Вентильный электродвигатель

 

Использование: в системах управления антенн Сущность изобретения: для компенсации влияния температурной нестабильности фаз 4,5 обмотки якоря синхронной машины 1 электродвигатель снабжен идентификатором состояния обмоток. Для его функционирования введен генератор 28 высокочастотных синусоидальных колебаний, сигнал которого добавляется к входному сигналу одного из каналов управления фазами обмотки якоря синхронной машины 1. Высокочастотные переменные составляющие напряжения и тока на выходе усилителя 8 мощности первого сигнала управления выделяются фильтрами 30, 34 высоких частот и подаются в идентификатор состояния обмоток , т.е. на входы цепи обратной связи 14 (Л С vj ся о о Os

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4827332/07 (22) 21.05.90 (46) 23.07.92. Бюл, ¹ 27 (71) Центральное научно-производственное объединение "Ленинец" (72) А.Г,Уикеров, В,В.Галицкий, А,B,ßêoBлев и А.M.ßêîâëåâ (56) Азов А.К, и др..Электронные устройства следящих систем. — Л,; Судостроение, 1978, с.10, 146 — 148.

Авторское свидетельство СССР .

N. 1075344, кл. Н 02 Р 5/34, 1984.

Авторское свидетельство СССР

N 1297186, кл. Н 02 К 29/06, 1987, Авторское свидетельство СССР

¹ 1580516, кл. Н 02 Р 6/00, 1990. (54) ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ

„„SU „„1750016A1 (sl)s Н 02 Р б/00, Н 02 К 29/06 . Ь " р i: @ (57) Использование: в системах управления антенн, Сущность изобретения: для компенсации влияния температурной нестабильности фаз 4,5 обмотки якоря синхронной машины 1 электродвигатель снабжен идентификатором состояния обмоток. Для его функционирования введен генератор 28 высокочастотных синусоидальных колебаний, сигнал которого добавляется к входному сигналу одного из каналов управления фазами обмотки якоря синхронной машины 1.

Высокочастотные переменные составляющие напряжения и тока на выходе усилителя

8 мощности первого сигнала управления выделяются фильтрами 30, 34 высоких частот и подаются в идентификатор состояния обмоток, т.е. на входы цепи обратной связи 14

175001 б

15

25 первого канала управления, в состав которой входит электронная модель 16. Сигнал, пропорциональный относительному изменению сопротивления обмотки синхронной машины

1, сформированный дополнительным идентиИзобретение относится к электротехнике и предназйачено для электродвигателей различного назначения с плавным регулированием частоты вращения, в особенности эксплуатирующихся в широком диапазоне изменения температуры, например, в системах управления антенн, содер>кащих вентильные электродвигатели с непрерывной коммутацией.

Известен вентильный электропривод с регулированием частоты вращения, содержащий последовательно соединенные задатчик частоты вращения, блок сравнения, предварительный усилитель, синусно-косинусный датчик поло>кения, полупроводниковыA коммутатор и двухфазную синхронную машину, кинематически соединенную с датчиком положения, в котором для регулирования частоты вращения введен коллекторный тахогенератор постоянного тока, измеряющий частоту вращения ротора синхронной машины, Недостатком данного устройства является низкая надежность и малый срок службы, обусловленные наличием щеточно-коллекторного узла тахогенератора.

Известен также вентильный электропривод, в котором s Iкачестве датчика частоты вращения взамен коллекторного тахогенератора применен синхронный тахогенератор.

Недостатком данного устройства является сложность и недостаточная наде>кность, связанная с наличиемдополнительной электрической машины — синхронного тахогенератора.

