RU1774439C - Способ настройки вентильного электродвигател - Google Patents

Abstract

Использование: в электроприводах след щих систем и систем регулировани  скорости различного назначени , Сущность. При настройке вентильного электродвигател  на статорную обмотку его синхронной машины и обмотку возбуждени  и квадратурную обмотку возбуждени  датйшсгГПсложени  ротора синхронной машины подают напр жение питани . Контролируют вращающий момент и, регулиру  амплитуду и фазу напр жений питани  квадратурной обмотки возбуждени , обеспечивают максимальный вращающий момент. 2 ил.

Description

Предлагаемый способ относитс  к электрическим машинам с бесконтактной коммутацией и предназначен дл  настройки в процессе изготовлени  и эксплуатации электрических машин, работающих в качестве исполнительных двигателей с ограниченным и неограниченным углом поворота в составе электроприводов след щих систем и систем регулировани  скорости различного назначени .

Известен способ настройки вентильного электродвигател , заключающийс  в развороте статора датчика положени  ротора работающего двигател  относительно статора синхронной машины до достижени  максимума вращающего момента настраиваемого двигател , измер емого специальным пружинным моментомером (см. Столов Л,П., Зыков Б.Н. Моментные двигатели с посто нными магнитами. М.: Энерги , 1977, с.98-100).

Недостатком данного способа  вл етс  его сложность, так как дл  настройки двигатель необходимо демонтировать из объекта управлени  и установить на внешнем пои- боре-моментомере.

Известен другой способ настройки магнитоэлектрического вентильного электродвигател  с  внополюсным ротором (а.с. № 1275677, кл. Н 02 К 29/00, 1986), заключающийс  в подаче на одну из фаз обмотки  кор  пульсирующего напр жени , развороте ротора двигател  до положени , соответствующего нулевому значению ЭДС, наведенной в другой фазе, и развороте статора датчика положени  ротора на угол при котором выходное напр жение усилител  первой фазы равно нулю, а выходное напр жение второй фазы - положительно.

Недостатком данного способа  вл етс  его трудоемкость и сложность настроечного оборудовани ,необходимого дл  механичесл

с

ч

XJ

4 СО

Ю

ского разворота статора датчика положени - ротора и последующей его фиксации.

В качестве прототипа прин т известный способ, изложенный в книге Гемке Р.Г. Неисправности электрических машин, М.-Л.: Госэнергоиздат, 1963, с, 120, в котором настройку электродвигател  осуществл ют разворотом положени  ротора на угол, обеспечивающий максимум вращающего момента, о чем суд т по равенству скоростей электродвигател  при пр мом и обратном направлени х вращени .

Недостатком этого способа  вл етс  длительность процесса настройки, поскольку он предусматривает неоднократное измерение скорости электродвигател , механическое перемещение статора датчика положени  ротора, его освобождение и закрепление.

Целью предлагаемого изобретени   вл етс  уменьшение времени настройки оен- тильного электродвигател .

Указанна  цель достигаетс  тем, что в способе настройки вентильного электродвигател  (выполненного на базе синхронной машины с датчиком положени  ротора в виде синусно-косинусного вращающегос  трансформатора с основной и квадратурной обмотками возбуждени ), включающем, как и прототип, операции подачи напр жений питани  на фазы обмотки синхронной машины и основную обмотку возбуждени  упом нутого датчика положени  ротора, контрол  вращающего момента и сдвига фаз напр жени  питани , обеспечивающего максимум вращающего момента, в отличие от прототипа, дополнительно подают напр жение питани  на квадратурную обмотку возбуждени  указанного датчика положени  ротора и указанный сдвиг фаз напр жений питани  фаз обмотки синхронной машины дл  обеспечени  максимального вращающего момента осуществл ют регулированием амплитуды и фазы напр жени  питани  квадратурной обмотки возбуждени  упом нутого датчика положени  ротора.

Сущность изобретени  по сн етс  чертежами , где на фиг,1 и 2 показаны функциональные схемы настроечного оборудовани  дл  предлагаемого способа-настройки вариантов вентильного электродвигател  с неограниченным углом поворота, на фиг.З - функциональна  схема настроечного оборудовани  дл  варианта вентильного электродвигател  с ограниченным углом поворота, на фиг.4 - разновидность схемы формиро- . вани  напр жений питани  (возбуждени ) датчика положени  ротора.

