Способ частотно-токового управления двухфазным синхронным двигателем

 

Использование: управление линейных синхронных индукторных двигателей. Сущность изобретения: способ заключается в том, что фазные обмотки ротора эапитывают синусоидальными и консинусоидальными токами равной амплитуды, регулируя амплитуду которых, управляют моментом, предварительно определяют угловую погрешность взаимной установки фазных секций двигателя и фазные обмотки запитывают указанными токами, сдвинутыми по фазе на угол, равный указанной погрешности с противоположным знаком. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (юц5 Н 02 P 7/42

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОГ1ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4881975/07 (22) 11.11.90 . (46) 30,08.92. Бюл. М 32 (71) Научно-производственное объединение

"Ротор" (72) M.È.ßðoñëçâöåe и Е.Ф.Павлов (56) Чиликин M.Ã., Сандлер А.С. Общий курс электропривода. M. Энергоиздат, 1981, с.201-206.

Бродавский B.Н., Иванов Е,С, Г1ривады с частотно-токоьым управлением, Г1ад ред.

В.H.Ápîäoâñêîão. M.: Энергия,. 1974, с.28-33. (54) СПОСОБ ЧАСТОТНО-ТОКОВОГО УПРАВЛЕНИЯ ДВУХФАЗНЫМ СИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электроприводам переменного тока с частотно-токовым управлением, и может быть использовано для управления линейными синхронными индукторными двигателями.

Известен способ частотнага управления синхронным двигателем, который позволяет с высокой точностью регулировать скорость вращения ротора двигателя.

Недостатком известного способа являются трудности создания быстродействующего прецизионного электрапривада на базе синхронного двигателя. Это объясняется склонностью к качаниям ротора двигателя, которая особенно отрицательно проявляется при нестационарной нагрузке на валу двигателя.

Наиболее близким по технической сущности является способ частотно-токового

„„ Ы „„1 758824А1 (57) Использование: управление линейных синхронных индукторных двигателей. Сущность изобретения: способ заключается в том, что фазные обмотки ротора эапитывают синусоидальными и кансинусоидальными токами равной амплитуды, регулируя амплитуду которых, управляют моментам, предварительно определяют угловую погрешность взаимной установки фазных секций двигателч и фаэные обмотки запитывают указанными токами, сдвинутыми па фазе на угол, равный укаэанной погрешности с противоположным знакам. 1 управления двухфазным синхронным двигателем, при котором фазные обмотки синх ронного двигателя запитывают синусоидальным и косинусоидальным токами равной амплитуды и, регулируя амплитуду которых, управляют моментом вращения синхронного двигателя.

Недостаткам известного способа является невысокая точность управления моментом вращения, обусловленная пульсациями момента, вызванными погрешностью установки фаэных секций двигателя друг относительно друга.

Целью изобретения является повышение точности управления моментом вращения путем исключения пульсаций момента, вызванных погрешностью установки фазных секций двигателя друг относительно друга.

Поставленная цель достигается тем, что согласно известному способу частотно-то. кового управления двухфазным синхронным двигателем, при котором фазные

Обмотки синхронного двигателя запитыва" ют синусоидальным и косинусоидальным токами равной амплитуды и, регулируя амплитуду которых, управляют моментом вращения, предварительно определяют угловую погрешность взаимной установки фазных секций двигателя и фазные обмотки запитывают указанными токами,, дополнительно сдвинутыми по фазе на угол, равный указанной погрешности с противоположным знаком.

Способ частотно-токового управления двухфазным синхронным двигателем заключается в том, что;

1. Предварительно, на этапе наладки привода, определяют угловую погрешность взаимной установки фазных секций двигателя друг относительна друга.

2. Фазные обмотки двигателя запитывают синусоидальными и косинусоидальными токами равной амплитуды.

3. Указанные. токи дополнительно сдвигают по фазе на угол, равный указанной погрешности с противоположным знаком.

4. Управляют моментом вращения двигателя путем регулирования амплитуды таков.

На чертеже представлена Схема электроп ри вода переменного тока.по базе линейного синхронного индукторного двигателя.

Управление силой тяги линейного двигателя

Осуществляется в соответствии с предлагаемым способом.

