Вентильный электродвигатель

Вентильный электродвигатель

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к управляемым вентильным электродвигателям. Цель изобретения - повышение энергетических показателей. Электродвигатель содержит двухфазную синхронную машину 1, подключенную через усилители мощности синусного и косинусного каналов усиления к преобразователю координат с датчиком положения 9 и двумя фазочувствительными демодуляторами 24 и 25. Датчик положения выполнен на четырехобмоточном бесконтактном вращающемся трансформаторе типа редуктосин с основной 10 и дополнительной 11 обмотками возбуждения. Основная обмотка возбуждения подключена к генератору опорных напряжений через задатчик 14 скорости, а дополнительная обмотка выполнена перпендикулярной и подключена к источнику 16 постоянного тока. Такое включение приводит к формированию в сигналах выходных обмоток вращающегося трансформатора составляющих, пропорциональных угловой скорости, которые используются для введения тахометрической обратной связи. Разности между заданными и фактическими значениями скорости каналов управления выявляются фазочувствительными демодуляторами, выполненными в виде последовательно соединенных импульсной фазочувствительной схемы и схемы запоминания амплитуды входного сигнала. Это позволяет уменьшить запаздывание в каналах управления и тем самым улучшить энергетические показатели. Электродвигатель предназначен для регулируемых приводов с высокой равномерностью вращения и линейностью регулировочных характеристик. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (g1)g Н 02 К 29/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4463362/24-07 (22) 20.07.88 (46) 23.06.90. Бюл. Р 23 (72) С.А.Батоврин, Л.M.Åïèôàíoâà, А.Г.Микеров и А.В.Яковлев (53) 621.313.292(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР Ч - 1132329, кл. Н 02 К 29/06, 1983.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1297186, кл, H 02 К 29/06, 1987. (54) ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к управляемым вентильным электродвигателям.

Цель изобретения — повышение энергетических показателей. Электродвига„„SU„„157 8 А1 тель содержит двухфазную синхронную машину 1, подключенную через усилители мощности синусного и косинусного каналов усиления к преобразователю координат с датчиком положения

9 и двумя фазочувствительными демодуляторами 24 и 25. Датчик положения выполнен на четырехобмоточном бесконтактном вращающемся трансформаторе типа редуктосин с основной 10 и дополнительной 11 обмотками возбуждения. Основная обмотка возбуждения подключена к генератору опорных напряжений через задатчик 14 скорости, а дополнительная обмотка выполнена перпендикулярной и подключена к исg 5/3 08 ненными в виде последовательно соединенных импульсной фазочувствительной схемы и схемы запоминания амплитуды входного сигнала ° Это позволяет уменьшить запаздывание в каналах управления и тем самым улучшить энергетические показатели. Электродвигатель предназначен для регулируемых приво10 дов с высокой равномерностью вращения и линейностью регулировочных характеристик, 4 ил .

Изобретение относится к электротехнике, а именно к двигателям постоянного тока с бесконтактной ком1 ьфтацией — активным электродвигателем, и может быть использовано в электроприводах со стабилизированной частотой вр азу;ения о

Целью иаоЬретения является повышение энер-.- тических показателей вентильного электродвигателя за счет

yìåHüãåíHÿ запаздывания в каналах прохождения сигналов с датчика полоЖения до обмотки якоря синхронной

Машины.

На фиг.1 показана функциональная

Схема вентильного электродвигателя; на фиг.2 — фрагмент его принципиальной электрической схемы; на фиг.3 —35 схема задатчика скорости; на фиг,4

@иаграмма напряжений вентильного

Электродвигателя.

Вентильный электродвигатель (фиг.1) содержит синхронную машину 1 с постоянными магнитами на роторе 2, синусной 3 и косинусной 4 фазами обмотки якоря на статоре, подключенными к выходам усилителей 5 и 6 мощности, имеющим входы 7 и 8 соответственно, На валу синхронной машины 1 установлен датчик 9 положения, выполненный в виде вращающегося трансформатора с основной 10 и дополнительной 11 обмотками возбуждения, синусной 12 и косинусной 13 выходными обмотками.

Основная обмотка 10 возбуждения подключена через задатчик 14 скорости к генератору 15 опорных напряжений. Дополнительная обмотка 11 возбуждения

55 соединена с выходом источника 16 постоянного тока. Обмотки 12 и 13 подключе;.ы к первым входам 1/ и 18 фазочувствитгльных демодуляторов (ФЧД), 40 точилку 16 постоянного тока. Такое включение приводит к формированн.-. в

< Игналах выходных обмоток вращающегося трансформатора составляющих, пропорциональных угловой скорости, которые используются для введения тахометрической обратной связи. Разности между заданными и фактическими значениями скорости каналов управления выявляются фазочувствит льными демодуляторами, выполвторые входы 19 и 20 которых связаны с квадратурным выходом генератора 15.

Выходы 21 и 22 ФЧД подключены к входам 7 и 8 усилителей 5 и 6. Основной выход 23 генератора 15 подключен к входу задатчика 14 скорости.

