Моментный электродвигатель постоянного тока с ограниченным углом поворота

 

Изобретение относится к электротехнике . Цель изобретения - повышение надежности и плавности хода при сохранении положения оси ротора относительно статора и при минимуме потерь в обмотках якоря путем создания электромагнитных сил, разгружающих опоры вращения от радиальных усилий. Моментный электродвигатель постоянного тока с ограниченным углом поворота содержит два электромеханических преобразователя, роторы-индукторы которых размещены на одном валу, якорные обмотки каждого преобразователя расположены на четырех секторах и соединены с восемью каналами формирования якорных токов, каждый из которых состоит из сумматоров , датчиков типа, усилителей мощности и масштабных преобразователей. С валом двигателя соединен синусно-косинусный преобразователь угла. Три датчика угловых ускорений, три датчика угловых скоростей установлены по трем взаимно ортогональным осям. Введением кроме того дополнительных перемножителей, сумматоров и масштабных преобразователей удается сформировать сигналы в обмотках якорей, позволяющие скомпенсировать радиальные силы, действующие на опоры. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st)s Н 02 К 26/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

K АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4841623/07 (22) 25.06.90 (46) 23.08.92, Бюл, ¹ 31 (71) Казанский авиационный институт им.

А,Н.Туполева (72) А. Ю,Афанасьев и В,Т. Герасименко (56) Авторское свидетельство СССР

N 1561161, кл. Н 02 V, 26/00, 1988

Авторское свидетельство СССР

N 1629946, кл. Н 02 К 26/00, 1988, (54) МОМЕНТНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ

ПОСТОЯННОГО ТОКА С ОГРАНИЧЕННЫМ

УГЛОМ ПОВОРОТА (57) Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения — повышение надежности и плавности хода при сохранении положения оси ротора относительно статора и при минимуме потерь в обмотках якоря путем создания электромагнитных сил, разгружающих опоры вращения от радиальных усилий. Моментный электродвигатель поИзобретение относится к электротехнике, в частности к моментным электродвигателям постоянного тока с ограниченным углом поворота ротора, и может быть использовано в прецизионных электропрИводах, от которых требуется повышенный ресурс при работе на подвижном основании. .. Известен моментный электродвигатель постоянного тока с ограниченным углом поворота ротора, содержащий электромеханический преобразователь и систему управления, Электромеханический преобразователь состоит из ротора-индуктора с числом пар полюсов более одного и статора с обмотками управления, размещенными на,, Ы2„, 1757038 А1 стоянного тока с ограниченным углом поворота содержит два электромеханических преобразователя, роторы-индукторы которых размещень1 на одном- валу. якорные обмотки каждого преобразователя расположены на четырех секторах и соединены с восемью каналами формирования якорных токов, каждый из которых состоит из сумматоров, датчиков типа, усилителей мощности и масштабных преобразователей. С валом двигателя соединен синусно-косинусный преобразователь угла. Три датчика угловых ускорений, три датчика угловых скоростей установлены по трем взаимно ортогональным осям, Введением кроме того дополнительных перемножителей; сумматоров и масштабных преобразователей удается сформировать сигналы 8 обмотках якорей, позволяющие скомпенсировать радиальные силы, действующие на опоры. 2 ил. четырех секторах. Система управления содержит задатчик момента, два датчика линейных ускорений и четыре канала формирования якорных токов, каждый из которых состоит из сумматора, усилителя 3 мощности и датчика тока. C)

Недостатками известного двигателя яв- (д ляются низкие надежность и плавность хо- (, () да, связанные с тем, что t. io опоры ераогениа работают а нагруженном режиме ) ° под воздействием сил, возникающих в результате того, что цейтр масс узлов, размещенных на валу двигателя, не лежит в плоскости поперечного сечения, проходящей через середины активных элементов двигателя.

1757038

20

35

50

3

Наиболее близким к предлагаемому по функциональным и конструктивным признакам является моментный электродвигатель постоянного тока с ограниченным углом поворота ротора, содержащий два электромеханических преобразователя, размещенных на одном валу, восемь каналов формирования якорных токов, пять масштабных преобразователей, два датчика линейных ускорений и задатчик момента

Недостатками известйого двигателя являются низкие надежность и плавность хода, связанные с тем, что его опоры вращения работают в нагруженном режиме под воздейстием сил; создаваемых внешними моментами, которые возникают в результате наличия угловых ускорений и скоростей вокруг поперечных осей.