Предлагаемый способ настройки заключаетс  в следующем. Настраиваемый вентильный двигатель устанавливают на стенд и подают на него напр жени  питани  в том числе напр жени  питани  на фазы обмотки синхронной машины от усилителей мощности и напр жение питани  (возбуждени ) на основную обмотку возбуждени  датчика положени  ротора. Далее до0 полнительно подают на квадратурную обмотку возбуждени  датчика положени  ротора напр жение, синфазное или противофазное напр жению возбуждени  основной обмотки возбуждени . После этого

5 изменением амплитуды и фазы этого напр жени  сдвигают фазы напр жений питани  обмотки синхронной машины до достижени  максимума вращающего момента вентильного электродвигател , кон0 тролируемого одним из известных способов.

Состав устройства, реализующего предлагаемый способ, зависит от вариантов настраиваемого вентильного электро5 двигател .

Дл  варианта вентильного электродвигател  1 с неограниченным углом поворота, имеющего датчик положени  ротора со свободной квадратурной обмоткой, устройст0 во, реализующее предлагаемый способ настройки, содержит, например (фиг.1)(син- хронную машину 2 с посто нными магнитами на роторе 3, обмотка  кор  которой с фазами 4 и 5 подключена через усилители

5 мощности 6, 7 к выходам фазочувствитель- ных выпр мителей 8, 9, входами соединенных с синусной 10 и косинусной 11 обмотками датчика положени  ротора 12, ротор 13 которого механически св зан с ро0 тором 3 синхронной машины, Основна  обмотка 14 возбуждени  этого датчика соединена с источником 15 управл ющего напр жени  через настроечный стенд 16, в котором находитс  переключатель 17, сое5 диненный также с общей шиной (корпусом) 18. Квадратурна  обмотка 19 датчика положени  ротора 12 соединена через переключатель 20 с движком подстроечного резистора 21. крайние выводы которого со0 единены с общей шиной 18 и переключателем 17.

Вариант настраиваемого вентильного электродвигател  1 на фиг.2 отличаетс  тем, что квадратурна  обмотка-19 датчика поло5 жени  ротора подключена к источнику 22 рабочего квадратурного напр жени , которое используетс  дл  улучшени  характеристик вентильного двигател , например, путем введени  угла опережени  либо формировани  тахометрической обратной св зи . В этом случае устройство, реализующее предлагаемый способ настройки, дополнительно содержит, например (фиг.2), сумматор 23 и трансформатор 24, вторична  обмотка которого подключена к крайним выводам потенциометра 21, а первична  обмотка соединена с источником 15 управл ющего напр жени .

Вариант настраиваемого вентильного электродвигател  1 на фиг.З имеет ограниченный угол поворота. В этом случае в устройстве , реализующем предлагаемый способ настройки, основна  обмотка 14 возбуждени  соединена с источником 15 управл ющего напр жени  в стенде 16 через переключатель 17, имеющий два положени : Р - Работа и Н - Настройка, который св зывает также квадратурную обмотку 19 возбуждени  с движком подстроечного потенциометра 21, соединенного своими крайними выводами через переключатель 20 с общей шиной 18 и с выходом источника 15 управл ющего напр жени .

Таким образом, настроечное оборудование , вход щее в состав вентильного двигател  и необходимое дл  реализации предлагаемого способа, содержит подстро- ечный резистор 21, переключатель 20 (фиг. 1 и 3), который может быть заменен трансформатором 24 (фиг.2).

Дл  расширени  функциональных возможностей предлагаемого способа настройки настроечное оборудование, вход щее в состав вентильного двигател , может быть дополнено двум  переключател ми 25 и 26 (фиг.4), установленными в цеп х обмоток 14 и 19 возбуждени  датчика положени  ротора 12.

Настройка рассматриваемых вентильных двигателей осуществл етс  следующим образом. Настраиваемый вентильный двигатель (фиг.1) устанавливаетс  в стенд 16, подаютс  напр жени  питани , в результате чего источник 15 формирует управл ющее напр жение в виде напр жени  возбуждени :

0

5

0

5

0

5

0

где Кд - коэффициент делени  резистора 21.

