Моментный вентильный электродвигатель

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

«1)995218

161) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 090981 (21) 3336216/24-07 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет.

Р )М К з

Н 02 К 29/02

Государствеииый комитет

СССР ио делам изобретеиий и открытий

Опубликовано 07.0283, Бюллетень №; 5 (Я3)УДК 621.313.13..014 ° 2: 621.382 (088.8) .Дата опубликования описания 07.0?.83 (72) Автор изобретения

A.Ã. Микеров (71) Заявитель (54) МОМЕНТНЫЙ BEHTHJlbHblA ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ

Изобретение относится к электрическим машинам, а именно к электрическим двигателям с бесконтактной коммутацией, осуществляемой с помощью полупроводниковых приборов, и предназначено для использования, преимущественно в электрических машинах, работающих в качестве моментных двигателей приводов следящих систем и систем стабилизации объектов различного назначения.

Известен моментный вентильный электродвигатель (ВД), содержащий синхронную машину, датчик положения ротора (ДПР) и электронный коммутатор, в котором коммутация обмоток якоря осуществляется дискретно по сигналам

ДПР-с дросселями насыщения (1) .

Недостатком такого моментного дви гателя является пульсация вращаюцего момента от угла поворота ротора, вызванная дискретностью коммутации обмоток якоря.

Известен также бесконтактный моментный ВД, в котором с целью уменьшения пульсации вращающего момента с ротором синхронного двигателя связан специальный, однофазный электромеханический корректор (2).

Недостатками этого устройства являются сложность и большой вес, вызванные наличием дополнительной электрической машины — электромеханического корректора.

Наиболее близким к предлагаемому является бесконтактный моментный ВД с непрерывной коммутацией (3).

Известный моментный ВД содержит синхронную машину с постоянныки магнитами на роторе и обмотку. якоря, секции которой расположенные на статоре подключены к выходам усилителей мощности, входы которых соединены с выходом синусно-косинусного датчика положения ротора, выполненньж, напри- мер, в виде вращающегося синусно-косинусного трансформатора с фаэочувствительными выпрямителями на-(выходах. цепь питания связана с источйиком управляющего напряжения.

Недостатком известного моментного

ВД является непостоянство (пульсация) вращающего момента по углу поворота ротора. Как известно, в бесконтактном двигателе постоянного тока с непрерывной коммутацией (управлением) вращающееся магнитное поле статора теоретически является круговык, т.е. в таком двигателе отсутствуют пульса995218 ция вращающего момента за счет дискретной коммутацией обмоток якоря. 1ем не менее практически в таком двигателе пульсация вращающего момента по углу поворота имеет место вследствие следующих факторов: погрешности ДПР 5 (отклонения выходных напряжений от тригонометрических зависимостей), нелинейности и неидентичности характеристик усилителей мощности, неидеаль- ности расположения обмоток, формы ста- 1() тора и ротора синхронного двигателя, разброса параметров магнитов ротора„ неоднородности магнитной цепи ротора и т.ц. Пульсация вращающего момента

М по углу поворота 9 имеет периоди- 15 ческий характер, причем во многих случаях первая гармоника М пульсации момента имеет период ла, расположенные в поле ротора 2 перпейдикулярно друг относительно друга, синусно-косинусный потенциометр, индуктивный датчик.и т.д. В частности, моментный двигатель (фиг.2), в котором в качестве ДПР 7 использован синусно-косинусный вращакщийся трансформатор, ротор 16 которого механически соединен с ротором 2 синхронного двигателя 1, обмотка 17 возбуждения подключена к выходу усилителя

15, а вторичные синусная 18 и коси-. нусная 19 обмотки соединены с выходами 9 и 1.0 ДПР 7 через фазочувствительные выпрямители 20 и 21, Могут быть использованы и любые другие ДПР, обеспечивающие на своих выходах сигналы, изменякщиеся по законам синуса и косинуса угла поворота ротора двигателя с периодом g «360 0(град.) °

Р

При этом могут быть применены ДПР с выходом на постоянном и переменном токе. В первом случае (фиг. 2) в качестве сумматора 13 использован, например, операционный усилитель 22 по схеме суммирующего усилителя с инвертирукщим 23 и неинвертирукщим 24 входами, на выходе которого .установлен переменный резистор 25, в цепи обратной связи резистор 26, а в цепях входов резисторы 27.и 28. В данном слу.чае источник 8 управляющего напряже-. ния имеет выход по постоянному току, а элемент 14 сравнения выполнен, например.в виде модулятора с двумя входами. Переменные резисторы 11 и 12, включенные на входе 24 операционного усилителя 22 являются делителями напряжения Ц. и u„

При использовании выходоз ДПР 7 по переменному току (фиг. 3) сумматор

13 и элемент 14 сравнения могут быть выполнены,например,на резисторах 29-.

