Бесконтактный двигатель постоянного тока

Бесконтактный двигатель постоянного тока

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано о реверсивных безредукторных исполнительных электромеханизмах. Целью изобретения является повышение точности pei улирования. С этой целью в вентильный двигатель постоянного тока введены дифференциаторы 11 и 12, входы которых объединены с соответствующими двумя входами блока 10 определения направления вращения, с двумя входами регулятора напряжения (РН) 6 и подключены к синусному и косинусному выходам датчика 2 положения ротора синхронной машины (СМ) 1. Фазные обмотки СМ 1 через усилители-преобразователи 7 связаны с выходами РН 6. Третий вход РН 6 через предварительный усилитель 5 связан с выходом блока 4 сравнения, входы к-рого соединены с зэдэтчиком 3 частоты вращения и выходом блока 9 измерения знака. Входи блока 9 подключены к выходам блока 10 и блока выделения модуля, соединенного с выходами дифференциаторов 11 и 12. В.устройстве рассматривается выполнение блока 10, РН 6 и блока 9, благодаря которому обратная связь по частоте вращения не имеет каких-либо ограничений ни по быстродействию , ни по величине частоты вращения, ни по режиму и осуществляется мгновенное изменение сигнала блока 10 на противоположное значение при изменении направления вращения в любом диапазоне углов перемещения в пространстве. А ил. (Л С

СОЮЗ СОНЕТСКИХ

СО! (ИЛЛИСТ И !ЕСКИХ

РЕТЧ1УВЛИК

1684900 А1!

А!5 Н 02 Р 6/О". го< УДАРСТВЕг!!4ЫЙ КОМИТЕТ 1О ИЗОЕРЕ ЕНИЯМ И ОТКРГ>! ГИ iM

l1l L1 l КГ!1 СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ъ, (СО ф

C) (21) 4208926/07 (22) 09.03.87 (46) 15.10.91. Бюл, ГУ 38 (71) Ульяновский политехническии институт (72) Е.M.Нашатыркин, M,А,Боровиков, В.И,Доманов и А.А.Борисов (53) 62 1.313. 13.014. 2:621.382(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР ! л 1046864. кл. Н 02 К 29/06, 1982.

Авторское свидетельство СССР

М. 1132329, кл. Н 02 P 6/02, 1983. (54) BECKOHTAI,THbIA ДВИГЛТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА (57) Иэобретег4ие относится к электротехнике и может быть использовано в реверсивных безредукторных исполнительных электромехаг4изл4ах. Целью изобретения является повышение точности ре! yl ирования.

С этой целью в вентильный двигаiåë ü постоянного тока введены диффере:4циаторы 11 и 12, входы которых обьединсны с соотвегствующими двумя входами блока 10 определения направления вращения, с двумя

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрическим машинам с бесконтактной коммутацией, и гложет быть использовано в моглег4тных электроприводах, работающих в реверсивных безредукторных исполнительных электромеханизмах.

Цель изобретения — повышение точности регулирования частоты вращения и быстродействия бесконтактного двигателя постоянного тока. входал1и регулятора напряжения (PH) 6 и подключены к синусному L1 косинусному выходаглдатчика 2 положения ротора синхронной машины (CM) 1. Фазг4ые обл1отки См 1 через усилители-преобразователи 7 связаны с выходами РН 6. Третий вход PH 6 через предварительный усилитель 5 связан с выходом блока 4 срав!4ег!ия, входы к-рого соединены с задатчиком 3 частоты вращения и выходом блока 9 изл,ерения знака. Входы блока 9 подключены к выходагл блока 10 и блока выделения модуля, соединенного с выходами дифферен циаторов 11 и 12, В. устройстве рассматривается Bb;полнение блока 10, PH 6 и блока 9, благодаря которому обратная связь по частоте вращег4г1я не имеет каких-либо ограничений ни по быстродействию, ни по величине частоты вращения, ни по режиму и осуществляется мгновенное изл1енеHLLå сигнала блока 10 на противоположное значение при изменении направления вращения в лгобог диапазоне углов перемещения в пространстве. 4 ил.

На фиг. 1 изображена функциональная схема бесконтактного двигателя посто1г4ного тока; на фиг. 2 — схема блока определения направления вращения; нл ф11г, 3 — c.-.el4à блока выделения модуля сигнала частоты вращения; на фиг. 4 — эпюры !4апряжений на выходе датчика положения ротора и логическое состояние элементов блока определения направления вращения.