В соответствии с принципом действи  вращающегос  трансформатора, который используетс  в качестве датчика положени  ротора 12, напр жени  на его выходных обмотках будут иметь вид:

(Ui4Sin«A ± U19 cos Од); (Ui4COSGfl + Ui9Sina,0,(3)

где Кт - коэффициент трансформации датчика положени  ротора 12:

Од - электрическое угловое положение ротора 13;

U14 и Dig - напр жени  питани  (возбуждени ) соответствующих обмоток возбуждени . Знак перед вторым слагаемым выражений (2 ) определ етс  положением переключател  20 (фиг.1).

Подставл   значени  напр жений и . получим:

Uio KTU0sinft t(sinaa ± Кд созйд); (4) Uo sin (cos Од Кд5з1п «д).

Использу  известные формулы тригонометрии , преобразуем последние выражени  к виду:

U0 sinft)ti/ l+KA2 sin(Gfl±$;

i

Un KTU0 sin on Л+Кд cos (Од -±/3),

(5)

(6)

где

ft arctg arctg KA

U/|4

. Фазочувствительные выпр мители 8, 9 выдел ют огибающие этих напр жений, которые после усилени  в усилителе мощности 6 и 7 создают фазные напр жени  и токи:

Ui5 U0sin coi,

где Uo - регулируема  амплитуда; О)- частота возбуждени . Это напр жение поступает на основную обмотку возбуждени  14 датчика положени  ротора 12. Одновременно на его квадратурную обмотку через переключатель 20 поступает настроечное напр жение, снимаемое с резистора 21:

Uo sin cot,

50

U0 sin (сгд ±,б); U5 Ky U0 cos(ccA ±/3); i4 U4/Rcp; is Us/Rep, гдеКу КтКум + КД2;

(7)

(8)

55

Кф - коэффициент передачи фазочувст- вительных выпр мителей 8, 9;

Кум - коэффициент усилени  усилителей мощности 6,7;

R ф- сопротивление фаз 4,5.

Дл  упрощени  рассуждений реактивным сопротивлением обмоток фаз в выражени х (8) пренебрегалось.

Фазные токи создают вектор магнитодвижущей силы (МДС) статора, Fc угловое положение которого в пространстве в соответствии с (7) и (8) равно:

Ос ал ±{3.

Тогда в соответствии с принципом действи  вентильного двигател  с магнитоэлектрическим возбуждением взаимодействие МДС статора Fc и магнитного потока ротора Фр создает вращающий момент:

М ФрРсз1п0,(10)

где в- угол нагрузки, равный:

в-Ос -ар «д -ар ±Д(11)

причем QTp - электрическое угловое положение ротора 3 синхронной машины 2.

Как видно из (6), регулировкой резистора 21 можно достичь изменени  Кд в пределах от 0 до 1 и, следовательно, обеспечить сдвиг фаз/9 фазных напр жений питани  (7) обмотки синхронной машины 2 в пределах от 0 до 45 эл.град, Следовательно, если при механической сборке вентильного двигател  1 добитьс  взаимного положени  роторов 3 и 13 синхронной машины 2 и датчика положени  ротора 12 из услови :

«д - Яр (90 ± 45) эл.град,

то, как видно из (11), предлагаемый способ настройки может обеспечить угол нагрузки эл.град, что, в соответствии с (10) приведет к максимуму вращающего момента настраиваемого электродвигател  1.

Учитыва , что обычно число пар полюсов синхронной машины 2 не превышает , механический угол совмещени  роторов должен быть:

«д - «р 90 ± 45 -р §

«(11,25 ±5,6) град,

где .,pp- механические угловые положени  ротора 12 и синхронной машины 2 соответственно .

Практика показывает, что при механической сборке вентильных электродвигателей совмещение роторов электрических машин, имеющих нулевые метки, может

производитьс  с точностью до 2-3 мех.град, поэтому в производстве условие (12) легко выполн етс .

В случае необходимости расширени 

5 допуска на механическую сборку вентильного электродвигател  предлагаемый способ также может быть применен, но в настроечное оборудование должны быть введены два дополнительных переключате10 л  25 и 26, как показано на фиг.4. Нетрудно убедитьс , что переключатель 26 обеспечивает изменение угла / на ± 90 эл. град, а переключатель 25 совместно с переключателем 20 - его изменение на ± 180 эл.град.

15 Таким образом, при реализации настроечного оборудовани  в виде фиг.4 можно производить настройку электродвигател  1 при любом начальном взаимном расположении вход щих в него электрических машин, что

20 позвол ет вообще отказатьс  от каких-либо нулевых меток, производ  сборку электрических машин без их механической выставки .