В известном вентильном электроприводе с регулируемой частотой вращения отдельный тахогенератор отсутствует, а отрицательная тахометрическая обратная связь создается путем применения индукторного датчика положения ротора с дополнительной обмоткой возбуждения, подключенной к источнику постоянного напряжения, Сигналы в выходных. обмотках такого датчика содержат составляющие, пропорциональные частоте вращения, которые после фильтрации используются в каче30

50 фикатором состояния фаз обмотки якоря, поступает в основные идентификаторы состояния электродвигателя и корректирует их параметры с учетом фактического изменения сопротивления фаз обмотки. 4 ил, стае сигналов тахометрической обратной связи;

Недостатком этого известного устрой-. ства являются его узкие функциональные возможности, связанные с необходимостью применения специального четырехобмоточного датчика положения ротора индукторного типа. Кроме того, изменение сопротивления дополнительной обмотки возбуждения этого датчика, вызванное изменением температуры окру>кающей среды, мо>кет служить источником нестабильности частоты вращения электродвигателя.

Наиболее близким к предлагаемому является вентильный электродвигатель, содержащий двухфазную синхронную машину. ротор которой соединен с синуснокосинусным датчиком положения ротора, первый и второй каналы управления обмотками машины, каждый из которых состоит из блока сравнения, последовательно соединенных усилителя мощности, измерителя напря>кения и измерителя тока, подключенного к соответствующей обмотке синхронной машины, и цепи обратной связи, содержащей электронный идентификатор состояния синхронной машины с эталонной моделью, который по сигналам измерителя напряжения и измерителя тока формирует сигнал тахометрической обратной связи, пропорциональный проекции синхронной скорости электродвигателя, Недостатком этого вентильного электродвигателя является снижение точности регулирования частоты вращения при изменении температуры обмоток синхронной машины, Цель изобретения — повышение точности регулирования частоты вращения элек-тродвигателя.

Указанная цель достигается тем, что в вентильном электродвигателе, содер>кащем двухфазную синхронную машину, на роторе которой установлен синусно-косинусн ый датчик положения ротора, вход которого подключен к выходу задатчика частоты вращения, два канала управления, выходами подключенные к фазам обмотки якоря синхронной машины, а входами — к выходам. синусно-косинусного датчика поло>кения

1750016 первый вход блока умножения соединен с 55 выходом введенного компаратора, а второй вход с выходом электронной модели.

На фиг.1 представлена функциональная схема и редла гаемого вен тил ь ного электроротора, каждый канал управления составлен из последовательно соединенных между собой блока сравнения. входы которого образуют входы канала управления, усилителя мощности, измерителя напряжения и измерителя тока в цепи фазы обмотки якоря, цепи обратной связи, составленной из последовательно соединенных двухвходовой электронной модели, двухвходового сумматора и интегратора, выход которого соединен с первым входом электронной модели, компаратора, вторым входом соединенного с первым входом сумматора, второй вход которого связан с выходом компаратора, а выход цепи обратной связи подключен к второму входу данного канала управления, образованного вторым входом блока сравнения, электронная модель выполнена в виде последовательно соединенных блока сравнения, входы которого образуют соответствующие входы указанной модели и апериодического звена, а также введены генератор синусоидальных колебаний, сумматор, по первому входу и выходу включенный между выходом блока сравнения и входом усилителя мощности первого канала управления, а вторым входом подключенный к выходу упомянутого генератора, последовательно соединенные между собой первый фильтр высоких частот, входом соединенный с выходом измерителя напряжения первого канала управления, блок сравнения, апериодическое звено и компаратор, выход которого подключен к второму входу введенного блока сравнения, а второй вход компаратора через дополнительно введенный второй фильтр высоких частот — к выходу измерителя тока первого канала управления, каждая цепь обратной связи снабжена двумя фильтрами нижних частот, один из которых включен между вторым входом электронной модели и выходом измерителя напряжения данного канала, а второй — между первым входом компаратора и выходом измерителя тока данного канала, блоком сравнения, включенным по первому входу и выходу между выходом электронной модели и первым входом сумматора цепи обратной связи; последовательно соединенными двухвходовым блоком умножения и фазочувствительным выпрямителем, выходом подключенным к второму входу блока сравнения, опорным входом — к выходу генератора синусоидальных колебаний, причем

