Устройство для моделирования @ -фазного вентильного электродвигателя

 

Изобретение относится к устройствам аналоговой вычислительной техники, используемым для моделирования электрических машин. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет моделирования вентильных электродвигателей с аналоговыми датчиками положения ротора. Для этого в устройство введены ключ, масштабный блок и блок коррекции. Устройство позволяет моделировать электродвигатели как с опережением , так и запаздыванием включения фазных обмоток, возможно моделирование как с аналоговыми, так и с дискретными датчиками положения ротора. 4 з.п.ф-лы, 6 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 06 G 7/62

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР

{ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4838329/24 (22) 11.06.90 (46) 23,02.93. Бюл. ¹ 7 (71) Московский текстильный институт им.А,Н,Косыгина (72) А,M.Ëàèãåí и В,А.Соловьев (56) Авторское свидетельство СССР № t035618, кл. G 06 G 7/48, 1980.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1312620, кл. 6 06 G 7/62, 1985, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ

M-ФАЗНОГО ВЕНТИЛЬНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может найти применение при разработке и исследовании вентильных электродвигателей и электроприводов на их основе. .Известно устройство для моделирования m-фазного вентильного электродвигателя, содержащее источник питания, блок формирования момента нагрузки, блок формирования фазных моментов вращения, блок формирования фазных ЭДС вращения, блок формирования узла поворота ротора, интегросумматор., блок формирования фазных управляющих функций, содержащий m цепей, каждая из которых состоит из последовательно соединенных узла выделения модуля, усилителя и порогового реле, блок учета взаимного влияния фазных ЭДС вращения, блок формирования фазных функций распределения магнитной индукции, блок формирования фазных напряжений, блок формирования фазных токов, содержа. Я2,„, 1797133 А1 (57) Изобретение относится к устройствам аналоговой вычислительной техники, используемым для моделирования электрических машин. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет моделирования вентильных электродвигателей с аналоговыми датчиками положения ротора. Для этого в устройство введены ключ, масштабный блок и блок коррекции. Устройство позволяет моделировать электродвигатели как с опережением, так и запаздыванием включения фазных обмоток, возможно моделирование как с аналоговыми, так и с дискретными датчиками положения ротора, 4 з.п.ф-лы, 6 ил. щий m трехвходововых элементов сравнения, к выходу каждого из которых подключена цепь имитации одной из фазных обмоток, состоящая из последовательно соединенных размыкающего контакта соответствующего порогового реле блока формирования фазных управляющих функций и инерционного звена, причем m выходов блока формирования фазных моментов вращения соединены с группой входов интегросумматора, к выходу которого подключены вход блока формирования угла поворота ротора, управляющий вход формирования фазных

ЭДС вращения и вход блока формирования момента нагрузки, выход которого соединен с первым входом интегросумматора.

Выходы инерционных звеньев цепей имитации фазных обмоток, представляющие собой группы выходов блока формирования фазных токов, соединены с первой группой входов блока формирования фазных моментов вращения, вторая группа входов которо1797133

ro и группа входов формирования фазных

ЭДС вращения подключены к группе выхо дов блока формирования фазных функций распределения магнитной индукции, вход которого и управляющий вход блока форми- 5 рования фазных напряжений соединены с выходом блока формирования угла поворота ротора. Основной вход блока формирования фазных напряжений присоединен к выходу источника питания, а к его выходам подключены соответствующие входы блока формирования фазных управляющих функций и первые входы соответствующих трехвходовых элементов сравнения, вторые входы которых и входы блока учета взаимного влияния фазных ЭДС вращения присоединены к соответствующим выходам блока формирования фазных ЭДС вращения, а третьи входы обьединены и соединены с выходом блока взаимного влияния фазных

ЭДС вращения.

К недостаткам этого устройства следует отнести моделирование им вентильных. электродвигателей только с дискретнь1м датчиком положения ротора. При помощи 5 его нельзя моделировать вентильные электродвигатели с опережением и запаздывани- ем включения фазных обмоток. В блок формирования фазных токов этого устрой-. ства не учитывается падение напряжения

30 на силовых тразинсторах коммутатора, от которого зависит форма и величина токов фазных обмоток, При совместной работе описанного устройства и вентильного электродвигателя невозможна коррекция erq 35 входных параметров при изменении в процессе работы параметров электродвигателя, Перечисленные причины сужают его фу н кционал ьн ые возможности; .

Наиболее близким по технической сущ- 40 ности к этому изобретению является устройство для моделирования m-фазного вентильного электродвигателя, содержащее источник питания, блок формирования мо. мента нагрузки, блок формирования фаэных 45 моментов вращения, блок формирования фаэных ЭДС вращения, блок формирования угла поворота ротора, блок регистрации направления вращения, интегросумматор, блок нелинейности, блок формирования 50 фазных функций распределения потокосцепления, блок ф ормирования сигналов датчика положения ротора, блок формирования фаэных токов, включающий m усилителей мощности и цепей имитации обмотки, каждая иэ которых состоит.из последова тельно соединенных датчика тока, катушки индуктивности и токоэадающего резистора, причем m выходов блока формирования фазных моментов вращения соединены с группой входов интегросумматора, к выходу которого подключены первый вход блока формирования угла поворота ротора, вход блока регистрации направления вращения, управляющий вход блока формирования фазных ЭДС вращения и вход блока формирования момента нагрузки, выход которого соединен с первым входом интегросумматора, второй вход которого подключен к выходу блока нелинейности, вход которого соединен с i-м выходом группы выходов блока формирования угла поворота ротора (где ! = 1„.„m), группа выходов которого подключена к группе входов блока формирования сигналов датчика положения ротора и к группе входов блока формирования фазных функций распределения потокосцепления, выходы датчиков тока цепей имитации обмотки, представляющие собой группу выходов блока формирования фазных токов, соединены с первой группой входов блока формированйя фазных моментов вращения, вторая группа входов которого и группа входов блока формирования фазных ЭДС вращения подключены к группе выходов блока формирования фазных функций распределения потокосцепления, второй вход блока формирования угла поворота ротора подключен к выходу блока регистрации направления вращения, третий его вход соединен

С выходом источника питания. к группе выходов блока формирования фазных ЭДС вращения подключены входы усилителей. мощности, к выходам которых присоединены соответствующие цепи имитации обмотки, вторые выводы которых являются выходами устройства, Недостатком этого устройства является малое количество разновидностей моделируемых вентильных электродвигателей, ограниченное только электродвигателями с дискретными датчиками положения ротора.

Оно не позволяет моделировать вентильные электродвигатели с опережением и запаздыванием включения фаэн ых обмоток, Моделирование им электромагнитных процессов, происходящих при работе вентильного электродвигателя в фаэных обмотках, осуществляется без учета падения напряжения на силовых транзисторах коммутатора. Кроме того, блок формирования фазных функций распределения потокосцепления выполнен вием в виде блоков нелинейности, которые практически невозможно выполнить с одинаковыми характеристиками преобразования, что не позволяет получить одинаковую форму разных функций распределения потокосцепленил, При длительной работе рассматриваемого устройства в реальной схеме управления вентильным электродви5

1797133 гателем вследствие изменения теплового режима аналоговых элементов блоков и других причин возможно отклонение основных параметров этого устройства от подобных параметров моделируемого им вентильного электродвигателя. Коррекция и самонастройка этих параметров по соответствующим известным параметрам вентильного электродвигателя в этом устройстве не производится, Вышеперечисленные недо- 10 статки сужают функциональные возможности известного устройства, а также снижают точность моделирования им вентильного электродвигателя.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей этого устройства за счет моделирования вентильных электродвигателей с аналоговыми датчиками положения ротора.

Для достижения поставленной цели устройство для моделирования m-фазного вентильного электродвигателя так же, как и известное, содержит источник питания. блок формирования момента нагрузки, блок формирования фазных моментов вращения, блок формирования фазных ЭДС вращения, блок формирования угла поворота ротора, интегросумматор, блок нелинейности, блок формирования сигналов датчика положения ротора, блок формирования фазных токов, включающий m цепей имитации обмотки, каждая из которых состоит из катушки индуктивности и токозадающего резистра, причем m выходов блока формирования фазных моментов вращения соединены с группой входов интегросумматора, выход которого подключен к первому входу блока формирования угла поворота ротора и к входу блока формирования момента нагрузки, выход которого соединен с первым входом интегросумматора, второй вход. которого подключен к выходу блока нелинейности, вход которого соединен с i-ым выходом первой группы выходов блока формирования угла поворота ротора (где i = 1„„,m), вторая группа выходов блока формирования угла поворота ротора подключена.к группе входов блока формирования сигналов датчика положения ротора,.группа выходов блока формирования фазных токов соединена с первой группой входов блока формирования фазных моментов вращения.