Вентильный электродвигатель содержит также ФЧД 24 и 25 (запоминающий элемент), компаратор 2Ь и формирователь 27 импульсов Дополнительная обмотка 11 возбуждения датчика 9 положения выполнена перпендикулярно основной обмотке 10 возбуждения, à генератор 15 опорного напряжения снабжен дополнительным квадратурным выходом 28, фаза напряжения на котором сдвинута на 90 относительно фазы напряжения на основном выходе 23;

При этом ФЧД 24 и 25 включены по сигнальному входу и выходу между выходными обмотками 12 и 13 датчика 9 положения и входами усилителей 5 и

6 мощности соответственно, а управляющие входы запоминающих элементов 24 и 25 объединены и подключены через компаратор 26 и формирователь 27 импульсов к дополнительному выходу 28 генератора 15 опорных напряжений.

ФЧД 24 и 25 представляют собой

-последовательно по входу-выходу соединенные импульсную фазочувствительную схему и схему запоминания амплитуды входного сигнала, выполненную, например, на операционном усилителе

29 (фиг,2), работающем в режиме повторителя, к неинвертирующему входу которого подключен конденсатор 30, подключаемый также к синусной обмотке

12 датчика 9 положения через ключ на полевом транзисторе 31 Затвор последнего подключен к выходу компаратора

26 на операционном усилителе 32 через

0? ОП ) 1-1О со»з я о

При этом задатчик 14 скорости формирует напряжение установки скорости 35

U переменного тока

U» = А» since t (2) с частотой СД опорного напряжения.

Это напряжение создает в обмотке 10 возбуждения датчика 9 положения ток

Aч.

= - cos Q t (3)

L L«»3 где Š— индуктивность обмотки 10 воз- 45 бужд ения.

Последнее выражение справедливо, если пренебречь активным сопротивлением обмотки 10 возбу»1«дения, что обычно выполняется в датчиках поло- 50 жения вентильных электродвигателей при достаточно высокой частоте M опорного напряжения.

Напряжение U источника 16 постоянного тока создает в перпендикулярной обмотке 11 возбуждения постоянный ток

По

I = --) (4) 5 15735 формирователь 27 импульсов, выполненный в виде дифференцирующей цепи на конденсаторе 33 и резисторе 34, образуя фазочувствительную схему. Резис5 тор 35, запитанный напряжением смещения +U служит для введения положительного напряжения смещения для запирания полевого транзистора 31. Неинвертирующий вход операционного усилителя 32 соединен с общей шиной, а инвертирующий вход подключен к квад1 ратурному выходу 28 генератора 15 опорных напряжений. Задатчик 14 скорости может быть выполнен, например, в виде трансформатора 36 (фиг.4), первичная обмотка которого подключена к основному выходу 23 генератора 15 опорных напряжений, а вторичная обмотка соединена с потенциометром 37, движок 20 которого соединен с основной обмоткой 10 возбуждения датчика 9 положения, Средние точки трансформатора

36 и потенциометра 37 соединены с об— щей шиной. 25

Электродвигатель работает следующим. образом.

Генератор 15 опорных напряжений формирует квадратурные напряжения с частотой Q 30

0Я 6 где R — активное сопротивление дополнительной обмотки 11 возбуж дения.

Потокосцепление Q синусной 12 и косинусной 13 обмоток редуктосина определяется токами взаимнО перпендикулярных обмоток 10 и !1 возбуждения в соответствии с выражением

, =-К (i sin(my+9»+I cos (тig +6») (5) (1), =-К (i cos(mq+6)+I sin(my+A)$ где «р — угол поворота ротора;

m — число пар полюсов (число электрической редукции редуктосина); пространственный сдвиг фаз;

Км — конструктивный параметр, определяемый схемой намотки и характеристиками магнитопровода датчика 9 положения, Знаки в выражениях (51 для потокосцепления определяются направлением включения обмоток 10 — 13.

В дальнейшем принимают условие: пространственный сдвигфаз Р =О, что достигается начальным разворотом статора датчика 9 положения.

По закону электромагнитной индукции ЭДС, наводимая в синусной 12 и косинусной 13 обмотках, равна е =

«» «?» (6)

dt

Тогда, предполагая достаточно большую величину сопротивления нагрузки (режим холостого хода), получают напряжение на выходе синусной обмотки 12

3 «?»?г «?» г d I ач»а а«?»?«

U =е =-(†-- + — ) =-(— — — — 2) а? Зр dt = а а«р

«Ьр где Я = — — частота (скорость) враdt щения ротора 2.

Это выражение получено в соответствии с правилом дифференцирования сложной функции.

Подставляя в (7) выражение (5), получают после преобразований где U (С) =- — А sinG3 tm «!» — синфазКм

? ная высокочастотная составляющая (9);

1573508

Кмш q

U (К) =- — — — A cosset cos mg — квадlg Ьу ратурная высокочастотная составляющая (10);

Uo

U =K — Q sin mg — высокочастотная (2 м 11 составляющая (11) .

