каждо. го канала управления, вторые входы первого — третьего перемножителей каналов управления объединены, образуя второй вход каждого канала управления, подключенный к выходу дробной части блока разделения сигнала на дробную и целые части, в каждом 45 канале управления первые входы четырехвходового, пятивходового и трехвходового сумматоров подключены к выходу первого регистра, выход второго регистра канала управления соединен с вторыми входами четырехвходового и пятивходового сумматоров и первым входом двухвходового сумматора, третьи входы четырехвходовогои трехвходового сумматоров и четвер:"тый вход пятивходового сумматора подключены к выходу третьего регистра, а выход четвертого регистра соединен с четвертым и пятым входами соответствующих сумматоров, первые входы регистров в каждом канале объединены, образуя третий вход канала управления, подключенный к выходу одного из постоянных запоминающих уст .ройств, вторые входы первогочетвертого регистров каждого -канала управления являются соответственно четвертым, пятым, шестым и седьмым

его входами, причем четвертые входы каналов управления и S-вход RS-триггера соединены с первым выходом дешифратора, второй и третий выходы которого подключены соответственно к пятому и шестому входам каналов управления, седьмые входы которых и

R-вход упомянутого триггера соединены с четвертым выходом дешифратора, вход данных которого соединен с выходом первого счетчика, а синхронизирующий вход — с выходом инвертора, входы инвертора, первого счетчика и второй вход логической схемы

2И подключены к выходу генератора импульсов, первые входы логических схем 2ИЛИ и 2И подключены к выходу

RS-триггера, второй вход логической схемы 2ИЛИ вЂ” к выходу инвертора, а ее выход — к синхронизирукщим входам упомянутого блока разделения и второго счетчика, вход установки начального значения и суммирующий вход которого соединены соответственно с выходами целой части упомянутого блока. разделений и логической схемы 2И, а выход второго счетчика— с входами постоянных запоминакщих устройств, выполненных с возможностью реализации функций соответственно.. ч (w)

U ()- — — — — ——

Ч ()+ Чв() <Ь(о ) у () Й

q Ж+Ч Ы где q< (ф ) и q@ (g) связывают электромагнитный момент М синхронной: машины с токами i и i в фазах обмотки якоря, М 4 Va()+is цв()

К вЂ” угол поворота ротора синхронной машины.

1554084 и

Составитель А.Иванов

Редактор И.Сегляник Техред А.Кравчук

Корректор А.Обручар. Заказ 463 Тираж 436 Подписное.

ВНИИПИ Государственного комитета по изооретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 101