В отличие от известного в данное устройство для моделирования m-фазного вентильного электродвигателя введены ключ, масштабный блок и блок коррекции фазных токов, а в блоке формирования фазных токов в каждую из m цепей имитации обмотки введены элемент сравнения, транзистор и операционный усйлитель. а также m/2 мас15

50 штабирующих резисторов и m/2 резисторов обратной связи, в блоке формирования фазных токов в каждой цепи имитации обмотки выход элемента сравнения через катушку индуктивности подключен к коллектору транзистора, база которого соединена с выходом операционного усилителя, а эмиттер — с одним выводом токозадающего резисто- . ра, другой вывод которого подключен к шине нулевого потенциала, эмиттеры транзисторов цепей имитации обмотки являются группой выходов блока формирования фазных токов, j-ый выход которой (где

j=1,...,m) соединен с первым входом блока коррекции фазных токов, второй вход которого является входом управления устройства, выход блока коррекции подключен к входу блока формирования сигналов датчика положения ротора, К-й выход которого (где К = 1,...,m/2) соединен с неинвертирующим входом одноименного операционного усилителя, инвертирующий вход которого подключен к эмиттеру транзистора одноименной цепи имитации обмотки, l-й выход (где I = m/2 + 1,...,m) блока формирования сигналов датчика положения ротора через масштабирующий резистора соединен с инвертирующим входом одноименного операционного усилителя и одним выводом одноименного резистора обратной связи одноименной цепи имитации обмотки, другой вывод резистора обратной связи соединен, с эмиттером транзистора, неинвертирующий вход операционного усилителя 1-й цепи имитации обмотки подключен. к шине нулевого потенциала, первый вывод источника питания через ключ соединен с первыми входами элементов сравнения блока формирования фазных токов, вторые входы которых подключены к выходам блока формирования фазных ЭДС вращения, р-й выход. которого (где р=,1„...m) соединен с первым входом масштабного блока, второй вход которого подключен к выходу интегросумматора, первая группа выходов блока формирования угла поворота ротора. соединена со второй группой входов блока формирования.фазных моментов вращения и с группой входов блока формирования фазных ЭДС вращения, управляющий вход которого подключен к выходу масштабного блока, второй вывод источника питания соединен с шиной нулевого потенциала, второй вход блока формирования угла поворота ротора является дополнительным входом устройства, Блок формирования угла поворота ротора в этом устройстве содержит генератор напряжения специальной формы, сумматор, преобразователь напряжение-частота, 1797133 ненных первых ключа, запоминающего кон- 55 денсатора и повторителя напряжения, выход которого является одним из выходов первой группы выходов блока, и m цепей, каждая из которых состоит из последовательно соединенных вторых ключа, запомираспределитель импульсов напряжения, три группы из m формирователей коротких импульсов напряжения, m инверторов, m генераторов линейно изменяющегося на. пряжения, m компараторов, m первых цепей, каждая из которых состоит из последовательно соединенных первых ключа, запоминающего конденсатора и повторителя напряжения, выход которого является одним из выходов первой группы выходов блока, и m вторых цепей, каждая из которых состоит иэ последовательно соединенных вторых ключа, запоминающего конденсатора и повторителя напряжения, выход которого является одним из выходов второй группы выходов блока, выход генератора напряжения специальной формы соединен с информационными входами ключей m первых и m вторых цепей, первый вход сумматора является входом задания опорного напряжения блока, выход сумматора соединен со входом преобразователя напряжение-частота, выход которого подключен к входу распределителя импульсов напряжения, каждый из m выходов которого через соответствущий формирователь коротких импульсов напряжения первой группы подключен к управляющему входу соответствующего первого ключа первой цепи и через цепь, состоящую из последовательно соединенных инвертора, форми- рователя коротких импульсов напряжения второй группы и генератора линейно йзменяющегося напряжения соединен с первым входом компаратора, выход которого через формирователь коротких импульсов напряжения третьей группы соединен с управляющим входом второго ключа, вторые входы всех компараторов объединены и являются вторым входом блока

При моделировании двух- или трехфазного вентильного электродвигателя с целью упрощения блок формирования угла поворота ротора содержит генератор напряжения специальной формы, 2в ключей, 2е запоминающих конденсаторов, 2m повторителей йапряжения, сумматор, преобразователь напряжение-частота, два распределителя импульсов напряжения, инвертор, генератор линейно изменяющегося напряжения и компаратор, причем к выходу генератроа напряжения специальной формы подключены m цепей, каждая из которых состоит иэ последовательно соеди10

50 нающего конденсатора и повторителя напряжения. выход которого является одним из выходов второй группы выходов блока, первый вход сумматора является первым входом блока, второй вход сумматора является входом задания опорного напряжения блока, выход сумматора соединен с входом преобразователя напряжение-частота, выход которого через первый формирователь коротких импульсов напряжения подключен к входу первого распределителя импульсов напряжения и через цепь, состоящую из последовательно соединенных инвертора, второго формирователя коротких импульсов напряжения и генератора линейно изменяющегося напряжения — к первому входу компаратора, второй вход которого является вторым входом блока, выход компаратора через третий формирователь коротких импульсов напряжения подключен к выходу второго распределителя импульсов напряжения, выходы которого соединены с управляющими входами вторых ключей, управляющие входы первых ключей подключены к выходам первого распределителя импульсов напряжения, Масштабный блок устройства содержит два узла измерения амплитуды, элемент сравнения. регулирующий усилитель, узел изменения знака напряжения, узел определения знака напряжений и сумматор, причем вход первого узла измерения амплитуды является входом задания фазных ЭДС вращения электродвигателя, вход второго узла измерения амплитуды является первым входом масштабного блока, выход первого угла измерения амплитуды соединен с первым входом элемента сравнения, вгорой вход которого подключен к выходу второго узла измерения амплитуды, выход элемента сравнения через регулирующий усилитель подключен к выходу узла измерения знака напряжения, управляющий вход которого соединен с выходом узла определения знака напряжения, вход которого и первый вход сумматора объединены и являются вторым входом масштабного блока, второй вход сумматора соединен с выходом узла изменения знака напряжения, выход сумматора является выходом масштабного блока.

Блок коррекции фазных токов содержит первый и второй узлы измерения амплитуды, элемент сравнения, регулирующий усилитель, узел изменения знака напряжения, узел определения знака напряжения и сумматор, причем вход первого узла измерения амплитуды является входом задания тока фазной обмотки электродвигателя, вход второго узла измерения амплитуды являет1797133 обмотки электродвигателя,. каждая из (и/2 50 которых содержит элемент 30 сравнения, транзистор 31, катушку 32 индуктивности, токозадающий резистор 33 и операционный усилитель 34, а каждая из m/2 других — элемент

35 сравнения, транзистор 36, катушку 37 индуктивйости, токоэадающий резистор 38, масштабирующий резистор 39, резистор 40 обратной связи и операционный усилитель 41, Первый вход 15 интегросумматора 14 соединен с выходом блока 18 формировася первым входом блока. выход первого узла измерения амплитуды соединен с первым входом элемента сравнения, второй вход которого подключен к выходу второго узла измерения амплитуды, выход элемента сравнения через регулирующий усилитель соединен с входом узла изменения знака напряжения, управляющий вход которого подключен к выходу узла определения знака напряжения, вход которого и первый вход сумматора объединены и являются вторым входом блока, второи вход сумматора соединен с выходом узла изменения знака напряжения, выход сумматора является выходом блока.

На фиг.1 изображена структурная схема устройства для моделирования m-фазного вентильного электродвигателя; на фиг.2— структурная схема блока формирования угла поворота ротора вентильного электродвигателя; на фиг,3 — структурная схема упрощенного варианта исполнения блока формирования угла поворота ротора вентильного электродвигателя; на фиг.4— структурная схема масштабного блока; на фиг.5 — структурная схема блока коррекции фазных токов; на фиг.6 — структурная схема узла измерения амплитуды.

