Способ настройки вентильного электродвигателя

 

Использование: в электроприводах следящих систем и систем регулирования скорости различного назначения, Сущность. При настройке вентильного электродвигателя на статорную обмотку его синхронной машины и обмотку возбуждения и квадратурную обмотку возбуждения датйшсгГПсложения ротора синхронной машины подают напряжение питания. Контролируют вращающий момент и, регулируя амплитуду и фазу напряжений питания квадратурной обмотки возбуждения, обеспечивают максимальный вращающий момент. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИ АЛИСТИЧГСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4738210/07, 4738212/07 (22) 18.09.89 (46) 07.11.92. Бюл. N 41 (71) Центральное научно-производственное объединение "Ленинец" и Научно-производственное объединение автоматических систем (72) А.Г,Микеров и В.В.Ледерер (56) Столов Л.И., Зыков Б.Н.Моментные двигатели с постоянными магнитами, M.: Энергия, 1977, с.98 — 100.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1275677, кл, Н 02 К 29/00, 1986.

Авторское свидетельство СССР

N1690097,,кл. Н 02 К 29/06, 1989.

Предлагаемый способ относится к электрическим машинам с бесконтактной коммутацией и предназначен для настройки в процессе изготовления и эксплуатации электрических машин, работающих в качестве исполнительных двигателей с ограниченным и неограниченным углом поворота в составе злектроприводов следящих систем и систем регулирования скорости различного назначения.

Известен способ настройки вентильного электродвигателя, заключающийся в развороте статора датчика положения ротора работающего двигателя относительно статора синхронной машины до достижения максимума вращающего момента настраиваемого двигателя, измеряемого специальным пружинным моментомером (см. Столов

Л.И., Зыков Б,Н. Моментные двигатели с постоянными магнитами, М.; Энергия, 1977, с.98 — 100).

„„SU „„17 7 :Ж А1

{54) СПОСОБ НАСТРОЙКИ ВЕНТИЛЬНОГО

ЭЛ Е КТРОДВ И ГАТЕЛ Я (57) Использование: в злектроприводах следящих систем и систем регулирования скорости различного назначения, Сущность.

При настройке вентильного электродвигателя нэ статорную обмотку его синхронной машины и обмотку возбуждения и квадратурную обмотку возбуждения дат Яка положения ротора синхронной машины подают напряжение питания, Контролируют вращающий момент и, регулируя амплитуду и фазу напряжений питания квадратурной обмотки возбуждения, обеспечивают максимальный вращающий момент. 2 ил.

Недостатком данного способа является его сложность, так как для настройки двигатель необходимо демонтировать из объекта управления и установить на внешнем поиборе-моментомере.

Известен другой способ настройки маг- 4 нитозлектрического вентильного электро- фь двигателя с явнополюсным ротором (а.с. N ф, 1275677, кл. Н 02 К 29/00, 1986), заключаю- () щийся в подаче на одну из фаз обмотки 0 якоря пульсирующего напряжения, развороте ротора двигателя до положения, соответствующего нулевому значению ЭДС, наведенной в другой фазе, и развороте статора датчика положения ротора на угол. при котором выходное напряжение усилителя первой фазы равно нулю, а выходное напряжение второй фазы — положительно.

Недостатком данного способа является

его трудоемкость и сложность настроечного оборудования, необходимого для механиче1774439

Предлагаемый способ настройки заключается в следующем. Настраиваемый вентильный двигатель устанавливают на ского разворота статора датчика положения. ротора и последующей его фиксации, В качестве прототипа принят известный способ, изложенный в книге Гемке Р.Г, "Неисправности электрических машин", М.— Л.: Госэнергоиздат, 1963, с.120, в котором настройку электродвигателя осуществляют разворотом положения ротора на угол, обеспечивающий максимум вращающего момента, о чем судят по равенству скоростей электродвигателя при прямом и обратном направлениях вращения.

Недостатком этого способа является длительность процесса настройки, поскольку он предусматривает неоднократное измерение скорости электродвигателя, механическое перемещение статора датчика положения ротора, его освобождение и закрепление.

Целью предлагаемого изобретения является уменьшение времени настройки вентильного электродвигателя. стенд и подают на него напряжения питания; в том числе напряжения питания на фазы обмотки синхронной машины от усилителей мощности и напряжение питания (возбуждения) на основную обмотку возбуждения датчика положения ротора, Далее до10 полнительно подают на квадратурную обмотку возбуждения датчика положения ротора напряжение, синфазное или противофазное напряжению возбуждения основной обмотки возбуждения, После этого изменением амплитуды и фазы этого напряжения сдвигают фазы напряжений питания обмотки синхронной машины до достижения максимума вращающего момента вентильного электродвигателя, контролируемого одним из известных способов.