Бесконтактный двигатель постоянного тока содержит двухфазну,о синхронну!о ма1684900 ш«:<у 1, синусно-косинус <ый дв«гатель 2 положения ротора, последовательно соедиt«ott«t<лодуля сигнала частоты вращения вала двига<елч, выход которо о через блок 9 изменения знака соединен с BTopb

t oToIto< о обведи<и.«ы соотве гстн tt«3 г. н.:.одам: 1<ервого 11 и второго 12 д<«ффере<«ц<1а«оров «подключены соотнетс гнеlll

Г лок 10 определения направления нра<11:.<«ия (фиг. 2) включает в себя два зле<лента ! 1ЕРАВНОЗНА !НОСТЬ 15 и 16, компараторы 17 — 20, логические элементы И вЂ” НЕ 21 «

2I1E-И-11Е 22 «RS-триггер 23. Входы элеtrtcttroII НЕРАВ11ОЗНА !НОСТЬ 15 «16 подклк«ч".I«û к входам компараторов 17--20, выходы которых образуют соответствующие выходы блока 10, подключенные к выхода л дифференциаторов 13 и 14 и выходам датчика 2. Выходы элементов НЕРАВ1-!ОЗНАЧНОСТЬ 15 и 16 подключены соответст

И-НЕ 21 и 2НЕ-И-НЕ 22, выходы которых подключены к входам RS-триггера 23, выход которого образует выход блока 10, подклю<енный к управляющему входу блока 9 изменения знака.

Блок 8 выделения модуля (фиг. 3) включает в себя последовательно соединенные сумматор 24 и блок 25 извлечения квадратного корня, выход которого является выходом блока 8 выделения модуля, Входы сумматора 24 через квадраторы 26 подключены к входам блока 8 выделения модуля, Регулятор 6 выполнен в виде двух умножителей, первые входы которых объединены и подключены к выходу предвар«тельного усилигеля 5, а вторые их входы подключены к соответствующим выходам датчика 2 положения ротора.

Бесконтактный двигатель постоянного тока работает следующим образом.

При вращении ротора синхронной маши;«ы I датчик 2 положения ротора (ДГ1<Р) оь<рабатывает сигналы:

Ul= U„sin (с (с);

Uz=- 0д cns гт (I), Iäå 0д — аMrtë«òóää си< llала Д!1Р;

5 а — угол г<оворота ротора.

Закон дн«жения (. (1) выходного вала эчектродвигзтелч оп рпдг ляется сигналом заj1àt«llb

15 Сигнал ошибки 01, пройдя чсрез преднарительн<<й ус«ли гель 5, поступаег на вход регупчтора 6

Uex Ку 0<Р ° (3) 0

В результате действия сигналов U t и 0 с ДГIР 2 на выходах ре<улчтора 6 образуются напряжения 0„«0,:

25 U Ky Ug 0д sin a(t) Ky Ug1 0)1 со s (<(1), 0 (4) Г1ро<<дч через д: yxvанальный усили30 тель-преобразова,ель 7, сигналы Ц,< и

l >l ныэынают гоки в стлторных обмотках синхронной ма вины 1, которь<е в расточке стагора созда ют ре аул ьти рующее <лагн итное

<оле. УДС которого пропорциональна амп35, итудному значению, статорных токов I 11 I .

t -- I s

1, = I cos a(t). (5)

Амплитудное значение фазных токов определчется выражением

0чр — Ебр

45 R (6) где 0

50 Eep — Ce . ((I — аМПЛИтудНОЕ ЭНаЧЕНИЕ

3ДС вращения;

К«р — коэффициент усиления усилителяпреобразователя 7;

Се — коэффициент, определяемый кон55 структивными параметрами синхронной машины 1;

R — сопро< <«вление фазных обмоток; (о — текущее значение скорости вращения вала двигателя.

1684900

Мд« = См i, (7) г, 10 (8) 15

sign{UpE} =

Момент, развиваемый двигателем, с учетом (6) равен где См — коэффициент, определяемый ко«структивными параметрами синхронной машины 1.

Мгновенное (те кущее) значение члс < оты вращения вала двигателя определяетсч выражением

Дифференциаторы 1 и 12 выполняют дифференцирование сигналов с выходо.. 13 и 14 сигналов ДПР 2. Выхо„:<нь<» си<палы дифференциаторов в 11 и 14 с учетом (8) имеют следующие значения:

Е1= Кд 0д в cos c(t);

Е2 = Kn Ua . го sin а(1), (9) где Ka — коэффициент передачи дифференциаторов.

Полученные сигналы Е< и Е2 несут информацию о частоте вращения г<) вала двигателя, но промодулированы знакопеременными тригонометрически<<и функциями углового перемещения sin a(t) и cos г<(1), Выделение сигнала, пропорционального частоте вращения, происходит в блоке 8.