Устройство для моделирования m-фазного вентильного электродвигателя (фиг,1) содержит источник 1 питания, ключ 2, блок

3 формирования фазных моментов вращения с первой 4 и второй 5 группами входов, блок 6 формирования фазных ЭДС вращения с группой 7 входов и управляющим входом 8, блок 9 формирования угла поворота ротора, выполненный с первым 10 и вторым 11 входами и с первой 12 и второй

13 группами выходов, интегросумматор 14 с первым 15 и вторым 16 входами и группой

17 входов, блок 18 формирования момента нагрузки, блок 19 нелинейности, масштабный блок 20 с первым 21 и вторым 22 входами, блок 23 формирования сигналов датчика положения ротора, выполненный с группой

24 входов и входом 25, блок 26 коррекции фазных токов с первым 27 и вторым 28 входами и блок 29 формирования фазных токов, состоящий из m цепей имитации фазной

40 ния момента нагрузки, его второй вход 16— с выходом блока 9 нелинейности и группа

17 входов подключена к m выходам блока 3, формирования фазных моментов вращения.

К выходу интегросумматора 14 присоединены вход блока 18 формирования момента нагрузки, второй вход 22 масштабного блока 20 и первый вход 10 блока 9 формирования угла поворота ротора, второй вход 11 которого является дополнительным входом управления устройства и предназначен для подключения к источнику сигнала управления фазовым сдвигом напряжений второй группы 13 выходов этого блока относительно выходных напряжений его первой rpynllbl 12 выходoB, К первой группе 12 выходов блока 9 формирования угла поворота ротора подключены группа 7 входов блока 6 формирования фазных ЭДС вращения и вторая группа 5 входов блока 3 формирования фазных моментов вращения, а к i-му выходу этой группы выходов — вход блока 19 нелинейности. Вторая группа 13 выходов блока

9 формирования угла поворота ротора соединена с группой 24 входов блока 23 формирования сигналов датчика положения ротора, вход 25 которого подключен к выхо ду блока 26 коррекции фазных токов. Repвый вывод источника 1 питания через ключ

2 соединен с первыми входами элементов

30,35 сравнения соответственно К-й (где К =

1,...,m/2) и I-й (где! = m/2 + 1,...,m) цепей имитации фазной обмотки блока 29 формирования фазных токов, Второй вывод источника 1 питания присоединен к шине 42 нулевого потенциала, Вторые входы элементов 30,35 сравнения подключены к выходам блока 6 формирования фазных ЭДС вращения, р-й выход которого соединен с первым входом 21 масштабного блока 20, к выходу которого подключен управляющий вход 8 блока 6 формирования фазных ЭДС вращения, Выход элемента 30 сравнения К-й цепи имитации фазной обмотки через катушку 32 индуктивности подключен к коллектору транзистора 31, база которого соединена с выходом операционного усилителя 34, а эмиттер — с одним выводом токозадающего резистора 33, другой вывод которого подключен к шине 42 нулевого потенциала. Неинвертирующий вход операционного усилителя 34 соединен с К-м выходом блока

23 формирования сигналов датчика положения ротора, а его инвертирующий вход подключен к эмиттеру транзистора 31 одноименной цепи имитации фазной обмотки, Выход элемента 35 сравнения I-й цепи имитации фазной обмотки через катушку 37

1797133, 12

20

40 лофазного вентильного электродвигателя

55 и индуктивности подключен к коллектору транзистора 36, база которого присоедине- на к выходу операционного усилителя 41, а эмиттер —. к одному из выводов токозадэю- . щего резистора 38; другой вывод которого подключен к шине 42 нулевого потенциала.

Инвертирующий вход операционного усилителя 41 через масштабирующий резистор

39 соединен с I-м выходом блока 23 формирования сигналов датчика положения ротора и с одним из выводов одноименного резистора 40 обратной связи, другой вывод которого. присоединен,к эмиттеру транзистора 36. Неинвертирующий вход операционного усилителя 41 подключен к шине 42 1 нулевого потенциала. Змиттеры транзисторов 30,35 цепей имитации фазной обмотки являются группой выходов блока 29 форми,рования фазных токов и соединены с первой группой 4 входов блока 3 формирования фазных моментов вращения, К j-му выходу

: блока 29 формирования фазных токов блока.

29 формирования фазных токов подключен первый вход 27 блока 26 коррекции фазных токов, второй вход 23 которого является входом управления устройства.

Блок 3. формирования фэзных моментов вращения состоит из m блоков умножения, . первые входы которых образуют его первую группу 4 входов, а вторые входы — вторую группу 5 входов.

Блок 6 формирования фазных ЗДС вращения может быть выполнен в виде m блоков умножения, первые из входов которых представляют собой группу 7 входов блока, 3 а вторые входы обьединены и образуют его управляющий вход 8.

Блок 23 формирования сигналов датчика положения ротора содержит m блоков умножения, первые входы которых представляют собой группу блока, а вторые вхо- ды объединены и являются его входом 25, В предложенном устройстве катушки, индуктивности 32,27 индуктивности в блоке

29 формирования фазных токов могут быть 4 выполнены магнитосвязанными. Блок 9 формирования угла поворота ротора, структурная схема которого изображена на фиг,2, содержит генератор 43 .напряжения специальной формы, сумматор . 44, преобразователь 45 напряжение-часто- . та, распределитель 46 импульсов напряжения, первую, вторую и третью группы из m соответствующих формирователей 47, 48, 49 коротких импульсов напряжения каждая, m инверторов 50, m генераторов 51 линейно изменяющегося напряжения, m компараторов 52, m первых цепей, каждая из которых состоит из последовательно соединенных первых ключа 53, запоминающего конденФ сатора 54 и повторителя 55 напряжения, выход которого является одним из выходов первой группы 12 выходов блока, и m вторых цейей, каждая из которых состоит из последовательно соединенных вторых ключа 56, запоминающего конденсатора 57 и повторителя 58 напряжения, выход которого является одним из входов второй группы 13 выходов блока.

Выход генератора 43 напряжения специальной формы соединен с информационными входами каждого ключа 53,56 соответственно m первых и m вторых цепей.

Первый вход сумматора 44 является первым входом 10 блока 9 формирования угла поворота ротора, его второй вход — входом задания опорного напряжения этого блока, а выход соединен со входом преобразователя 45 напряжение-частота, выход которого подключен к входу распределителя 46 импульсов напряжения. Каждый из его m выходов через соответствующий формирователь

47 коротких импульсов напряжения первой группы подключен к управляющему входу соответствующего первого ключа 53 первой цепи и через цепь, состоящую из последовательно соединенных инверторэ 50, формирователя 48 коротких импульсов напряжения второй группы и генератора 51 линейно изменяющегося напряжения соединен с первым входом компаратора 52, выход которого через формирователь 49 коротких импульсов напряжения третьей. группы соединен с управляющим входом второго ключа 31. Вторые входы всех компараторов 52 объединеньг и являются вторым входом блока, При моделировании опережения или запаздывания включения фазных обмоток маблок 9 формирования угла поворота ротора может быть упрощен и содержит (фиг.3) генератор 43 напряжения специальной формы, сумматор 44, преобразователь 45 напряжение-частота, первый 46 и второй 59 распределители, импульсов напряжения, первый 47, второй 48 и третий 49 формирователи коротких импульсов напряжения, инвертор 50, генератор 51 линейно изменяющегося напряжения, компаратор

42, mпервых цепей,,каждая из которых состоит из последовательно соединенных первых ключа 53; запоминающего конденсатора 54 и повторителя 55 напряжения, выход которого является одним из входов первой группы 12 блока, и m вторых цепей, каждая из которых состоит из последовательно соединенных вторых ключа 56, запоминающего конденсатора 57. и повторителя

58 напряжения, выход которого является од13

1797133

14 ним из выходов второй группы 13 выходов блока.

Выход генератора 43 напряжения специальной формы, как и в предыдущем варианте исполнения блока 9 формирования 5 угла поворота ротора, соединен с информационными входами каждого ключа 53, 56 соответственно m первых и m вторых цепей.