Состав устройства, реализующего предлагаемый способ, зависит от вариантов настраиваемого вентильного электродвигателя, Указанная цель достигается тем, что в способе настройки вентильного электродвигателя (выполненного на базе синхронной машины с датчиком положения ротора в виде синусно-косинусного вращающегося трансформатора с основной и квадратурной обмотками возбуждения), включающем, как и прототип, операции подачи напряжений питания на фазы обмотки синхронной машины и основную обмотку возбуждения упомянутого датчика положения ротора, контроля вращающего момента и сдвига фаз напряжения питания, обеспечивающего максимум вращающего момента, в отличие от прототипа, дополнительно подают напряжение питания на квадратурную обмотку возбуждения указанного датчика положения ротора и указанный сдвиг фаз напряжений питания фаз обмотки синхронной машины для обеспечения максимального вращающего момента осуществляют регулированием амплитуды и фазы напряжения питания квадратурной обмотки возбуждения упомянутого датчика положения ротора.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг,1 и 2 показаны функциональные схемы настроечного оборудования для предлагаемого способа. настройки вариантов вентильного электродвигателя с неограниченным углом поворота, на фиг.3— функциональная схема настроечного оборудования для варианта вентильного электродвигателя с ограниченным углом поворота, на фиг.4- разновидность схемы формироДля варианта вентильного электродвигателя 1 с неограниченным углом поворота, имеющего датчик положения ротора со свободной квадратурной обмоткой, устройство, реализующее предлагаемый способ настройки, содержит, например (фиг.1),синхронную машину 2 с постоянными магнита30 ми на роторе 3, обмотка якоря которой с фазами 4 и 5 подключена через усилители мощности 6, 7 к выходам фазочувствительных выпрямителей 8, 9, входами соединенных с синусной 10 и косинусной 11 обмотками датчика положения ротора 12, ротор 13 которого механически связан с ротором 3 синхронной машины, Основная обмотка 14 возбуждения этого датчика соединена с источником 15 управляющего напряжения через настроечный стенд 16, в котором находится переключатель 17, соединенный также с общей шиной (корпусом) 18. Квадратурная обмотка 19 датчика положения ротора 12 соединена через переключатель 20 с движком подстроечного резистора 21, крайние выводы которого соединены с общей шиной 18 и переключателем 17.

Вариант настраиваемого вентильного электродвигателя 1 на фиг,2 отличается тем, 50 что квадратурная обмотка 19 датчика положения ротора подключена к источнику 22 рабочего квадратурного напряжения, которое используется для улучшения характеристик вентильного двигателя, например, ванин напряжений питания (возбуждения) путемвведенияуглаопережениялибофордатчика положения ротора. мирования тахометрической обратной свя1774439 (6) (7) U15 =Uo sin cot, 50

55 (8) (2) 021=Кд Uo sin И t, зи. В этом случае устройство, реализующее предлагаемый способ настройки, дополнительно содержит, например (фиг.2), сумматор 23 и трансформатор 24, вторичная обмотка которого подключена к крайним выводам потенциометра 21, а первичная обмотка соединена с источником 15 управляющего напряжения, Вариант настраиваемого вентильного электродвигателя 1 на фиг,3 имеет ограниченный угол поворота, В этом случае в устройстве, реализующем предлагаемый способ настройки, основная обмотка 14 возбуждения соединена с источником 15 управляющего напряжения в стенде 16 через переключатель 17, имеющий два положения; P — "Работа" и Н вЂ” "Настройка", который связывает также квадратурную обмотку 19 возбуждения с движком подстроечного потенциометра 21, соединенного своими крайними выводами через переключатель

20 с общей шиной 18 и с выходом источника

15 управляющего напряжения, Таким образом, настроечное оборудование, входящее в состав вентильного двигателя и необходимое для реализации предлагаемого способа, содержит подстроечный резистор 21, переключатель 20 (фиг.1 и 3), который может быть заменен трансформатором 24 (фиг,2).

Для расширения функциональных возможностей предлагаемого способа настройки настроечное оборудование, входящее в состав вентильного двигателя, может быть дополнено двумя переключателями 25 и 26 (фиг.4), установленными в цепях обмоток 14 и 19 возбуждения датчика положения ротора 12.

