Устройство для настройки моментного вентильного электродвигателя

 

Изобретение относится к электрическим машинам, а именно к электродвигателям с бесконтактной коммутацией. Цель изобретения является повышение точности настройки. Настраиваемый моментный вентильный электродвигатель (МВД) содержит синхронный электродвигатель 1 с двухфазной обмоткой 2 якоря и ротором-индуктором 3, два усилителя 4 и два датчика 5 тока. Устройство для настройки МВД содержит задатчик 6 угла, датчик 7 момента, задатчик 8 момента, сумматор 9, операционный усилитель 10, устройство 11 выборки-хранения, синхронный детектор 12, генератор 13 опорного напряжения, управляющее устройство 14, ключи 15 и 16, интегратор 17, сумматор 18, синусо-косинусный преобразователь 19, перемножители 20 и 21, аналого-цифровые преобразователи 22 и 23, запоминающее устройство 24. Благодаря введению задатчика момента, сумматора, операционного усилителя, устройства выборки-хранения, управляющего устройства, двух ключей, двух аналого-цифровых преоразователей и запоминающего устройста получено устройство для настройки МВД с повышенной точностью и скоростью настройки. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСН ИХ

РЕСПУБЛИК

„„ S„„1580494 А 1 (51)5 Н 02 К 29/06, Н 02 P 6/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

flO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ --.---К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4267968/24-07 (22) 25.06.87 (46) 23.07.90. Бюл. Р 27 (71) Казанский авиационный институт им.А.Н.Туполева (72) А.К).Афанасьев (53) 62 1,3 l3.292 (088.8) (56) Столов Л.И. и Зыков Б.H.

Моментные двигатели с постоянными магнитами. — М.: Энергия, 1977, с.98-100.

Авторское свидетельство СССР

1 - 1515273, кл. Н 02 P 6/02, 16.03.87. (54) УСТРО11СТВО ДЛЯ НАСТРО11КИ МОМЕНТНОГО ВЕНТИЛЬНОГО ЭЛГКТРОДВИГАТЕЛЯ (57) Изобретение относится к электрическим машинам, а именно к электродвигателям с бесконтактной коммутацией. Целью изобретения является . повышение точности настройки. Настраиваемый моментный вентильный электродвигатель (МВД) содержит синхронный электродвигатель 1 с двухфазной

2 обмоткой 2 якоря и ротором-индуктором 3, два усилителя 4 и два датчика

5 тока. Устройство для настройки МВД содержит задатчик 6 угла, датчик 7 момента, задатчик 8 момента, сумматор 9, операционный усилитель 10, устройство 1 I выборки-хранения, синхронный детектор 12, генератор l3 опорного напряжения, управляющее устройство 14, ключи 15 и 16, интегратор 17, сумматор 18, синусно-косинусный преобразователь 19, перемножители 20 и 21, аналого-цифровые преобразователи 22 и 23, запоминающее устройство 24. Благодаря введению задатчика момента, сумматора, операционного усилителя, устройства выборки-хранения, управляющего устройства, двух ключей, двух аналого-цифровых преобразователей и запоминающего устройства получено устройство для настройки МВД с повышенной точ ностью и скоростью настройки. 4 ил.

1580494

Изобретение относится к электрическим машинам, а именно к электрическим двигателям постоянного тока с бесконтактной коммутацией, т.е. к вентильным электродвигателям, и предназначено для настройки в нроцессе изготовления и эксплуатации электрйческих машин, работающих в качестве исполнительных двигателей приводов следящих систем и систем ,:стабилизации различного назначения.

1!елью изобретения является повышение точности настройки электродвигателя.

15

На Аиг.1 представлена Аункциональная схема устройства; на Аиг.2 — гра фики управляющих сигналов; на Аиг.3— траектория конца векторов токов обмотки якоря; на фиг.4 — Аункциональ- 20 ная схема моментного вентильного электродвигателя (МВД) с Аункциональным преобразователем.