Первый вход сумматора 44 является первым

10.входом 10 блока 9 формирования угла поворота ротора, его второй вход — входом задания опорного напряжения этого блока, а выход соединен со входом преобразователя

45 напряжение-частота, выход которого через первый формирователь 47 коротких им- 15 пульсов напряжения подключен к входу первого распределителя 46 импульсов напряжения и через цепь, состоящую из последовательно соединенных инвертора 50, второго формирователя 38 коротких им- 20 пульсов напряжения и генератора 51 линейно изменяющегося напряжения — к первому входу ком паратора 52, второй вход которого является вторым входом блока. Выход компаратора 52 через третий формирователь 49 коротких импульсоа напряжения подключен входу второго распределителя 59 имключей 53 подключены к выходам первого распределителя 46 импульсов напряжения.

Масштабный блок 20 содержит первый

60 и второй 61 узлы измерения амплитуды, 35 элемент 62 сравнения, регулирующий усилитель 63, узел 64 изменения знака напряжения, узел 65 определения знака напряжения и сумматор 66.

Вход первого узла 60 изменения ампли- 40 туды является входом задания фазных ЭДС вращения электродвигателя. Вход второго узла 61 измерения амплитуды является пер- вым входом 21 масштабного блока 20. Выход первого узла 60 измерения амплитуды 45 соединен с первым входом элемента 62 сравнения, второй вход которого подключен к выходу узла 61 измерения амплитуды.

Выход элемента 62 сравнения через регули50 рующий усилитель 63 подключен к входу узла 64 изменения знака напряжения, управляющий вход которого соединен с выходом узла 65 определения знака напряжения, вход которого и первый вход сумматора 66 объединены и являются вто- 55 рым входом 22 масштабного блока 20. Второй вход сумматора 66 соединен с выходом узла 64 изменения знака напряжения. Выход сумматора 66 является выходом масштабного блока 20. пульсов напряжения, выходы которого . соединены с управляющими входами вторых ключей 56. Управляющие входы первых 30

Блок 26 коррекции фазных токов содержит первый 67 и второй 68 узлы измерения амплитуды, элемент 69 сравнения, регулирующий усилитель 70, узел 71 изменения знака напряжения, узел 72 определения знака напряжения и сумматор 73.

Вход первого узла 67 измерения амплитуды является входом задания тока фазной обмотки и предназначен для подключения к датчику тока одной из фазных обмоток вентильного электродвигателя, Вход второго узла 68 измерения амплитуды является первым входом 27 блока 26 коррекции фазных токов. Выход первого узла 67 измерения амплитуды соединен с первым входом элемента 69 сравнения, второй вход которого подключен к выходу второго узла 68 измерения амплитуды. Выход элемента 69 сравнения через регулирующий усилитель 70 соединен с входом узла 71 изменения знака напряжения, управлящий вход которого подключен к входу узла 72 определения знака напряжения, вход которого и первый вход сумматора 73 обьединены и являются вторым входом 28 блока 26 коррекции фазных токов. Второй вход сумматора 73 соединен с выходом узла 71 изменения знака . напряжения. Выход сумматора 73 является выходом блока 26 коррекции фазных токов.

Каждый узел измерения амплитуды в масштабном блоке 20 и а блоке 26 коррекции фазных токов, например, узел 60, как показано на фиг.б, содержит амплитудный выпрямитель 74, узел 75 выборки и хранения аналогового сигнала и последовательно соединенные компаратор 76, первый 77 и второй 78 формирователи коротких импульсов напряжения. Входы амплитудного выпрямителя 74 и компаратора 76 объединены и представляют собой вход узла 60 измерения амплитуды. Управляющий вход амплитудного выпрямителя 74 соединен с выходом второго формирователя 78 коротких импульсов напряжения, а его выход — с входом узла 75 выборки и хранения аналогового сигнала, управляющий вход которого подключен к выходу первого формирователя 77 коротких импульсов напряжения. Выходом узла 60 измерения амплитуды является выход узла 75 выборки и хранения аналогового сигнала.

Амплитудный выпрямитель 74 в простейшем случае может быть выполнен а виде цепи, состоящей из последовательно соединенных диода и конденсатора, параллельно которому присоединен ключ, управляющий вход которого является управляющим входом амплитудного выпрямителя, 15

1797133

Узел 75 выборки и хранения аналогового сигнала может быть выполнен, например, в виде последовательного соединения ключа и конденсатора; параллельно которому подключен вход эмиттерного повторителя, выход которого является выходом узла, а управляющий вход ключа — его управляющим входом,.

Устройство для моделирования m-фазного. вентильного электродвигателя работает следующим образом.

При включении ключа 2 с первого вывода источника 1 питания на первые входы элементов 30, 35 сравнения подается напряжение Un, На их вторые входы с выходов блока 6 формирования фазных ЭДС вращения поступают напряжения Utl. По форме эти знакопеременные напряжения совпадают с выходными напряжениями 0(а ) первой группы 12 выходов блока 9 формирования угла поворота ротора, а их амплитуда и частота прямо пропорциональны поступающему на вход блока 9 формирования угла поворота ротора и на второй вход 22 масштабного блока 20 выходному напряжению

UQ интегросумматора 14, т.е, прямо пропорциональны частоте вращения и, соответственно, фазным ЭДС вращениЙ ll каждой

)-й фазной обмотки моделируемого вентильного электродвигателя

Ull = Км UQU (а ) = К ll, (1) где J=l=p, т,е. принята и в дальнейшем при описании принципа работы устройства соблюдается единая индексация выходов блоков;

Vil — выходное напряжение j-го выхода блока 6 формирования фазных ЭДС вращения;

К в — масштабный коэффициент блоков умножения блока 6 формирования фазных

ЭДС вращения;

UQ = KQQ — выходное напряжение интегросумматора 14;

Я вЂ” частота вращения моделируемого вентильного электродвигателя;

KQ — коэффициент пропорциональности между частотой вращения вентильного электродвигателя и выходным напряжением интегросумматора 14;

U(ill) — выходное напряжение j-ro выхода первой группы 12 выходов блока 9 формирования угла поворота ротора; а — угол поворота ротора вентильного электродвигателя относительно оси симметрии j-й фазной обмотки;

ll — ЭДС вращения j- и фазной.обмотки;

Ki — коэффициент пропорциональности между амплитудами ЭДС вращения и выходных напряжений блока 6 формирования фазных ЭДС вращения.

Поддержание и изменение заданного соотношения между амплитудами выходно5 го напряжения 01 блока 6 формирования фазных ЭДС вращения и амплитудами выходного напряжения UQ интегросумматора

14 и фазных ЭДС ll вращения электродвигателя производится масштабным блоком 20, "0 на первый вход 21 которого поступает выходное напряжение Ui одного из выходов блока 6 формирования фазных ЭДС вращения, В масштабном блоке 20 производится сравнение амплитуды этого напряжения с ее заданным значением и формирование напряжения его коррекции, которое суммируется с выходным напряжением ОЯинтегросумматора 14 и образует вместе с ним выходное напряжение блока, подаваемое на управляющий вход 8 блока 6 формирования фазных ЭДС вращения.

Выходные напряжения элементов 30, 35 сравнения, каждое из которых равно разности выходных напряжений (Un n— Ц1 )источника 1 питания и одного из выходов блока 6 формирования фазных ЭДС вращения, под-. аются соответственно на соединенные последовательно катушку 32 индуктивности, 30 транзистор 31, токозадащий резистор ЗЗ К-й цепи имитации фазной обмотки (где К = j npu

j = 1„„,гп/2) и на соединенные последовательно катушку 37 индуктивности, транзистор 36, токозадающий резистор 38 l-й цепи имитации фазной обмотки (где = j при / =

m/2 + 1,...,m).

Одновременна с второй группы 13 выходов блока 9 формирования угла поворота ротора на группу 24 входов блока 23 формирования сигналов датчика положения ротора поступают знакопеременные, например, гармонические, напряжения 0(а; +б), где

0- угол фазового сдвига напряжения второй группы 13 выходов блока 9 формирования угла поворота ротора относительно выходных напряжений его первой группы 12 вы ходов. Величина и знак углаО регулируется напряжением Оф, подаваемым на второй вход 11 блока 9 формирования угла поворо5P Ta PoToPa.