Целью изобретения является повышение надежности и плавности хода при сохранении положения оси. ротора относительно статора и при минимуме потерь в обмотках якоря путем создания электромагнитных сил, раэгружающих опоры вращения от радиальных усилий указайная цель достигается 1ем, что в моментный электродвигатель постоянного тока с ограниченным углом поворота ротора, содержащий два электрбмеханических преобразователя, роторй-индукторы которых размещены на одном валу, а якорные обмотки каждого расположены на четырех секторах и соединейы с восемью каналами формирования якорных токов, каждый из которых состоит из сумматора; датчика тока и усилителя мощности, выход сумматора со единен с неинвертирующим входом усилителя мощности, а с его инвертирующим входом cîåäèíåí выход датчика тока, через вход кбторого к выходу усилителя мощности подключена фаза якорной обмотки, первые неинвертирующие входы сумматоров всех восьмй каналов соединены с выхбдом первого масштабного преобразователя с коэффициентом преобразования 1/8Rc, где R— средний радиус воздушного зазора"элекг- ромеханического преобразователя, с — коэффициент, связывающий ток сектора якорной обмотки с злектромагнитйой силой этого сектора, вторые неинвертирующие входы сумматоров первых, вторые инвертирующие входы сумматоров тре1 ьйх каналов формирования якорных токов перв о"го и втЬ-

poro электромеханических преобразователей соединены с выходами второго и четвертого масштабных преобразователей сМйветственно, вторые инвертирующие входы сумматоров вторых, вторые неинвертирующие входы сумматоров четвертых каналов формирования якорных токов первого и второго электромеханических преобразователей соединены с выходами третьего и пятого масштабных преобразователей соответственно, два датчика линейных ускорений размещены на одном основании со статором так, что ось первого датчика параллельна осям второго и четвертого секторов, а ось второго датчика параллельна осям первого и третьего секторов, введены задатчики угловой скорости и углового ускорения роторов электромеханических преобразователей, синуснокосинусный преобразователь угла, механически соединенный с валом роторов, три датчика угловых ускорений и три датчика угловых скоростей по трем взаимно ортогональным осям, семнадцать перемножителей, пятнадцать сумматоров и десять масштабных преобразователей, оси первых и вторых датчиков угловых скоростей и ускорений параллельны осям первого и второго датчиков линейных ускорений соответственно, ось третьих датчиков угловых скоростей и уСкорений параллельны оси вала ротора, синусный и косинусный выходы синусно-косинусного преобразователя угла соединены с первыми входами второ; го, третьего, пятого, восьмого, пятнадцатого, семнадцатого и первого, четвертого, шестого. седьмого, четырнадцатого, шестнадцатого перемножителей соответственно, вторые входы перемножителей первого, второго и третьего, четвертого соединены с выходами первого и второго датчиков угловых скоростей соответственно, вторые входы перемножителей третьего, четвертого и пятого, шестого, соединены с выходами второго и первого датчиков угловых ускорений соответственно, выход задатчика угловой скорости соединен с первыми входами десятого, двенадцатого перемножителей и первого дополнительного сумматора, второй вход которого соединен с выходом третьего датчика угловой скорости, выходы задатчика углового ускорения и третьего датчика углового ускорения, соединены с первым и вторым входами соответственно шестого дополнительного сумматора, выходы третьего, йятого и четвертого, шестого перемножителей соединены с первыми инвертирующими входами второго, четвертого и с первыми неинвертирующими входами третьего, пятого дополнительных сумматоров соответственно, выходы первого, второго, седьмого и восьмого перемножителвй соединены со вторыми неинвертирущими входами второго, третьего, четвертого и пятого дополнительных сумматоров соответственно, выход первого дополнительного сумматора соединен с

1757038 первыми входами девятого и тринадцатого, редины активных зон первого и второго перемножителей, выход второго дополни- электромеханических преобразователей сотельного сумматора соединен со вторыми ответственно, соединен со вторыми неинвходами девятого, десятого и с первым вхо- верти рующими входами двенадцатого и дом одиннадцатого перемножителей, выход 5 четырнадцатого дополнительных суммато третьего дополнительного сумматора сое- ров соответственно, выход второго датчика динен со вторыми входами одиннадцатого, линейных ускорений через восьмой и десядвенадцатого и тринадцатого перемйожи- тый дополнительные масштабные преобрателей, выход десятого перемножителя сое- зователи с =коэффициентами динен с третьим неинвертирующим входом 10 преобразования е(!! u mit соответственно, пятогодополнительногосумматора,а выход соединен со вторыми неинвертирующими двенадцатого перемножителя соединен с входами тринадцатого и пятнадцатого дотретьим инвертирующим входом четвертогО полнительных сумматоров, выходы двенаддополнительного сумматора, выхОды девя- цатого, тринадцатого, четырнадцатого и того, одиннадцатого и тринадцатого пере- 15 пятнадцатого дополнительных сумматоров множителей через дополнительные соединены со вторым, третьим, четвертым и масштабные преобразователи, первый, вто- пятым основными масштабными преобрарой и третий, с коэффициентами преобразо- зователями соответственно с коэффициенвания (!"z — "У), (! "у — !"х) и (I "х — " ) тами преобразования 1 j2c(fj+ fji) у каждого, соответственно, где "x, 1 "y, !"z — моменты 20 выходдесятогодополнительного сумматора инерции нагрузки относительно главных соединен с перывм основным масштабным осей эллипсоида инерции нагрузки Хр, Ун, преобразователем.