50 двигателя; на фиг.2 — 4 — фрагменты электрической принципиальной схемы предлагаемого электродвигателя, Предлагаемое устройство (фиг.1) содержит двухфазную синхронную машину 1, на роторе которой установлен синусно-косинусный датчик 2 положения ротора, вход которого подключен к выходу задатчика 3 частоты вращения, два канала управления, выходами подключенные к фазам 4 и 5 обмотки якоря синхронной машины 1, а входами — к выходам синусно-косинусного датчика 2 положения ротора. Каждый канал управления составлен из последовательно соединенных между собой блока 6(7) сравнения, входы которого образуют входы канала управления, усилителя 8(9) мощности, измерителя 10(11) напряжения и измерителя 12(13) тока в цепи фазы 4(5) обмотки якоря, цепи 14(15) обратной связи, составленной из последовательно соединенных двухвходовой электронной модели

16(17), двухвходового сумматора 18(19) и интегратора 20(21), выход которого соединен с первым входом электронной модели 16(17). компаратора 22(23), BTopblM входом соединенным с первым входом сумматора 18(19), второй вход которого связан с выходом компаратора 22(23), а выход цепи 14(15) обратной связи подключен к второму входу канала управления, образованного вторым входом блока 6(7) сравнения, В отличие от известного устройства в вентильном электродвигателе электронная модель 16(17) выполнена в виде последовательно соединенных блока 24(25) сравнения, входы которого образуют соответствующие входы модели 16(17) и апериодического звена 26(27). А также в вентильный электродвигатель дополнител ьно введены генератор 28 синусоидальных колебаний, сумматор 29, по первому входу и выходу включенный между выходом блока

6 сравнения и входом усилителя 8 мощности первого канала управления, а вторым входом подключенный к выходу генератора 28, последовательно соединенные между собой первый фильтр 30 высоких частот, входом соединенный с выходом измерителя 10 напряжения первого канала управления, блок 31 сравнения, апериодическое звено

32 и компаратор 33, выход которого подключен к второму входу блока 31 сравнения. а второй вход компаратора 33 через дополнительно введенный второй фильтр 34 высоких частот — к выходу измерителя 12 тока первого канала управления, Каждая цепь 14 и 15 обратной связи снабжена двумя фильтрами нижних частот 35(36) и 37(38), один

35(36) из которых включен между вторым

1750016 входом электронной модели 16(17) и выхо дом измерителя 10(11) напряжения, а второй 37(38) — между первым входом компаратора 22(23) и выходом измерителя—

12(13) тока, блоком 39(40) сравнения, включенным по первому входу и выходу между выходом электронной модели 16(17) и первым входом сумматора 18(19) цепи обратной связи 14(15), последовательно соединенными двухвходовым блоком 41(42) умножения и фазочувствительным выпрямителем

43(44), выходом подключенным к второму входу блока 39(40) сравнения, опорным выходом — к выходу генератора 28 синусоидальных колебаний, причем первый вход блока 41(42) умножения соединен с выходом компаратора 33, а второй вход с выходом электронной модели 16(17), Датчик 2 положения ротора (фиг.2) может быть выполнен, например, в виде синусно-косинусного вращающегося трансформатора

45 с входной обмоткой 46 и двумя выходными: синусной 47 и косинусной 48 обмотками, Вхорная обмотка 46 подключена к выходу зада чика 3 частоты вращения, Ротор 49 вращающегося трансформатора соединен с ротором синхронной машины 1, Выходные обмотки 47 и 48 вращающегося трансформатора соединены с входами фазочувствительных выпрямителей 50 и 51 соответственно, выходы которых являются выходами датчика 2 положения ротора и соединены с входами блоков 6 и 7 сравнения соответственно, В этом случае задатчик

3 частоты вращения выполняется в виде источника напряжения переменного тока регулируемой амплитуды, В качестве датчика 2 положения ротора могут использоваться также два элемента

Холла, установленных взаимйо перпендикулярно в расточке статора синхронной машины 1, Задатчик 3 частоты вращения выполнен в виде источника напряжения постоянного тока регулируемой амплитуды.