3„?.

Бесконтактный моментный двигатель (фиг. 1) работает следукщим образом.

При подаче сигнала U от источника 8 управлякщего напряжения на вход ,ППР 7 поступит напряжение (град)

Р

20 где Р— число пар полюсов синхронной машины.

Цель изобретения — уменьшение пуль»сации вращакщего момента двигателя путем компенсации гармоники пульсации, соответствукщей числу пар полюсов синхронного двигателя (гармоники с номером P) .

Поставленная цель достигается тем, что моментный ВД,,содержащий синхрон ную машину с обмоткой якоря, секцин которой подключены к выходам усилите лей мощности; входы. которых соединены с выходом синусно-косинусного дат чика положения ротора двигателя,, и источник управляющего напряжения, до полнитеяьно снабжен усилителем, эле ментом сравнения, сумматором и двумя делителями напряжения, входы которых подсоединены к выходам синусно-коси- 40 нусного датчика положения ротора, а выходы — к входам сумматора, причем выходы сумматора и источника управляющего напряжения подключены к входам элемента сравнения, выход которо- 45 го через усилитель соединен с цепью питания датчика положения ротора.

На фиг. l представлена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — вариант выполнения устрой.5О ства с суммированием сигналов-посто янного .тока; на фиг. 3 — вариант исполнения предлагаемого устройства с суммированием сигналов переменного тока.

Бесконтактный моментный ВД содержит синхронную машину 1 с постоянными магнитами на роторе 2 и секциями 3 и

4 обмотки якоря, расположенныки на статоре под углом 90 эл. град. друг 60 относительно друга и подключенньаки к выходам усилителей мощности 5 и 6;

ДПР 7 и источник 8 управлякщего напряжения. Синхронная машина 1 механически связана с синусно-косинусным датчиком положения ротора (ДПР)7.

Синусный выход 9 ДПР 7 подключен к входу усилителя мощности 5, а косинусный выход 10 — к входу усилителя 6 мощности. Двигатель дополнительно снабжен двумя делителями ll и 12 напряжения, сумматором 13, элементом

12 сравнения и усилителем 15, Синусный 9 и косинусный 10 выходы ДПР 7 через делители ll и 12 напряжения сое динены с входами сумматора 13, выход которого подключен к входу элемента

14 сравнения, Источник 8 управлякщеро напряжения подключен к другому входу элемента 14 сравнения, выход которого через усилитель 15 соединен с входом ДПР 7. В качестве ДПР 7 могут применяться, например два датчика Хол5

9952 l 8

e1=arctQ К =Ф,j(8}

) к

13Кэ (="о" ч() ч. (9} где

Как видно из таблицы применение предлагаемого устройства по сравнению с известным позволяет более чем вдвое снизить пульсацию вращающего момента.

Следовательно, при использовании,предлагаемого мбментного двигателя в сле дящей системе или системе, угловой стабилизации повышается точность этой системы, так как моментная ошибка за счет пульсации момента понизится более чем в 2 раза. Кроме того, в безредукторных системах угловой стабилизации повышается частота пульсации вращающего момента (после компенсации гармоники с номером Р остаются высшие гармоники), так как известно, что беэредукторные системы стабилизации лучше фильтруют высокочастотные возь, щения, чем низкочастотные.

US=K„U„=K„(UM-Ux)i (4) где Ку — коэффициент усиления усилителя 15.

При этом сигналы на выходах 9 и

10 ДПР 7 будут соответственно равны 5

О = () чк р (}

v Кэо cmp где Ke — коэффицйент передачи (трансформации) ДРП 7;.

P — число пар полюсов синхронного двигателя 1, равное числу пар полюсов ДПР 7.