Z соединены с первыми входами седьмого, Благодаря введению в моментный десятого и восьмого дополнительных сум- электродвигатель постоянного тока шести маторовсоответственно, вторые входыэтих 25 датчиков угловых скоростей и ускорений, сумматоров через пятый, шестой и четвер- задатчиков угловой скорости и углового устый дополнительные масштабные преобра- корения вала, синусно-косинусного преобзователи с коэффициентам преобразования разователя угла и соответствующей вН Н Н x. z u I y соответственно соединены с системы управления, so всех восьми канавыходами пятого, шестого и четвертого до - 30 лах формируются оптимальные якорные тополнительных сумматоров, соответственно ки при минимуме потерь в якорных выходы седьмого и восьмого дополнитель- обмотках электромеханических преобразоных сумматоров соединены со вторыми вхо- вателей, которые создают требуемый модаМИ ЧЕтЫрНадцатОГО, ПятНадцатОГО И МЕНТ И раЗГружаЮт 0ПсОРЫ ВРащЕНйЯ От шестнадцатого, семнадцатого перемножи- 35 внешнихрадиальныхсйл которыеявляются телей соответственно, выходы четырнадца- составляющими моментов вокруг поперечтого и шестнадцатого перемножителей ных осей двигателя и образованы угловысоединены с первыми неинвертирующими ми скоростямй:"й "ускорениями, входами девятого и одиннадцатого допол- действующими на двигатель. нительного сумматоров, а выходы пятнад- 40 На фиг, 1 представлена кинематичецатого и семнадцатого перемножителей ская схема расположей1у!я двух электромесоединены со вторым неинвертирующим И ханических преобразователей (ЭМП) и вторым инвертирующим входами одиннад- нагрузки; на фиг. 2 — функциональная схема цатого и девятого дополнительных суммато- моментного электродвигателя постоянного ров соответственно, выход девятого. 45 тока (МДПТ). Электродвигатель содержит дополнительного сумматора. соединен с электромеханические преобразователи первым инвертирующим входом двенадца- (ЭМП) 1 и 2, статоры 3 ЭМП; роторы-индук. того и первым неинвертирующим входом торы4ЭМП; вал 5ЭМП; нагрузкубэлектрочетырнадцатого дополнительных суммато- двигателя; датчики 7 и 8 линейных ров, а выход одиннадцатого дополнительно- 50 ускорений по осям Х и У; датчики 9-11 углого сумматора с первым неинвертируюсщим вых скоростей но осям Х, Y и Z; датчики входом тринадцатого и первым инвертиру- 12-14 угловых ускорений по осям Х, Y и Z; ющим входом пятнадцатого дополнитель- якорные обмотки 15-18 ЭМП 1; усилители ных сумматоров, выход первого датчика 19-22 мощности; датчики 23-26 тока; суммалинейных ускорений через седьмой и девя- 55 торы 27-30, 51-65; задатчики угловой скоротый дополнительные масштабные пре- сти 31 и углового ускорения 32, образователи с коэффициентами синусно-косинусный преобразователь 33 преобразования в!и и в!!, где m — мас- угла; перемножители 34-50; масштабные са нагрузки, à fi и 5i — расстояния по оси преобразователи 66-80. вращения от центра масс нагрузки до се1757038

Оба ЭМП 1 и 2 (фиг. 1) состоят из статоров 3 и роторов-индукторов 4, которые размещены на одном валу 5 с нагрузкой 6 между ними. Центр масс вала 5 и всех узлов, размещенных на нем, расположен в точке 0 и совпадает с центром неподвижной относительно основания и статоров 3 ЭМП системы координат Х, Y. Z, ось Z которой совпадает с осью вала 5. Имеется система координат Хн, У< и ZH, центр которой Oн и

10 ось Z< совпадают с центром 0 и осью Z неподвижной системы координат, а оси Х и

Y — совпадают с главными осями эллипсоида инерции нагрузки 6, По осям Х, Y u Z расположены датчики линейных ускоре- 15 ний и> х — 7, N y — 8 датчики угловых скоростей и ускорений а х — 9,в y — 10, в, 11ие, -12, еу 13,e z-14, Статоры 3 каждого ЭМП разделены на четыре равных сектора НЧ таким образом, что оси 1и П I секторов параллельны оси

Х, а оси П и И секторов параллельны оси У, На осях этих секторов показаны векторы электромагнитных тангенциальных сил F k, 25 где k u j — порядковые номера секторов и

ЭМП соответственно (k = 1,2,3,4, j = 1, П).

Расстояния от плоскостей, проходящих через середины активных зон каждого ЭМП до начала координат — 1! и !и соответственно, По осям Х и У показаны положительные 30 направления радиальных усилий ротора на опоры вращения Fx u Fy и положительные зуют четыре канала формирования якорных токов обмоток 15-18 каждого ЭМП. МДПТ содержит задатчики угловой скорости вращения вала 31 (в о) и углового ускорения 32 (o). синусно-косинусный преобразователь угла 33. Система управления МДПТ состоит из семнадцати перемножителей 34 50, пятнадцати сумматоров 51-65 и пятнадцати

50 масштабных преобразователей 66-80, Роторы-индукторы 4 каждого ЭМП механически соединены с ротором синуснокосинусного преобразователя угла 33, синусный и косинусный выходы которого. подключены к первым входам перемножи телей 35,36,38,41,48,50 и 34,37,39,40, 47.