Генератор 28 синусоидальных колебаний (фиг,3) может быть построен, например, на двух интеграторах, выполненных на операционных усилителях 52 и 53, охваченных обратной связью через цепь на резисторе

54 и конденсаторе 55. Выход операционно го усилителя 53 является выходом генератора. Могут быть применены и любые другие генераторы.

Умножители 41 и 42, обеспечивающие ,умножейие широтно-модулированного сигнала с выхода компоратора 33 и непрерывного сигнала с выхода электронной модели 16 (17), имеют аналогичные схемы и могут быть. выполнены на усилителе с единичным переключаемым коэффициентом усиления Кув, например, на операционном усилителе 56 (фиг,4), входы которого

5 соединены с выходом электронной модели

16 через резисторы 57 и 58. В цепь обратной связи включен резистор 59, а неинвертирующий вход усилителя соединен также с общей шиной 60 через ключ, выполненный на

10 транзисторе 61, При открытом транзисторе

Kyc = -1, при закрытом Kyc = 1, База транзистора 61 через резистор 62 соединена с выходом компаратора 33. В качестве умножителей 41(42) могут применяться так15 же интегральные микросхемы типа 525ПС1, ПС2, ПМЗ или другие аналогичные умножители.

Вентильный электродвигатель работает следующим образом.

20 При подаче напряжения питания задатчик 3 частоты вращения формирует напряжение U» уставки частоты вращения, которое поступает на вход датчика 2 поло>кения ротора.

25 Выходные напряжения датчика 2 положения ротора будут равны

U2c = K2с0вхз1лО, 02к = К2к0вхсозО (1)

K2c = К2к = К2 — коэффициенты передачи

30 датчика 2 поло>кения ротора по синусному и косинусному выходам соответственно;

0, — электрический угол поворота ротора датчика 2 положения.

При нейтральной выставке датчика по35 в< Л ложения о =О+ —, где Π— электрический угол поворота ротора синхронной машины 1, напряжения 02с и 02к будут соответственно равны

40 U2c = К20вхсоз О, 02к =.-K2Uoxsln О . (2)

Тогда фазные напряжения двухфазной синхронной машины 1 в соответствии со схемой на фиг.1 равны

45 U4 = U8 = (02с 034+ 028)K8 = К0вхсозОК8014+ KSU28, 05 = Ug = (02к 015)К9 = -KUexsin О

К9015, (3) где K = К2сК8 =- К2кК9, 50 U8, Ug — выходные напряжения усилителей 8 и 9 мощности соответственно;

V>4, 015 — выходные напряжения цепей

14 и 15 обратной связи;

К8, Kg — коэффициенты передачи усили55 телей 8 и 9 мощности;

U28 = Uostn и, t — выходное напряжение генератора 28 синусоидальных колебаний, U0 — амплитуда, и — частота этого напряжения.

1750016

При этом предполагается, что измерители 10(11) напряжения и 12(13) тока не искажают проходящих через них фазных токов.

Уравнения фазных токов l4 и I5двухфаз- 5 ной синхронной машины 1 имеют вид

R(i4+ Тф!4) = (04 — Се в cos О ), R(i5+ Тф15) = (05+ Се в sin 0 ), (4) где Тф и R — электромагнитная постоянная времени и активное сопротивление обмотки 10 фазы;

Се — конструктивный коэффициент ЭДС двухфазной синхронной машины; о 4,3 1115

14 = I5 = (It о1 — производные от фазных токов l4 и !5соответственно;

00 в = — синхронная частота вращеОt ния ротора синхронной машины 1.

Рассмотрим для простоты случай малой 20 электромагнитной постоянной времени (в2Тф «1), который характерен, например, для синхронных электродвигателей серии ДБМ.

Тогда уравнения токов l4 и l5 будут сле- 25 дующими:

Ri4 = U4 -Се в cos 0, Rl5 = О5 + Се в sin 0 . (5)

Генератор 28 синусоидальных колебаний создает дополнительную составляю- 30 щую фазных напряжения и тока в синусном канале управления, Эти составляющие., при

УСЛОВИИ, Чтс ИХ ЧаСтОта No УДОВЛЕтВОРЯЕт

yCnOBMflMNo > )В MNo Тф «1, ВЫДЕЛЯ2 ются фильтрами высоких частот 30 и 34.