Сигнал на выходе сумматора 13 равен

СОс+ К 0((сЬ1 PM KKCOSPM) ()

I где К и К вЂ” коэффициенты передачи о к делителей 11 и 12 напряжения соответственно (с учетом сумматора 20

13) .

Выражение (3) можно с учетом известных законов тригонометрии представить в виде Э)(ньяи (Ф+ф„), (4} 25 к -.4к..к „Ф„=

Тогда, с учетом (1) полУчим зь

4+K> К 2()

Вращающий момент двигателя, как известно, равен

"м.0в, где К - коэффициент передачи двига- З5

М теля по моменту.

При наличии пульсации вращакщего .момента это выражение примет вид hh-. оР+ " И +@)3()qi ((} 40 где К = ---- — коэффициент передачи

Мо

В двигателя по среднему вращакицему моменту;

К= - относительная пульса- 45 ция вращающего момента.

Выражение (6) получено с учетом только первой гармоники пульсации момента с периодом Р, которая, как 50 отмечалось выше, вносит наибольшую долю в общую пульсацию.

Подставляя выражение (5) в (6), получим вращакщий момент предлагаемого двйгателя . 55 о% И+сГЬ кр(Ч+ф)) ()„(7}. (+ ФэК Ыпрйф„) .

Если выбрать коэффициенты передачи делителей ll н 12 из условий то,как видно из (7), вращающий момент предлагаемого двигателя не будет зависеть от угла поворота

Выполнение условий (8),достигает" ся подбором делителей ll и 12 напряжения. При необходимости изменения знака (коэффициенты K y и К k могут быть отрицательными) делители 11 и 12 напряжений (фиг. 2) могут быть подключены к инвертирующему входу 23 операционного усилителя 22, либо же -могут быть соответствующим образом подобраны фазы несущей частоты сигналов О и () „(фиг . 3) ..

Внедрение изобретения уменьшает пульсацию вращающего момента эа счет компенсации гармоники пульсации момента за счет компенсации гармЬники пульсации момента с номером P.

В таблице приведены результаты экспериментальных исследований макета моментного двигателя, выполненного на двухфазном 16 полюсном моментном двигателе типа ДИВ-2,5-2 с постоянными магнитами на роторе и гладким статором (пусковой момент двигателя

2,5 Нм при напряжении "27 В). ДвигаГтель испытывают по схеме фиг.- 2 с ДПР на базе бесконтактного вращакщегося трансформатора типа 2,5 SBT. Измерения проводят при среднем вращающем моменте по валу двигателя 0,4 Нм при угле поворота 0 — 360

995218 » 1» » ч ° е

Предлагаемое ус тройс тв о

Параметр

Прототип

Относительная пульсация

Максимальное значение

12,6

5,2

Средне, квадратичное значение

7,2

3,2 Номер низшей гармоники пульсации

20

Формула изобретения

Моментный вентильный электродвига,тель, содержащий синхронную машину с обМоткой якоря, секции которой подключены к выходам усилителей мощности, 25 входы которых соединены с выходом синусно-косинусного датчика положения ротора двигателя, и источник управляницего напряжения, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью уменьше- Зп ния пульсации вращающего момента двигателя, он дополнительно снабжен усилителем, элементом сравнения, сумма-. тором и двумя делителями напряжения, входы которых подсоединены к выходам 35 датчика положения ротора, а выходы ко входам суаееатора, причем выходы сумматора и источника управляющего напряжения подключены к входам элемента сравнения, выход которого через усилитель соединен с цепью питания датчика положения ротора.

Источники инФормации, принятые во внимание при экспертизе

1. Овчинников И.Е. и Лебедев Н.И.

Бесконтактные двигатели постоянного тока, Л., Наука, 1979, с. 2592бО.

2.Авторское свидетельство СССР

9 754592, кл. Н 02 К 29/02, 1979.

3. Столов Л.И., Зыков Б.Н. Авиационные моментные двигатели. N. Машиностроение, 1979, с. 58-бО.

995218

Составитель A. Санталов

Техред М, Костик Коррек тор Л. Бокшан

Редактор Н. Ковалева

Тираж 685 Подпис ное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам издбретений и открытий

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

Заказ 665/40

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4