Настройка варианта вентильного элект25 родвигател  по фиг.2 производитс  аналогичным образом, однако на врем  настройки источник 22 рабочего квадратурного напр жени  отключаетс .

Варианты вентильных электродвигате30 лей на фиг.1 и 2 имеют неограниченный угол поворота, поэтому контроль максимума их вращающего момента может осуществл тьс , например, также как в прототипе, по равенству скоростей электродвигател  при

35 пр мом и обратном направлени х вращени .

Дл  варианта вентильного электродвигател  с ограниченным углом поворота (фиг.З) измерение установившейс  скорости

40 вращени  затруднено, поэтому дл  него может быть применена друга  процедура контрол  максимума вращающего момента. Дл  этого при настройке переключатель 17 (фиг.З) перевод т в положение Н - Настрой45 ка и с помощью переключател  20 и потенциометра 21 добиваютс  такого изменени  угла в выражении (11), при котором обеспечиваетс 

50

0 ад -Ор .

(13)

Это приводит, в соответствии с формулой (10), к уменьшению вращающего момента до нул  и остановке электродвигател , 55 что может быть легко проконтролировано.

Далее перевод т переключатель 17 в положение Р - Работа. Тогда напр жени  на обмотках 14 и 19 возбуждени  датчика положени  ротора примут вид

Кд Do sin аи: U0 sin ft; t.

Подставл   (14) в (З) и выполн   тригонометрические преобразовани  аналогично вышеизложенному, получим:

(15)

U4-KyU0sin(aA±Ј );

С08(СГд±/3 ). / arag- -arctg - 2

где

(16)

В последнем выражении сдвиг фаз/2 определ етс  из (6). Следовательно, с учетом (11) и (13) угол нагрузки в режиме работы будет равен:

в ал - а ±/3 Од - Ор ±/ нРг/2 -+п/2

О)

Тогда, в соответствии с (10), двигатель будет развивать максимальный вращающий момент, знак которого будет определ тьс  положением переключател  20.

Таким образом, если обеспечить в режиме настройки минимум вращающего момента , то в режиме работы вращающий момент будет иметь максимальное значение . Следовательно, рассмотренна  процедура также обеспечивает настройку вентильного электродвигател  на максимум вращающего момента.

Достоинством предлагаемого способа по сравнению с известным  вл етс  отсутствие таких операций, как механический поворот статора датчика положени  ротора и последующа  фиксаци  найденного положени  статора, обеспечивающих регулирование угла нагрузки в. В предлагаемом способе регулирование угла нагрузки в осу

ществл етс  чисто электрическим путем - вращением подстроенного резистора и пе- реключением переключателей, Благодар 

Claims (1)

1. этому процесс настройки значительно со5 кращаетс  по времени. С другой стороны, поскольку статор датчика положени  ротора не надо ни поворачивать, ни фиксировать, то это упрощает конструкцию вентильного электродвигател , снижает его массу и габа10 риты, а также повышает надежность, При этом настраиваемый электродвигатель может быть размещен в любом месте объекта управлени  и, в том числе, в труднодоступном дл  настройщика, тогда как подстроеч15 ный резистор и переключатели могут быть вынесены в другое удобное дл  регулировки место. Это улучшает конструктивную компоновку привода и объекта управлени . Формула изобретени 

   20Способ настройки вентильного электродвигател , выполненного на базе синхронной машины с датчиком положени  ротора в виде синусно-косинусного вращающегос  трансформатора с основной и квадратурной

   25 обмотками возбуждени , при котором подают напр жени  питани  на фазы обмотки синхронной машины и основную обмотку возбуждени  упом нутого датчика положени  ротора, контролируют вращающий мо30 мент и, сдвига  фазы напр жений питани , обеспечивают максимальный враа1ающий момент, отличающийс  тем, что, с целью уменьшени  времени настройки, дополнительно подают напр жение питани 

   35 на квадратурную обмотку возбуждени  указанного датчика положени  ротора и указанный сдвиг фаз напр жений питани  фаз обмотки синхронной машины дл  обеспечени  максимального вращающего момента

   40 осуществл ют регулированием амплитуды и фазы напр жени  питани  квадратурной обмотки возбуждени  упом нутого датчика положени  ротора.

   фиг,1