Напряжения на их выходах будут равны

030 = К8К10К30028 = К8К10К3000$1п во t, 034 = К8К12К34 KSK12K34 sin Np t.

U28 Uo

40 (6) где к10, к12 — коэффициенты передачи измерителей напряжения и тока соответственно;

К30, К34 — коэффициенты передачи фильтров 30 и 34 высоких частот.

Напряжение с выхода фильтра 30 поступает на первый вход блока 31 сравнения, на второй вход которого поступает напряжение с выхода компаратора 33, Тогда выходное напряжение блока 31 сравнения будет иметь вид

U31 = U3o — Z33, (7) где Z33 — выходной сигнал компаратора 33, Напряжение U31 поступает на вход апериодического звена 32, которое является мо- 55 делью обмотки фазы синхронной машины, поэтому выходное напряжение 032 апериодического звена 32 будет оценкой тока обмотки фазы 4 с частотой во в установившемся режиме (при выполнении условия во Тф « 1)

Оь= 032 — - + 1 031 К32031, (8)

К32

Т32P+1 где К32 — коэффициент передачи апериодического звена 32;

Т32 — постоянная времени апериодического звена 32.

Выражение (8) справедливо при выполнении условия во T32 « 1.

Напряжение с выхода апериодического звена 32 поступает на первый вход компаратора 33, на второй вход которого поступает напряжение с фильтра 34 высоких частот.

Поэтому сигнал на выходе компаратора 33 равен

733 = h1sgn е1, (9) где и = U32 — U34 — сигнал ошибки компаратора 33;

sgn — знаковая функция, sgn = 1 при

ri >О, sgn =-1 при е1 <О;

h1 — максимальное выходное напряжение компаратора 33.

При выполнении условия

h1 > K8K12 (10)

028 в контуре, образованном блоком 31 сравнения, апериодическим звеном 32 и компаратором 33, возникает скользящий режим.

При этом напряжение е1 ошибки компаратора 33 будет близко к нулю, т.е.

032 034 . (1 1)

После совместного решения уравнений (6), (7), (8) и (11) выражение для среднего значения разрывного широтно- модулированного сигнала 233 компаратора 33 имеет вид

U33 = K8K1oK3oUosin No t — к8 К12К34»

Sln No t = A33(K10 K12R К )Sin No t, Uo . 1 К32 К32 (12) где 033 — эквивалентный непрерывный сигнал, который получается после фильтрации разрывного сигнала 2зз, представляющего собой относительное изменение активного сопротивления обмотки электродвигателя;

A = KK uo = K8K3U0.

Широтно-модулированный сигнал 233 компаратора 33 поступает на первые входы умножителей 41 и 42 в цепях 14 и 15 обратной связи.

Рассмотрим работу цепей обратных связей 14 и 15, выполненных идентично друг другу, на примере цепи 14 обратной связи.

Напряжение с выхода измерителя 10 напряжения через фильтр 35 нижних частот поступает на первый вход блока 24 сравнения, на второй вход которого поступает напряжение с выхода интегратора 20.

1750016 х (23) k12 з7 СЕ Я со59

К,2 хаfR(R oR«Assi+"«оза

Кзг

= Д 04. л 12 Се (д со 5 8

40 12 47Я (|О HR R J(!о к 4кь)

jl 2o ю К 4 (А зЗ) k 4! A q y

U39 = (-)26 К41026А33(К10 — ), (17)

R кза AA

k„2 КЗ7

Напра>кение с выхода блока 39 сраеве- ко

k ния поступает на первый вход компаратора 24 ЯЯ КЗ2 ю «аа1

22, на второй вход которого через фильтр 37 нижних частот поступает напря>кение с выхода измерителя 12 тока, поэтому напряжежителя поступает на второй вход сумматора 18 рав олу ают напряж ние на выходе интегратора 20, которое является выходным напряже(18) нием цепи 14 обратной связи:

22 2$9п Ф где 82, - U39 — U37 — сигнал ошибки компа- U20 = 014 = — Cee созО = АЗСев ратора 22, . асов О (25) Напря>кение U24 на выходе блока 24 сравнения равно

И24 = 06К10К35 020, (13) где К36 — коэффициент передачи фильтра 35 нижних частот, U20 — напря>кение на выходе интегратора 20.