Если напряжение Uy управления устройством на втором входе 28 блока 26 коррекции фазных токов и, соответственно, напряжение на входе 25 блока 23 формирования сигналов датчика положения ротора не превышают по абсолютной величине предельное значение, при котором блоки умножения блока 23 формирования сигналов датчика положения ротора переходят в режим насыщения, то его выходные напря17

1797133

10

25

35

50

55 жения будут прямо пропорциональны выходным напряжениям Upppj второй группы

13 выходов блока 9 формирования угла поворота ротора, и устройство будет моделировать вентильный электродвигатель с аналоговым датчиком положения ротора, Выходное напРЯжение Одпр1 с каждого К-го выхода блока 23 формирования сигналов датчика положения ротора поступает на неинвертирующий вход одноименного операционного усилителя 34, а с каждого его I-го выхода через одноименный масштабирующий резистор 39 — на инвертирующий вход идноименного операционного усилителя

41, flpv. положительной полярности выходных напРЯжений 0лпр1 блока 23 фоРмиРования сигналов датчика положения ротора транзистор Зб 1-й цепи имитации фазной обмотки закрыт, а транзистор 31 К-й цепи имитации фазной обмотки открыт и совместно с одноименным операционным усилителем 34 работает в режиме неинвертирующего регулятора тока, По катушке 32 индуктивности и токозадающему резистору 33 К-й цепи имитации будет проходить ток, прямо пропорциональный току соответствующей фазной обмотки моделируемого вентильного электродвигателя

1ф = др! (2) в; где iyj — ток цепи имитации j-й фазной обмотки;

Rj — сопротивление токозадающих резисторов 33, 38, эквивалентное активному сопротивлению j-й фазной обмотки моделируемого вентильного электродвигателя.

При изменении полярности выходных напряжений U„np) блока 23 формирования сигналов датчика положения ротора на противоположную, транзистор 31 закрывается. а транзистор Зб 1-й цепи имитации фазной обмотки открывается и будет работать совместно с одноименными масштабирующим резистором 39, резистором 40 обратной связи и операционным усилителем 41 в режиме инвертирующего регулятора тока, По катушке 37 индуктивности и токозадающему резистору 38 проходит ток

1ф1, величина которого оп ределяется по формуле (2).

В обоих случаях на первую группу 4 входов блока 3 формирования фазных моментов вращения с токозадающих резисторов 33, 38 поступают напряжения, прямо пропорциональные фазным токам i4j. На вторую группу 5 входов этого блока с первой группы 12 выходов блока 9 формирования угла поворота ротора подаются напряжения

Uaj, совпадающие по форме с распределением потокосцеплений ф (а;) фазных обмоток с полем ротора электродвигателя. На выходах блока 3 формирования фазных моментов вращения возникают напряжения, прямо пропорциональные вращающим моментам, создаваемым каждой фазной обмоткой

0„1 = К..0(а )0Р = К.фМ;, (3) где UMj — выходное напряжение j-ro выхода блока 3 формирования фазных моментов вращения;

Кмз — масштабный коэффициент блоков умножения блока 3 формирования фазных моментов вращения;

0я1 = i4jRg — падение напряжения на j-м токозадающем резисторе 33, 38;

Mj — фазный момент вращения, создаваемый j-й фазной обмоткой;

Кнф — коэффициент пропорциональности между амплитудами фазных моментов вращения и выходных напряжений блока 3 формирования фазных моментов вращения.

Регулирование и стабилизация заданной амплитуды выходных напряжений 0щ блока 29 формирования фазных токов производится блоком 2б коррекции фазных токов, на первый вход 27 которого поступает выходное напряжение URJ одного из выходов блока 29 формирования фазных токов, В блоке 26 коррекции фазных токов амплитуда этого напряжения сравнивается с ее заданным значением, устанавливаемым, . например, изменением напряжения 0у управления устройством на его втором входе

28, и из напряжения рассогласования формируется напряжение коррекции фазных токов, которое суммируется с напряжением

U> управления и совместно с ним представляет собой выходное напряжение этого блока, подаваемое на вход 25 блока 23 формирования сигналов датчика положения ротора, то есть на его управляющий вход.

Выходные напряжения U j блока 3 формирования фазных моментов вращения поступают на группу 17 интегросумматора 14.

На его первый вход 15 подается выходное напряжение блока 18 формирования момента нагрузки, прямо пропорциональное составляющей момента нагрузки, зависящей от частоты вращения электродвигателя

UM(Q) = 0мо + Ь100+ bzUQ—

= Кмф) Мн (Q), (4) где U (Q —. выходное напряжение блока 18 формирования момента нагрузки;

M<(Q = Мно + а1 Q+ а2 0 - составляющая момента нагрузки, зависящая от частоты вращения вентильного электродвигателя;

1797133

М,о — постоянная составляющая момента нагрузки вентильного электродвигателя; а1,а2 — постоянные коэффициенты;

KM(Q — коэффициент пропорциональности между зависящей от частоты вращения составляющей момента нагрузки вентильного электродвигателя и выходным напряжением блока 18 формирования момента нагрузки;

0мо = Км(Я Мно постоянная составляющая выходного напряжения блока 18 формирования момента нагрузки;

К циенты пропорциональности между линейной и квадратичной составляющими выходного напряжения блока 18 формирования момента нагрузки и выходным напряжением интегросумматора 14.

На второй вход 16 интегросумматора 14 подается выходное напряжение блока 19 нелинейности, сформированное в нем путем нелинейных пребразовэний из выходного напряжения одного из выходов первой группы 12 выходов блока 9 формирования угла поворота ротора и прямо пропорциональное составляющей момента нагрузки, зависящей от угла поворота ротора электродвигателя

UM(a) = C(J{a )) 0(аД = KM(a)IV4 (а) (5) где UM(a) — выходное напряжение блока 19 нелинейности;

C(U(aJ)) — коэффициент передачи блока

19 нелинейности, зависящий о1. величины

его входного напряжения;

MH(a) — составляющая момента нагрузки, зависящая от угла поворота ротора вентильного электродвигателя; . Км (a) — коэффициент пропорциональности, между зависящей от угла поворота ротора составляющей момента нагрузки вентильного электродвигателя и выходным напряжением блока 19 нелинейности.

Интегросумматор 14 осуществляет пре образование входных сигналов в соответствии со следующей формулой

un = f (

KQ где К1 = — — коэффициент передачи ин1 мф тегросумматорэ 14 по группе 17 входов;

KQ

Kz = — коэффициент передачи

I KM(ь ) интегросумматора 14 по первому входу 15;

KQ

Кз = К вЂ” коэффициент передачи Кма интегросумматора 14 по второму входу,16;

"J — момент инерции моделируемого вентильногD электродвигателя.

Для моделирования реверсирования вентильного электродвигателя полярность напряжения 0у управления на втором входе

28 блока 26 коррекции фазных токов изменяют на противоположную. В результате изменяется на flpoTMBolloëîæíóþ полярность напряжения на входе 25 блока 23 формирования сигналов датчика положения ротора, и после окончания переходного процесса последовательность открытия транзисторов 31,36 в блоке 29 формирования фазных токов будет происходить в обратном порядке, а полярность выходного напряжения интегросумматора 14, соответствующая

20 определенному направлению вращения электродвигателя, станет противоположной, Моделирование вентильного электродвигателя с дискретным датчиком положе25 ния ротора осуществляется при увеличении по абсолютной величине напряжения Uy управления на втором входе 28 блока 26 коррекции фазных токов и, соответственно, на входе 25 блока 23 формирования сигналов датчика положения ротора. Начиная с некоторого его значения и выше содержащиеся в этом блоке блоки умножения будут работать в режиме насыщения, и его выходные, напряжения 0дор принимают вид последовательностей двухполярных прямоугольных импульсов напряжения с постоянной амплитудой. При таких выходных напряжениях блока 23 формирования сигналов датчика положения ротора транзисторы 31,36 в блоке 29 формирования фазных токов будут работать в ключевом режиме, а зависимости изменения токов в цепях имитации фазных обмоток при включенных транзисторах 31, 36 будут описываться следующим диффе45 ренциальным уравнением

Ц вЂ”,, = О.- UiJ-1ф)в)-0,рЬ . б)ц (7) где L — индуктивность катушки 32 (37) индуктивности, эквивалентная индуктивности J-й

5О фазной обмотки моделируемого вентильного электродвигателя;

0гр — падение напряжения нэ включенном транзисторе 31 (36) в цепи имитации J-й фазной обмотки; т — время.

Работа всех остальных блоков устройства в этом случае происходит подобно вышеизложенному. При выполнении катушек 32, 37 индуктивности в этом устройстве магни1797133

22 тосвязанными при моделировании вентильного электродвигателя будет учитываться влияние взаимоиндуктивностей фаэных обмоток на происходящие в них процессы.

