Моментный вентильный электродвигатель

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в прецизионных следящих системах. Целью изобретения является повышение стабильности момента по углу поворота ротора. С этой целью в моментный вентильный двигатель введены разделитель сигнала на целую и дробную части, постоянные запоминающие устройства, счетчик импульсов, дешифратор , логические схемы И, RS-триггер. Увеличено число регистров, дополнительных и основных перемножителей в каждом канале формирователя оптимальных значений фазных токов. Это позволило формировать эти значения как нелинейные функции угла поворота ее и момента М, что обеспечило получение требуемого электромагнитного момента при минимальных потерях в якоре, несинусоидальности МДС якоря и насыщении магнитопровОда. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Н 02 К 29/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

p>(а) = P — 0.5 а — 0,5 Ф

pz(a ) =1 — 2,5 гР 1,5Р рз(а ) = 0,5 а +Ъ7 — 1,5 Тг

p4(а ) = 0,5 Р— 0,5 Р

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4421468/07 (22) 06,05.88 (46) 30,07.92. Бюл. N 28 (71) Казанский авиационный институт им, А,Н.Туполева (72) А.Ю,Афанасьев (56) Авторское свидетельство СССР № 1345292, кл. Н 02 К 29/06, 1986, Авторское свидетельство СССР

N- 1554084, кл, Н 02 К 29/06, 1987, Авторское свидетельство СССР

¹ 1681366, кл, Н 02 К 29/06, 11.04.1988. (54) МОМЕНТН6!Й ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в прецизионных следя щих системах. Целью

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в прецизионных следящих системах.

Целью изобретения является повышение стабильности момента по углу поворота ротора.

На фиг; 1 представлена функциональная схема моментного вентильного электродвигателя; на фиг. 2 — функциональная схема канала в-канального формирователя оптимальных значений фазных токов; на фиг, 3 —; на фиг, 4 — точки на плоскости (а, М), значения функций в которых заносятся в регистры.

Моментный вентильный электродвигатель содержит синхронную машину 1 с

m-фазной якорной обмоткой 2 и ротороминдуктором 3. Каждая фаза якорной обмотки 2 подключена к выходу усилителя 4 через датчик 5 тока, выход которого соединен с

„„5U„, 1751837 А1 изобретения является повышение стабильности момента по углу поворота ротора, С атой целью в моментный вентильный двигатель введены разделитель сигнала на целую и дробную части, постоянные запоминающие устройства, счетчик импульсов, дешифратор, логические схемы И, RS-триггер.

Увеличено число регистров, дополнительных и основных перемножителей в каждом канапе формирователя оптимальных значений фазных токов, Это позволило формировать эти значения как нелинейные функции угла поворота а и момента М, что обеспечило получение требуемого электромагнитного момента при минимальных потерях в якоре, несинусоидальности МДС якоря и насыщении магнитопровода. 4 ил. инвертирующим входбм усилйтеля 4, На валу ротора-индуктора 3 установлен датчик 6 положения ротора, Электродвигатель содержит задатчик 7 момента М, Выход датчика 6 положения подключен к входу данных первого разделителя 8 сигнала на целую и дробную части. Электродвигатель снабжен вторым разделителем 9 сигнала на дробную и целую части, Выход дробной части Wx раз.делителя 8 сигнала подключен к обьединенным входам четырех постоянных запоминающих устройств 10-13 первой группы, в которых по адресу, определяемому цифровыми кодами дробной части а . записаны функции вида:

1751837

В электродвигатель введены четыре постоянных запоминающих устройств (ПЗУ)

14-17, в которых по адресу, определяемому дробной частью М, записаны функции вида: р1(М) = М вЂ” 0,5 М вЂ” 0,5 М, pz(M) = 1 — 2,5 М + 1,5 М, AM) =0,5 M+ 2 M — 1,5 М, p4(M) = 0,5 M — 0,5 M (2) Объединенные входы ПЗУ 14-17 подключены к выходу дробной части M второго разделителя сигнала 9, Электродвигатель содержит m-канальный формирователь оптимальных значений фазных токов, каждый канал которого составлен из ПЗУ 18, блока 19 регистров, вычислительного блока 20, В состав электродвигателя входят генератор 21 импульсов; первая и вторая логические схемы И 22, 23, введенные третья и четвертая логические схемы И 24, 25, инвертор 26, первый счетчик 27 импульсов, вто-. рой счетчик 28 импульсов, введенный третий счетчик 29 импульсов, первый дешифратор 30, введенный второй дешифратор 31 с шестнадцатью выходами, первый

RS-триггер 32 и введенный второй RS-триггер 33, Выход целой части разделителя сигнала

8 подключен ко входу данных счетчика 27 импульсов.

