Устройство для управления бесконтактным двигателем постоянного тока

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Соцмапнстичесинк

Республик (ii>904136 (61) Дополнительное к авт, свнд-ву (22)Заявлено 21.03.80 (21) 2897642/24-07 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 07.02.82, бюллетень № 5.

Дата опубликования описания 10. 02. 32. (5! )М. Кл.

Н 02 К 29/02

Государственный квинтет

СССР по делаи изобретений и открытий (53) УДК 62. .83:621 ° 313. .392(088.8) (72) %вторы изобретения

Ю.И. Конев, О.С. Овсянников и Ю.Н. P

Московский ордена Ленина авиационный им. Серго Орджоникидзе (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ БЕСКОНТАКТНЫМ

ДВИГАТЕЛЕМ ПОСТОЯННОГО ТОКА!

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления бесконтактными электродвигателями постоянного тока.

Известно, что для повышения энергетических показателей в бескон- 5 тактных электродвигателях постоянного тока необходимо добиваться максимального приближения формы фазного тока к форме фазной индукции (13 .

Известно устройство для управления бесконтактным двигателем постоянного тока, содержащее коммутатор, к которому подключен двигатель, датчик тока в цепи питания коммутатора и блок релеиного включения питания

15 двигателя, к которому подсоединен датчик тока. Посредством релейной обратной связи по току поддерживается его среднее значение на заданном

20 уровне в пределах угла коммутации, что приводит к прямоугольной форме фазного тока. При этом ток на частоте регулирования пульсирует между заданным верхним и нижним значе,ниями (21.

Однако этому устройству присущи значительные трудности, связанные с регулированием величины тока, так как при этом необходимо пропорционально изменять верхнее и нижнее значение тока, т.е. уровень включе-. ния и отключения реле. При этом релейный метод регулирования с заданной амплитудой пульсаций тока приводит к изменению частоты переключения реле в функции скорости вращения и нагрузки двигателя. Таким образом, при определенном сочетании скорости вращения и нагрузки потребная частота переключения реле будет превышать частотные возможности эле" ментов, осуществляющих переключение, что вызовет выход их из строя. Увеличивая амплитуду пульсаций тока на частоте регулирования, можно устранить это явление, однако такой путь приводит к дополнительным поте3 904136 рям в электрической машине во всех режимах ее работы. Кроме того, форма фазного тока может быть только прямоугольной.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для управления бескотактным двигателем постоянного тока, выполненным на основе m-фазной электрической машины, содержащее коммутатор, подключенный к указанной to электрической машине, управляющие входы которого связаны с выходами датчика положения ротора и через блок сравнения - с выходом задатчика фазного тока, датчик фазной ЭДС элект- . >s рической машины, выход которого подключен к интегратору (3).

Недостатками известного устройства являются низкие энергетические по-. казатели из-за несовпадения формы фазного тока и формы фазной индукции. Особенно это характерно для электрической машины с большой кратностью пускового тока.

Цель изобретения - повышение энер- гетических показателей, преимущественно для электрической машины с большой кратностью пускового тока, путем максимального приближения формы фазного .тока в форме фазной ЭДС.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для управления бес" контактным электродвигателем постоянного тока введен блок вычитания, входы которого подключены к выходам дат- 3$ чика фазной ЭДС и интегратора, а выход является выходом датчика фазного тока.

На чертеже представлена блок-схеЮ ма предлагаемого .устройства.

Устройство выполнено на базе в-фазной электрической машины 1 и содержит коммутатор 2, подключенный к электрической машине, управляющие

М входы которого подключены к датчику 3 положения ротора, а также к задатчику 4 фазного тока через блок 5 сравнения. Датчик 6 фазной ЭДС электрической машины выходом подключен к интегратору 7 и к блоку 8 вычитания, к которой подключен выход интегратора 7. Выход блока 8 вычитания связан через усилитель 9 с блоком 5 сравнения, причем выходной сигнал усилителя 9 является сигналом обрат-, ной связи по току.

Устройство работает следующим обPBSOM.

Ток в фазах электрической машины из-за влияния противо-ЭДС вращения имеет пульсирующую форму "рога тока".

Это видно из выражения для тока при допущении нулевой индуктивности фазы

U - Е,„(ч))з1поС

R(p где Э(а() - ток фазы в функции угла поворота ротора;

U„ — напряжение питания фазы;

К„,(сд) - максимальное значение противо-ЭДС вращения в функции угловой скорости;

R - активное сопротивление фазы.

