Устройство для определения углового положения вала двухфазного синхронного двигателя с магнитной асимметрией ротора

Устройство для определения углового положения вала двухфазного синхронного двигателя с магнитной асимметрией ротора

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к электротехнике . Цель изобретения - упрощение путем использования одинаковых по составу функциональных схем для формирования выходных напряжений. С этой целью в устройство для определения углового положения вала двухфазного синхронного двигателя с магнитной асимметрией ротора введены формирователи 3 и 4 фазной ЭДС, сумматоры 13 и 14 и фазочувствительный выпрямитель 12. На выходах сумматоров 8 и 14 формируютсяt напряжения , изменяющиеся по законам косинуса и синуса двойного угла поворота ротора синхронного двигателя, к разным цепям которого подключены входы формирователей 3 и 4. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. с SS

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (щ) Н 02 P 7/42, G О1 Р 3/66

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

l1PH ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМЪ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4449722/07 (22) 04.07.88 (46) 07.04.91. Бюл. № 13 (72) В.Н.Бродовский, F..Ñ.Èâàíîâ и Н.В.Буторин (53) 6?.83:621.313.323.072.9(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1014117, кл. Н 02 P 5/34, 1983.

Авторское свидетельство СССР № 1198433, кл. Н О? P 7/42, 1985. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ ВАЛА ДВУХФАЗНОГО

СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С МАГНИТНОЙ

ACHMNETPHEA РОТОРА (57) Изобретение относится к электротехнике, Цель изобретения — упроще„„SU„„1640808 А 1 вие путем использования одинаковых по составу функциональных схем для формирования выходных напряжений.

С этой целью в устройство для определения углового положения вала двухфазного синхронного двигателя с магнитной асимметрией ротора введены формирователи 3 и 4 фазной ЭДС, сумматоры 13 и 14 и фазочувствительный выпрямитель 12. На выходах сумматоров 8 и 14 формируются напряжения, изменяющиеся по законам косинуса и синуса двойного угла поворота ротора синхронного двигателя, к разным цепям которого подключены входы формирователей 3 и 4. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1640808

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для управления приводами с синхронными двигателями, имеющими различные 5 значения продольной и поперечной индуктивностей фазных обмоток статора,.и может быть использовано в тех электроприводах, в которых из требований к конструкции и эксплуатации невозможно установить отдельный датчик углового положения ротора синхронного двигателя.

Целью изобретения является упрощение путем использования одинаковых 15 по составу функциональных схем для формирования выходных напряжений, а также улучшение формы выходных напряжений путем устранения пульсаций выходного напряжения. 20

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для определения углового положения вала двухфазного синхронного двигателя, на фиг.2-4 — основные узлы устройства. 25 устройство для определения углового положения вала двухфазного синхронного двигателя содержит первый

1 и второй 2 измерители скоростей изменения фазного тока, первый 3 и 30 второй 4 формирователи фазной ЗДС, первый 5 и второй б формирователи опорных напряжениИ, первый 7 и второй 8 сумматоры, с первого по четвертый фазочувствительные выпрямители 9-12 и тре-j5 тий 13 и четвертый 14 сумматоры. Измерители 1 и 2 и формирователи 3 и 4 своими входными цепями подключаются к фазным цепям синхронного двигателя (не показаны). Выходы измерителя 1 и 40 формирователя фазной ЭДС. 3 подключены к входу сумматора 7, выходы измерителя 2 и формирователя фазной

ЭДС 4 подключены,к входам сумматора 13. 45

Входы формирователей 5 и б опорного напряжения подключены соответственного к выходам измерителей 1 и 2 скоростей изменения фазного тока син50 хронного двигателя. Выход сумматора 7 подключен к амплитудным входам фазочувствительных выпрямителей 10 и 11, а выход сумматора 13 — к амплитудным входам фазочувствительных выпрямите55 лей 9 и 12. Опбрные входы выпрямителей 9 и 11 соединены с выходом формирователя б опорного напряжения, а опорные входы выпрямителей 10 и 12 соединены с выходом формирователя 5 опорного напряжения. Выходы фазочувствительных выпрямителей 9 и 10 подключены к входам сумматора 8, а выпрямителей 11 и 12 — к входам сумматора 14.