49 соответственно. Ко вторым входам пере множителей 34 и 35. 36 и 37, 38 и 39, 40 и 41 направления моментов, действующих на опоры вращения вокруг этих осей Мх и My

По осям Хн и Ун показаны положительные 35 направления моментов нагрузки M x и М"у. действующих на опоры вращения, Каждый из ЭМП 1,2, входящих в МДПТ, имеет якорные обмотки 15-18. размещенные на четырех секторах статоров (фиг, 2). 40

Усилители мощности 19-22 вместе с датчиками тока 23-26 и сумматорами 27-30 обраподключены выходы датчиков угловых скоростей 10 (в y), 9 (в x) и угловых ускорений

12 (e х1, 13 (е у) соответственно. Выход эадатчика угловой скорости 31 (во) подключен к первым входам перемножителей 43, 45 и сумматора 51. Ко второму входу сумматора

51 подключен выход датчика угловой скорости 11 (в ), Выходы задатчика углового ускорения 32 (е о) и датчика углового уско- рения 14 (я <) подключены ко входам сумматора 56. Выходы перемножителей 36, 38 и

37, 39 подключенй к первым инвертирующим входам сумматоров 52, 54 и к первым неинвертирующим входам сумматоров 53, 55 соответственно, Выходы перемножителей 34, 35; 40 и 41 подключены ко вторым неинвертирующим входам сумматоров 52, 53, 54 и 55 соответственно. Выход сумматора 51 подключен к первый входам перемножителей 42 и 46, Выход сумматора 52 подключен ко вторым входам перемножите- . лей 42, 43 и к первому входу перемножителя

44, Выход сумматора 53 подключен ко вто-. рым входам перемножителей 44, 45 и 46.

Выход перемножителя 45 подключен к . третьему инвертирующему входу сумматора

54, а выход перемножителя 43 — к третьему нейнвертирующему входу сумматора 55 .

Выходы перемножителей 42, 44 и 46 через масштабные преобразователи 66, 67 и 68 с коэффициентами преобразования (!", — !"" ), (!"y — 1"x) и (!"x — z) соответственно, где x, I""y, 1 " — моменты инерции нагрузки относительно главных осей нагрузки эллипсоида инерции Хн, У и ZH, подключены к первым вхОдам сумматоров 57, 60 и 58 соответственно, Выходы сумматоров 55, 56 и 54 через масштабные преобразователи 70, 71 и 69 с коэффициентами преобразования I"", 1" и !

"у соответственно подключены ко вторым входам сумматоров 57, 60 и 58 соответственно, Выходы сумматоров 57 и 58 подключейы"ко вторым входам перемножителей 47, 48 и 49, 50 соответственно. Выходы перемйожителей 47 и 49 подключены к первым неинвертирующим входам сумматоров 59 и

61, а выходы перемножителей 48 и 50 подключены ко вторым неинвертирующему и инвертирующему входам сумматоров 61 и

59 соответственно. Выход сумматора 59 подключен к первому инвертирующему входу сумматора 62 и к первому неинвертирующему входу сумматора 64, а выход сумматора 61 подключен к первому неинвертирующему аходу сумматора 63 и к первому инвертирующему входу сумматора 65.

Выход датчика линейных ускорений 8 (в у) через масштабные преобразователи 72 и 74, с коэффициентами преобразования гп4! и

1757038

10 инвертирующему входу сумматора 29 треть30. его канала формирования якорных токов первого ЭМП и к идентичным входам кана- лов формирования якорных токов второго

ЭМП соответственно. Выходы сумматоров

63 и 65 через масштабные преобразователи

78 и g0, д коэффициентом преобразования

1/2c(fi + и>) каждый, подключены ко втОрому инвертирующему входу сумматора 28 второго канала формирования якорных токов, 35 ко второму неинвертирующему входу сум- 40 матора 30 четвертого канала формирования якорныхтоков первого ЭМП и к идентичным вхо) ам каналов формирования якорных то ков второго ЭМП соответственно. Четыре

45 канала формирования якорных токов первого ЭМП образованы сумматорами 27-30 усилителями мощности 19-22 и датчиками тока

23-26 и подключены к якорной обмотке следующим образом. Выходы сумматоров

27-30 подключены к первым неинвертирующим входам усилителей мощности 19-22 соответственно, выходы которых соединены с четырьмя секторами якорной обмотки

15-18 через датчики тока 23-26, выходы которых подключены ко вторым инвертирующим входам усилителей мощности 19-22. соответственно, Идентично спроектирован-.

ыы четыре канала формирования якорных токой второго ЭМП.