Блок 8 выделения модуля (фиг. 3) вь<олбатывает модуль частот ы вращения (0ос) согласно выражению

I Uoc I = E< + Е1 = Кд <1д la)l . <1<)) Е1

Согласно уравнениям — =- Кд «<, 02 — = Кд N, получаем из (1) и (9) знак

Е2

01 сигнала 0ос, который определяется выражением сигнатур:

- к)дп )=к)цп(Выражение (11) также имеет теоретическое значение, однако ему эквивалентно уравнение э19п(0ос} - sign{E1 Uz} = sign{Ez 01) (12) 20

В двигателе работа блика 10 о< ред»))»ния направления < рягценич ос«ог лня н,". уравнении (12, . Рхсдные ком«яряторы 1 к

20 (ф<<<. 3) преобразуют пслчрнпст<, «лог<<чески» сигналы "1 и "0", соответствую<ц«е з«акам " -" и " " входных сигналов Г1 и Uz, Ezи U<, Элемент НЕРАР11ОЗНА 1НОСТЬ 15 i);ботает по сигналам Е и О.-,. выходной сит«ял имеет значе< ие

U1s == э«9п{Е1, sign{Uz) — sign{E1 02), (131 я элемент НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ 16 рлботлет по сиг< ялам Fz и U<, выходи и c»I!<;

0ж= sign{Ez).sign{01} =- з«9п{Е2 U<} (14) Ряботл блока 10 определения направления вращения пояснчетсч прострянственнсй диаграммой (фиг. 4), где дана таблица сигнатур входных сигналов Е1 и Uz, Ez и U< в зависимости от направления вращения.

Для возрастания сигналов О, и 02 сигнал сигнатур Е1 и Ez равен "1", длч убывания сигнал сигнатур Е1 и Е„равен "0".

Выходные сигналы элементов НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ 15 и 16инверсны и изме«чются мгновенно на противополож« .е значение при изменении направления вращения в любой точке пространства и работ» двигателя в любом диапазоне углов а. bf<0K

10 определения направления врл<цения «»<полнен двухканальным для предотвращения влияния эффектов риска и гонки, возникающих при движении нл границах зон Л-Б-В-Г (фиг. 4) и т,д.. где име<отсч критические точки, в которых сигналы Е1 и

Fz с дифференциаторов 11 и 12 имеют малое значение и на работу начиняет сказываться порог срабатывания компараторов 17-20.

Поскольку эти точки разнесены в прострлнстве углов и перемещения, то на границах зон А--Б и  — Г сбой сигнала 01г, (мал сигнал

Е1) компенсируется стабильностью сигнала

015, а на границе зон Б и В (мал сигнал Е2) сигнал 015 корректируется сигналом 01г, и т,д.

Инверсные сигналы с выход0в элементов 21 и 22 управляют триггером 23, выходы которого являются выходом блока 13 определения направления вращения. Сигнал п10п с выхода блока 10 определения направления вращения соответствует вря<цению вперед, а сигнал "01 — вращению назад.

При этом изменение сигналя блока 10 двигателя на противоположное значение происходит мгновенно при изменении направления вращения при работе двиглте1(Л(< ?О ля в любом >qL!3n330Hp (сколь угад><0 ??????????) ?????????? ??(?? ?? .???????????????? ?? ?? ????????;)??????(??(??>0 (с т» л 0 к ) L < 3 >4 с! > е < и я 3 и 3 к 3 у и г) 3 B и л е т (я сиГI<3л Ом с в ..I xoда тэлÎ кrl 1 (? ОГ! I)c jзел,. < II« направления вращения и о> >рабат<<(за>:(си(- 5

>Зал по частотс. вращения о(Зла дви.ателя

I1г f,p () (де f,» =- >с(з I Jj(— коэффициен Г передачи, 10

"> lt;L1t1 обр;>:зо(!, H3cr(! TII;I>! Обра) н:>Я

СОЯЗЬ B ИРЕДПЗГ3(М(i>4 ДОИ(3>ЕЛЕ IIO lu10

v3KL1x-либо о(f, ни! PIILIL1>tu< по бь>стродействию, Hè по >зели ценил, HLI ио ре>жи;.;у р )боты эгпк грпдви(лтп> я. е?бр ная связь имеет ли!<0(II,"о х зра>; II pHc) иv

ЯЫСОКУ>О НЗДЕ>К!!OCl >:, I1оло.ки(ел»<>:L! 3 (; f.(.:êT r!l >I30Eif;!;T> .,и . эаклю <ветс ч и у>те>>и о.>!t: I T(."<>«)c(LI L; и>«. т роjj il((РИ > i>pl! f або IP Г1 >(К)f>t >Х ЭП>ЕV(рC» >>,! > J водах за с IF. (Г>ЛЦИО><альио>т (Ргащ lilt!>!II функце<она>>ьн>lx связей элем.HTOB б=ско>!