Синфазная (9) и квадратурная (10) оставляющие определяются относительно l0 фазы опорного напряжения U

Напряжение поступает на сигнальный вход запоминающего элемента 24 (фиг.4 а,б,в), на опорный вход которого подаются короткие импульсы с выхода фор- 5 мирователя 27 импульсов.

Эти импульсы формируются из опорного напряжения U . путем дифференцирования. сигнала U<< компаратора 26 (фиг.4 г,д,е). При отсутствии импуль- 20 сов полевой транзистор 31 (фиг.3) заперт положительным напряжением смещения. Открывание транзистора 31 осущеСтвляется импульсом отрицательной полярности (фиг.5). При этом на конденсаторе 30 запоминается текущее значение напряжения U,, передавае мое операционным усилителем 29 на вход запоминающего элемента 24. Как следует из фиг.4 в,ж, запомненное 30 значение напряжения равно (! Ач Цо

Uc*(è„(c)(-и„-к„(;- — -„-) sin =

= А sin mg, (12)

А U 35 где.А =К (-- — - p) . о м 1, Р

Квадратурная высокочастотная со-, ставляющая (10) з апоминакецим элементом 24 подавляется, так как полевой

40 транзистор 31 открывается в моменты

Зц

Qt = n где n = 1, 2, когда

Км m52

U, (К)=- — — — А cosQ t cos my= О.

ЬЯ

Аналогичным образом напряжение на выходе запоминающего элемента 24 равно

I (18) 55

Формул а изобретения

А sin mg;

Ат соя ту, К А ;

5 (14) Ug где A =

0К = А, соз m(f (13)

Полученные сигналы после усиления в усилителях 5 и 6 мощности поступают на фаэные обмотки 3 и 4 синхроннои машины в виде фазных напряже кий:

К вЂ” коэффициент усиления усили1 телей 5 и 6 мощности.

В соответствии с принципом действия вентильного электродвигателя эти напряжения образуют в расточке статора синхронной машины 1 вращающее магнитное поле, которое создает вращающий момент двигателя, приводящий ротор 2 во вращение с частотой, пропорциональной амплитуде фазных напряжений 05 и IJg o Следовательно

Кв А КвпК Км (- A) Q ) >(15) где К вЂ” конструктивный коэффициент электромеханического преобразования.

Решая уравнение (15) относительно Q, получают а "-" - А (6)

Къп КчКмПо (1 + — — — -- — -)

Для нормальной работы устройства необходимо выполнение следующего условия:

Ко = К ва К КАПО/К » 1Р (17) где К вЂ” глубина обратной связи по о скорости.

При выполнении условия (17) выражение (16) принимает вид:

Q= К1А

R где К 7= ——

LUo

Таким образом, устройство поддерживает скорость вентильного двигателя пропорциональной амплитуде напряжения уставки скорости. При этом плавное изменение скорости вентильного электродвигателя и его реверс осуществляются, например, потенциометром 37 (фиг.4), а стабилизация скорости обеспечивается тахометрической обратной связью, глубина которой может регулироваться напряжением U источника 16 постоянного тока.

Вентильный электродвигатель может найти применение в системах, требующих высокой линейности регулировочных характеристик, высокой равномерности скорости вращения и высоких энергетических показателей.

Вентильный электродвигатель, содержащий синхронную машину с синус1573 08

Фиг. Г ной и косинусной фазами обмотки якоря на статоре, датчик положения, выполненный в виде синусно-косинусного вращающегося трансформатора с основ5 ной и дополнительной обмотками возбуждения, синусной и косинусной выходными обмотками, механически соединенный с ротором синхронной машины, причем дополнительная обмотка возбуждения предназначена для подключения к источнику постоянного тока, первый и второй фазочувствительные демодуляторы, первые входы которых подключены соответственно к синусной и косинусной обмоткам датчика положения, вторые входы обоих демодуляторов связаны с выходом генератора опорных напряжений, а выходы подключены соответственно к входам первого и второго 2О усилителей мощности, выходы которых подключены соответственно к синусной и косинусной фазам обмотки якоря синхронной машины, основной выход генератора опорных напряжений подключен к основной обмотке возбуждения через эадатчик скорости, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения энергетических показателей, в него дополнительно введены компаратор и формирователь импульсов, дополнительная обмотка возбуждения датчика положения установлена перпендикулярно основной обмотке, генератор опорных напряжений снабжен квадратурным выходом, каждый фазочувствительный демодулятор выполнен в виде последовательно по входу-выходу соединенных импульсной фазочувствительной схемы и схемы запоминания, квадратурный выход генератора опорных напряжений подключен через последовательно соединенные компаратор и формирователь импульсов к управляющим входам первой и второй фаэочувствительных схем, сигнальные входы которых соединены соответственно с синусной и косинусной выходными обмотками датчика положения.

1 73508

Ж) 12 26

Составитель А.Санталов

Редактор Н.Рогулич Техред М;Ходанич,: Корректор С.Шекмар

Заказ 1645 Тираж 443 Подписное

РЛИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Г1осква, >К-35, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-издательск ш комбинат "Патент", г . Ужгород, ул, Гагарина 101