Способ импульсного управления вентильным электродвигателем

 

Изобретение относится к электротехнике . Целью изобретения является повышение линейности регулировочных механических характеристик при сохранении минимальных пульсаций электромагнитного момента. Способ импульсного управления вентильным электродвигателем заключается в том, что по командам датчика 3 положения ротора 14 электромеханического преобразователя 1 формируют управляющее воздействие на каждый из ключей 4-9 преобразователя 2 частоты на угловом интервале (if - 2ft/3 с фазовым сдвигом @ 2и/3 для каждого последующего ключа в группе и фазовым сдвигом 8Г IT для каждого из ключей 7,8, 9 другой группы, подключенных соответственно к одноименным секциям 11,12,13 обмотки якоря электромеханического преобразователя 1. В начале каждого межкоммутационного интервала определяют группу ключей, в которой произошла очередная коммутация ключей по командам датчика 3, и осуществляют периодическое включение и выключение ключа этой группы. Дополнительно на этом же коммутационном интервале в противофазе с этим ключом периодически включают и выключают ключ другой группы, который связан с той же секцией, что и первый из упомянутых ключей. Во время импульса управления в соответствующих секциях обмотки якоря наводится ЭДС вращения, направленная встречно току от источника 51 питания. Во время паузы импульса управления образуются новые цепи для протекания тока по секциям обмотки якоря, обусловленного ЭДС вращения. В результате на каждом межкоммутационном интервале секции обмотки якоря обтекают непрерывным током. Сквозные токи от источника 51 отсутствуют. 5 ил. с « ОЭ ел 3 &э

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

6® 61) А2 йй

11111Щ е, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

flO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (61) 1464263 (21) 4157730/07 (22) 09,12,86 (46) 15.04.91 Бюл.11- 14 (71) 11осковский энергетический институт (72) А.А,Иванов и В.К.Лозенко (53) 62-83:621 ° 718.5(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1464263, кл. Н 02 Р 6/02, 1986. (54) СПОСОБ И11ПУЛЬСНОГО УПРАВЛЕНИЯ

ВЕНТИЛЬНЬВ1 ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ (57) Изобретение относится к электротехнике-. Целью изобретения является повышение линейности регулировочных механических характеристик при сохранении минимальных пульсаций электромагнитного момента. Способ импульсного управления вентильным электродвигателем заключается в том, что по командам датчика 3 положения ротора 14 электромеханического преобразователя 1 формируют управляющее воздействие на каждый из ключей 4-9 преобразователя 2 частоты на угловом интервале (= 2 n/3 с фазовым сдвигом g = 2a/3 для каждого последующего ключа в группе и фазовым сдвиИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано в регулируемых электроприводах с вентильными электродвигателями.

Целью изобретения является повы° шение линейности, регулировочных механических характеристик при сохра-. (51)5 Н 02 Р 6 02 H 02 K 29

2 гом Я„= h для каждого из ключей 7,8, 9 другой группы, подключенных соответственно к одноименным секциям

11,12,13 обмотки якоря электромеханического преобразователя 1. В начале каждого межкоммутационного интервала ! определяют группу ключей, в которой произошла очередная коммутация ключей по командам датчика 3, и осуществляют периодическое включение и выключение ключа этой группы. Дополнительно на этом же коммутационном интервале в противофазе с этим ключом периодически включают и выклачают ключ другой группы, который связан с той же секцией, что и первый из упомянутых клачей. Во время импульса управления в соответствующих секциях обмотки якоря наводится ЭДС вращения, направленная встречно току от источника 51 питания. Во время паузы импульса управления образуются новые цепи для протекания тока по секциям обмотки якоря, обусловленного ЭДС вращения. В результате на каждом межкоммутационном интервале секции обмотки якоря обтекают непрерывным током. Сквозные токи от источника 51 отсутствуют. 5 ил. нении пульсаций электромагнитного момента, На фиг. l изображена схема устройства управления вентильным электродвигателем; на фиг.2 — диаграммы работы устройства управления вентильным электродвигателем; на фиг,3 и

4 — электрические контуры и контурные токи, образованные соответственно на втором и третьем межкоммутационных интервалах на фиг.5 — ЭДС

У

5 вращения, наведенные в секциях электродвигателя, и токи протекающие во .Ь время импульса сигнала управления, и паузы сигнала управления i

Вентильный электродвигатель, реализующий данный способ управления, содержит многосекционный электромеханический преобразователь l, двухполупериодный преобразователь 2 час" таты, датчик 3 положения ротора ° 15

Преобразователь 2 частоты включает в себя анодную группу ключей 4-6, катодную группу кюпочей 7-9 и диодный мост 10 обратного тока. Электромеханический преобразователь 1 включает в себя секции 11 — 13 якорной обмотки .. и индуктор 14. Устройство управления включает в себя логический блок 15 преобразования сигналов, датчиков 3 положения ротора в сигналы управления 25 ключами преобразователя 2 частоты, формирователи 16-21 импульсов, сумматор 22, триггер 23, восемь логических элементов 2ИЛИ 24-31. Иост обратного тока 10 включает в себя диоды

32-37. Вентильный электродвигатель содержит также логические элементы

2И 38-43 с двумя прямыми входами и

2И 44-49 с одним прямым и одним инверсным входами.