МДПТ работает следующим образом.

mti соответственно, где m — масса нагрузки; а (> и (и — расстояния по оси вращейия дт центра масс нагрузки до середины активных зон первого и второго ЭМП соответственно; подключен ко вторйм 5 неинвертирующим входам сумматоров 62 и

64 соответственно. Выход датчика линейных ускорений 7 (r>») через масштабные преобразователи 73 и 75 с коэффициентом преобразования mf>> и п4 соответственно, 10 подключен ко вторым неинвертирующим входам сумматоров 63 и 65 соответственно.

Выход сумматора 60 через масштабный преобразователь 77 с коэффициентом преобразования 1/SRc, где R — средний рэдйус 15 воздушного зазора ЭМП, с — коэффициент, связывающий ток сектора якорной обмотки с электромагнитной силой этого сектора; подключен к первым неинвертирующим входам сумматоров 27, 28, 29, 30 четырех 20 каналов формирования якорных токов первого ЭМП ui к первым входам идентичнйх . каналов формирования якорных токов вто- рого ЭМП. Выходы сумматоров 62 и 64 через масштабные преобразователи 76 и 79 с ко- 25 эффициентом преобразования 1/2с(» + t>t) каждый, подключены ко второму неинеерти.. рующему входу сумматора 27 первого канала формирования якорных токов, ко второму

Датчики угловых скоростей 9, 10, 11 и угловых ускорений 12, 13, 14 вырабатывают сигналы, пропорциональные угловым скоростям в,,в у, в z и- угловым ускорениям е>г, ау, F.z соответственно. Эти сигналы совместно с сигналами; вырабатываемыми задэтчиками требуемой угловой скорости вала 31- в о и требуемого углового ускорения вала 32 — е О и сигналами синусно-косинусного преобразователя угла 33, проходя через неремножители 34-41 и сумматоры 51-56, формируют на выходе последних сигналы, пропорциональные в "х, а н н н н Н у,в, е х, я„,е, в результате решения системы уравнейии в, =ахсоз а+ в уз>па, н в" у = - в,з>п а+ а усов а .

z=- в2+ N О.> (1) е х= ехсо$ а+Я yslAQ + в увы е "y = -е oslo а+ а ycosQ — в н,вд

Н

Е z=E z+8 0 где анх v) z,gH»,, H,, н, угловые скорости и ускорения относительно осей зллипсоидэ инерции нагрузки Хн, Y», Z», Ось .

ZH совпадает с осью Z. а оси Хн и Ун вращаются вместе с нагрузкой и сдвинуты относительно осей X u Y на угол а соответственно, Сигналы угловых скоростей в "». coþy, в", проходя через перемножители 42-46 и масштабные преобразователи 66, 67, 68 с коэффициентами преобразования (1", l "у), (>»у —.! "»), (l""x — i""z) соответственно, поступают на сумматоры 57, 60, 58. Здесь i "», l""y и >" — моменты инерции нагрузки по соответствующим осям; На вторые входы сумматоров 57, 60 и 58, через масштабные преобразователи 70, 71 и 69 с коэффициентами нх, 1нz и !ну соответственно пос упа ют сигналы угловых ускорений 6 х. 8 z и Е "у соответственно. На выходах сумматоров 57, 60 и 58 формируются сигналы, пропорциональные M"», M"z и M"ó, которые вычисляются по известным формулам теоретической механики (динамические уравнения Эйлера)

М1н н н +(н н н н

Мн н н +(н н ) и. н где M"», M"y, M"z — внешние моменты дейст1 вующие на двигатель, приведенные к осям

Хн. Ун. Ен.

Сигналы M"» и М"у поступают на перемножители 47, 48 и 49, 50 соответственно, на другие входы которых поступают сигна. лы с синусно-косинусного преобразователя угла. С выходов перемножителей сигналы поступают на входы сумматоров 59 и 61, на выходе которых формируются сигналы в со ответствии с системой уравнений

1757038

Mx = M xCOS а- M ySIAQ;

Му М" sin а+ M ycosQ

М)н где Мх, Му. Mz — внешние моменты, действующие на двигатель относительно осей Х, Y и 2.

С выходов датчиков линейных ускорений 8 и 7 сигналы, пропорциональные а у и со х, через масштабные преобразователи 72, 74 и 73, 75 с коэ(рфициентами преобразования и!!и, п4 и m II mal соответственно, где m — масса нагрузки, а (! и 1)/ расстояния по оси вращения вала от центра масс нагрузки до середины активных зон первого и второго

ЗМП соответственно, поступают на вторые входы сумматоров 62, 64 и 63, 65 соответственно. На первые входы сумматоров 62 и 64 поступает сигнал, пропорциональный Мх, а на первые входы сумматоров 63 и 65 поступает сигнал Му. С выходов сумматоров 62, 2Р

63, 64, 65 сигналы через масштабные и реобраэователи 76, 78, 79, 80, с коэффициентами преобразования 1/2c(l + 1и) каждый, где с— коэффициент пропорциональности между током сектора якорной обмотки и электромагнитной силой, создаваемой этим током, поступают на вторые входы сумматоров всех восьми каналов формирования якорных токов, На первые входы сумматоров всех восьми каналов формирования якор- gp ных токов поступает сигнал, пропорциональный M с выхода сумматора 60 через масштабный преобразователь 77, с коэффициентом преобразования 1/8Rc, где R— средний радиус воздушного зазора ЗМП.

