Вентильный электропривод постоянного тока

 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для высокоточных электроприводов, в частности звукаи видеоааписывающих устройств. Цель изобретения - повышение равномерности частоты вращения путем повышения точности формирования управляющего воздействия, С этой целью в вентильном электроприводе постоянного тока цифроаналоговые преобразователи 8-10 подключены к усилителям 5-7 мощности. Электропривод содержит также преобразователь 11 кода, три блока 12-14 умножения и три сумматора 15-17,

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„, Ж„„1676055 А1 (si)s Н 02 Р 6/02

ГОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

/ .Ы(я ;

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4642113/07 (22) 27.02.89 (46) 07.09.91. Бюл. hh 33 (72) А.И.Горон, В.В.Косарев, Л.Б.Коц, Г.С.Крылов, П.Г.Репин и В.В.Чулючкин (53) 62-83;621.717,5 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

ЬЬ 674163, кл. Н 02 К 9/06, опублик. 1979.

Авторское свидетельство СССР

ЛЬ 807457, кл. Н 02 К 29/06, опублик. 1981.

Патент США М 4507590. кл; Н 02 Р 6/02, 1985.

Авторское свидетельство СССР

ЬЬ 1324088, кл. H 02 Р 6/02, 1987. (54) ВЕНТИЛЪНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнике и предназначено для высокоточных электроприводов. в частности звуко- и видеозаписывающих устройств. Цель изобретения — повышение равномерности частоты вращения путем повышения точности формирования управляющего воздействия. С этой целью в вентильном злектроприводе постоянного тока цифроаналоговые преобразователи 8 — 10 подключены к усилите.лям 5-7 мощности. Электропривод содержит также преобразователь 11 кода, три блока

12-14 умножения и три сумматора 15-17, 1676055 75

35 сумматор 20, суммиру}с щие входы которого подключены к выхог(ам лзмерлтеля 19 временных интервалов, а выходы падклюены к входам дешиф-.}этара 22 и в (одам данных блока 23 памяти. Адресные вхзды блока 23 гьзмяти с единены с выходами детектора 3 датчика г:оло:кения ротора.

Напряжения, подаваемые в обмотки 4 IKoИзобретение относится к электротехнике и предназначает:я,цг}п высокоточных электрог(риводов, в частности звука- vl Видеозаписывающих устройс гэ.

Цель изобретения — повышение равномерности частоты вращения двигателя путем повышения точн;}сти формирования уг(равля ющего Ваздейс(Вия,.

}-(а фиг. 1 представлена бгс;к-схема цифрового бесконтактногс двиг,зтел .;;Ia фиг, 2 —, временные длаграммы рабать} а(†дельных блоков схемы.

Вентильный эг}ектроп„"ивод содержит синхронную машину с ра- ором i в виде постояннога магнита, на валу которого устаноВлен цифр(зе}ай дат }и к положения, составленный из кодо огс; датчика 2 и детектора 3, оптически связанного с кодовь,м датчиком 2. Обмотки 4 якоря синх(зонной машины подключены к выходам соот(:етс вующих усилителей 5 и 7 мощности. Входь( которых соединены с выхоцами соответствующих цифроаналоговых преобразователей (ЦАП) 8 — 1Q. Вентильныи электроприв(зд содержит преобразователь 11 кода, входами подклкзченный к выходам дете}(тора

3 Датчика положения poгара. Дополнительно вентильный электропривод содержит три блока 12 и 14 умно>кения и три сумматора 15 — 17, выходы которых соединены с входами соотве-н;тву ащих ЦАП 8-io.