Импульсы управления Б,,до подаются на первый вход каждого элемента 24, 25, на второй вход которых подается сигнал с соответствующего выхода триггера 23, Логическое состояние 4п сигналов на выходах триггера 23 определяет прохождение импульсов управления U tl для отключения ключей анодной или катодной группы ключей преобразователя 2 частоты. Функциональный преобразователь формирует по сигналам датчика 3 положения ротора сигналы управления для каждого ключа преобразователя 2 частоты. Эти сигналы перемножаются с сигналом управления в элементах 38-43 и подаются на управляющие цепи ключей 4-9 через логические элементы 26-31, Логический блок 15 связан с сумматором

22 через формирователи импульсов

16-21, которые формируют импульсы при смене межкоммутационных интервалов. При определенной конструкции датчика 3 функциональный преобразо"

73 4

t ватель может отсутствовать. Выход сумматора 22 подключен к счетному выходу триггера 23, вход уставки ну.ля которого подключен к выходу формирователя импульсов lá. Элементы

38-43 обеспечивают выключение соответствующего ключа одной из групп преобразователя 2 во время паузы управляющего сигнала. Элементы 44-49 обеспечивают включение соответствующего ключа другой группы ключей преобразователя 2 в то же время. Сигналы U, -U l подаются на цепи управления ключей 4-9 с элементов 26-31, изменяя сигналы управления U<-1 >.

Импульсное управление вентильным электродвигателем происходит следующим образом.

Предположим, что при включении питания на первом межкоммутационном интервале (фиг.2) по командам датчика 3 включатся ключи 4,8 преобразователя 2. Секции 11 12 обмотки якоря электромеханического преобразователя окажутся подключенными к источнику питания. Двигатель начнет вращаться, После поворота индуктора (ротора) 14

2 ц на угол g = -„- в анодной группе клюк 3 чей по командам датчика 3 произойдет отключение ключа 4 и включение ключа

5. Угловой интервал включенного состояния каждого ключа составляет

21(= «3-. Переключение ключей 7,8,9 в катодной группе будет происходить по сигналам датчика 3 со смещением на угол 91. = я относительно ключей 4,5, .б, подключенных соответственно к одноименным секциям электромеханического преобразователя, Указанные угловые интервалы обеспечивает конструкция датчика 3 и логика работы блока 15.

В начале очередного Ъ-го межкоммутационного интервала выявляют группу ключей преобразователя частоты, в которои произошла очередная коммутация ключей по командам датчика 3 положения, и осуществляют периодическое включение и вь|ключение ключа этой, группы. Осуществляется выявление требуемой группы ключей следующим образом. Например, на первом межкоммутационном интервале триггер 23 устанавливается в нулевое состояние по прямому выходу, за счет подачи импульса с.формирователя 16, На инверс5 164 ном выходе 50 установится логическая единица. Это состояние триггера определяет прохождение импульса управ-. ления на анодную группу ключей 4,5 и 6. При переходе на второй межкоммутационный интервал триггер 23 переключается под действием импульса с формирователя 21 и импульсы управления на втором межкоммутационном интервале поступает на катодную группу ключей 7,8 и 9.

Рассмотрим электрические процессы, происходящие при реализации способа, на примере образующихся структур электрических контуров на втором и третьем межкоммутационном интервалах.

В соответствии с диаграммой работы ключей 4-9 (фиг.2) на втором межкоммутационном интервале под действием сигналов датчика 3 положения ротора во время импульса управления будут включены ключи 4 и 9.

В момент паузы управляющего сигнала размыкается ключ 9, так как на втором входе элемента 24 на втором межкоммутационном интервале имеет место логический ноль с инверсного выхода 50 (U ) триггера 23 и импульсы управления проходят на катодную группу ключей 7-9 преобразователя 2.

Одновременно с переходом логического элемента 43 в логический ноль, логический элемент 49 перейдет в состояние логическая единица и подаст управляющий сигнал на ключ 6 анодной группы, который, как и ключ 9, подключен к секции 13. Ключ 6 на втором межкоммутационном интервале во время паузы управляющего сигнала будет включен.