Настраиваемый МВД содержит электромеханический преобразователь 1 с двух -25 фазной обмоткой 2 якоря.и с ротороминдуктором 3, два усилителя 4 и два датчика 5 тока.

Устройство для настройки МВД содержит задатчик 6 угла, датчик 7 мо- 30 мента, задатчик 8 момента, сумматор

9, операционный усилитель 10, устройство 11 выборки-хранения, синхрон- ный детектор 12, генератор 13 опорного напряжения, управляющее уст: ройство 14, ключи 15 и 16, интегратор 17, сумматор 18, синусно-косинусный Функциональный преобразователь

19, перемножители 20 и 21, аналогоцифровые преобразователи 22 и 23 и 10 запоминающее устройство 24 °

Ротор-индуктор 3 механически связан с валами задатчика 6 угла и датчика 7 момента, выход которого соединен с входом сумматора 9, второй инвертирующий вход которого соединен . с выходом задатчика 8 момента, а выход подключен к входам синхронного детектора 12.и операционного усилителя 10, выход которого подключен к входу устройства 11 выборки-хранения, выход которого соединен с входами перемножителя 20 и 21.

Выход генератора 13 опорного напряжения подключен к сумматору 18

55 через ключ 15 и электроду опорного напряжения синхронного детектора

12, выход которого через ключ 16 соединен с входом интегратора 17.

Выход последнего подключен к второму входу сумматора 18, выход которого соединен с входом синусно-косинусного Аункционального преобразователя 19, выходы которого подключены к вторым входам соответственно пе ремножителей 20 и 21, выходы которых подключены к входам аналого-циАроных преобразователей 22 и 23 и входам усилителей 4, Их выходы подключены к Аазам обмотки 2 якоря через входы датчиков 5 тока, выходы которых подключены к вторым инвертирующим входам усилителей 4.

Выходы управляющего устройства

14 подключены соответственно к управляющему входу устройства 11 выборки-хранения, управляющим входам ключей 15 и 16 и управляющим входам задатчика 8 момента и запоминающего устройства 24. Его адресные входы подключены к циАровым выходам задатчиков угла 6 и момента 8, а информационные входы — к выходам аналогоцифровых преобразователей 22 и 23.

Устройство работает следующим образом.

Задатчик 6 угла разворачивает ротор-индуктор 3 до определенного угла

Угол Р поступает с выхода интегратора 17 через сумматор 18 на вход синусно-косинусного Аункционального преобразователя 19, на выходах которого формируются сигналы — sing, cosP.

Они перемножаются с сигналом Тщ, пропорциональным амплитуде системы токов якоря и поступающим с выхода устройства 11 выборки-хранения, перемнож телями 20 и 21. С их выходов сигналы

° 0 ° . 0

= -> sin ; i =Т,„соз р поступают на входы усилителей 4, питающих с помощью датчиков 5 тока haзы обмотки 2 якоря токами i %.i>

Злектромеханический преобразователь 1 развивает электромагнитный момент H измеряемый датчиком 7 момента и сравниваемый на сумматоре

9 с требуемым моментом Мд, вырабатываемым задатчиком 8 момента. Разность М=М-М поступает на входы операционного усилителя 10 и синхронного детектора 12.

11астройка МВД при фиксированных значениях d и М осуществляется поэтапно. В момент, когда управляющее

1580494 устройство 14 подает разрешающий сигнал на устройство 11 выборки-хранения (фиг.2а) ключи 15 и 16 закрыты, сигнал Р на выходе интегратора 17 постоянен и без изменения поступает на вход Аункционального преобразователя 19. Операционный усилитель 10 вырабатывает значение I> соответствующее равенству М=И». Данному периоду соответствует переход конца вектора токов i>, i фаз обмотки 2 якоря из точки О в точку Е (фиг.3). В конце периода происходит запоминание значения I»»» в устройстве.11 вы. борки-хранения.