На выходах сумматоров 8 и 14 формируются напряжения, изменяющиеся по законам косинуса и синуса двойного угла 9 поворота ротора синхронного двигателя соответственно. Эти напряжения используются в электроприводе для формирования электромагнитного момента, Для улучшения формы выходных напряжений за счет уменьшения в них уровня пульсирующих напряжений устройство снабжено дополнительно пятым и шестым сумматорами 15 и 16 и первым и вторым RC-фильтрами 17 и 18.

Первые входы сумматоров 15 и 16 подключены соответственно к выходам измерителей 1 и 2 скорости изменения фазного тока, а вторые входы — к выходам формирователей 3 и 4 фазной

ЭДС.

Сумматор 15 соединен последовательно с фильтром 17, выход которого подключен к третьему входу сумматора 7. Сумматор 16 соединен последовательно с фильтром 18, выход которого подключен к третьему входу сумматора 13.

В качестве измерителей скорости изменения фазного тока и формирователей фазной ЭДС могут быть использованы соответственно вторичные обмотки сглаживающих дросселей в фазных цепях синхронного двигателя и дополнительных измерительных фазных обмоток этого двигателя. Вместо дросселей можно использовать продиффереицированные выходные напряжения измерителей фазного тока.

Формирователи опорного напряжения могут быть выполнены на двух опера" ционных усилителях 19и 20 (фиг.2) и резисторах с сопротивлением r во входных и выходных цепях.

Первый каскад (операционный усилитель 19) выполнен по схеме с положительной обратной связью и выполняет роль формирователя напряжения прямоугольной формы. Второй каскад (операционный усилитель 20) выполнен по схеме обычного -усилителя с коэффициентом усиления, равным единице, 1640808

15 макс ми

Ь + Ь

f =

+ макс Ьми" 2 g

cos2

1 макс+ Ьмия

cos20

1 макс Ьмии

45

50 и выполняет роль инвертора напряжения. Входное напряжение U „ поступает от измерителей скорости изменения или 2 фазного тока. Выходные напряжения Увы„ и -Пвык выполняют роль опорных напряжений для фазочувствительных выпрямителей 9-12.

Каждый сумматор, входящий в состав устройства, представляет собой схему обычного линейного усилителя напряжения на базе операционного усилителя 21 (фиг.3) с двумя резисторами с сопротивлениями r u R на выходе и резистором с сопротивлением

R< в цепи обратной связи. В зависимости от места расположения ня входы сумматора поступают напряжения

Ugg < и Пвy либо от измерителя 1 и формирователя 3, либо от измерителя 2 и формирователя 4, либо с выходов фазочувствительных выпрямителей 9 и 10, 11 и 12. При этом с целью уменьшения уровня помех с частотой

f поступающих с выходов фязочувствительных выпрямителей, в цепях об-. ратных связей сумматоров 8 и 14 применяют конденсаторы, т.е. совмещают функции суммирования с функциями фильтрации.

4 азочувствительные выпрямители могут быть построены на операцион- ном усилителе ?2 (фиг.4) с ключом

23 во входной цепи. Если ня амплитудном входе фазочувствительного выпрямителя имеется напряжение 0, постоянное по значению, а ня его опорный вход (вход управления ключом 23) поступает знякопеременное напряжение Uoo то выходное напряжение будет знякопеременным и значе— вых ние его пропорционально Уа . Если напряжение V является переменным напряжением частоты f и напряжение

U „ тоже имеет частоту f, то на выходе фязочувствительного выпрямителя формируется постоянное напряжение со значением, пропорциональным значению напряжения П формирование ня выходах устройства напряжений, изменяющихся по законам sin 20 и cos 20, рассматривается ня примере двухфазной синхронной машины с возбуждением от постоянных магнитов, фязные цепи которой питаются от усилителей тока, построенных на полупроводниковыХ ключах,. переключающихся с частотой

При этом в фазных цепях двигателя протекают пульсирующие токи частоты f. Эти токи создают падения напряжений на основных и взаимных индуктивностях фаз двигателя.