СУММИРУЮЩИЕ ВХОДЫ СВЯ:3ЭНЫ С СООТЕ}(.Т ствующими Выхйда(г и п}}еобразователЯ

11 кодов и первыми входа(ли соответствующих блоков 12-14 умножения. зь}ч(}та}ащие входы сумматоров связаны c: выходами соответствующих блоков 12-14 умножения. Также введе} ы дополнительный ЦАП 18, измеритс.:ль 19 временных интервалов и четвертый сумматор 2О, суммирующие входы <атарого и здключены к выходам измерителя 19, вход которого связан с младшим разрядам детектора 3 положения ро ора дв,}гателя, вь.читающие вхадь! сумматора 2}О:аеди}чены с входа "l.», 21 схемы Вентильно} 0 элект(зопр}иВОда ря синхронной машины, определяются отклонением частоты вращения ротора синхронной машины ат заданной при данном угловом положении ротора, При этом уменьшаются пульсации момента, обусловленные неточностью изготовления,. разбросом электрических параметров и неточна(..тью сборки. 2 ил. входами,цаполнительного ЦАП 18, выход которого связан с объединенными между собой управг(яющими входами ЦАП 8 10„

Выходы суммато}за 1(.} подключены к входам дешифратара 22 и входам Данных блока 23 памяти связаны с объединенными между собой вторыми входами блоков 12 — 14 умножения. Адресные входы блока 23 памяти соединены с соответствующими выходами детектсра 3 дат(ика положения ротора.

Вход записи блока 23 памяти подключен к вь}ходу элемента И 24; первый вход которога соединен.с выходом младшего разряда датчика положения ротора, а второй вход соедин н с Вь}ходом делителя 25 частоты и

S-входом первого RS-триггера 26, R-вход

RS-триггера 26 подключен к второму входу

27 вентильного электрапривода и первому входу элемента ИЛИ 28, Выход RS-триггера

26 соединен с вторым входом элемента ИЛИ

2В. Выход элемента ИЛИ 28 подключен к

R-входу (3a 0po f o RS òðè ããåðà 29, S-вход которого соединен с Вь}ходом дешифратора

22, Выход RS-триггера 29 связан с первым входом элемента Y ЗО, второй вход которого подключен к выходу старшего разряда датчика положения ротора. Выход эгемента И

30 соединен с входом делителя частоты 25.

Вентильный элек гропривод постоянного така работает следующим образом.

Импульсный сигнал высокого уровня, поданный на вход 27 электропривода, поступает на R-вход RS-триггера 26 и R-вход

R.,--триггера 29 через элемент ИЛИ 28, сбрасывает аба триггера в ноль и приводит схему в исходное состояние. Кроме того, в исходном состоянии на входах 21 электропривада задано нулевое значение кода и заданной частоты вращения синхронной машины и ее ротор находится в неподвижном по, .Ожении, a ao всех ячейках блока

23 памяти находятся нулевые значения кодов. Запуск асинхронной машины (цвигателя) производится (задачей на входы 21 када Й э ф О заданной частоты зращения, При это(и сигналы D(3, г:} >. Оъ Da -. детектора

167.6055

3 датчика положения ротора через преобразователь 11 кодов поступают в виде трех о а о синусоидальных сигналов йд, Мво, Nc, сдвинутые между собой на 120 эл.град., нэ суммирующие входы соответствующих сум- 5 маторов 15-17 и на первые входы блоков

12-14 умножения. На вторые же входы соответствующих умножителей в это время подаются нулевые значения с выходов данных блоков 23 памяти, Таким образом, на 10 вычитэющие входы сумматоров 15-17 с выходов блоков умножения при разгоне двигателя подаются нулевые коды, а с вы ходов сумматоров на входы соответствующих ЦАП вЂ” сигналы NA = йд, Мв = йв и йс 15 о

- йс . Далее, аналоговые сигналы с соответствующих выходов ЦАП 8-10 преобразуются в усилителях 5-7 мощности в напряжения UA, UB, 0с, подаются на обмотки 4 якоря синхронного двигателя. Причем 20 преобразователь 11 кодов преобразует цифровой код с выхода детектора 3 таким образом, что магнитные поля ротора и статора сдвинуты нэ 90 эл.град, что обеспечивает максимум момента двигателя. 25

Частота вращения ротора при этом задается амплитудой синусоидального напряжения на обмотках статора. Изменение данной амплитуды достигается с помощью изменения опорного напряжения 30

Uoï ЦАП 8 — 10. В свою очередь значения

0оп формируется ЦАП 18 пропорционально сигналу (коду) Из заданной частоты вращения. Таким образом, напряжения, подаваемые на обмотки 4 двигателя, on- 35 ределяются выражениями