Выход задатчикэ 7 момента подключен ко входу данных разделителя 9 сигнала, выход целой части которого подключен ко входу данных счетчика 29 импульсов, Выход генератора 21 импульсов подключен ко вторым входам схем И 22-24, инвертора 26 и счетчика 28 импульсов, Его два младших разряда выхода подключены ко входу данных дешифратора 30, а четыре младших разряда выхода — ко входу дешифратора 31, Выход инвертора 26 подключен ко входам синхронизации дешифраторов 30 и 31. Первый и шестнадцатый выходы дешифратора 30 подключены соответственно ко входам S,RRS-триггера 33, первый и четвертый выходы дешифратора 30 подключены соответственно к входам S, RRS-триггера 32, инверсный и прямой выходы которого подключены к первым входам схемы И 22, 23. Их выходы подключены соответственно ко входу синхронизации счетчика 27 импульсов, ко входу схемы И 25 и ко входу прямого счета счетчика 27 импульсов.

Инверсный и прямой выходы RS-триггера

33 подключены к первым входам схем И 25, 24, выход схемы И 24 подключен ко входам синхронизации счетчика 29 импульсов, рэзделителей 8, 9 сигнала, а выход схемы И 25— к суммирующему входу счетчика 28 импульсов.

Выходы счетчиков 27, 29 импульсов под5 ключены к группам линий младших и старших адресных входов постоянных запоминающих устройств 18 всех каналов формирователя оптимальных значений фазных токов.

10 .В постоянных запоминающих устройствах 18 записаны по адресу (М, а) значения функций p<(M-1, а-1), К=1,...,m, определяемых равенствами

15 rp<-(M,а)= к =

20 К=1

M,=(И,...,im, а)=М где М вЂ” электромагнитный момент;

М вЂ” требуемый момент;

l>,...,im — токи фэз обмотки якоря;

ii,....,Im - оптимальные значения токов; а- угол поворота ротора, рад; а, а — целая и дробная части угла а, 30 усл. един;

М, М вЂ” целая и дробная части момента

М., усл, ед.; а=еж(а /h ), а =а /h — а

M = ent (M/пм), M = М/пм — М;

ent — символ выделения целой части;

h, пм — условные единицы измерения

40 угла а и момента М;

А- множитель Лагранжа.

Каждый канал m-канального формирователя оптимальных значений фазных токов содержит первую группу из четырех регист45 ров 34-37 (фиг. 2) и введенных трех групп регистров, каждая иэ которых составлена из четырех регистров соответственно 38-41, 42-45, 46-49; первую группу дополнительных перемножителей 50-53 и три введенных группы дополнительных перемножителей, каждая из которых включает соответственно перемножители 54-57, 58-61; 62-65. основной четырехвходовый сумматор 66 и. введенные три основных сумматоров 67-69.

Первый вход каждого иэ четырех перемножителей соединен с выходом одного из четырех сумматоров 66-69. Второй вход каждого иэ перемножителей 70-73 соединен с выходом одного из четырех постоянных запоминающих устройств 14-17 второй

1751837 группы, Выходы перемножителей 70-73 со- поступающие на входы синхронизации деединены со входами четырехвходового сум- шифраторов 30 и 31. При этом нэ одном из матора 74. Вход каждого из четырех четырех выходов" дешифратора ЗО вырабасумматоров 66-69 соединен с выходами че- тывается импульс. Импульс с первого выхотырехдополнительныхперемножителей50- да поступает на вход.Я RS-триггера 32 и