T ) K Tti0! 0 jIBLII 3 ТОЛЯ ()OC(OI II >(. Го 1 ОК3 схсмной реализации блоко>з, фирмирук)щих с>1! нал обратной вязи, 25

Формула изобретения е»есконтаK! ныи двигатель постояH!!0го Tot(3, содержа(1ий доухфазну>о c«tО машину, синусно-косинусный 1О датчик иопожения ротора ci»ixpn!!!toé л>àøèíû, последовательно coåäL<ения, иредоари тельный усилитель, ре! ул тор напряжен!<я, двухканальный г, усилитель-преобразователь, к выходак! которо о подключены статорные обмотк синxðоннOL1 машины, блок выд! леíия модуля сигнала частоты вращения вала дои гателя, выход котoрoгo через блок изменения 3><3К3 соединен с оторь<м входом блока сравнения, блок определения направления вращения, (т л l(ч 3 ю щ и йс я тем, что, с цель о повышения точнос1>l регулирования члстоты вращения и быстро- с действия, B него допот>из!тельно введены

ДОЗДИф t .Ð >Ilfu<атОРЛ, EIhI КОТОРЫХ ИОДкпю <ены к cc>)) BB) cTBy>OI!I!IM f)xoj)3M б>>ок;з выделения модуля и т (.роому и второ(4у >)ходам блОка Oиредело>IHB >;Зир3(.ления (.1 3 в(ения, составленного И1 двух злеме><тоо

НГI»AR!10.3IIAVIICIC f f»". ". доу>ля входами каждь>й, I>(I >I>B x KO I!3I)f! Tof)ol, ло! Llческих элем(.нтоо И-Е>Г:., 21-If -1 1- НЕ и БЯ-григ(ерз. при этом охпдь, элеме>< гов НЕРА() Н0311ЛЧНОГ.:TI» соеди.<ены с f I,! xnj(3(4LI соотоетс(ву>пщих ком>>арат пров, Uxo jtt voTof>t(x 1 ол>>ю> I cs! С>!! 1 (зе с оу>ощим>! ез:" Одами блока о>!редел((ния направления врлщения, 3 оыд;:I зле>4>::! (of> Н Е !»Лй 1Г? 3>1ЛЧ>10Е. ГЬ

I1)дклк)неII,.! к М)веди><е><нь м соотпо IOT BB><но !1ppf)I„(4 и (31(),>Uì вход >I элементов ИrI >.: и 2 Н (=-И I IF, t! х(>ды ко торых

ПОДКТ<>OЧЕI > t V, РХОЦам fi. > f!u Г (С!)3, ОЬ>ХОД которс г0 Я(>>>яет;Я выходом блОK3 определения направлcния ор;)щения, 3 блot: выделP. ния модуля составлен из двух к задраторов и последовательно Bxntnl(.II»t.tx сумматора и блоvo изол>зчения квад()а(ного корня, выход кОторого я езляет ся гзыхОдом ()Пока ез! >Де

Л Е Н И !З (.< О Д У ll Я, 3 () X О Д Ы С У (4 M 3 Т 0 Р О В

<>ОДКЛ>ОЧЕНЬ! К ВЫХОДЗК< KB lj?P3TOPOB. ЕЗХОДЫ

V0T(>РЫХ ЯО !EI!<> (СЯ E!XU;> Ч.lil (>Лоиа BB!ÄC!IÐния мо(с)л>з, (l f)L! I (! ре! уля I op папе)я жене!я о I(!o>!íot; f! f >дс. двух умtlожитс.пей, г)ерез> е входы которых ОГьеди!«)ны LI являются ин<$ ор(лацио><>>>,»4 входом рсгулят(.ра, вторые

ИХ ОХОДЫ чОЛЯ(От(Я COOTBBTC)BCHt3>!Xojg3>411 Е) -Г) лятора, (регий и <егверте<й входы блока

o(IpFЗд>..ленив направления вра(ценил обьеди;Ipt>t! сс>ответственно с гзходами перво(о и втс>рого дифференциатороо и подключены к синусно(лу и косинусному вь>ходам датчика положения ро гора, 3 выход блока определения направления вращения подклк)чеи к управляющему входу блока из(4енения знака, управляющие входы регулятора напряжения подключены к соответствующим выходам датчика положения ротора.

1684900 — -- Вперед

Ришад

3д". 9

Составитель / Иванов техред 1Л,Моргг и гав Корректор М,Демчик

Реда«ор Л.Веселовская

I1роизоод :твенно-издл льсхий кн й;нат Г1атент", г. У>к ород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3513 тира)к Подписное (SI)VII1I IVI Государствен inra комитета оо и зобретениям и открытиям ори ГКНТ СССР

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