Из выражения (1) видно, что .ток имеет наибольшее значение на краях угла коммутации и наименЬшее в центре, что противоречит требованию наилуч.шего взаимодействия тока якоря с потоком индуктора„ так как момент, развиваемый машиной, определяется для элементарного тока как т

М = Kr T З(сС) ° B(oC)doC, (2) о где М - элементарный момент для проводника;

К - коэффициент пропорциональности

r - радиус взаимодействия;

B(e() - индукция в зоне приводника в функции угла поворота ротора;

Т - период коммутации, Следовательно,при углах поворота ротора, соответствующих наименьшему току фазы индукция и противо ЭДС наибольшие, а при углах, соответствующих наибольшему току фазы, - наименьшие. Это приводит к снижению результирующего момента при заданном среднем токе. Учет индуктивности фазы приводит к изменению в соотношении между передним. и задним броском тока на угле коммутации сдвигу фазы тока относительно фазы ЭДС. усугубляя невыгодные энергетические соотношения. Дпя устранения этих. эффектов целесообразно приближение формы фазного тока к форме фазной ЭДС и совпадение фаз тока и ЭДС. Дпя. этой цели в устройстве выделяется сигнал фазной ЭДС определяется среднее значение этого сигнала и из него вычитается мгновенное значение, т.е. формируется сигнал коррекции фазного тока электрической машины для произУ =

IR i

U 3к.5 — относительное значение мгновенного тока в фазе (no

55 отношению к току короткого замыкания);

5 041 вольной скорости вращения. После соответствующего усиления сигнал коррекции сравнивается (вычитание) с сигналом задатчика среднего тока фазы, формируемым в соответствии с 5 потребным. моментом. Разница между сигналом задатчика тока и датчиком тока (сигналом коррекции) определяет выходную форму фазного тока.

Из структурной схемы для устано- 10 вившейся скорости следует

Т (О -q(— J E sin

- Е,„sing i В р (3) 15 где U — сигнал, поступающий с задатчика тока;

q - коэффициент усиления усилителя 10;

К - коэффициент усиления ком- 20 мутатора; — мгновенное значение тока в фазе;

Т - период интегрирования, соответствующий углу коммута- 25 ции aCq (для однополупериодного 3-х фазного коммутатора аСк = 120 ).

Если произвести указанные действия (интегрирование, раскрытие скобок) и привести выражение к нормированному виду (по отношению к напряжению источника питания U) то получим

0((К в где К = = коэффициент запол3 U U нения импульса, соответствующий среднему напряжению, подаваемому на фазу двигателя;

 — коэффициент интегрирования, зависящий от схемы 45 коммутатора и угла коммутации (для однополупериодного 3-х фазного коммутатора 81 = 50

= 0,827 прис „

120 );

Е

См =

Использование предлагаемого устройства для управления бесконтактным электродвигателем постоянного тока, особенно с электрической машиной с большой кратностъю пускового тока, обеспечивает повышение КПД и момента.

Это приводит при реализации к повышению удельных энергетических показателей системы в целом. Особенно это важно при реализации интегральногибридных бесконтактных электродвигателей постоянного тока, у которых устройство управления и электрическая машина конструктивно могут быть объединены.

Формула изобретения

Устройство для управления бесконтактным двигателем постоянного тока, выполненным на основе m-фазной электрической машины, содержащее коммутатор, подключенный к укаэанной

- относительное зна/ чение максимальной противо-ЭДС вращения.

Если подобрать коэффициенты усиления К и q такими, что qK = I, то получим выражение, аналогичное для коллекторногo двигателя

К, - В С = 3 (5) где 8„ С„„=С - соответствует среднему значению ЭДС вращения, т.е. скорости двигателя.

Пульсации тока на частоте враще3 ния, как и в коллекторной машине будут отсутствовать, а КПД будет определяться выражением

С (6)

При ц к 1 можно получить форму фазного тока, приближающуюся к сину- соидальной, т.е. еще более повысить энергетические показатели. Однако при этом в определенных условиях будет сказываться влияние индуктивности фазной обмотки (и цепи в целом) на сдвиг фазы тока от ЭДС вращения, тем больше, чем больше отношение

Т а ==

Lg

1-де Т - период широтно-импульсной модуляции;

-, электромагнитная постоянная

Э времени коммутируемой цепи.

904136

Составитель В, Тарасов

Редактор Е. Дичинская Техред Е.Харитончик Корректор M. Шароши

Заказ 151/44

Тираж 718 Подписное

ВНИИПИ .Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 электрической машине, управляющие входы которого связаны с выходами датчика положения ротора и через блок сравнения - с выходом задатчи, ка фазного тока, датчик фазной ЭДС электрической машйны, выход которого подключен к интегратору, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения энергетических показателей путем приближения формы фазного то- 1О ка к форме фазной ЭДС, введен блок вычитания, входы которогр подключены к выходам датчика фазной ЭДС и интегратора, а выход связан с блоком сравнения. IS

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Конев Ю.И. Принципы миниатюризации бесколлекторных электродвигателей. ЭТвА. Вып. 9, 1977, с. 3-7.

2. Конев Ю.И., Розно Ю.H., Бочкарев О.E. Свойства бесколлекторного двигателя при питании его от трехфазного источника тока. ЭТвА. Вып. 9, 1977, с. 208-214.

3. Система питания и управления быстродействующим приводом с синхронным магнитоэлектрическим двигателем. Отчет МЭИ. Гос. регистрация

Е У34589, 1976, с. 8.