53, 54-57, 58-61, 62-65 соответствующей 5 устэнавливаетеговсостояние1. Импульсс группы. Первые входы дополнительных пе- четвертого выхода дешифратора ЗО постуремножителей 50-53, 54-57, 58-61, 62-65 пает на вход R RS-триггера 32 и устанавлиупомянутых групп соединены соответствен- ., вает его в состояние О (фиг. Ç,l). Импульсы с но с выходами регистров 34-37, 38-41, 42-45, первого и с шестнадцатого выходов дешиф46-49 одноименных групп..Входй данных 10 ратора31поступаютнаSи В-входыRS-тригрегистров 34-39 в каждом канале объедине- гера 33 и устанавливают его в состоянии "1" ны и подключены к выходу постоянного за- и "0" соответственно (фиг. 3, к, м, д). поминающего устройства 18 данного Когда RS-триггер 32 находится в состоканала. янии "О" и от генератора 21 приходит имВ одноименных группах регистров m 15 пульс на схему И 22, на ее выходе каналов формирователя оптимальных зна- формируется синхронизирующий импульс чений фазных токов синхронизирующие С1, поступающий на вход синхронизации входы одноименных регистров объединены счетчика 27 импульсов, который устанавлии подключены к одному из шестнадцати вы- вается iH состояние R, зафиксированное в ходов дешифратора 30. 20 разделителе 8 сигнала. Когда триггер 32 наМоментный вентильный электродвига- ходится в состоянии "1" и от генератора 21 тель работает следующим образом, приходит импульс на схему И 23, на ее выходе

Датчик 6 угла поворота ротора 3 выра- формируется импульс, поступающий на вход батываетсигнала (t), поступающий-на вход прямого счета счетчика 27. В результате на данных разделителя 8 сигнала. Задатчик 7 25 его выходе получаются последовательно цифмомента вырабатывает сигнал, пропорцио- ровые коды а, а+ 1,а+2, а+3(фиг. З,е) нальный требуемому моменту M и поступа- с периодом t. ющий на вход данных разделителя 9 Когда RS-триггер ЗЗ находитсФв состосигнала, По синхрониэирующему импульсу . янии "О" и от генератора 21 приходит имС2, поступающему со схемы И 24, в разде- 30 пульс на схему И 24, на ее выходе лителях 8, 9 фиксируются целые части а, M формируется синхронизирующий импульс сигналов и вырабатываются текущие значе- С2, поступающий на вход синхронизации ния дробных частей а, М, Целые части а, счетчика 29 импульсов, который устанавлиМ поступают на входы данных предустанов- вается в состояние М, зафиксированное в ки счетчиков 27 и 29, а дробные части а, М вЂ” 35 разделителе 9 сигнала. Когда RS-триггер 33 нэ адресные входы постоянных запоминаю- находится в состоянии "1" и от схемы И 22 щих устройств 10-13 и 14-17 соответствен- приходит импульс С1 на схему И 25, на ее но, вырабатывающих сигналы p> (а) -р4 выходе формируется импульс, поступаю(а ) и p> (M) — pq (М), которые поступают на щий на вход прямого счета счетчика 29, В вторые и третьи группы входов вычисли- 4о результате на его выходе получаются послетельных блоков 20. довательно цифровые коды М, M+1, М+2, Генератор 21 импульсов вырабатывает M+Ç (фиг. Ç,ж) с периодом 4 т. прямоугольныетактовыеимпульсы высокой Выходные коды счетчиков 27, 29 обрачастоты (=100 кГц) с периодом r, посту- зуют группы младших и старших разрядов пающие на входы схем И 22-24, ийвертора 45 адреса, поступающего на постоянные запо26 и счетчика 28 импульсов (фиг. 3a), Его два минающие устройства 18, на выходах кото. младших разряда представляют двоичное рых получаются величины р, (M+ j,à+ I), число, изменяющееся от Ою до 3 ю с пери- К=1,..., m, j = -1,0,1,2,.i = -1,0,1,2, Эти велиодом t ==4 г (фиг. З,б) и поступающее на чины записываются в регистры 8, 13, 34-39 входданныхдешифратора 30. Четыре млад- 50 K-го блока 19 регистров (К = 1„.„m) по имших разряда счетчика 28 представляют дво- пульсам синхронизации, поступающим от ичное число, изменяющееся от О в до 15 о с первого-шестнадцатого выходов с дешифпериодом 4 т(график величины, представ- ратора 31 на входы синхронизации регистляемой 3-м и 4-м разрядами. показан на фиг. Ров 34-39

З,в). Эта величина поступает на вход данных 55 На фиг, 4 показана в координатах,а, М дешифратора 31, Во время пауз между им- текущая точка r, целые части,а, M и дроб-. пульсами генератора 21 инвертор 26 выра- ные части а, M сигналов а, М(а=3 усл. ед., батываетсинхронизирующие импульсы СО, M = 4 усл. ед.). Буквами P>...Р в обозначены