Настройка рассматриваемых вентильных двигателей осуществляется следующим образом. Настраиваемый вентильный двигатель (фиг,1) устанавливается в стенд 16, подаются напряжения питания, в результате чего источник 15 формирует управляющее напряжение в виде напряжения возбуждения; где Uo — регулируемая амплитуда; а — частота возбуждения.

Это напряжение поступает на основную обмотку возбуждения 14 датчика положения ротора 12, Одновременно на его квад-ратурную обмотку через переключатель 20 поступает настроечное напряжение, снимаемое с резистора 21;

45 где Кд — коэффициент деления резистора

21.

В соответствии с принципом действия вращающегося трансформатора, который используется в качестве датчика положения ротора 12, напряжения на его выходных обмотках будут иметь вид:

0Ю=Кт (U14 Sin ад +. U19 СОЗ ад);

011=K (014 со зад+ 019 sin ад), (3) где KT — коэффициент трансформации датчика положения ротора 12; ад — электрическое угловое положение ротора 13;

U14 и 019 — напряжения питания (возбуждения) соответствующих обмоток возбуждения, Знак перед вторым слагаемым выражений (2 ) определяется положением переключателя 20 (фиг.1).

Подставляя значения напряжений

014=015 v 01g=021, noJ1yst4M:

010=K Uo sin mt(sin a +. Кд соз ад); (4) 011=Кт Uo Sin ut(COS а K>min ад).

Используя известные формулы тригонометрии, преобразуем последние выражения к виду .

01О=Кт Uo з!и Сот 1+Кд sin(ад +Д;

011=K Ua SiflQlt 1+Kg СОВ(ад Pl (5) где

P =ЯГСЩ = arctg Кд

LI1g

U.14

Фазочувствительные выпрямители 8, 9 выделяют огибающие этих напряжений, ко. торые после усиления в усилителе мощности 6 и 7 создают фазные напряжения и токи:

04=Ку Uo Sfn(Crz 8);

U5= Ку Uo cos(ад ч-Р;

i4=04/Rcp, 15 = U5/Rcp, где Ку =Кт Кум Кф 1 + Кд

Кф — коэффициент передачи фазочувствительных выпрямителей 8, 9;

Кум — коэффициент усиления усилителей мощности 6,7;

R ф — сопротивление фаз 4,5.

1774439 а, =ад+Р. (9) М = Фр Рс з1п О, (10) 50

=(11,25 + 5,6) град, (12) Для упрощения рассуждений реактивным сопротивлением обмоток фаэ в выражениях (8) пренебрегалось.

Фазные токи создают вектор магнитодвижущей силы (МДС) статора, Fc угловое положение которого в пространстве в соответствии с (7) и (8) равно, Тогда в соответствии с принципом действия вентильного двигателя с магнитоэлектрическим возбуждением взаимодействие

МДС статора Fc и магнитного потока ротора

Фр создает вращающий момент: где Π— угол нагрузки, равный;

О=а, ар — ад ар йф причем ар — электрическое угловое положение ротора 3 синхронной машины 2.

Как видно из (6), регулировкой резистора 21 можно достичь изменения Кд в пределах от 0 до 1 и, следовательно, обеспечить сдвиг фаз)3фазных напряжений питания (7) обмотки синхронной машины 2 в пределах от 0 до 45 эл.град, Следовательно, если при механической сборке вентильного двигателя 1 добиться взаимного положения роторов 3 и 13 синхронной машины 2 и датчика положения ротора 12 из условия; ад ар =(90 «-45) эл.град, (12) то, как видно из (11), предлагаемый способ настройки может обеспечить угол нагрузки

0-90 эл.град, что, в соответствии с (10) приведет к максимуму вращающего момента настраиваемого электродвигателя 1, Учитывая, что обычно число пар полюсов синхронной машины 2 не превышает

Р=8, механический угол совмещения роторов должен быть: ад -аъ 90 +-45

A и где pa, pp — механические угловые положения ротора 12 и синхронной машины 2 соответственно, Практика показывает, что при механической сборке вентильных электродвигателей совмещение роторов электрических машин, имеющих нулевые метки, может

45 производиться с точностью до 2 — 3 мех,град, поэтому в производстве условие (12) легко выполняется.

В случае необходимости расширения допуска на механическую сборку вентильного электродвигателя предлагаемый способ также может быть применен, но в настроечное оборудование должны быть введены два дополнительных переключателя 25 и 26, как показано на фиг.4. Нетрудно убедиться, что переключатель 26 обеспечивает изменение угла j3 íà + 90 эл. град, а переключатель 25 совместно с переключателем 20 — его изменение íà + 180 эл.град.