В следующий момент времени, когда управляющее устройство 14 падает разрешающий сигнал на ключи 15 и 16 . (фиг.2б), устройство 11 выборки-хранения сохраняет на выходе сигнал I, установившийся на. предыдущем этапе, т .е. в это время I — = const С выхода генератора 13 переменное опорное напряжение U р поступает через открытый ключ 15 на нход сумматора, где оно прибавляется к сигналу g». Переменная составляющая угла Р вызывает переменную составляющую электромагнитного момента И, которая поступает на вход синхронного детектора 12, вырабатывающего сигнал »» M/д . Этот сигнал интегрируется интегратором

17, вырабатывающим угол Вр согласно уравнению

d5o 1 3M

dt Т Э где Т - постоянная времени интегратора 17.

В течение данного периода времени обеспечивается поиск угла », соответствующего максимуму электромагнитного момента M по Р при I»»t=сопзс, При этом конец вектора токов (i, rg) скользит по дуге Е»" окружности с центром в начале координат (Аиг.3). Поиск максимума происходит согласно принципу синхронного детектирования н экстремальных регуляторах.

Далее разрешающий сигнал поступает на устройство 11 выборки-хранения и амплитуда. I»n изменяется до выполнения условия M=M» при P =const (Аиг.3, отрезок С»). Затем открываются ключи

15 и 16 и происходит поиск максимума момента М по углу р при I»»=const (фиг.3, дуга KZ) и т.д. В результате определяются оптимальные значения которые используются для построения

Аункционального преобразователя для моментного нентильного электродвигателя (фиг.4).

Моментный» вентильньп» электроднигатель содержит электромеханический преобразователь 1 с двухАазной обмоткой

2 и ротором-индуктором 3, дна усилителя 4, два датчика 5 тока, датчик

25 угла и Аункциональный преобразователь 26.

Ротор 3 механически связан с рото45 ром датчика 25 угла, выход которого соединен с входом Аункционального преобразователя 26, Его второй вход является входом электродвигателя, а два его выхода подключены к входам соответствующих усилителей 4. Их выходы подключены к Аазам обмотки 2 якоря через входы датчика 5 тока, выходы которых подключены к вторым инвертирующим входам усилителей 4.

Моментный вентильный электродвигатель работает следующим образом.

Датчик 25 угла вырабатывает сигФ нал, соответствующий углу поворота ротора ы и поступающий на вход функ-

30 р» и I, соответствующие требуемому электромагнитному моменту К р при

I»»»Q min, т.е. при минимальных потерях в обмотке якоря, так как i$ + ф, +i1t,= I»»» а также оптимальные токи

i4> (точка И Аиг,3).

Управляющее устройство 14 вырабатывает сигнал, поступающий на управляющий нход разрешения записи запоминающего устройства 24 (фиг,2в), и по адресам, определяемым значениями

Ф и И», запись»ваются значения опти.о .о мальиых токов 1», 1ь, преобразованные аналого-цифровыми преобразователями 22 и 23 и н циАровую Аорму. Обратный Аронт разрешающего импульса изменяет значение Н», вырабатываемое задатчиком 8 момента (фиг.2г), после чего начинается процесс настройки

МВД с новым значением Мр.

После. настройки МВД при всех требуемых значениях !р осуществляется изменение угла о(.поворота ротора-индуктора 3 и начинается перебор значений И. В результате н запоминающем устройстве 24 записываются оптимальные значения Аазных токов обмотки 2 якоря

1д =fд(М СК)4 1ь =.КЬ(М ОС) 1580494 ционального преобразователя 26. На его второй вход подается сигнал, пропорциональный требуемому электро-. магнитному моменту И, а иа его выходах вырабатываются оптимальные значения Аазных токов i, i . Эти сигналы поступают на входы уси.тителей 4, которые с помощью датчиков 5 тока обеспечивают протекание в Аазах об, мотки 2 якоря токов x>--iz В результате электродвигатель раз"