Блок 9 формирования угла поворота ро- 5 тора (фиг.2) работает следующим образом, Генератор 43 напряжения специальной формы формирует с частотой fo периодическое знакопеременное напряжение, совпэдающее по форме с зависимостью распределения потокосцеплений ga (а ) фаэных обмоток с полем ротора электродвигателя, например, синусоидальное или трапецеидальное. Это напряжение поступает на информационные входы первых 53 и вторых 56 ключей.

С подачей опорного напряжения 00 на второй вход сумматора 44 при отсутствии напряжения на его первом входе преобразователь 45 напряжение-частота формирует последовательность прямоугольных импульсов напряжения со скважностью Q = 2 и частотой fn = 2п 1,, которые поступают на вход распределителя 46 импульсов напряжения. На его m выходах возникают смещенные друг относительно друга на угол

2л последовательности прямоугольных

m импульсов напряжения со скважностью Q =

2 и частотой fp = fo, которые поступают на входы соответствующих формирователей

47 коротких импульсов напряжения первой группы и инверторов 50. В моменты появления задних фронтов этих импульсов формирователи 47 коротких импульсов напряжения первой группы формируют короткие импульсы напряжения, поступаю. щие на управляющие входы первых ключей

53 и кратковременно их открывающие. На каждом из первых запоминающих конденсаторов 54 устанавливается напряжение, величина и полярность которого равны величине и полярности выходного напряжения генератора 43 напряжения специальной формы в моменты поступления на управляющие входы соответствующих первых ключей 53 коротких импульсов напряжения с формирователей 47 коротких импульсов напряжения первой группы. Напряжения на первых запоминающих конденсаторах 54, а также на выходах первых повторителей 55 напряжения вследствие большого входного сопротивления последних, остается неизменным до следующего включения соответствующего ключа 53.

При поступлении на вход 10 блока 9 формирования угла поворота ротора выходного напряжения UQ интегросумматора 14 изменяется частота f> прямоугольных импульсов напряжения на выходе преобразо10

55 вателя 45 напряжение-частота, и, соответственно, изменяется и не будет равной fo частота fp импульсов на выходах распределителя 46 импульсов. Поэтому с открытием первых ключей 53 на первых запоминающих конденсаторах 54 каждый раэ будут устанавливаться последовательно новые мгновенные значения выходного напряжения генератора 43 напряжения специальной формы, В итоге при частоте f> импульсов на выходах распределителя 46 импульсов, отличающейся от частоты выходного напряжения генератора 43 напряжения специальной формы не более чем на (1-3), на выходах первых повторителей 55 напряжения и, соответственно,.нэ выходах

12 блока 9 формирования угла поворота ротора формируется m напряжений 0(а ) с частотой f9=! f< — fp I, прямо пропорциональной частоте вращения моделируемого вентильного электродвигателя и смещенный друг

2л относительно друга по фазе на угол

Амплитуда и форма этих напряжений совпадают с амплитудой и формой выходного напряжения генератора 43 напряжения специальной формы, а знак фазового сдвига определяется полярностью напряжения на входе 10 блока 9 формирования угла поворота ротора. . Одновременно с этим в моменты появления задних фронтов прямоугольных импульсов напряжения на выходах инверторов 50 формирователи 48 коротких импульсов напряжения второй группы формируют короткие импульсы напряжения, которыми запускаются одноименные . генераторы 51 линейно изменяющегося напряжения. Их выходные напряжения поступают на первые входы идноименных компараторов 52, на вторые входы которых подается постоянное напряжение Офс управления фазовым сдвигом выходных напряжений второй группы 13 выходов блока

9 формирования угла поворота ротора относительно выходных напряжений первой группы 12 его выходов. При величине выходного напряжения генератора 51 линейно изменяющегося напряжения меньшей, чем напряжение Uy<, выходное напряжение компаратора 52 будет высокого уровня, а при большем, чем напряжение 0фс, — низкого уровня. В результате на выходах компараторов 52 возникают прямоугольные импульсы напряжения, длительность которых прямо пропорциональна напряжению

Uy<. В моменты появления задних фронтов этих импульсов формирователи 49 коротких импульсов напряжения третьей группы фор23

1797133

24 мируют короткие импульсы напряжения, которые поступают на управляющие входы вторых кл ючей 56 и кратковременно открывают их, На выходах повторителей 58 напря жения также, как и на выходах одноименных 5 первых повторителей 55 напряжения, возникают напряжения 0(а1 + 6) с частотой

fQ = 1 о- fp! и смещенные друг относитель2л но друга на угол, а относительно одноfTl именных выходных напряжений первых повторителей 55 напряжения на угол 0.

При величине напряжения 0фс на втором входе 11 блока 9 формирования угла поворота ротора, равной половине амплиту- 15 ды выходного напряжения генераторов 51 линейно изменяющегося напря>кения, импульсы напряжения на выходах формирователей 49 коротких импульсов напря>кенйя третьей группы появляются одновременно 20 с импульсами на выходах одноименных формирователей 47 коротких импульсов напряжения первой группы. и выходные напряжения одноименных первых 55 и вторых

58 повторителей нзпря>кения будут совпа- 25 дать по фазе, то есть 0. = О.

Уменьшение или увеличение напряжения Urpr. относительно половины амплитуды выходного, напря>кения генерзтороа 51 линейно изменяющегося напряжения приводит к опережению или отставанию по фазе импульсов на выходзх формирователей 49 коротких импульсов напряжения третьей группы относительно импульсов на выходах одноименных формирователей 47 коротких 35 импульсов напряжения первой группы, и выходные напряжения 0(а + 6) вторых повторителей 58 будут также опережать или отставать по фазе на одинаковый угол 0. выходные напряжения U(n ) одноименных первых повторителей 55 напря>кения. Угол 0. при изменении напряжения Офс от нуля до величины амплитуды выходных напряжений генераторов 51 линейно изменяющегося напря>кения устанавливается в пределах до +X до — ли при постоянной величине напряжения Uy< остается практически неизменным во всем рабочем диапазоне частот выходных напряжений . блока 9 формирования угла поворота ротора. Это объясняется тем, что частота и, соответст- . венно, период импульсов нз выходах распределителя 46 импульсов напряжения изменяется в очень узких пределах, и поэтому не оказывает практически влияния на амплитуду выходных напряжений генераторов 51 линейно изменяющегося напряжения.

Отличие в работе упрощенного варианта исполнения блока 9 формирования угла поворотз ротора (фиг.3) от описанного выше состоит в том, что при отсутствии напряжения на его первом входе 10 импульсы напряжения со скважностью О. = 2 на выходе пребразователя 45 напряжение-частота будут иметь частоту fn =- про. Сформированные первым формирователем 47 коротких импульсов напряжения в моменты появления задних фронтов этих импульсов короткие импульсы напряжения распределяются первым распределителем 46 импульсов напряжения в определенной последовательности, то есть со сдвигом по фазе друг

2 л относительно друга на угол на управляm ющие входы первых ключей 53. Одновременно короткие импульсы напряжения с выхода третьего формирователя 49 коротких импульсов напря>кения, сформированные и смещеннь1е по фазе цепью, состоящей из последовательно соединенных инвертора 50, второго формирователя 48 коротких импульсов напряжения, генератора 51 линейно изменяющегося напряжения, компаратора 52 и третьего формирователя 49 коротких импульсов напряжения, нз угол относительно импульсов на выходе первого формирователя 47 коротких импульсов напряжения, подаются на вход второго распределителя 59 импульсов напряжения, Короткие импульсы напряжения с частотой в раз меньшей частоты входных импульсов второго распределителя 59 импульсов на-. пряжения с его выходов поступают на управлчющие входы соответствующих вторых клю ей 56, В результате выходные напряжения второй группы 13 выходов блока 9 формирования угла поворота ротора будут смещены по фазе относительно одноимен-" ных напряжений первой группы 12 выходов этого блока на угол 6. Его максимальная величина, в связи с тем, что период входных импульсов второго распределителя 59 импульсов напряжения и, соответственно, возможный фазовый сдвиг в раз меньше периода его выходных импульсов, будет соЛ ставлять +.—, а не ч-л:, как это было в

m предыдущем случае, Принцип действия масштабного блока

20 (фиг.4) заключается в следующем, Поступающее с датчика фазных ЭДС вращения вентильного электродвигателя на вход первого узла 60 измерения амплитуды знакопеременное напряжение, соответствующее ЭДС l вращения одной из фазных обмоток электродвигателя, преобразуется этим узлом в постоянное напряжение положительной полярности, прямо пропорциональное амплитуде входного напряжения, 25