1751837 точки на плоскости (a, Mj, для которых в регистры 34-39 записаны значения функций р< (M,,а), Эти значения поступают на перемножители 50-65 соответственно. где они перемножаются со значениями сплайн-функций р1(а)=,..., р4 (а), Произведения поступают на входы сумматора 66-69, на выходах которых получаются суммы:

y,(Ì+j,à — 1) pl(a)+

+ к(M+j,à) . р (а)+

+ лк(М+ j, а+ 1) рз(а) + р,{M + j, а + 2) р4{а) = дъ(М + ), а)

К=1,...,m j = -1,0,1,2.

Эти суммы интерполируют функции

p (M, а) в точках qq-q4 (фиг. 4).

Выходные сигналы сумматоров 66-69 поступают на входы перемножителей 70-73, где они перемножа отся со значениями сппайн-функций р1 (M)....,р4 (M). Произведения поступают на входы сумматоров 74, на выходах которых получаются суммы; р,(М вЂ” 1, а) у1{М) + p, (М, а)

° д (М)+ к(У+1,а) . (M)+

+ p,(M+ 2, а) p4(M) = p,(М, а) = ig, К= 1;„., а (5)

Сигналы l>,...,imо с выходов вычислительных блоков 20 поступают на входы усилителей 4 мощности, которые с помощью датчиков 5 тока питают фазы 2 обмотки якоря токами ii = i>,,......,,im = imo. При этом синхронный электродвигатель 1 развивает электромагнитный момент M> = М при минимальных потерях в обмотке якоря, Равенства (3) получаются в результате решения методом множителя Лагранжа задачи на условный экстремум; найти токи

11,...,l, обеспечивающие при текущем угле а поворота ротора требуемый электромагнитный момент при минимальных потерях в обмотке якоря, т.е.: г0 1 + ... + 12) &min

Мэ(И„... im, ) = М

Функция Лагранжа и условия ее стационарности имеют вид:

V = r(i) + ... + im ) + Л (Мэ (!1„„, im,,а) — М) — =2rl)+À, . =0 дч 1дМЭ

Вll дii — =2 г1щ+А д, =0 дЧ 1дМз д lm д4. откуда следует к = Л дик

К=1„... m где r — активное сопротивление одной фазы обмотки якоря, il = il, /2r — множитель Лагранжа, 1

Формула изобретения

Моментный вентильный электродвига-. тель, содержащий синхронную машину с

m-фаэной якорной обмоткой и ротором-индуктором, на валу которого установлен датчик положения ротора, m датчиков тока, m усилителей, выход каждого из которых через соответствующий датчик тока подключен к.одной из фаз якорной обмотки, инвертирующий вход каждого усилителя соединен с выходом соответствующего датчика тока, разделитель сигнала на целую и дробную части, вход данных которого подключен к выходу датчика положения ротора, выход целой части соединен с входом данных первого счетчика импульсов, а выход дробной части — с объединенными входами четырех постоянных запоминающих уст.ройств, синхронизирующий вход первого счетчика импульсов подключен к выходу первой логической схемы И, а суммирующий вход — к выходу второй логической схемы И, первые входы которых соединены соответственно с инверсным и прямым выходами RS-триггера, вторые входы логических схем И объединены с входами инвертора и второго счетчика импульсов и подключены к выходу генератора импульсов, дешифратор, вход данных и синхронизирующий вход которого подключены соответственно к выходам второго счетчика и инвертора, а первый и четвертый выходы— к $- и R-входам RS-триггера, задатчик момента, m-канальный формирователь оптимальных значений фазных токов, каждый канал которого составлен из постоянного запоминающего устройства, четырех регистров первой группы, основного перемножителя, четырехвходового сумматора и четырех дополнительных перемножителей пЕрвой группы, выходы которых подключены к входам четырехвходового сумматора, выходом соединенного с первым входом основного перемножителя, в каждом канале адресные входы регистров первой группы объединены и подключены к выходу запоминающего устройства данного канала, вход которого объединен с входами запоминающих устройств других каналов и подключен к выходу первого счетчика импульсов, в каждом канале первый вход каждого дополни1751837