Злектропривод содержит линейный двигатель 1, линейный датчик 2 положения, подвижный элемейт которого жестко соединен с подвижным элементом линейного двигателя1, формирователь 3 фазных токов линейного двигателя, первый управляющий вход которого подключен к задатчику 4 силы тяги, второй управляющий вход — к выходу линейного датчика 2 положения, а токозадающие выходы — к фазным обмоткам линейного двигателя 1, источник 5 синусоидальных напряжений, первый выход которого подключен к опорному входу линейного датчика 2 положения и к первому опорному входу формирователя 3 фазных токов, а второй выход — через фазосмещающий блок 6 к второму опорному входу формирователя 3 фазных токов.

Формирователь 3 фазных токов линейного двигателя содержит первый и второй блоки 7,3 умножения, формирователь 9 опорных сигналов, первый и второй фазочувствительные выпрямители 10,11, управляющие входы которых подключены к выходам блоков 7,8 умножения, а опорные входы — к выходу формирователя 9 опорных сигналов. первый и второй регулируемые источ5 ники 12,13 тока, подключенные входами к выходам фазочувствительных выпрямителей 10.11.

При этом первым управляющим входом формирователя 3 является первый вход бло10 ка 7 умножения, объединенный с первым входом блока 8 умножения, вторым управляющим входом — вход формирователя 9 опорньи сигналов, первым и вторым опорными входами — в орые входы блоков 7,8

15 умножения, токозадающими выходами— выходы регулируемых источников 12,13 тока.

Линейный двигатель 1 содержит ферромагнитный зубчатый статор 14 и подвижный

20 элемент 15, состоящий из фззных электромагнитных модулей 16,17. Каждый электромагнитный модуль включает в себя

П-образные магнитопроводы 18.19, обмотку

20 управления и постоянный магнит 21 воз25 буждения. Зубцовая зона линейного двигателя 1 выполнена с шагом ю .

Устройство работает следующим обра3Ot4.

Пусть электромагнитные модули 16 и 17

3G взаимно смещены с некоторой инструментальной погрешностью, т.е. электромагнитные модули установлены друг Относительно друга вдоль направления движения на длину

35 где r — шаг зубцовой зоны двигателя;

4Î д — инструментальная погрешность, n — любое целое число.

Согласно частотно-токовому способу управления синхронной машиной (2) линейный двигатель 1 будет развивать силу тяги

F=c{iASin у +le Ñîç{ð + Л p)),{1) где у = . х — угол. определяющий поло2л

50 жение подвижного элемента 15 по отношению к зубцам статора 14, Ьp =, д — угловая погрешность

=2m взаимной установки фазных электромагнит55 ных модулей 16 и 17.. х — текущее положение подвижного элемента 15 вдоль направления движения, lA u is — фазные токи, с — коэффициент пропорциональности.

1758824

F=-с1, Саз Л р (4) tl =, l =0,1,2, 50

В соответствии с предлагаемым способам обмотки 20 управления электромагнитных модулей 16 «17 должны запитываться фазными токами

lA= lo Sill p,1в =-1О Сов(у - Л p),(2) где lо — амплитуда фазных токов, Тогда согласна (1) получаем, что линейный двигатель 1 будет развивать силу тяги

Приведем обоснование преимущества предлагаемого способа управления путем сравнения тяговых усилий, развиваемых линейным двигателем 1 в соответствии с известным и предлагаемым способами управления.

При запитке фазных обмоток линейного двигателя 1 согласна известному способу, т,е. когда

lg, — 4 SIn p, lg -- !о Сов у, будет возникать сила тяги Aо, Лю, Ла

r- =C,.(СС - =-+ Яг--=Si> 3P +.,- )

) состоящая из двух слагаемых. Первая =пагаемая являе-.ся основной и пропорциональна амплитуде фазных такаг.. Вторая слагаемая является паразиткой и представляет собой пульсирующую силу, амплитуда которой пропорциональна инструментальной погрешности взаимной установки фазных электромагнитных модулей.

Введем в рассмотрение отношение ц амплитуды паразитнай слагаемой силы тяги к ее основной слагаемой, а также отношение о основных слагаемых тяговых усилий, развиваемых линейным двигателем в соответствии с предлагаемым и известным способами соответственна.

