Моментный вентильный электродвигатель

 

Изобретение относится к вентильным электродвигателям. Цель изобретения - повышение точности путем уменьшения пульсаций скорости вращения. Электродвигатель содержит двухфазную синхронную машину 1, подключенную через усилитель 5, 6 мощности синусного и косинусного каналов усиления к преобразователю 9 координат с датчиком положения, выполненным на бесконтактном вращающемся трансформаторе с двумя обмотками возбуждения: основной 14 и дополнительной 15. Основная обмотка возбуждения подключена к задатчику 18 скорости, а дополнительная обмотка - к источнику 19 постоянного тока. Такое включение приводит к формированию в сигналах выходных обмоток вращающегося трансформатора составляющих, пропорциональных угловой скорости, которые используются для введения тахометрической обратной связи, обеспечивающей стабилизацию скорости вращения. Выполнение дополнительной обмотки возбуждения, перпендикулярной основной обмотке, позволяет вводить синусную и косинусные составляющие угловой скорости вращения в одноименные каналы усиления, что устраняет влияние неравенства коэффициентов трансформации выходных обмоток вращающегося трансформатора на пульсации скорости. 5 ил.

СООЗ ООВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИ

РЕСПУБЛИК цц Н 02 К 29/»

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (2!). 4463423/24-07 (22) 20.07,88 (46) 30,07.90.Бюл, ¹ 28 (72) С,А,Батоврин, Л.М,Епифанова, А.Г.Иикеров и А.В,Яковлев (53) 621.313.292 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 746826, кл. Н 02 К 29/00, 1973.

Авторское свидетельство СССР № 1297!86, кл. Н02 К 29/06, 1987, (54) MOMEHTHbM ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕК POДВИГАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к вентильным электродвигателям, Цель изобретеиия — повышение точности путем уменьшения пульсаций скорости вращения, Электродвигатель содержит двухфазную синхронную машину 1, подключенную через усилители 5 и 6 мощности синусного и косинусного каналов усиления к преобразователю 9 координат с датчиком положения, выполненным на

„„SU„„f58229

2 бесконтактном вращающемся трансформаторе с двумя обмотками возбуждения: основной 14 и дополнительной 15.

Основная обмотка возбуждения подключена к задатчику 18 скорости, а дополнительная обмотка — к источнику 19 постоянного тока, Такое включение, приводит к формированию в сигналах выходных обмоток вращающегося трансформатора составляющих, пропорциональных угловой скорости, которые используются для введения тахометрической обратной связи, обеспечивающей стабилизацию скорости вращения, Выполнение дополнительной обмотки возбуждения, перпендикулярной основной обмотке, позволяет вводить синусную и косинусные составляющие угловой скорости вращения в одноименные каналы усиления, что устраняет влияние неравенства коэффициентов трансформации выходных обмоток вращающегося трансформатора на пульсации скорости. 5 ил, U „= А sinu) t с частотой м) опорного

Это напряжение создает возбуждения датчика 13 ток 1.„; напряжения, в обмотке 14 положения

U y A y cosurt

1 dt

? Lcu (2)

t где L - индуктивность обмотки 14 возбуждения.

Последнее напряжение справедливо, если пренебречь активным сопротивлением обмотки 14 возбуждения датчика

13 положения, что обычно выполняется в датчиках положения моментных вентильных электродвигателей при достаточно высокой частоте (о опорного напряжения, Напряжение UD источника 19 пос" тоянного тока создает в перпендикулярной обмотке 15 возбуждения постоянный ток

По

Х

R (3) где К вЂ” активное сопротивление дополнительной обмотки 15 возбуждения, Рассмотрим в качестве датчика 13 положения бесконтактный синусно-косинусный вращающийся трансформатор типа редуктосин, Потокосцепление синусной 16 и косинусной 17 обмоток редуктосина определяется токами взаимно перпендикулярных обмоток !4 и 1S возбуждения в соответствии с выражениями: (()11 = -! . Г Уз "(@