UA u NAUon и йдВlз, 0в " Ив0оп йвИз, 0с йс0оп Мсй/з. 40

В процессе вращения ротора измеритель временных интервалов 19 осуществляет измерение текущей частоты вращения ротора. Для этого используется младший разряд Do (фиг.2) датчика положения рото- 45 ра, Измерение ведется путем заполнения сигналом высокой частоты импульса, равного по длительности временному интервалу между двумя соседними фронтами, сигнала Dp с датчика положения ротора. 50

Число высокочастотных импульсов, заполняющих низкочастотный сигнал Do, обратно пропорционально частоте вращения двигателя, а выходной сигнал И4 измерителя

19 пропорционален текущей частоте вра- 55 щения двигателя. Следовательно, с выхода измерителя 19 на суммирующий вход сумматора 20 при каждом новом значении кода на выходе датчика положения ротора двигателя будет подаваться измеренное значение Wx его текущей частоты вращения.

Как только двигатель достигнет заданной частоты вращения, значения на суммирующих входах сумматора 20 станут равными значениями на вычитающих входах сумматора. Поэтому на выходах сумматора будем иметь Л W= О. Данное значение

Л ЧЧ= О, поступая на входы дешифратора 22, дает появление логической единицы в виде сигнала 0 íà его выходе (фиг.2). Этот сигнал, поступая на S-вход RS-триггера 29, устанавливает его в единичное состояние

Uö = 1. Сигнал U высокого уровня с выхо-. да RS-триггера 29, поступая на вход элемента И 30, разрешает прохождение сигнала от старшего разряда 0и (N = 1,2,3) детектора положения ротора на вход делителя 25 частоты.

Как только на вход делителя частоты поступит отрицательный фронт сигнала с выхода элемента И 30, что соответствует установке на выходе детектора 3 кода, равногс нулю йд = О, то на выходе делителя частоты появится напряжение 0д высокого уровня, которое будет удерживаться в течении одного оборота ротора. Этот сигнал, поступая на вход элемента И 24, выходным сигналом Uз разрешит прохождение сигна. ла с выхода младшего разряда Оо детектора положения ротора на вход записи блока 23 памяти. По положительным и отрицательным фронтам этого сигнала в блок памяти записывается, поступая с выхода сумматора, код рассогласования AN/, который равен разности между значениями текущей W и заданной Wз.скорости, Эти величины связаны с пульсацией скорости, определяемой как неточностью изготовления механических деталей двигателя, разбросом их электромагнитных параметров, так и неточностью сборки ротора и статора двигателя. Причем в блоке памяти записываются значения для каждого из кодов детектора положения ротора. а следовательно, для всех углов поворота ротора 1 относительно статора 4.

С появлением следующего, нулевого значения кода Мд = О с выходов детектора положения ротора на выходе делителя 25 частоты установится низкий уровень, который, приходят нэ вход элемента И 24, запретит дальнейшее прохождение сигналов записи на вход записи блока 23 памяти.

Кроме того, отрицательный перепад сигнала Uä с выхода делителя 25, поступив на

S-âõîä RS òðèããåðà 26, установит триггер в единичное состояние и его сигнал Ог1 поступив через элемент ИЛИ 28 íà R-вход RSтриггера 29 и сбросив его в ноль, запретит

1676055 дальнейшую запись в блок 23 памяти, так как даже при поступлении сигналов на 3вход данного триггера он останется B сброшенном состоянии, пока на R-входе постоянно присутствует сигнал высокого

; уровня.

Таким образом, в блоке 23 памяти формируется таблица кодов, равных отклоне:,нию текущей скорости вращения двигателя

: от заданной. Причем значение ANfi записанное в i-й ячейке памяти, соответствует углу положения ротора aj при котором на выходе детектора 3 сформирован код йд = 1.