10 тельного перемножителя первой группы соединен с выходом одного из регистров первой группы данного канала, вторые входы одноименных дополнительных перемножителей первых групп каналов объедйнены и 5 подключены к выходу одного из четырех по-. стоянных запоминающих устройств первой группы, выполненных с возможностью записи функций вида

10 у1(а) = а — 0,5 а — 0,5 сР

pz(a )=1 — 2,5 а +1,5а рз(а ) = 0,5 а + 2 а — 1,5 а р4(а) =0,5 P — 0,5а2 отличающийся тем, что с целью повышения стабильности момента по углу поворота ротора, введены второй разделитель сигнала на целую и дробную часть, вход данных которого соединен с выходом задатчика момента, третья и четвертая логиче- 20 ские схемы И, второй дешифратор с шестнадцатью выходами, третий счетчик импульсов, вход данных которого подключен к выходу целой части второго разделителя сигнала на целую и дробную части, 25 синхрониэирующий вход которого объединен с синхронизирующим входом третьего счетчика и подключен к выходу третьей логической схемы И. суммирующий вход третьего счетчика соединен с выходом чет- З0 вертой логической схемы И, а выход третьего счетчика — с объединенными входами постоянных запоминающих устройств упомянутого формирователя, первые входы третьей и четвертой логических схем И сое- З5 динены с инверсным и прямым входами второго RS-триггера, второй вход третьей логической схемы И соединен с выходом генератора импульсов, а второй вход четвертой логической схемы И вЂ” с выходом 40 первой логической схемы И, S u R-входы второго RS-триггера подключены соответственно к первому и шестнадцатому выходу второго дешифратора, вход данных и синхронизирующий вход которого соединены 45 соответственно с выходами второго счетчика импульсов и инвертора, четыре постоянных запоминающих устройств второй группы, выполненные с воэможностью записи функций вида 50

У1(М) = M — 0,5 М вЂ” 0,5 М, pz(M) = 1 — 2 5 М + 1,5 М, рз(М) = 0,5 M + 2 М2 — 1,5 Мэ, p4(M) = 0,5 М вЂ” 0,5 М объединенные входы указанных постоянных запоминающих устройств подключены к выходу дробной части второго разделителя сигнала на цеЛую и дробную части, каж- дый канал формирователя оптимальных значений фаэных токов снабжен тремя группами по четыре регистров, тремя группами по етыре дополнительных перемножителей, ремя основными перемножителями и четырьмя четырехвходовыми сумматорами, адресные входы регистров введенных рупп объединены и подключены к выходу постоянного запоминающего устройства данного канала, выполненного с возможностью записи функций вида + (M-1,а -1), в одноименных группах регистров всех каналов формирователя оптимальных значений фазных токов синхронизирующие входы одноименных регистров объединены и подключены к одному иэ шестнадцати выходов второго дешифратора, выход каждого регистра каждой из введенных трех rpynn. подключен к первому входу -соответствующего дополнительного перемножителя одной иэ трех введенных групп, вторые входы одноименных дополнительных перемножителей трех групп объединены и подключены к выходу одного из четырех постоянных запоминающих устройств первой группы, входы каждого из трех введенных четырехвходовых сумматоров подключены к выходам четырех дополнительных перемножителей одной из трех введенных групп, а выходы упомянутых трех четырехвходовыхеумматоров подключены к первому входу одного из трех введенных основных перемножителей, второй вход каждого из четырех основных перемножителей подключен к выходу одного из четырех постоянных запоминающих устройств второй группы, а выходы четырех основных перемножителей подключены к входам четвертого четырехвходового сумматора, выход которого соединен с управляющим входом соответс гвующего усилителя, причем

М a) = iyо д Ь4 l1,... lm mà д lk

К=1,..., m;

M>(l>,...., 4, а)= М, где M> — электромагнитный момент синхронного электродвигателя; .

M — требуемый момент;

И,...,!m — токи фаз обмотки якоря;

l> „.„lm0 — оптимальные значения фаэных токов; а- угол поворота ротора, рад, а, а — целая и дробная части угла а, усл, ед.;

М,M — целая и дробная части момента

М, усл. ед.

il — множитель Лагранжа.

1751837

1751837

1751837

Р г

/2

4

0 с к)

2г. p)

Г /6

Ят м)

Фа8. У

t751837

Редактор Н,Горват

Заказ 2696 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

И

Составитель А.Головченко

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор М,Демчик