5 )S822 что и на фазочувствительные выпрямители 20 и 21, Вторичная обмотка трансформатора 33 соединена с потенциометром 34, движок которого подключен через управляющий вход 10 к ос5 новной обмотке 14 возбуждения датчика 13 положения (фиг,1), Средние точки трансформатора 33 и потенциометра 34 соединены с общей шиной 28, Иоментный вентильный электродвигатель (фиг,1) работает следующим образом, При подаче опорного.: напряжения

U „ задатчик 18 скорости формирует напряжение уставки скорости U neу ременного тока:

+ I cos(my+ дЦ; (4) (f f!,1с (i cos (m cp,+ ) + т. sin(m(р + 19 ) j, где ((— угол поворота. ротора;

19 — пространственный сдвиг фаз;

1(„, — конструктивный параметр,,определяемый схемой намотки, геометрическими размерами, характеристиками магнитопровода датчика 13 положения, Знаки в выражениях (4) для потокосцеплений определяются направлением включения обмоток 14 — 17, В дальнейшем будем считать пространственный сдвиг фаз 8 = О, что достигается начальным разворотом статора датчика 13 положения, По закону электромагнитной индукции ЭДС,наводимая в синусной 16 и косинусной 17 обмотках, равна с)М

e=- ——

dt (5) d 4 (S 1(1(, U = е — (-- — — + (6 dt Jt ь (6)

+ — — — — ) =-(——

+ - .Я), dt д1 Э(Р

dЧ где Я

dt — частота (скорость) вращения ротора 2, Выражение (6) получено в соответствии с правилом дифференцирования сложной функции.

Подставляя в (6) выражение (4), получим после преобразований:

)6: 1(,(с)+ " fÑ (К)+ "(ff) где U -- А si t sin m g

c: Км

1((с) у„ синфазная высокочастотная составляющая (8) U = — — — — — А cosset cos m+

1 мс ш.!

16(К1 L У

Тогда, предполагая достаточно большую величину, сопротивления нагрузки (режим холостого хода ), получим напряжение на выходе синусной обмотки 16:

1582292

= К с — — Q з1п m p - низко- 5 частотная составляющая (10) Синфазная (8) и квадратурная (9) составляющие определяются отиоситель- 10 но фазы опорного напряжения U

Для нормальной работы вен"ильного,электродвигателя частота опорного

1 напряжения выбирается гораздо больше частоты вращения синхронного двигателя 1 (обычно на два порядка):

Таким образом, фильтр 22 нижних

/ частот выделит только низкочастотную составляющую (1О), сформировав на своем выходе напряжение U, фаза и форма которого определяются передаточной функцией фильтров 22 и 23 : 25 нижних частот, (12) Кн14 — — --- Я ) sin my

ЗО где К и К вЂ” коэффициенты передачи фазочувствительного выпрямителя 20 и фильтра 22 нижних частот соответственно, Аналогичным образом может быть

35 получено напряжение на выходе блока 8 сравнения:

Кн Uo — — — — Я) соз my, R

Выражения (12) и (13) показывают, что в электродвигатепе осуществляется введение отрицательной обратной связи по скорости. Дпя обеспечения стабильности скорости вращения глубина обратной связи по скорости выбирается достаточно большой, Это достигается, например, подбором коэффициента усиления усилителей 5 и б мощности, а также регулировкой .напряжения И от источника 19 постоянного тока, 55

Для обеспечения высокой точности необходимо обеспечить равенство фаэочастотных характеристик фильтров 22 и 23 нижних частот и фаэочувствительквадратурная высокочастотная составляющая; (9) (о)) и (1 1) Фазочувствительный выпрямитель

20 выделяет огибающую синфазной составляющей (8) высокочастотного сигнала и подавляет квадратурную составляющую (9) высокочастотного сигнала, а также низкочастотную составляющую (10). Форма и фаза напряжения U o на его выходе определяется передаточной функцией выпрямителя 20, Подавление низкочастотной составляющей (10 } в фазочувствительном выпрямителе 20, показанном на фиг,3 объясняется тем, что относительно этой составляющей фаэочувствительный выпрямитель 20 работает как модулятор, формирующий переменное напряжение с нулевым средним значением, Это переменное напряжение подавляется фильтром нижних частот на выходе самого фазочувствительного выпрямителя 20, Действительно, если предположить, что транзистор 29 (фиг,3) открывается напряжением. отрицательной полярности на его базе и закрывается — положительной, то при положительной по— лярности опорного напряжения Uää (фиг,56) операционный усилитель 27 работает в неинвертирующем режиме и напряжение на его выходе (фиг,5в) соответствует входному найряжению.