Дпя известного и предлагаемого способов будем иметь

I Sln j

rp — — О, 2 Cos Л г Я

Из анализа полученных результатов следует, что запитка линейного двигателя фазными токами (2), в соответствии с предлагаемым способам, исключает возникновение паразитных пульсаций силы тяги из-за погрешности установки фазных электрамагнитных модулей. Наблюдается некоторое снижение удельной силы тяги.

Например, приr = 2 мм и д =0,05мм имеем:

5 rI =8, уг=0, t =98,27.

Требуемые фазные токи (2) в обмотках двигателя 1 вырабатываются следующим образом.

На первый управляющий входформиро10 ватепя 3 фазных токов поступает сигнал Up в ниде напряжения постоянного тока, пропорцианальнага -:ðeáóåìîé силе тяги, а на первый и второй опорные входы приходят синусоидапьн-. е напряжения

U

Следовательно, на управляющих входах фазочувствительных выпрямителей 10 и 11 сформируются синусоидальные напряже25 ния

U,UFSl а t, U.LrCos (а t- Л р) . (3) В качестве линейного датчика 2 положения используется фазовращатель по базе линейногс индуктосина. С выхода датчика 2 положения поступает на второй управляющий вход формирователя 3 фазных токов синусоидальное напряжение, пропорцио35 нальное Яп (в t — y ); в фазе которого содержится информация о положении

2;l7 р = х подвижного элемента линейного

t двигателя 1.

40 Это напряжение поступает на формиро- . ватель 9 опорных сигналов, который преобразует его в последовательность коротких импульсов, вырабатываемых в моменты смены знака входного напряжения с отри-.

45 цательного на положительный, т.е. в моменты времени

Сформированная последовательность коротких импульсов поступает на опорные входы фазочувствительных выпрямителей

",О, l1.

55 Фазочувствительный выпрямитель представляет собой элемент выборки-хранения, включающий в себя запоминающий конденсатор и управляемый ключ, входная цепь которого образует управляющий вход

1758824 фазочувствительного выпрямителя, а цепь коммутации ключа — опорный вход фазочувствительного выпрямителя.

Поскольку на управляющие входы фазочувствительных. выпрямителей 10,11 приходят синусоидальные напряжения (3), а на опорные входы — короткие импульсы в моменты времени(4), то на выходах фазочувствительных выпрямителей сформируются ступенчатые сигналы, аппроксимирующие напряжения

ОоОрЗЬ (р+2л i ) = ОоОрЗЬ р

Up0pCos(p+2ai — Ьр) =

=ОоОсСоз (р — Л р) Сформированные напряжения поступают на входы регулируемых источников 12,13 тока. которые вырабатывают s обмотках линейного двигателя 1 токи, пропорциональные заданию, т.е. равные требуемым фазным токам (2).

Таким образом, предварительное определение угловой погрешности взаимной установки фазных секций двигателя и взаимное дополнительное смещение токов в фазных обмотках двигателя по фазе на угол, равный указанной погрешности с противоположным знаком, позволяет исключить пульсации момента, вызванные погрешностью установки фазных секций двигателя друг относительно друга, тем са5 мым повысить точность управления моментом вращения двигателя, Предлагаемый способ может найти применение при управлении как круговыми, так и линейными синхронными двигателями.

10 Формула изобретен ия

Способ частотно-токового управления двухфазным синхронным двигателем, при котором фазные обмотки двигателя запиты15 вают синусоидальным и косинусоидальным токами равной амплитуды, регулируя амплитуду которых, управляют моментом, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности управления моментом путем иск20 лючения пульсаций момента, вызванных погрешностью установки фазных секций двигателя друг относительно друга, предварительно определяют угловую погрешность взаимной установки фазных секций двига25 теля и фазные обмотки запитывают указанными токами, сдвинутыми по фазе на угол, равный указанной погрешности с противоположным знаком.

1758824

Составитель Н.Коптева

Редактор Ю.Середа Техред М.Моргентал Корректор О.Кравцова

Заказ 3010 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. Ужгоред, ув.Гагарина. 101