Напряжение с выхода блока 24 сравнения поступает на вход апериодического звена 26, которое аналогично апериодическому звену 32 представляет собой модель обмотки фазы синхронной машины 1. Поэтому напряжение на выходе апериодического звена

26 будет оценкой фазного тока И:

U26 = -Т- 1 л 024 " К26(->24, (14)

К26

Т26 P+ где К26 — коэффициент передачи апериодического звена 26, причем К26 = К32.

Выражение (14) справедливо при ш2Т 26 « 1.

Напря>кение U26 с выхода апериодического звена 26 поступает на второй вход умножителя 41, Напряжение на выходе умнож лтеля 41 будет равно

041 = K41U26A33(K10 8 K )s i!> скот (15)

К12 К32 где К и — коэффициент передачи умножителя 41, Сигнал с выхода умножителя 41 поступает на сигнальный вход фазочувствительнбго выпрямителя 43, опорный вход которого соединен с выходом генератора 28 синусоидальных колебаний. Тогда напря>кение на выходе фазочувствительного вь.прямителя 43 представляет собой огибающую напряжения {15):

U43 = К41((26А33{К10 — —, ). {16)

К12

1 К32

Напряжение с выхода апериодического звена 26 поступает на первый вход блока 39 сравнения, на второй вход которого поступает напряжение с выхода фазочувствительного выпрямителя 43. Напряжение на выходе блока 39 сравнения равно

Напряжение на выходе фильтра 37 ни>кних частот следующее:

U37 =- i4K12K37 (19). где К37 — коэффициент передачи фильтра 37

5 нижних частот;

sgn — знаковая функция, sgn = 1 при .к. 2 >О, sgl1 =-1 rlpMЯ2 <0;

h2 — максимальное выходное напряжение компаратора 33.

10 Уравнение интегратора 20 совместно с сумматором 18 имеет вид

4U20 1 1 — = — U18 = — (U39 + Z22 ), (20) о1 12 Т2 где T2 — постоянная времени интегратора

15 20

При выполнении условия

h2 > 1+ В"Т 2 Оф, (21)

К12 К37 где UR> — максимальное значение фазного

20 напряжения, в контуре цепи обратной связи возникает скользящий режим. При этом напря>кение 82 на входе компаратора 22 будет близко к нулю, т.е.

U39 U37. (22)

После совместного решения уравнений (13), (14), (17), (19) с учетом (5) и (22) вы ра>кение для напря>кения на выходе интегратора

20 имеет вид

12 571 (, «КЗ5 к y )(" k„ k41 ЗЗ

12 iо К+1 (ЗЗ) К41 33

КЗ2

13

1750016

14 где Аз= К

Кз7

К41Азз

Аналогично для цепи 15 обратной связи:

KS6

015=- Сеи sln6 =-A4Ce(l) SlnO, (26)

К42 А;д

К38 где А4=

42 33 и можно положить Аз = A4, Таким образом, на выходах цепей 14 и

15 обратной связи формируются сигналы отрицательной обратной связи в виде проекций угловой скорости вращения синхронной машины 1.

Подставляя (25) и (26) в (3) и разрешая полученные уравнения относительно i4 и i5, с учетом выражения (5) и условий (l)o » (l) 14(l)o Тф «1, получают г г

1 4 = (К0вх (1 + Кос)Се Й) )со$0

l5 = «(К0вх (1 + Кос)Се (l) )Sin О, (27)

r где Koc = КвАз = KgA4 — коэффициент отрицательной обратной связи.