Среди этих напряжений имеются составляющие, меняющиеся по законам сов 2 и sin 28 где 0 — угол поворота двигателя.

Для фазных напряжений Б,с и V двухфазного синхронного двигателя применимы выражения

Uf = Rf ig + — (Ig if) +

d . с1

+ — (Ь ° i„) + — (I.fd i));

dt ) j dt

U = R i + — (I, 1) +

+ — (1.. ik) + --(Ь d i ), (1) dt 3f dt индуктивность фазы Й индуктивность фазы p, взаимная индуктивность обмоток статоря f и g, мИн

Ь „„ — минимальная и максимальная индуктивности обмоток стятора f u g °

Ь с = 1,1Й мак соз 0 — взаимная индуктивность обмотки с обмоткой d ротора по продольной оси, Ь с = I.1dмакс sin9 индуктивность обмотки g с обмоткой d ротора;

Ь Й макс- максимальная взаимная индуктивность любой обмотки статора с обмоткой

d ротора.

При рассмотрении синхронного двигателя с магнитами на роторе (ДБМ) в математическом описании

1640808 (Ug- i R — — 1 + i Q 1. d sinQ)(— — + i g°, Ц,)— 14 ° . а1. diL

4,,1С 0 3 i Макс 2 1

cos2e— ((J)-1g Е - 1 —,.1 G, 1 @(— - 2Д1.) с1 д. hI: di

dt а д макс

2 dt (2) Ч2 1 Д, sing) (° . ЙЦ

AI diy

0 eI i макс 2 dt

sin28 — — — ig.é 61.)

61, dye

2 dt

+ аgL) с1ду

Д 1. dig

dt o д i i макс

2 dt

40 (Е - — 1. ) — —, Й1ф Й 1.. d3.g.

) dt 0.2 dt (3) 45

+ (Е - — ° д, ) —.—

11> aL 11

0 2 dt

1 йЦ

2 dt " 0

1 dis — — >)iy а

2 dt <7 вместо намагничивающей силы магнита используют намагничивающую силу фиктивной обмотки d ротора, считая, что по ней протекает постоянный ток ц

У ДБИ 1.макс 1.мин = 1 является существенной величиной (не менее 5где Я, — частота вращения ротора синхронного двигателя.

Выражения (2) для функций sin 28 и cos 29 очень громоздки и реализация их в полном объеме приводит к достаточно сложной схеме устройства. Функциональная схема устройства строится по выражениям, полученным при определенных допущениях

dif А L dig

cos 29= (Е - — L ) ° — °вЂ”

di- б 2 а

sin 28 = (Š- — L ) — — +

d1f 6L d1

dt 0 2 dt где Е = Ug- i К1 — ЗДС фазы f, включающая ЭДС трансформации и ЭДС вращения;

Е = U„- -i . Rq — ЗДС фазы g.

9 3 Ф

При получении (3) принято от L 0 — lA0Kc MNH i Наличие

L +Lм

Д1. характеризует отличие магнитных сопротивлений по продольной d и поперечной q осям ротора.

После подстановки значений индуктивностей в (1) и преобразований получаем

30 так как скорости изменения токов и i на частотах f переключения силовых ключей усилителей фазных токов, питающих фазные цепи синхронного двигателя, значительно

35 больше скоростей изменения этих токов на частотах вращения 2 .