На выходе сумматоров всех восьми каналов формирования якорных токов, формируют ся оптимальные токи во всех восьми секторах якорных обмоток обоих ЗМП в соответствии с системой уравнений

i 1= - Mz/8RC + (Еу!И вЂ” Мх)/2C)i + 1И);

io2 = М /8йс — (Ех!и + M y)/2C(ti + (и)

lо з = Mz/8Rc — (Еу1 и — Mx)/2cô + (1!)

ioI4 = Mz/8Rc + (F»fII + M y)/2c(fI + (И) I "/

1 "1= Mz/8Rc + (Fyfl + M х)/2с((! + ill), I 2 = Mz/8Rc (Е»Р/ Му )/2с(1! + ill) юо"З = М /8РС вЂ” (Fyll + Мх)/2C(fl + 0 и)

4 = Mz/8RC + (F»il — My)/2с((! + 1И)

ГдЕ Iol1, ..., iol4, io 1, „„! 4 яКОрНЫЕ ТОКИ

olI,oil

-соответствующего канала формирования якорных токов s обоих ЭМП. 50

Усилители мощности 19-22 в первом

ЗМП, охваченные глубокой отрицательной обратной связью с помощью датчиков тока

23-26. обеспечивают протекание по обмоткам якоря первого ЭМП токов i 1, 1z, i з, 14, .! I ! близких к 6птймальным, Идентично работают каналы формирования якорных токов, второго ЗМП, которые обеспечивают проте- кание rlo обмоткам якоря второго ЗМП токов l 1,1 2,1 3,1 4, близких к оптимаьным, 1! II II II

Токи (4) обеспечивают созда н ие электромагнитных сил и мометов, удовлетворяющих равенствам

М2") = (ЕО 1(+ ЕО 27+ ЕО ЗС+ ЕО)4 (, R Ìmo =

=О, ЕХ )= Е")(ЕО)р; F" =О, (- )

ЕФ = Еи)1,= Е(!)з-,— Еи)„= 0, где l — номер соответствующего ЭМП, M2P — сумма электромагнитных момен0) тов и требуемого момента относительно оси

2 для )-ного ЗМП;

FX ), FY0) — сумма электромагнитных сил и сил преодоления инерции по осям X u

Y для )-го.ЭМП;

Е" 1/ ..., FM4 электромагнитные силы в соответствующих секторах каждого ЭМП;

M o — момейт нагрузки j-ro ЗМП;

R — средний радиус воздушного зазора

ЭМП:

F х, FO y — силы для преодоления инер0) 0) ции по осям Х и Y j-го ЭМП, и распределяется поровну между обоими ЗМП

Mz=M z=Mz/2

И

Моменты rio осям Х и Y вычисляются по результатам измерений датчиками угловых скоростей 9-11, угловых ускорений 12-14 на основе заданных угловой скорости вращения вала е о и углового ускорения вращения

Требуемые силы и моменты, действующие на нагрузку, распределяются между

ЗМП в соответствии с системой уравнений

Fx+F х=Fxl ! I

F I + F у = Fy;

I И

Е!"ye! — F „1! = М,; (6)

F xti — F 4И =. МУ, I II

Отсюда следует

Е 1(= (Е»1И + Му)/(6 + 1И), F х = (Fxtl My)/((Ô + ((!), Е (+ (Гф(— Mx)/(ц + foal); (7)

F у = (Fylj + Mx)/(6+1И).

Силы преодоления инерции Е» и Fy вычисляются по результатам измерений датчика((4и линейных ускорений 7 и 8 в соответствии с равенствами:

Ех = max, 1

-Еч = гп! "у

Момент M является моментом нагрузки и распределяется поровну между обоими

ЗМП

M z = M .z = Mz/2.

Моменты по осям X u Y вычисляются по результатам измерений датчиками угловых скоростей 9-11, угловых ускорений 12-14 на основе заданных угловой скорости враще- . ния вала и/ и углового ускорения вращения

1757038

I9j вала е о и угла положения ротора-индуктора а, по формулам (1) — (3).