,вивает электромагнитный момент И=Ио при минимальных потерях в обмотке

:2.якоря. Стабильность электромагнитного момента по углу поворота ротора позволяет строить прецизионные. сле дящие системы с высокой плавностью хода и hfHHHMBJIbFIblhfH BOTPðÿìè в обмотке якоря. В качестве задатчика 6 угла может быть использована самотормозящаяся червячная передача, через которую .ротор 3 связан с валом датчика 7 момента в сочетании с датчиком угла. 25

Устройство 11 выборки-хранения, операционный усилитель 10, интегратор

17, аналоговые ключи 15 и 16, синхронный детектор 12, перемножители

20 и 21, аналого-цифровые преобразователи 22 и 23 и запоминающее устройство 24 выпускаются серийно в виде интегральных микросхем. Функциональный преобразователь 19 и генератор 13 опорного напряжения могут быть выполнены по одной из известных схем. Управляющее устройство может быть выполнено в виде сочетания генератора импульсов, счетчика и дешифратора распределителя импульсов.

Частота генератора 13 должна значи40 .тельно превышать частоту импульсов, поступающих от управляющего устройства,14 (по крайней мере в 1020 раз), а период напряжения U . генератора 13 должен быть больше электромагнитной постоянной времени фаз обмотки 2 якоря.

Формула изобретения

50 . Устройство для настройки момент ного вентильного электродвигателя, включающего в себя электромеханический преобразователь с ротором-индуктором и якорем, каждая фаза двухфазной

)5 обмотки которого подключена к выходу управляемого источника тока, управляющие входы источников тока связаны с выходом датчика угла поворота ротора через Аункциональный преобразователь, содержащее генератор опорных импульсов, первый управляемый полупроводниковый ключ, синхронный детектор, интегратор, первый двухвходовый сумматор, синусно-косинусный функциональный преобразователь, два перемножителя, эадатчик угла поворота ротора, датчик вращающего момента, импульсное управляющее устройство с тремя выходами, выполненное с воэможностью поочередного формирования импульсов на своих выходах, запоминающее устройство, два аналого-циАровых преобразователя, выход генератора опорных импульсов связан с опорным входом синхронного детектора и через первый ключ с первым входом первого сумматора, выход синхронного детектора связан с входом интегратора, выход которого подключен к второму входу первого сумматора, выход первого сумматора подключен через первый перемножитель к входу синуснокосинусного Аункционального преобразователя, синусный выход которого соединен через второй перемножитель с управляющим входом первого источника тока, косинусный выход соединен с управляющим входом второго источника тока, выходы каждого из перемножителей через соответствующий аналогоциАровой преобразователь связаны с инАормационными входами запоминающего устройства, первый выход управляющего устройства соединен с управляющим входом первого ключа, третий выход управляющего устройства соединен с входом разрешения записи запоминающего устройства, о т л и ч а ю— ш е е с я тем, что, с целью повышения точности настройки, оно снабжено вто-. рым управляемым ключом, вторым двухвходовым сумматором, задатчиком момента с аналоговым и цифровым выходами, операционным усилителем, устройством выборки-хранения, задатчик угла выполнен с циАровым выходом, выход датчика момента подключен к первому входу второго сумматора, второй вход которого подключен к аналоговому выходу задатчика момента, а выход подключен к входам синхронного детектора и операционного усилителя, выход которого через устройство выборки-хранения подключен к вторым входам перемножителей, выход синхрон1580494

Фиг.2 ного детектора соединен с входом интегратора через второй ключ, управляющий вход второго ключа соединен с первым выходом угравляющего устройст5 ва, управляющий вход устройства выборки-хранения соединен с вторым выходом управляющего устройства, управляющий вход эадатчика момента — с третьим выходом управляющего устройства, адресные входы запоминающего устройства соединены с цифровыми выходами задатчиков угла и момента.

1580494

Составитель А.Санталов

Техред Л,Олийнык, Корректор С.Шекмар

Редактор И.Шулла

Заказ 2019 Тираж 440 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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