Из теории синхронных электродвигателей известно, что момент М, развиваемый двухфазным электродвигателем, равен

M = См(йсоз О, — l5sln О ), (28) где ф— конструктивный коэффициент синхронной машины.

Подставив в (28) выражения токов фаз из (27), получают момент, развиваемый предлагаемым вентильным электродвигателем:

М = (Kuex (1 + Кос)Се (l) ). (29)

Cm

Из выражения (29) следует, что частота вращения холостого хода (npi4 М = О) равна

К Usx ())х =

Это означает, что в отличие от обычного электродвигателя постоянного тока в предлагаемом электродвигателе, как и в известном частота вращения в(1+ Кос) раз меньше, что Обьясняется действием цепей обратной связи 14 и 15.

Положительный технический эффект от использования предлагаемого вентильного элекродвигателя по сравнению с известным заключается в повышении точности регулирования частоты вращения электродвигателя при изменении температуры фазных обмоток. синхронной машины, вызванном изменением температуры окружающей среды и средней мощности потерь в меди, Указанный положительный технический эффект подтверждается следующим расчетом, Из уравнения (29) следует, что частота вращения предлагаемого вентильного электродвигателя равна:

1 MR1 ()1 — -,— - — — — (К0., — — — ), (31) где (l)1 R1 — частота вращения и сопротивление обмоток электродвигателя при известной (фиксированной) температуре t1

При изменении температуры фазных обмоток будет изменяться их сопротивление, при этом выражение для частоты вращения примет вид

10 1 MR, (l)1 — „— (К0вх — ). (32)

1+Кос Се См где (l)z, R2 — частота вращения и сопротивление обмоток электродвигателя при температуре t2. отличной от t1(t2 / t1)

Из уравнений (31) и (32) определяют разность частот вращения предлагаемого вентильного электродвигателя при различных значениях температуры фазных обмоток:

ЛВ =аг — (l)1 — . „+, {33) п1 п2) Се С)1 1 + Кос

В известном вентильном электродвигателе отсутствуют элементы, необходимые для выполнения условия (24), поэтому выражения для цепей 14 и 15 обратной связи имеют вид

014 = А504 + А6Се (l) COS О, 30 015 = A5U5 — А6Се (l) sin {34) !

К1о R1 ——

К12

К16 где А5 =R1

После совместного решения уравнения (34), (3), (5), (28) и (29) выражение для частоты вращения известного вентильного электро40 двигателя следующее:

"Eku-- - С ) (36)

См где О) — частота вращения известного электродвигателя при температуре обмоток 11;

Ку = К8 = Kg — коэффициент передачи усилителей 8 и 9 мощности.

50 Выбрав коэффициент передачи электронной модели 16 так, чтобы выполнялось условие

К1о R1 — — =О, K 12 (37)

К16

55 получают с учетом (35) выражение для частоты вращения вз: из

-х у Се

MR1 1+K А1о

См

У(k вх (38) 15

1750016

При температуре обмоток 12, отличной от ti, выражения (35) для коэффициентов А1 и А . с учетом условия (37), примут вид

К12

К10 R2

As -, 10К1б K 2 1 (39) 2

K12 K R1

К16 R2 R2

Тогда выражение для частоты вращения при температуре обмоток имеет вид

1 t R2(1 1(A <1 (< " ("5+об)1се м

0, чя,(у,.—,) иьх С (g К1о) Се м

Из уравнений (40) и (36) определяют раз: ность частот вращения известного вентильного электродвигателя, при различных значениях температуры фазных обмоток;

ЩR1 2

A ceo, = mme q— вз . (41)

Се См

Для сравнения предлагаемого электродвигателя с известным находят отношение выражений (33) и (41): (42) п " + Кос

Таким образом, из последнего выражения следует, что в предлагаемом вентильном электродвигателе ошибка регулирования частоты вращения, вызванная изменением сопротивления фазных обмоток под воздействием температуры, меньше в (1+ Koc) раз, и следовательно, при выборе коэффициента обратной связи К„ достаточно большим можно получить допустимую величину ухода частоты вращения с изменением температуры.