Равенства (4) получаются в результате решения задачи на условный экстремум с тремя ограничениями типа равенства мето- 5 дом множителей Лагранжа. Требуется найти то1«и, удовлетвоояюшие соотношениям

Ч 0=1 )+1 2+1 3+1 4=> п11п1

ЧО ме = 1 l + 1 2 + 3 + 1 )4 — M

VQFx = iO)4 — 10 2 — FO)õ/ñ = О; (8) 10

ГУ=1 1 i 3 — Р у/С=О, Здесь первое уравнение соответствует требованию минимума потерь в якорных обмотках, следующие три ограничения типа равенства записаны на основе системы (5); 15

Функция Лагранжа и условия ее стаци-:. онарности по токам имеют вид

ЧО) = 05ЧО.4 ЛО)1Ч")vz -Л О)2ЧО ) х

ЛO)3VO) y = > этат

dVO)fdiU)l = 10)1 — Л 0)l — P0)3 =О

dVO)/di 0) 10) ЛО) + ) 0) бЧО)/б10)3 = O)3 -Л ")1 + Л ")з = О бЧО)/б10)4 = Й вЂ” Л 0)q — Л ")2 = О откуда получаем:

1Ч, =Л0,+Л р

А = Л 1 -Л О12

10)з = Л 0)1- ЛО)з

10)4 = ilOll + Л 0)2

Решая систему уравнений (9) совместно с системой (8) определяем значения множи- 30 телей Лагранжа:

Л u „ N1,0/4Rc

2 = F" х/2с

ЛО)з= ЕО) /2с, Поставив значения множителей Лаг- 35 ранжа в уравнения {9), on ределяем значения оптимальных токов, которые необходимо подать на якорные обмотки для получения требуемого электромагнитного момента и электромагнитных усилий, разгружающих 40 опоры от действия радиальных сил инерции, сил, возникающих из-за того, что центр масс нагрузки не расположен в плоскости; проходящей через середину активных зон

ЭМП и от действия радиальных сил, возни- 45 кающих из-за угловых скоростей и ускорений вокруг поперечных осей ЭМП, при минимуме потерь в обмотке якоря .

1о l = Mz/BRc + (Fyhj — Мх)/2с(Ь + ) jj)..

1 2 = Mz/8Rc — (РхЬ + Му)/2с(11+ fjj) 50

1 3 = Mz/BRc — (Fylij Mx)/2c(ij + (Н) i

1 4 = М /BRc+ (Fx41+ M y )/2c(fj + (11)

i "l = М /BRc+(FyIj+ Мх)/2c(lpj+ 011), 1 2 = Mz/BRc — (Fxij — М у)/2с(1 1+ t ll) ъ

1 1„3 = MZ/BRC — (Fyfj + M х)/2C(E i + Ь12; 55

1 4 = Mz/BRc + (Fx(j — М у)/2с((1+ E.11) .

".%:В. .

Применяемые в схеме системы управления МДПТ функциональные блоки проектируются на интегральных микросхемах, выпускаемых серийно, Таким образом, благодаря введению в моментный электродвигатель постоянного тока трех датчиков угловых скоростей, трех датчиков угловых ускорений, двух задатчиков угловой скорости и углового ускорения и соответствующей системы управления, получен моментный электродвигатель постоянного тока, опоры вращения которого разгружены от радиальных сил, возникающих из-эа наличия угловых скоростей и угловых ускорений вокруг поперечных осей двигателя. Предлагаемое изобретение позволяет увеличить ресурс работы моментного электродвигателя постояйного тока и повысить плавность хода ротора при сохранении положения оси ротора относительно статора и минимуме потерь, при работе на подвижном основании.

Формула изобретения

Моментный электродвигатель постоянного тока с ограниченным углом поворота., содержащий два электромеханических преобразователя, роторы-индукторы которых размещены на одном валу, а якорные обмотки каждого расположены на четырех секторах и соединены с восемью каналами формирования якорных токов, каждый из которых состоит из сумматора, датчика тока и усилителя мощности, выход сумматора соединен с неинвертирующим входом усилителя мощности, а с его инвертирующим входом соединен выход датчика тока, через вход которого к выходу усилителя мощности подключена фаза якорной обмотки, первые неинвертирующие входы сумматоров всех восьми каналов соединены с выходом первого масштабного преобразователя с коэффициентом преобразования 1/BR<, где Re— средний радиус воздушного зазора электромеханического преобразователя, с — коэффициент, связывающий ток сектора якорной обмотки с электромагнитной силой этого сектора, вторые неинвертирующие входы сумматоров первых, вторые инвертирующие входы сумматоров третьих каналов формирования якорныхтоков первого и второго электромеханических преобразователей соединены с выходами второго и четвертого масштабных преобразователей соответственно, вторые инвертирующие входы сумматоров вторых, вторые неинвертирующие входы сумматоров четвертых каналов формирования якорных токов первого и второго электромеханических преобразователей соединены с выходами третьего и пятого масштабных преобразователей соответственно, и два датчика линейных ускорений, размещенных на одном