1797133

Второй узел 61 измерения амплитуды преобразует поступающее на его вход с одного из выходов блока 6 формирования фазных

ЭДС вращения знакопеременное напряжение в постоянное напряжение положительной полярности, прямо пропорциональное амплитуде выходного напряжения блока 6 формирования фэзных ЭДС вращения, Выходные напряжения узлов 60,61 измерения амплитуды подаются соответстен- 10 но на первый и второй входы элемента 62 сравнения. Его выходное напряжение, равное разности входных напряжений, усиливается регулирующим усилителем 63 и поступает на вход узла 64 изменения знака 15 напряжения. Одновременно на управляющий вход этого узла подается выходное напряжение узла 65 определения знака напряжения, которое соответствует логической "1", если поступающее на его вход вы- 20 хорное напряжение ОЯ интегросумматора

14 имеет положительную полярность, или логическому "0", если полярность выходного напряжения ОЯинтегросумматора 14 отрицательная, Выходное напряжение узла 64 изменения знака напряжения поступает на второй вход 66 сумматора, При этом, если нэ управляющем входе узла 64 изменения знака напряжения напряжение эквивалентно логической "1", то полярность выходного 30 напряжения этого узла совпадает с полярностью напряжения на его входе, а если на управляющем входе напряжение соответстеуег. логическому "0", то полярность выходного напряжения узла 64 изменения знака напряжения противоположна полярности входного напряжения.

В сумматоре 66 выходное напряжение узла 64 изменения знака напряжения суммируется с поступающим на его вход выход- 40 ным напряжением ОЯинтегросумматора

14, а результирующее выходное напряжеwe сумматора 66 подается на управляющий вход 8 блока 6 формирования фазных ЭДС вращения.

При равенстве амплитуд фазной ЭДС 1 вращения вентильного электродвигателя и эквивалентного ей выходного напряжения

Ujj блока 6 формирования фазных ЭДС вращения выходные напряжения узлов 60,61 измерения амплитуды будут равны, и выходное напряжение элемента 62 сравнения и, соответственно, выходное напряжение узла

64 изменения знака напряжения будут равны нулю, Поэтому выходное напряжение сумматора 66 будет равно только выходному напряжению UQ интегросумматорэ 14, .то есть коррекция амплитуды выходных напряжений блока 6 формирования фазных

ЭДС вращения производиться не будет.

Если амплитуда выходного напряжения

Uij блока 6 формирования фазных ЭДС вращения уменьшится; то на выходе элемента

62 сравнения возникает напряжение отрицательной полярности. равное по абсолютной величине отклонению амплитуды выходного напряжения Uij блока 6 формирования фазных ЭДС вращения от амплитуды

ЭДС Ij вращения вентильного электродвигателя. При положительной полярности выходного напряжения UQ интегросумматорэ

14 поступающее на второй вход сумматора

66 после усиления регулирующим усилителем 63 выходное напряжение элемента 62 сравнения будет положительной полярности, а пфи отрицательной полярности выходного напряжения ОЯинтегросумматора 14, то есть при противоположном направлении вращения еентильного электродвигателя, оно будет также отрицательной полярности, Абсолютная величина выходного напряжения Ол блока 6 формирования фазных ЭДС вращения возрастает. Процесс ее коррекции завершается при достижении равенства выходных напряжений узлов 60, 61 измерения амплитуды, точность выполнения которого пропорциональна коэффициенту усиления регулирующего усилителя 63.

При увеличении амплитуды выходного напряжения U)j блока 6 Формирования фазных ЭДС вращения полярность выходного напряжения элемента 62 сравнения становится отрицательной. Абсолютная величина выходного напряжения сумматора 66 становится меньше абсолютной величины выходного напряжения UQ интегросумматорэ 14, и амплитуда выходного напряжения Ол блока 6 формирования фазных ЭДС вращения уменьшается до значения, равного амплитуде фаэной ЭДС Ij вращения еентильного электродвигателя.

Принцип работы блока 26 коррекции фазных токов (фиг.5) подобен принципудействия масштабного блока 20. Отличие состоит лишь в том, что на входы его первого 67 и второго 68 узлов измерения амплитуды поступают не знакопеременные напряжения, а полусинусоидальные или иной формы импульсы налряжения U » и URj положительной полярности.

Принцип действия всех узлов 60, 61, 67, 68 измерения амплитуды одинаков и поясняется на примере узла 60 измерения амплитуды (фиг.б).

При поступлении на его вход с датчика фазных ЭДС вентильного электродвигателя знакопеременного, например, синусоидального напряжения в момент появления положительной полуволны, включается ком1797133

28

50 паратор 76, и на его выходе устанавливается напряжение, соответствующее логической

"1". Одновременно начинает заряжаться через диод конденсатор амплитудного выпря. мителя 74. С достижением амплитудного значения напряжения положительной полуволны заряд конденсатора амплитудного выпрямителя 74 прекращается, и на нем будет сохраняться амплитуда входного напряжения узла 60 измерения амплитуды.

При равенстве нулю напряжения на входе узла 60 измерения амплитуда компаратора

76 выключается, и на его выходе устанавливается уровень напряжения, эквивалентный логическому "0", В результате компаратор

76 сформирует прямоугольный импульс напряжения положительной полярности, Задним фронтом этого импульса напряжения осуществляется запуск первого формирователя 77 коротких импульсов напряжения. Он формирует короткий прямоугольный импульс напряжения положительной полярности, который поступает на управляющий вход узла 75 выборки и хранения аналогового сигнала. На время длительности этого импульса открывается ключ узла 75 выборки и хранения аналогового сигнала, и напряжение на его конденсаторе и, соответственно, выходное напряжение этого узла, становится равным выходному напряжению амплитудного выпрямителя 74, то есть амплитуде входного напряжения узла 60 измерения амплитуды, В момент окончания действия импульса выходного напряжения первого формирователя 77 коротких импульсов напряжения

его задним фронтом запускается второй

:формирователь 78 коротких импульсов напря>кения, который формирует короткий прямоугольный импульс напряжения положительнгой полярности. Этот импульс подается на управляющий вход амплитудного выпрямителя 74. Включается его ключ, который закорачивает конденсатор амплитудного выпрямителя 74. Конденсатор разряжается, и, тем самым, производится подготовка узла 60 измерения амплитуды к следующему циклу измерения амплитуды входного напряжения. С появлением следующей положительной полуволны входного напряжения процесс измерения его амплитуды повторяется в вышеизложенной последовательности, Формула изобретения

1, Устройство для моделирования mфазного вентильного электродвигателя, соАналогично работает узел измерения амплитуды при поступлении на его вход полусинусоидальных и других импульсов напряжения положительной полярности, Таким образом, по сравнению с прототипом технико-экономическая эффективность данного устройства для моделирования mфазного вентильного электродвигателя заключается в расширении функциональных возможностей за счет увеличения числа разновидностей исследуемых вентильных электродвигателей, включающих как электродвигатели с дискретными, так и с аналоговыми датчиками положения ротора.