Для подтверждения теоретических выводов были приведены сравнительные экспериментальные исследования макетов одного канала рассматриваемого вентильного электродвигателя, причем один макет соответствовал схеме известного двигателя, а другой — схеме предлагаемого электродвигателя.

При этом для упрощения макета в качестве двигателя использовался коллекторный электродвигатель ДПР-42-Н1-03, работа которого имитировала одну фазу якоря синхронного электродвигателя.

Сравнение проводилось по величине ошибки стабилизации частоты вращения при изменении сопротивления обмотки двигателя. что эквивалентно изменению их температуры, и имитировалось изменением сопротивления проволочного потенциометра. включенного последовательно с обмат50

55 модель каждой цепи обратной связи выполнена е виде последовательно соединенных блока сравнения, входы которого образуют соответственно первый и второй входы данной электронной модели, и апериодическоro звена, выход которого является выходом электронной модели, дополнительно введены генератор синусоидальных колебаний, сумматор, по первому входу и выходу включенный между выходом блока сравнения и входом усилителя мощности первого канала управления, второй вход сумматора соединен с выходом генератора синусаидальных колебаний, последовательно соединенные между собой первый фильтр высоких частот, входом соединенный с выходом измерителя кой. Исследования показали, что при изменении сопротивления обмотки Hà 50%, что соответствует изменению температуры об0 матки в диапазоне от минус 60 да 70 С и при глубине обратной связи, равной 5, изменение часготы вращения предлагаемого электродвигателя не превысило 2%, тогда как в известном электродвигателе частота вращения уменьшилась на 10%, Таким образом, "0 реализация предлагаемого технического решения позволила снизить уход частоты вращения в 5 раз по сравнению с известным устройством.

Формула изобретения

Вентильный электродвигатель, содержащий двухфазную синхронную машину. на роторе которой установлен синусно-косинусный датчик положения ротора, вход которого подключен к выходу задатчика частоты вращения, два канала управления, выходами подключенные к фазам обмотки якоря синхронной машины, а первыми входами — к выходам синусно-косинусного датчика положения ротора, каждый канал управления составлен из блока сравнения, входы которого образуют первый и второй входы канала управления, усилителя мощности, выход которого является выходом канала управления, измерителей напряжения и тока, включенные в цепь соответствующей фазы обмотки якоря, цепи обратной связи, составленной из двухвходовой электронной модели и последбвательно соединенных между собой двухвходового сумматора и ин35 тегратора, выход которого соединен с первым входом электронной модели и образует выход цепи обратной связи, соединенный с вторым входом данного канала управления, компаратора, первый вход которого абьеди40 нен с первым входом сумматора цепи обратной связи, вторым входом соединенного с выходом компаратора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности регулирования частоты вращения, электронная

18

1750016

K Зло;у уайнения б к волоку

9 нейия 7 напряжения первого канала управления, блок сравнения, апериодическое звено и компаратор, выход которого подключен к второму входу введенного блока сравнения, второй вход компаратора через дополнительно введенный второй фильтр высоких частот — к выходу измерителя тока первого канала управления, каждая цепь обратной связи снабжена двумя фильтрами нижних частот, один иэ которых включен между вторым входом электронной модели и выходом измерителя напряжения данного канала управления, а второй — между вторым входом компаратора цепи обратной связи и выхо. дом измерителя тока данного канала управления, блоком сравнения, включенным по первому входу и выходу между выходом электронной модели и первым входом сум5 матора цепи обратной связи, последовательно соединенными двухвходовым блоком умножения и фазочувствительным выпрямителем, выходом подключенным к второму входу введенного в цепь обратной

10 связи блока сравнения, опорным входом — к выходу генератора синусоидальных колебаний, первый вход блока умножения соединен с выходом введенного компаратора,.а второй вход — с выходом электронной модели.

1750016

at Гйх»»»

Эл аКароииои

ИООелр Я

Ь )

Фц и з

Составитель А.Яковлев

Техред M,Ìîðãåíòàë

Корректор О.Ципле

Редактор Е.Папп

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

Заказ 2602 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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