1757038

16 основании со статором так, что бсь первого датчика параллельна осям второго и четвертого секторов, а ось второго датчика параллельна осям первого и третьего секторов, о т л и ч а ю шийся тем, что. с целью 5 повышения надежности и плавности хода при сохранении положения оси ротора от: носительно статора и при минимуме потерь в обмотках путем создания электромагнитных сил, разгружающих опоры от радиаль- 10 ных усилий, в моментный электродвигатель постоянного тока введены задатчики угловой скорости и углового ускорения вращения роторов электромеханических преобразователей. синусно-косинусный 15 преобразователь угла, механически соединенный с валом роторов, три датчика угловых ускорений и три датчйка угловых скоростей по трем взаимно ортогональным осям, семнадцать перемножителей, пятнад- 20 цать сумматоров и десять масштабных преобразователей, оси первых и вторых датчиков угловых скоростей и ускорений параллельны осям первого и второго датчиков линейных ускорений соответственно, ось 25 третьих датчиков угловых скоростей и ускорений параллельна оси вала ротора, синусный и косинусный выходы синусно-косинусного преобразователя угла соединены с первыми входами второго, 30 третьего, пятого, восьмого и первого, четвертого, шестого, седьмого перемножителей соответственно, вторые входы перемножителей первого, второго-и третьего, четвертого соединены с выходами соот- 35 ветственно первого и второго датчиков угловых скоростей, вторые входы перемножителей третьего, четвертого и пятого, шестого соединены с выходами второго и первого датчиков угловых ускорений соот- 40 ветственно, выход захватчика угловой скорости соединен с первыми входами десятого и двенадцатого перемножителей и первого. допблнитвльного сумматора, второй вход которого соединен с выходом третьего дат- 45 чика угловой скорбсти, восходы задатчика углового ускорения и третьего датчика углового ускорения соединены с перым и вторым входами соответственно шестого дойолнительного сумматора, выходы треть- 50 его, пятого, четвертого и шестого перемно- . жителей соединены соответстенно с перывмй инвертирующими входами второго vi четвертого и первыми неинвертирующими входами третьего и пятого 55 дополнительных сумматоров, выходы riep- вого..второго, седьмого и восьмого перемножителей соединены с вторыми неинвертирующими входами второго, третьего, четвертого и пятого дополнительных сумматоров соответственно, выход перearp дополнительного сумматора соединены с первыми входами девятого и тринадцатого перемножителей, выход вто- . рого дополнительного сумматора соединен с вторыми входами девятого, десятого и с первым входом одиннадцатого перемножителей, выход третьего дополнительного сумматора соединен с вторыми входами одиннадцатого, двенадцатого и тринадцатого перемножителей, выход десятого перемножителя соединен с третьим неинвертирующим входом пятого дополнительного сумматора, а выход двенадцатого перемножителя соединен с третьим инвертирующим, входом четвертого дополнительного сумматора, выходы девятого, одиннадцатого и тринадцатого перемйожителей через дополнительные преобразователи, перывй, второй и третий, с коэффициентами преобразования (! " —.! "У), (! "y — "> и (! "X — "z) соответственно, где—

l "x, .I "y, .f" — моменты инерции нагрузки относительно главных осей эллипсоида инерции нагрузки Хн, Ун, 2н, соединены с первыми входами седьмого, десятого и восьмого дополнительных сумматоров соответственно, вторые входы этих сумматоров через пятый, шестой и четвертый дополнительные масштабные преобразователи с коэффициентами преобразования I"X, I" и "у соответственно соединены с выходами пятого. шестого и четвертого дополнительных сумматоров соответственно, выходы седьмого и восьмого дополнительных сумматоров соединены с вторыми входами четырнадцатого, пятнадцатого и шестнадцатого, семнадцатого перемножи- телей соответственно, выходы четырнадцатого и шестнадцатого перемножителей соединены с первыми неинвертирующими": входами девятого и одиннадцатого дбполнительных сумматоров, а выходы пятнадцатого и семнадцатого перемножителей соединены с вторым неинвертирующим и вторым инвертирующим входами одиннадцатого и девятого дополнительных сумматоров соответственно, выход девятбго сумматора соединен с первым инвертирующим входом двенадцатого и первым неинвертирующим входом четырнадцатого дополнительных сумматоров, а выход одиннадцатого счмматора с первым неинвертирующим входом тринадцатого и первым инвертирующим входом пятнадцатого дополнительных сумматоров, выход первого датчика линейных ускорений через седьмой и девятый дополнительные масштабные преобразователи с коэффициентами преобразования глац и rnid соответственно, где m—

1757038

18 масса нагрузки, а 1 и fii — расстояния по оси вращения от центра масс нагрузки до середины активных зон первого и второго электромеханических преобразователей соответственно, соединен с вторыми неин- 5 вертирующими входами двенадцатого и четырнадцатого дополнительных сумматоров соответственно, выход второго датчика линейных ускорений через восьмой и десятый дополнительные масштабные преобразова- 10 тели с коэффициентами преобразования

mfji и m4 соответственно соединен с вторыми неинвертирующими входами тринадцатого и пятнадцатого дополнительных сумматоров, выходы двенадцатого, тринадцатого, четырнадцатого и пятнадцатого дополнительных сумматоров с вторым, третьим, четвертым и пятым основными масштабными преобразователями соответственно с коэффициентами преобразования

1/2c(fi+ (и) у каждого, выход десятого дополнительного сумматора соединен с перывм основным масштабным преобразователем.

1757038

Составитель В.Герасименко

Редактор H,Ëàçàðåíêo Техред М,Моргентал Корректор M.Ïåòðoâà

Заказ 3095 . Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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