Также принято во внимание то,что напРЯжение 1,1 ° Q, 1ч Й макс Я дп О

1„ 1макс cos 0 — это напряжения сравнительно низкой частоты и и по существу представляют фазные

ЭДС-вращения. Если эти напряжения не формировать, как это сделано в выражениях (3), то это приводит к появлению пульсаций частоты f на выходах фазочувствительных выпрямителей. Эти пульсации легко отфильтровать,. используя в обраТных цепях сумматоров 8 и 14 конденсаторы, о чем говорилось выше. Кроме того, принято во внимание, что напряжения в знаменателях выражений (2) отражают только масштаб получаемых напряжений, изменяющихся по законам sin 28 и cos 28. Таким образом, устройство просто в реализации и имеет точность напряжений, изменяющихся по законам sin 20 и

1640808

l0 сов 29, вполне достаточную для использования их в схемах реальных электроприводов. формула изобретения

1. Устройство для определения углового положения вала двухфазного синхронного двигателя с магнитной асимметрией ротора, содержащее два измерителя скорости изменения Аазного тока с входами для подключения к соответствующим фазным выводам синхронного двигателя, два формирователя опорного напряжения, вход одного из которых объединен с первым входом первого сумматора и подключен к выходу первого измерителя скорости изменения фазного тока, вход второго формирователя опорного напряжения 20 подключен к выходу второго измерителя скорости изменения Аазного -.îêà, три фазочувствительных выпрямителя,.

:объединенные опорные входы первого и

1 третьего и опорный вход второго Аазочувствительных выпрямителей подключены соответственно к выходам второго и первого формирователей опорных напряжений, а выходы первого и второго фазочувствительных выпрямителей соединены с соответствующими входами второго сумматора, выход которого образует первый выход устройства, на котором формируется напряжение, изменяющееся по закону косинуса двой- 35 ного угла поворота ротора синхронного двигателя, при этом устройство снабжено вторым выходом, на котором формируется напряжение, изменяющееся по закону синуса двойного угла поворота 40 ротора синхронного двигателя, вьжод первого сумматора подключен к амплитудному входу третьего фазочувствительного выпрямителя, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью упроще- 15 ния путем использования одинаковых по составу функциональных схем для формирования упомянутых вьжодных напряжений, введены два формирователя фазной ЭДС с входами для подключения к соответствующим фазным выводам синхронного двигателя, третий и четвертый сумматоры и четвертый фазочувствительный выпрямитель, опорный вход которого подключен к выходу первого формирователя опорного напряжения, амплитудный вход объединен с амплитудным входом первого фазочувствительного выпрямителя и подключен к выходу третьего сумматора, входы которого подключены соответственно к выходам вторых измерителя скорости изменения фазного тока и формирователя фазной ЗДС, выход первого формирователя фазной ЗДС соединен,с вторым входом первого сумматора, к выходу которого подключен амплитудный вход второго фазочувствительного выпрямителя, а выходы третьего и четвертого фазочувствительньж выпрямителей соединены соответственно с входами четвертого сумматора, выход которого образует второй выход устройства.

2. Устррйство по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью

1 улучшения улучшения Аормы выходных напряжений путем устранения пульсаций, первый и третий сумматоры снабжены третьими входами и введены последовательно соединенные пятый сумматор и первый Аильтр и последовательно соединенные шестой сумматор и второй фильтр, при этом входы пятого сумматора подключены к . выходам первых измерителя скорости изменения Аазного тока и Аормирователя фазной . ЗДС, а входы шестого сумматора — к выходам вторых измерителя скорости изменения фазного тока и формирователя Аазной ЗДС, а выходы первого и второго Аильтров подключены соответственно к третьим входам первого и третьего сумматоров.

1640808

Соетанитель А.Головченко

Техред M,Mîðãåíòàë Корректор А ° Обручар

Редактор Н.Лазаренко

Заказ 10?? Тираж 359 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКИТ СССР

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

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