В процессе дальнейшей работы двигателя, сигнал W с выходов данных блока 23 памяти поступает на объединенные между

: собой вторые входы умножителей 12—

14, На первые входы данных умножите. лей подаются соответствующие сигналы . Aéä, ANa, Лйс. Следовательно, на выходах умножителей находятся сигналы

Л МА, Лйв, Л Nc. отличные от нуля. Таким образом, сигналы на выходах сумматоров

15 — 17, а значит, и напряжения на обмотках

4 якоря определяются формулами

Г4А(а ) = ИМ1 — Д1И(а )) = Nm(1 ДИ(сц )) 8!п и ° нв(Я) =НМ1 — дчч(с4)) =: г4„)1 -д1л(а1)) 1п(<4+120 ) н,(щ) =qE(1 дщ(4)) ==í„(1 — дм(д)) In(+24о ) где Л- М/т Ws, Йп — амплитуда сигналов

NA, НВ ; Nc .

Как видно из приведенных выражений. амплитчда сигналов, подаваемых на обмотки двигателя, зависит от величины

ЛW(a). В том случае, если частота вращения двигателя при данном угле al поворота ротора выше заданной, т.е. Л1И> Ото значение Nm(1 — AN((а ))уменьшается и ротор двигателя в данном положении тормозится. Если же ЛЧ/1 < О то, амплитуда напряжения, подаваемого на обмотки статора, увеличивается, что приводит к повышению частоты вращения ротора двигателя при данном угле его поворота. Таким образом, напряжения, подаваемые на обмотки двигателя, определяются, отклонением частоты вращения ротора от заданной при данном угловом положении вала. Это позволяет уменьшить пульсации момента, обусловленные как неточностью изготовления механических, деталей двигателя, разбросом его электромагнитных параметров, так и неточностью сборки ротора и статора двигателя.

Формула изобретения

Вентильный электропривод постоянного тока, содержащий синхронную машину с

m-фазной обмоткой якоря и ротором в виде постоянного магнита, на валу которого установлен цифровой датчик положения ротора с выходами старшего и младшего разрядов, 5 усилители мощности, выходы которых соединены с выводами m-фазной обмотки якоря, а входы —. c выходами соответствующих цифроаналоговых преобразователей, преобразователь кода, входами соединенный с

10 выходами старшего и младшего разрядов цифрового датчика положения, блок памяти, адресные входы которого подключены к указанным выходам цифрового датчика положения, о тл и ч а ю шийся тем, что, с

15 целью повышения равномерности вращения путем повышения точности формирования управляющего воздействия. введены три блока умножения, четыре сумматора, выходы первых трех сумматоров сое20 динены с входами соответствующих цифроаналоговых преобразователей, а суммирующие входы первых сумматоров соединены с соответствующими выходами преобразователя кодов и первыми входа25 ми соответствующих умножителей, вычитающие входы первых трех сумматоров связаны с выходами соответствующих умножителей, дополнительный информационнblй цифроаналоговый преобразователь, ЗО делитель частоты, дешифратор, два RSтриггера, два элемента И, элемент ИЛИ и измеритель временных интервалов, вход которого соединен с выходом младшего разряда датчика положения ротора и пер35 вым входом первого элемента И а выходы соединены с суммирующими входами четвертого сумматора, вычитающие входы которого соединены с первыми входами вентильного электропривода и входами

40 дополнительного цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с объединенными между собой управляющими входами цифроаналоговых преобразователей, выходы четвертого сумматора

45 подключены к входам дешифратора и входам данных блока памяти, выходы данных которого соединены с объединенными между собой вторыми входами блоков умножения, а вход записи блока памяти подключен

50 к выходу первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом делителя частоты и S-входом первого RS-триггера, Rвход которого соединен с вторым входом вентильного электродвигателя и первым

55 входом элемента ИЛИ, выход первого RSтриггера соединен с вторым входом элемента ИЛИ, выход которого подключен к

R-входу второго RS-триггера, 8-вход которого соединен с выходом дешифратора, а выход соединен с первым входом второго

1676055 положения ротора, а выход подключен к входу делителя частоты. элемента И, второй вход которого подключен к выходу старшего разряда цифрового!

Составитель И.Головченко

Редактор НЯазоренко Техред M.Mîðãeíòàë Корректор M,Kó÷åðÿâàÿ

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

Заказ 3012 Тираж З ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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