Во время импульса управления на втором межкоммутационном интервале

° 0 ток 1 от источника 51 будет проте1 кать по секциям l), 13 через ключи

4,9 (фиг.3). В секциях ll 13 наводится ЭДС вращения е „ (фиг.5) направленная встречно по отношению

° Lt к току i . В момент паузы управляюще1 го сигнала выключится ключ 9 и включится ключ b, так как секции 11,13 отключены от источника 51 питания, Ток i будет уменьшаться, замыкаясь

° М по цейи ключ 4 — секции 1,13 — диод 34 — ключ 4 (участок à-6 на фиг.5) °

° И

После равенства i = 0 образуется ф новая электрическая цепь: ключ 6—

2573 6

55 секции 13,11 — диод 32-ключ 6, по которой под действием ЭДС вращения е g < будет протекать ток i (учас° и ток б-в). Еа второй половине второго межкоммутационного интервала, после достижения угла Egk (фиг.5), ЭДС вращения е< .lg, наводимая в секциях

13, 12, превысит ЭДС вращения е < „11 наводимую в секциях 12,11. В результате этого образуется новая электромагнитная цепь . ключ 6 — секции 13, 11 — диод 33 — ключ 6, по которой во время пауз сигнала управления, на второй половине межкоммутационного интервала, под действием ЭДС е я 1 будет протекать ток i . Его величина

° а к концу интервала будет увеличиваться, так как увеличивается е 1

В течение всего межкоммутационного интервала в электродвигателе протекают непрерывные токи, что повышает линейность регулировочных характеристик.

На фиг.5 при первом импульсе управления показан ток i (коммутациК онный ток), вызванный переключением ключей под действием сигналов датчика 3 положения ротора при переходе на очередной межкоммутационный интервал.

На третьем межкоммутационном интервале по командам датчика 3 будут включены ключи 5 и 9. На счетный вход триггера 23 с формирователя 17 импульсов поступит сигнал через сумматор 22. Ка прямом выходе триггера

23 установится логический ноль и импульсы управления для выключения ключа будет поступать на анодную группу ключей, т.е. на этом интервале будет периодически выключаться ключ 5. Одновременно с переходом элемента 39 в ноль, логический элемент 45 перейдет в логическую единицу. Это приведет к подаче управляющего сигнала Ь с элемента 30 на ключ 8.

В момент импульса управления по секциям 12,13 будет протекать ток от источника 51 питания через клю.Ц

4 чи 5,9. При выключении ключа 5 и включения ключа 8 после уменьшения тока до нуля образуется новая электри"

° М ческая цепь . ключ 8 — секции 12,13— ф диод 37 — ключ 8, по которой под действием ЭДС протекает ток i . На второй половине третьего межкоммута164 ционного интервала в момент паузы импульса управления и после равенства тока i нулю образуется дополниФ тельная электрическая цепь. ключ 8— секции 12,11 — диод 35 - ключ 8, по которой протекает ток i под дейст% вием нарастающего участка ЭДС враще4 ния. В двигателе также протекают непрерывные токи.

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает повышенную линейность регулировочных характеристик за счет непрерывности токов во время паузы сигнала управления благодаря образованию электромагнитных цепей, по которым протекает ток под действием ЗДС вращения. Кроме того, реализуется управление, при котором на каждом межкоммутационном интервале электромагнитные процессы повторяются, уменьшаются пульсации электромагнитного момента,.происходит равномерная загрузка ключей преобразователя частоты.

Применение данного способа управ- ° ления при частоте управляющего сигнала, кратной частоте вращения вентильноro электродвигателя, и при появлении импульса управления в начале

2573

МК-интервала позволит одновременно с увеличением линейности сохранить жесткость регулировочной характеристики двигателя в области малых сигналов управления, что существенно сказывается на разрешающей способности при реализации следящих электроприводов.

Формула из об ретения

Способ импульсного управления венгильным электродвигателем по авт.св.

& 1464263, отличающийс я тем, что, с целью повышения линейности регулировочных механических характеристик при сохранении. минимальных пульсаций электромагнитного мо20 мента, на каждом межкоммутационном интервале в противофазе с периодически включаемым и выключаемым по командам управления ключом одной группы ключей преобразователя частоты дополнительно по указанным командам вклю- чают и выключают ключ другой группы, который подключен к той же секции обмотки якоря электромеханического преобразователя, что и первый из упомянутых ключей.

1642573 лючеиное соппомное ючей ори „--„г ,чгВ

Техред д,Олий,»

Ко рректо р А. Ос ауленко

Редактор H.Êàìåíñêàÿ

Заказ 1435 Тираж 355 Подписное

3HHKtH 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

Ич;, (fag

Угу

U30 г я c ms

Межкоммуптцоонные

uamepkrmi

euz Z