U При отрицательной полярности напряжения U, транзистор 29 открыт, операционный усилитель 27 работает в инвертирующем режиме и напряжение на его выходе (фиг.5в) имеет обратный знак по сравнению с его входным напряжением U < . Как видно из фиг.5в, среднее значение напряжения U равно нулю, поэтому на выходе фильтра нижних частот, на резисторе 31 и конденсаторе 32 напряжение отсутствует.

Таким образом, фазочувствительные выпрямители 20 и 21 подавляют низкочастотную составляющую входного сигнала, Следовательно, на выходе 11 преобразователя 9 координат будет выделена огибающая синфазной высокочастотной составляющей сигнала (8), а на выходе фильтра 22 нижних частот— низкочастотная составляющая (10), Таким образом, на выходе блока 7 сравнения напряжение примет вид:

Кф

"т = U< U << K«(L Ау

КФ

U =U -U< =K (---A>—

3 11 5 мс, 1582292

l0 ных выпрямителей 20 и 21, что достигается выбором их параметров.

Аналогичный результат может быть получен и при выполнении преобра"

5 зователя 9 координат в соответствии с фиг. 2, Таким образом, устройство поддерживает скорость моментного вентильного электродвигателя пропорционально амплитуде уставки скорости, задаваемой задатчиком 18 скорости, При этом результирующая зависимости для частоты вращения справедлива при неодинаковых коэффициентах трансформации, которые могут иметь синусная и косинусная обмотки датчика положения ротора, поскольку изменение этих коэффициентов в одинаковой степени влияет на сигналы как в прямых каналах 2О на выходах 11 и 12, так и в каналах обратной связи на выходах фильтров

22 и 23, 4

Таким образом, в устройстве неравенство коэффициентов трансформации датчика положения ротора не приводит к увеличению пульсаций скорости вентильного электродвигателя, 30

Фо р мул а и з о бр е т е н и я

Моментный вентильный электро- двигатель, содержащий синхронную машину с синусной и косинусной фазами обмотки якоря на статоре, преобразователь координат с управляющим входом, синусным и косинусным выходами задатчик скоро сти, подключенУ ный к управляющему входу преобразова- 4р теля координат, первый и второй усилители мощности g выходами подклю ченные соответственно к синусной и косинусной фазам обмотки якоря синхронной машины, первый блок сравнения, по первому входу и выходу включенный

l между синусным выходом преобразователя координат и первым усилителем мощности, второй блок сравнения, по первому входу и выходу включенный между косинусным выходом преобразователя координат и вторым усилителем мощнос1 ти, первый- и второй фчльтры нижних частот, выходами подключенные к вторым входам первого. и второго блоков сравнения соответственно, преобразователь координат содержит датчик положения в виде вращающегося трансформатора с основной и дополнительной обмотками возбуждения, синусной и косинусной выходными обмотками, ме- ханически соединенный с ротором синхронной машины, источник постоянного тока, подключенный к дополнительной обмотке возбуждения вращающегося трансформатора, и;,ва фазочувствительных выпрямителя, включенные между синусной, косинусной выходными обмотками вращающегося трансформатора и спнусным, косинусным выходами преобразователя. координат соответственно, отличающийся тем, что, с целью повышения точности путем уменьшения пульсаций скорости вращения, дополнительная обмотка возбуждения вращающегося трансформатора установлена перпендикулярно основной обмотке возбуждения, а синусная и косинусная выходные обмотки соединены соответственно с входами первого и второго фильтров нижних частот, 1582292 ь, ЪЪ Ъ ф) Составитель А, Санталов

Редактор И,Петрова Техред 11.Ходанич Корректор С.Шевкун

Тираж 443

Заказ 2094

Подписное

ВНИКПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Иосква, R-35, Раутская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 п90даВЯщВиу

Уходу 1О

Ксинуснску Aiтбу л преабра,уОЮлелР Я