Таким образом, при реализации настроечного оборудования в виде фиг.4 можно производить настройку электродвигателя 1 при любом начальном взаимном расположении входящих в него электрических машин, что позволяет вообще отказаться от каких-либо нулевых меток, производя сборку электрических машин без их механической выставки.

Настройка варианта вентильного электродвигателя по фиг.2 производится аналогичным образом, однако на время настройки источник 22 рабочего квадратурного напряжения отключается.

Варианты вентильных электродвигателей на фиг.1 и 2 имеют неограниченный угол поворота, поэтому контроль максимума их вращающего момента может осуществляться, например, также как в прототипе, по равенству скоростей электродвигателя при прямом и обратном направлениях вращения.

Для варианта вентильного электродвигателя с ограниченным углом поворота (фиг.3) измерение установившейся скорости вращения затруднено, поэтому для него может быть применена другая процедура контроля максимума вращающего момента.

Для этого при настройке переключатель 17 (фиг,3) переводят в положение Н вЂ” "Настройка" и с помощью переключателя 20 и потенциометра 21 добиваются такого изменения угла в выражении (11), при котором обеспечивается

О = ад — ap - р = О. (13) Это приводит, в соответствии с формулой (10), к уменьшению вращающего момента до нуля и остановке электродвигателя, что может быть легко проконтролировано.

Далее переводят переключатель 17 в положение Р— "Работа", Тогда напряжения на обмотках 14 и 19 возбуждения датчика положения ротора примут вид

1774439

014=02= Кд Uo sin йit:

Uig=U1g = Up sin Nt. (14) Подставляя (14) в (3) и выполняя тригонометрические преобразования аналогично вышеизложенному, получим:

04=-Ky Uo з!п(ад p ); (15) 1

Us= Ky Uo сов(ад +P ). где

P = arctg — = — arctg = j3 — к/2

019 1

014 . Кд (16) В последнем выражении сдвиг фазP orlределяется из (6). Следовательно, с учетом (11) и (13) угол нагрузки в режиме работы будет равен:

4 l

О =ад — ар +- 3 =а„— ар - P+ /2 =+и/2 (17)

Тогда, в соответствии с (10), двигатель будет развивать максимальный вращающий момент, знак которого будет определяться положением переключателя 20.

Таким образом, если обеспечить в режиме настройки минимум вращающего момента, то в режиме работы вращающий момент будет иметь максимальное значение. Следовательно, рассмотренная процедура также обеспечивает настройку вентильного электродвигателя на максимум вращающего момента.

Достоинством предлагаемого способа по сравнению с известным является отсутствие таких операций, как механический поворот статора датчика положения ротора и последующая фиксация найденного положения статора, обеспечивающих регулирование угла нагрузки О. В предлагаемом способе регулирование угла нагрузки Оосуществляется чисто электрическим путем— вращением подстроечного резистора и переключением переключателей. Благодаря этому процесс настройки значительно со5 кращается по времени. С другой стороны, поскольку статор датчика положения ротора не надо ни поворачивать, ни фиксировать, то это упрощает конструкцию вентильного электродвигателя, снижает его массу и габа10 риты, а также повышает надежность, При этом настраиваемый электродвигатель может быть размещен в любом месте объекта управления и, в том числе, в труднодоступном для настройщика, тогда как подстроеч15 ный резистор и переключатели могут быть вынесены в другое удобное для регулировки место. Это улучшает конструктивную компоновку привода и объекта управления.

Формула изобретения

20 Способ настройки вентильного электродвигателя, выполненного на базе синхронной машины с датчиком положения ротора в виде синусно-косинусного вращающегося трансформатора с основной и квадратурной

25 обмотками возбуждения, при котором подают напряжения питания на фазы обмотки синхронной машины и основную обмотку возбуждения упомянутого датчика положения ротора, контролируют вращающий мо30 мент и, сдвигая фазы напряжений питания, обеспечивают максимальный вращающий момент, отличающийся тем, что, с целью уменьшения времени настройки, дополнительно подают напряжение питания

35 на квадратурную обмотку возбуждения указанного датчика положения ротора и указанный сдвиг фаз напряжений питания фаз обмотки синхронной машины для обеспечения максимального вращающего момента

40 осуществляют регулированием амплитуды и фазы напряжения питания квадратурной обмотки возбуждения упомянутого датчика положения ротора.

i 7 т1439

1 .

neoexnwsamens 17 стт-гнй 16

Составитель А.Микеров

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Н.Тупица <

Редактор

Производств. н ъ-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3933 Тира>к Подписное

ВНИИПИ l осударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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