Это устройство позволяет также моделировать вентильные электродвигатели с опережением и запаздыванием включения фазных обмоток, что дополнительно расширяет его функциональные возможности. Моделирование этим устройством вентильных электродвигаталей производится с более высокой точностью, так как в нем обеспечивается одинаковость всех фазных функций распределения потокосцеплений и учитывается влияние падения напряжения на силовых транзисторах коммутатора и взаимоиндуктивностей фазных обмоток на электромагнитные процессы, происходящие в них. Дополнительно уменьшить ошибки моделирования, а особенно при совместной работе с реальным вентильным электродвигателем позволяют введенные в устройство масштабный блок и блок коррек-. ции фазных токов. которые снижают погрешность за счет отклонения параметров аналоговых элементов устройства при изменении их теплового режима или параметров электродвигателя, например, увеличения активности сопротивления фазной обмотки при нагреве во время работы, Указанные преимущества предложенного устройства позволяют использовать его для моделирования при разработке и исследовании разнообразных вентильных электродвигателей как с дискретными, так и с аналоговыми датчиками положения ротора, осуществлять дигностический контроль функционирования составных узлов и элементов вентильных электродвигателей, а также повысить точность, быстродействие и другие качественные показатели изготовленных на их основе электроприводов. держащее источник питания. блок формирования момента нагрузки, блок формирования фазных моментов вращения, блок

1797133

30 формирования фазных ЭДС вращения, блок формирования угла поворота ротора, интегросумматор, блок нелинейности, блок фор.мирования сигналов датчика положения ротора, блок формирования фазных токов, вклн>чающий m цепей имитации обмотки, каждая из которых состоит из катушки индуктивности и токозадающего резистора, причем m выходов блока формирования .фазных моментов вращения соединены с группой входов интегросумматора; выход которого подключен к первому входу блока формирования угла поворота ротора и к входу блока формирования момента нагрузки, выход которого соединен с первым входом интегросумматора, второй вход которого подключен к выходу блока нелинейности, вход которого соединен c i-м выходом первой группы выходов блока формирования угла поворота ротора (где i = 1,.„,m), вторая группа выходов блока формирования угла поворота ротора подключена к группе входов блока формирования сигналов датчика положения ротора, группа выходов блока формирования фазных токов соединена с первой группой входов блока формирования фазных моментов вращения, о т л и ч аю щ е е с я тем, что. с целью расширения функциональных возможностей за счет моделирования вентильных электродвигателей с аналоговыми датчиками положения ротора, в него введены ключ, масштабный блок и блок коррекции фазных токов, а в блоке формирования фазных токов в каждую из m цепей имитации обмотки введены элемент сравнения, транзистор и операционный усилитель, а также m/2 масштабирующих резисторов и m/2 резисторов обратной связи, в блоке формирования фазных токов в каждой цепи имитации обмотки выход элемента сравнения через катушку индуктивности подключен к коллектору транзистора, база которого соединена с вы- . ходом операционного усилителя, а эмиттер .

-с одним выводом токозадающего резистора, другой вывод которого подключен к шине нулевого потенциала, эмиттеры транзисторов цепей имитации обмотки являются группой выходов блока формирова- . ния фазных токов, j-й выход которой (где j =

1,...,m) соединен с первым входом блока коррекции фазных токов, второй вход которого является входом управления устройства, выход блока коррекции подключен к входу блока формирования сигналов датчика положения ротора, k-й выход которого (где k = 1,...;m/2) соединен с неинвертирующим входом одноименного операционного усилителя, инвертирующий вход которого подключен к эмиттеру транзистора одноименной цепи имитации обмотки, 1-й выход (где I = m/2 + 1„...m) блока формирования сигналов датчика положения ротора через масштабирующий резистор соединен с инвертирующим входом одноименного операционного усилителя и одним выводом одноименного резистора обратной связи одноименной цепи имитации обмотки, другой вывод резистора обратной связи соединен с эмиттером транзистора. неинвертирующий вход операционного усилителя 1-й цепи имитации обмотки подключен к шине нулевого потенциала, первый вывод источника питания через ключ соединен с первыми входами элементов сравнения блока формирования фазных токов, вторые входы которых подключены к выходам блока формирования.фазных ЭДС вращения, р-й выход которого (где р = 1,...,m) соединен с первым входом масштабного блока, второй вход которото подключен к выходу интегросумматора, первая группа выходов блока формирования угла поворота ротора соединена с второй группой входов блока формирования фазных моментов вращения и с группой входов блока формирования фазных ЭДС вращения, управляющий вход которого подключен к выходу масштабного блока, второй вывод источника питания соединен с шиной нулевого потенциала, второй вход блока формирования угла поворота ротора является дополнительным входом управления устройства

2. устройство о п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что блок формирования угла поворота ротора содержит генератор напряжения специальной формы, сумматор, преобразо- ватель напряжение-частота, распределитель импульсов напряжения, три группы из

m формирователей коротких импульсов напряжения, m инверторов, m генераторов линейно изменяющегося напряжения, m компараторов, m первых цепей, каждая из которых состоит из последовательно соединенных первых ключа, запоминающего конденсатора и повторителя напряжения, выход которого является одним из выходов первой группы выходов блока, и m вторых цепей, каждая из которых состоит из последовательно соединенных вторых ключа, за- поминающего конденсатора и повторителя напряжения, выход которого является одним из выходов второй группы выходов блока, выход генератора напряжения специальной формы соединен с информационными входами ключей m первых и m вторых цепей, первый вход сумматора является первым входом блока, второй вход которого является входом задания опорного напряжения блока, выход сумматора — сое1797133

32 динен с входом преобразователя напряжение- частота, выход которого подключен к входу распределителя импульсов напряжения, каждый из m выходов которого через соответствующий формирователь коротких импульсов напряжения первой группы подключен к управляющему входу соответствующего первого ключа первой цепи и через цепь, состоящую из последовательно соединенных инвертора формирователя коротких импульсов напряжения второй группы и генератора линейно изменяющегося напряжения, соединен с первым входом компаратора, выход которого через формирователь коротких импульсов напряжения третьей группы соединен с управляющим входом второго ключа, вторые входы всех компараторов объединены и являются вто. рым входом блока, 3, Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью упрощения, блок формирования угла поворота ротора содержит генератор напряжения специальной формы, 2m ключей, 2m запоминающих конденсаторов, 2m повторителей напряжения, сумматор, преобразователь напряжение-частота, два распределителя импульсов напряжения, три формирователя коротких импульсов напряжения, инвертор, генератор. линейно изменяющегося напряжения и компаратор, причем к выходу генератора напряжения специальной формы подключены m цепей, каждая из которых состоит из последовательно соединенных первых ключа, запоминающего конденсатора и повторителя напряжения, выход которого является одним из выходов первой группы выходов блока, m цепей, каждая из которых состоит из последовательно соединенных вторых ключа, запоминающего

-конденсатора и повторителя напряжения,. выход которого является одним из выходов второй группы выходов блока, первый вход сумматора является первым входом блока, второй вход сумматора является входом задания опорного напряжения блока, выход сумматора соединен с входом преобразователя напря>кение-частота, выход которого через первый формирователь коротких импульсов напряжения подключен к входу первого распределителя импульсов напряжения и через цепь, состоящую из последовательно соединенных инвертора, второго формирователя коротких импульсов напряжения и генератора линейно изменяющегося напряжения, — к первому входу, компаратора, второй вход которого является вторым входом блока. выход компаратора через третий формирователь коротких импульсов напряжения подключен к входу второго распределителя импульсов напряжения, выходы которого соединены с управляющими входами вторых ключей, управляющие входы первых ключей подключены к выходам первого распределителя импульсов напряжения.

4, Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что масштабный блок содержит два узла измерения амплитуды, элемент сравнения, регулирующий усилитель, узел изменения знака напря>кения, узел определения знака напряжения и сумматор, причем вход первого узла измерения амплитуды является входом задания фазных ЭДС вращения электродвигателя, вход второго узла измерения амплитуды является первым входом масштабного блока, выход первого узла измерения амплитуды соединен с первым входом элемента сравнения, второй вход которого подключен к выходу второго узла измерения амплитуды, выход элемента сравнения через регулирующий усилитель подключен к входу узла изменения знака напряжения, управляющий вход которого соединен с выходом узла определения знака напряжения, вход которого и перрый вход сумматора объединены и являются вторым входом масштабного блока, второй вход сумматора соединен с выходом узла изменения знака напряжения, выходсумматора является выходом масштабного блока.

5. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что блок коррекции фазных токов содержит первый и второй узлы измерения амплитуды, элемент сравнения, регулирующий усилитель, узел изменения знака напряжения, узел определения знака напряжения и сумматор, причем вход первого узла измерения амплитуды является входом задания тока фазной обмотки электродвигателя, вход второго узла измерения амплитуды является первым входом блока, выход первого узла измерения амплитуды соединен с первым входом элемента сравнения, второй вход которого подключен к выходу второго узла измерения амплитуды, выход элемента сравнения через регулирующий усилитель соединен с входом узла изменения знака напряжения, управляющий вход которого подключен к выходу узла определения знака напряжения, вход которого и первый вход сумматора объединены и являются вторым входом блока, второй вход сумматора соединен с выходом узла изменения знака напряжения, выходсумматора является выходом блока.

1797133

1797133

1797133

Фиг.3

1797133

Фиг.5

ФиРб

Составитель А.Соловьев

Техред M. Моргентал

Редактор Т.Шагова

Корректор M,Äåì÷èê

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

Заказ 655 Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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